CN109973280A - 一种发动机爆震自动标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发动机爆震自动标定方法，采用发动机爆震智能标定、自适应、自学习的技术进行爆震控制匹配；收集设备运行的以下数据：温度、转速、油耗情况、点火角状况，并存储这些数据以供二次分析，对爆震标定进行智能优化。采用上述技术方案，使得判缸、数据分析和处理等复杂控制逻辑大大简化；随着爆震传感器技术及电子技术的发展，信号采集很准确，能够通过不同方式的滤波分析，通过对爆燃传感器反馈信号不同方式处理，可以较好地排除无关的噪声，从而准确辨析发动机工作暴震情况，动态调整点火提前角等控制参数；从而适应高速内燃机精确控制要求，实现整个智能标定过程。
Description
技术领域
本发明属于汽车发动机测试的技术领域。更具体地，本发明涉及一种发动机爆震自动标定方法。
背景技术
发动机管理系统(EngineManagement System，即EMS)：1979年，BOSCH公司将点火提前角电子控制与燃油定量电子控制融为一体，开发出Motronic，并引入爆震控制、排气再循环等，以满足更趋严格的性能和排放要求，其电子控制范围覆盖整个发动机，称为发动机电子管理系统，其核心是燃油定量和点火正时电子控制。其技术方案是：
1、通过发动机台架的匹配，使发动机具有良好的稳态性能，在保证发动机工作可靠性(无爆震，无过热)的情况下，达到发动机的设计功率，扭矩和油耗性能。
2、通过对发动机在车辆上的匹配，使发动机与车辆其他系统(各种电器负载，传动系统，制动系统，三元催化转化器等等)协调工作，保证发动机在各种环境和工作条件下，都具有良好的起动怠速性能，良好的驾驶舒适性和排放性能。同时还要进行完善的车载诊断系统(OBD)的匹配。
3、通过高温，高寒和高原等道路环境试验，对匹配好的各种性能进行全方位地验证，保证发动机和车辆在各种情况下都能达到既定的安全，环保和驾驶舒适性等严格的指标。
对于发动机来说，标定技术上就是控制进气(合理的配气相位，节气门开度等)、喷油(最佳的空燃比)及点火(合适的点火提前角)三者的最佳值配合。
目前，各种发动机电子管理系统已经成为提高燃油经济性和满足更为严格的排放法规的决定性因素。
发动机管理系统以电子控制单元(Electronic Control Unit，即ECU)为中心，ECU接受来自传感器的各种信息，经过处理、分析以后，发出控制信号给各种执行器。在发动机匹配工作中，就是通过各种匹配实验，对ECU各种参数进行设置，从而达到发动机匹配工作的目标。
发动机匹配工作就是在某个确定的发动机管理系统(EMS)下，通过各种项目标定匹配，为发动机控制器(ECU)各类参数设置合适的值，以达到汽车的动力性、经济性、可靠性、安全性、排污性而确定的各工况最佳空燃比、最佳点火提前角的要求。
在发动机标定过程中，爆震是一种非正常燃烧，强烈爆震会损坏发动机，而现代高压缩比的发动机导致更多的爆震倾向，因此爆震匹配是发动机匹配过程中必不可少的一个核心工作环节。
发动机标定匹配工作是为众多的匹配参数设置合适的值，发动机爆震标定匹配参数的数量随着系统的复杂程度、控制软件的先进程度的变化而变化的。这些标定匹配参数有些是特性值，有些是一条二维特性曲线，有些则是矩阵(三维特性图)，所以爆震标定匹配参数的确定需要通过大量的试验和数据分析而得。
一般来说，在项目确定后，发动机匹配工作可以分为四个阶段，即：项目准备阶段、基本匹配阶段、精细匹配阶段和认可阶段，直至对最终匹配数据认可(SOP阶段)，一般需要18个月左右(完成三高试验)。
作为现代汽车中最主要的电控模块之一，ECU标定起着至关重要的作用，但也不能全部依赖于标定，比如油耗、最大功率扭矩等性能主要还是取决于发动机本身的效率，标定的作用是将最佳性能发挥出来。
