一种电子节气门特征点位置自学习控制方法

摘要

本发明涉及发动机控制技术领域，具体涉及一种电子节气门特征点位置自学习控制方法。将机械下止点位置、机械上止点位置和节气门自然位置作为电子节气门特征点位置进行自学习，且机械下止点位置、机械上止点位置和节气门自然位置按照任意先后顺序进行自学习；当某一节气门特征点位置学习成功，则将当前学习到的特征点位置与上一次存储的特征点位置进行加权计算，将计算所得的新的特征点位置作为最新数据更新存储。将机械下止点位置、机械上止点位置和节气门自然位置作为电子节气门特征点位置进行自学习，特征点位置更全面，从而提高了节气门任意位置的精度。

说明书

技术领域

本发明涉及发动机控制技术领域，具体涉及一种电子节气门特征点位置自学习控制方法。

背景技术

电子节气门是汽油发动机控制发动机功率的最基本途径，利用节气门的节流效应使发动机在不同工况需求时达到理想的发动机进气效率，配合发动机喷油与点火，使发动机按需求进行燃烧为发动机提供所需的功率和扭矩。节气门控制的稳定性与准确性是精确控制发动机燃烧新鲜空气量的关键，从而保障发动机平稳精准的转速、扭矩、功率控制。

由于发动机对动力性、经济性、排放要求比较严格，这就要求对电子节气门的非常精确的控制。但产品制造和产品使用寿命的差异，以及产品运用在不同季节、不同地区、不同高度时由于空气密度等的变化，造成发动机电子节气门的特征点位置有一定误差范围，而节气门实际开度的计算是基于这些特征点位置得到的，如果特征点位置有误差，则节气门实际开度的计算便会出现偏差，导致基于节气门开度控制的气量控制不准确。

为了保证节气门控制的稳定性和准确性，首先必须保证节气门实际开度的准确性。现有技术在特征点学习时，采用的特征点位置比较片面，且每个特征点学习过程还不够严谨，导致特征点位置学习精度低，具有较大偏差。因此需要优化电子节气门的特征点位置自学习，从而提高电子节气门的目标开度响应性控制精度，进而改善发动机扭矩功率响应请求。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种特征点位置更全面，学习方法更严谨，结果精度更高的电子节气门特征点位置自学习控制方法。

本发明技术方案为：将机械下止点位置、机械上止点位置和节气门自然位置作为电子节气门特征点位置进行自学习，且机械下止点位置、机械上止点位置和节气门自然位置按照任意先后顺序进行自学习；

当某一节气门特征点位置学习成功，则将当前学习到的特征点位置与上一次存储的特征点位置进行加权计算，将计算所得的新的特征点位置作为最新数据更新存储。

较为优选的，所述机械下止点位置自学习过程如下：

设定节气门机械下止点位置学习的初始目标开度，所述初始目标开度接近节气门最小开度；

控制节气门阀片往初始目标开度位置移动，在检测到节气门实际开度与初始目标开度在误差允许范围内，并稳定一段时间后，逐渐减小目标开度；

在逐渐减小目标开度的过程中，若响应节气门请求目标开度的节气门电机请求占空比超过标定范围，且超过标定范围的时间达到标定时长，则固定当前的节气门目标开度，机械下止点位置学习进入稳态阶段；

在稳态阶段内，持续更新机械下止点位置一段时间，并核实学习到的位置是否在合理范围内，若是则更新存储的机械下止点位置。

较为优选的，所述在稳态阶段内，持续更新机械下止点位置的过程为：

利用公式

和

N_LrnMin＝T_LrnMin/t_Base

计算机械下止点位置学习第i次更新的值；

利用公式

Pos_LrnMin＝Pos_LrnMin(N_LrnMin)+C_MinOffset

对学习到的位置进行补偿；

其中，T_LrnMin为机械下止点位置更新的时间；

t_Base为机械下止点位置学习更新的周期；

N_LrnMin表示机械下止点位置学习更新的次数；

i＝1,...,N_LrnMin；

Pos_LrnMin(i)为机械下止点位置学习第i次更新的值；

Pos_LrnMin(0)为系统默认的机械下止点位置向上学习值；

Pos_ThrAct为当前实际的节气门开度；

Pos_LrnMin表示为用于节气门动态响应控制的最小电子下止点；

C_MinOffset为补偿量；

Pos_LrnMin(N_LrnMin)为更新次数N_LrnMin的机械下止点学习值。

较为优选的，所述节气门自然位置自学习包括自然位置向上学习和自然位置向下学习，所述节气门自然位置为自然位置向上学习值和自然位置向下学习值的平均值；

其中，当自然位置向上学习值或自然位置向下学习值不在合理范围内时，不更新自然位置学习值。

较为优选的，所述自然位置向上学习包括：

节气门阀片先请求打开至大于自然位置的初始开度后，逐渐降低电机占空比，在节气门恢复到自然开度后，学习其自然位置。

较为优选的，所述自然位置向下学习包括：

节气门阀片先请求关闭至小于自然位置的初始开度后，逐渐增大电机占空比，在节气门恢复到自然开度后，学习其自然位置。

较为优选的，所述机械上止点位置自学习过程如下：

设定节气门机械上止点位置学习的初始目标开度，所述初始目标开度接近节气门最大开度；

控制节气门阀片往初始目标开度位置移动，在检测到节气门实际开度与初始目标开度在误差允许范围内，并稳定一段时间后，逐渐增大目标开度；

在逐渐增大目标开度的过程中，若响应节气门请求目标开度的节气门电机请求占空比超过标定范围，且超过标定范围的时间达到标定时长，则固定当前的节气门目标开度，机械上止点位置学习进入稳态阶段；

在稳态阶段内，持续更新机械上止点位置一段时间，并核实学习到的位置是否在合理范围内，若是则更新存储的机械上止点位置。

较为优选的，所述在稳态阶段内，持续更新机械上止点位置的过程为：

利用公式

和

N_LrnMax＝T_LrnMax/t_Base

计算机械上止点位置学习第i次更新的值；

利用公式

Pos_LrnMax＝Pos_LrnMin(N_LrnMax)-C_MaxOffset

对学习到的位置进行补偿；

其中，T_LrnMax为机械下止点位置更新的时间；

t_Base为机械下止点位置学习更新的周期；

N_LrnMax表示机械上止点位置学习更新的次数；

i＝1,...,N_LrnMax；

Pos_LrnMax(i)为机械上止点位置学习第i次更新的值；

Pos_LrnMax(0)为系统默认的机械上止点位置向上学习值；

Pos_ThrAct为当前实际的节气门开度；

Pos_LrnMax表示为用于节气门动态响应控制的最大电子上止点；

C_MaxOffset为补偿量。

较为优选的，在任意一个特征点位置自学习过程中，如果出现节气门自学习的条件不满足，则对应特征点位置的自学习终止，并将节气门目标开度设置到自然开度位置附近；

如果任意一个特征点位置自学习超过期限未学习完成或者学习不成功，则终止该特征点位置自学习，自动进入下一个特征点位置自学习。

较为优选的，所述节气门自学习的条件为：

发动机转速为0；且

未出现节气门位置传感器和电机故障；且

节气门电机电流未超过允许最大电流；且

大气温度和水温均未超过允许范围；且

未有其他节气门其他控制响应请求。

较为优选的，所述加权计算方法为：

利用公式Pos(n)＝k×Pos_Lrn+(1-k)×Pos(n-1)进行计算；

其中，Pos_Lrn表示当前学习到的正确的特征点的位置；

Pos(n-1)表示上次存储的特征点位置；

Pos(n)