但是，目前标定的全部工作都还是由人工并借助大量的计算机上位机软件来完成。
发明内容
本发明提供一种发动机爆震自动标定方法，其目的是大大提高爆震标定的工作效率和数据的有效性、一致性。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明的发动机爆震自动标定方法，包括爆震识别处理及标定、动态爆震处理及标定、爆震功能诊断及标定；
所述的发动机爆震自动标定方法在发动机标定中的重要环节采用发动机爆震智能标定、自适应、自学习的技术进行爆震控制匹配；收集设备运行的以下数据：温度、转速、油耗情况、点火角状况，并存储这些数据以供二次分析，对爆震标定进行智能优化。
所述的发动机爆震自动标定方法通过计算机辅助发动机爆震优化方法，快速进行ECU优化、标定。
在所述的发动机控制器中设有一块用于爆震传感器(knock sensor)信号的分析和处理的集成电路，并存储在相应的算法。
所述的发动机爆震自动标定方法采用的工具和设备包括带燃烧压力传感器的火花塞、爆震匹配控制器、爆震测量分析仪。
在所述的爆震识别处理及标定中，在台架上测量汽缸内的燃烧压力并应用爆震测量分析仪，识别和判断爆震是否发生；同时，爆震传感器的信号输入到ECU，经过信号放大、带通滤波、整流、积分处理，最后的积分信号由ECU用来判断是否发生爆震；同时该积分信号还被用来确定信号放大倍数和带通滤波的中心频率。
在所述的动态爆震处理及标定中，进行爆震信号格式获取标定；爆震窗口生成标定；爆震窗口获取；爆震装置算法标定。
在所述的爆震功能诊断及标定中，测试在故障状态和正常工作状态下传感器的输出，存储在控制器中用于诊断传感器的开路和短路，匹配方法是在各种动态工况点，震动和噪音较大的情况下识别爆震，通过推迟点火提前角避免发生爆震。
本发明采用上述技术方案，其发动机爆震智能标定方法，使得如判缸、数据分析和处理等复杂控制逻辑大大简化；随着爆震传感器技术及电子技术的发展，信号采集很准确，能够通过不同方式的滤波分析，通过对爆燃传感器反馈信号不同方式处理，可以较好地排除无关的噪声，从而准确辨析发动机工作暴震情况，动态调整点火提前角等控制参数；从而适应高速内燃机精确控制要求，实现整个智能标定过程。
附图说明
图1为本发明的同步爆震控制定义策略图；
图2为本发明的集成电路装置用于提供爆震传感器电气信号示意图；
图3为缸数在变量、常量和映射中使用的气瓶编号与应用的气瓶编号相对应的示意图；
图4为在瞬态模式下，计算一个MAF梯度的示意图；
图5为窗口设定和输入输出数量的示意图；
图6为爆震IC的输出值被输入为通过模拟通道到达控制算法的爆震值的示意图；
图7为发动机噪音与爆震IC输出变量的关系图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
人工智能已经应用于各工业领域。本发明引入发动机爆震智能标定、自适应、自学习的发明技术应用于发动机标定中的重要环节爆震控制匹配，并已得到有效果验证，大大提高的工作效率和数据的有效性、一致性；除了能够收集设备运行的各项数据(如温度、转速、油耗情况、点火解状况等)，并存储数据以供二次分析，对标定进行智能优化，通过计算机辅助发动机爆震优化方法，可以快速进行ECU优化、标定，减少发动机开发时间。
为此，发动机控制器中设有一块爆震集成电路和算法，用于爆震传感器(knocksensor)信号的分析和处理。
爆震控制的匹配是一项非常复杂的工作，需要应用大量的检测工具和设备。如：带燃烧压力传感器的火花塞；爆震匹配控制器；爆震测量分析仪；等等。
下面就具体描述爆震标定过程中三项内容的自动算法实现进行分析。
一、爆震识别处理标定：
在台架上测量汽缸内的燃烧压力并应用爆震测量分析仪，可以准确地识别和判断爆震是否发生。同时，爆震传感器的信号输入到ECU，经过信号放大，带通滤波、整流、积分处理，最后的积分信号由ECU用来判断是否发生爆震；同时该信号还被用来确定信号放大倍数和带通滤波的中心频率。
硬件策略使用的是一个引擎爆震信号预处理程序，称爆震装置。它对爆震传感器信号进行标准化，以适应爆震策略的需要。
如图1描述了这个算法的功能。
所有的变量和常量设置为knkwb_x_y，x表示传感器数，y表示汽缸数。根据传感器或气缸数，所有变量，都可以通过应用软件生成MAP图表示。
基本软件层只负责格式变量定义和发送，通过爆震芯片驱动7个程序变量。爆震变量每缸单独定义，通过HIOS接口的SIP总线发送到爆震芯片，同步爆震控制定义策略如下(如图1所示)：
1、下一缸segnr+1变量的爆震窗口的传输和编程；
2、其他5个敲缸的集成电路编程参数的传输，用于下一个汽缸segnr+1变量；
3、对爆震输出信号的数值采集，作为当前缸体的爆震信号值；
4、激活应用软件算法功能，用于爆震控制。
该集成电路装置用于提供爆震传感器电气信号的格式，该信号符合检测敲缸的算法，如图2所示。
1、爆震噪音信号是在每个TDC(发动机活塞行程的上止点)之后的一个角度窗口中计算出来的；
2、该集成电路还选择安装在发动机块上的两个传感器中的一个；
3、一个编程带通滤波器处理来自爆震传感器的信号；
4、计划增益调整阶段应用于爆震的频率范围；
5、有源全波整流器整流信号。
以上结果是一个模拟电压，其输出电平与发动机噪音或爆震成比例关系。该芯片通过一个特定的接口(用于爆震IC设备的SPI接口)来控制微处理器。
用5个不同的编程词来设置原始爆震传感器信号格式的电流值，并通过这个预控制程序进行采集。这些编程变量将在每个爆震窗口尾端(如图1所示)中传输到这个设备上，输出变量只对应且只是一个变量的格式，对于输入变量的相关下一个触发柱的正确值。
在发动机停止运转时，在注入的初始阶段，在第一次爆震窗口获取之前，基本的软件必须传输第一个变量，用于爆震IC设备编程更新速率：在每个爆震窗口的获取端。
以下是预设变量：
预定标值变量：NC_KNKS_CMD_SCA(爆震电路频率与基频频率的比值)；
传感器通道的选择：knkscmdconf；
敲敲频率：knkscmdfil；
增益(控制平衡)：knkscmd增益；
集成常数：knkscmdint；
可变的knksbas只是由爆震IC设备(ATM40或等效)计算输出信号所产生的输出信号的数值获取的结果。
与所有其他硬件变量一样，knksbas在文件“标准模拟输入”中定义了格式：modev/o-Hex。限制0…3ffh-phy。限制0…5-Resol。00489-在伏特。knksbas是在爆震观察窗结束后获得的。它被发送到应用程序软件，在那里它将成为相应的点火缸segnr的爆震信号的值。在每一个引擎状态下，除了引擎停止，在第一个爆震窗口之后。
在发动机停止运转时，初始化：knksbas为0，在每个爆震窗口获取端更新速率，按公式：
knksbas＝数字获取的爆震输出电压Vout。
二、动态爆震处理方法及标定：
动态爆震指加速爆震、高速爆震，其识别的复杂性在于发动机转速、负荷的变化产生的振动和噪音会使其不易被识别出。
发动机爆震阶段，在所有的变量或常量或映射中，如knksxy或ipknkcmdintx，X是传感器数，而Y是柱数。这种表示法适用于每个变量，取决于传感器或柱面数(由nccylnr和ncknk感官所限制)。如果一个变量或一个常数或一个映射有如：
Xy：传感器和缸体的功能(备注：在软件中被视为一个表)；
X：传感器的功能。
在所有内容中，指定了实际的引擎周期和前一个引擎周期的索引i-1。所有关于爆震的变量都是为每个气缸计算，并在每个引擎周期中更新，也就是说被考虑的缸体的每一个TDC(发动机活塞行程的上止点)，每次被考虑的缸体重新使用。发动机转速n32的所有断点都是相同的，用于点火角度计算。缸数在变量、常量和映射中使用的气瓶编号必须与应用的气瓶编号相对应。如图3所示。
瞬态检测的MAF梯度，在瞬态模式下，计算一个MAF梯度。如图4所示。
爆震信号格式获取标定策略：
可变的knksbas只是由爆震IC设备(ATM40或等效)计算输出的信号的数字获取的结果。knksbas是在爆震观察窗末端的基本软件获得的。将其发送到应用软件，作为相应的点火缸segnr的爆震信号的值。
由于使用了广播转换器，knksbas是一个10位变量。它必须被格式化为只在8位上写的数值变量knksxy。在hexa模式下，这个格式从0开始。3ffh][0..FFH对应于一个简单的除法4h。因此，knksxy是为每个缸体和传感器定义的变量，在每个窗口的末端。它对应于燃烧刚刚发生的缸体的爆震信号值。当lvstend＝1时，为激活条件，每个缸体的lves＝1之后开始初始化，在每个窗口获取端。按公式knksxy＝格式(knksbas)：knksxy＝knksbas/4H。对每一个气缸进行更新速率，具体如下表所示。
Output data：
Input data：
| KNKS_BAS | LV_ST_END | LV_ES |
爆震窗口生成标定方法：
爆震信号检测到一个特殊的窗口只考虑敲门的声音，而不是发动机的噪音(例：阀门的开关频率相同的爆震声)或不考虑测量的故障(例：点火角的峰值)。窗口的开始取决于发动机的速度和满载的负载。窗口的持续时间取决于发动机的速度。参数发动机转速对于以一个恒定角度的车轮目标为中心是很重要的。参数负载用于考虑在完全负载下从窗口中发出的爆震噪声。开始和持续时间窗口的解决方案在CRK。对于每个缸体，有一个不同的窗口。软件应用程序给基本软件提供了8位的两个变量在分辨率一度的情况下第一个变量是窗口的开始：knkwbxy第二个变量是窗口的持续时间：knkwdxy，窗口设定和输入输出数量，如图5所示。
爆震窗口获取的开始取决于引擎的速度和负载。
为了便于校准，首先在N中定义，然后添加了MAF的偏移量。knkwbxy＝ipknkwbxyn32+ipknkwbx和窗口时间：
KNKWD_X_Y＝IP_KNKWD_X_N_32；
以下为标定数数据表：
爆震装置算法标定策略：
发动机的爆震控制策略与爆震IC装置一起工作。本段的目的是在基本软件中定义爆震IC设备编程的软件值。在爆震测量窗口结束后，爆震IC设备集成器的输出值被输入为通过模拟通道到达控制算法的爆震值。如图6所示。
以下是输出数据表：
以下是输入数据表：
| N_32 | TCO | KNK_MAF_GRD | MAF_HB |
| LV_ST_END | LV_ES | LV_KNK_DET_AD_X | LV_HOM_RUN |
| LV_KNK_INH_VVT | LV_SYN_KNKW_REQ | NC_CYL_NR | LV_SYN_ENG |
| LV_CDN_INH_KNK_AD |
三、爆震功能诊断标定方法：
测试在故障状态和正常工作状态下传感器的输出，存储在控制器中用于诊断传感器的开路和短路，匹配方法是在各种动态工况点，如TiDin，急加速情况等震动和噪音较大的情况下识别爆震，通过推迟点火提前角避免发生爆震。
爆震段计数器计算，knksegctr对应于使用爆震策略的缸体编号。当引擎同步完成时，它会被初始化赋值，并且在每个爆震窗口的末尾增加它。在重新同步请求(lvsynknkwreq＝1)的情况下，这个计数器被nccylnr/2移动。具体公式和条件如下：
公式部分：
KNK_SEG_CTR＝KNK_SEG_CTR+1(modulo NC_CYL_NR)
At transition 0 to 1 of LV_SYN_KNKW|_REQ：
KNK_SEG_CTR＝KNK_SEG_CTR+NC_CYL_NR/2(modulo NC_CYL_NR)
可编程增益标算法：
对于编程增益(knkscmdgainxy)，它修改了组件输出的振幅，以及用于修改集成商匝道的编程时间积分器(knkscmdintxy)，策略对象是在不敲门的情况下为每个气缸提供敲门获取值，在爆震IC设备输出变量上大约为1.30V(或32位)发动机噪音水平是多少。
发动机噪音水平一般遵循发动机转速的平方律函数，并随满载而消退。如图7所示。
实际上，在没有爆震的爆震和爆震之间有一个比率值是很重要的，要精确的预测发动机爆震的运行，发动机各种控制参数均需要准确的确定，而这些参数中，许多需要在特殊的自然环境下试验，如高原(海拔4500米以上)、高温(环境温度45℃以上)、高寒(环境温度-30℃以下)等，这样，确定的周期较长，成本也高，而且，绝大多数试验仅仅是一两台样车试验数据，因此，由于个体差异，控制参数对批量产品来说不是最优。
所以，传统的EMS爆震标定系统存在着诸多缺陷，而当今，新发动机、新车型的开发周期要求越来越短，有必要对传统的EMS标定系统及方法进行提升，为此，本发明的发动机爆震智能标定系统在EMS系统中，以常规试验数据及理论数据为初始数据，发动机通过不同条件下的反馈爆震信号自动调整控制参数，同时智能积累并优化控制参数的标定系统定义为智能标定系统。
本发明的发动机爆震智能标定系统基于软、硬件技术的发展。软件技术的发展使得如判缸、数据分析和处理等复杂控制逻辑大大简化；随着爆震传感器技术及电子技术的发展，信号采集很准确，能够通过不同方式的滤波分析，通过对爆燃传感器反馈信号不同方式处理，可以较好地排除无关的噪声，从而准确辨析发动机工作粗暴情况，动态调整点火提前角等控制参数；从而适应高速内燃机精确控制要求，实现整个智能标定过程。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种发动机爆震自动标定方法，包括爆震识别处理及标定、动态爆震处理及标定、爆震功能诊断及标定，其特征在于：所述的发动机爆震自动标定方法在发动机标定中采用发动机爆震智能标定、自适应、自学习的技术进行爆震控制匹配；收集设备运行的以下数据：温度、转速、油耗情况、点火角状况，并存储这些数据以供二次分析，对爆震标定进行智能优化。
2.按照权利要求1所述的发动机爆震自动标定方法，其特征在于：所述的发动机爆震自动标定方法通过计算机辅助发动机爆震优化方法，快速进行ECU优化、标定。
3.按照权利要求1所述的发动机爆震自动标定方法，其特征在于：在所述的发动机控制器中设有一块用于爆震传感器信号的分析和处理的集成电路，并存储在相应的算法。
4.按照权利要求1所述的发动机爆震自动标定方法，其特征在于：所述的发动机爆震自动标定方法采用的工具和设备包括带燃烧压力传感器的火花塞、爆震匹配控制器、爆震测量分析仪。
5.按照权利要求1所述的发动机爆震自动标定方法，其特征在于：在所述的爆震识别处理及标定中，在台架上测量汽缸内的燃烧压力并应用爆震测量分析仪，识别和判断爆震是否发生；同时，爆震传感器的信号输入到ECU，经过信号放大、带通滤波、整流、积分处理，最后的积分信号由ECU用来判断是否发生爆震；同时该积分信号还被用来确定信号放大倍数和带通滤波的中心频率。
6.按照权利要求1所述的发动机爆震自动标定方法，其特征在于：在所述的动态爆震处理及标定中，进行爆震信号格式获取标定；爆震窗口生成标定；爆震窗口获取；爆震装置算法标定。
7.按照权利要求1所述的发动机爆震自动标定方法，其特征在于：在所述的爆震功能诊断及标定中，测试在故障状态和正常工作状态下传感器的输出，存储在控制器中用于诊断传感器的开路和短路，匹配方法是在各种动态工况点，震动和噪音较大的情况下识别爆震，通过推迟点火提前角避免发生爆震。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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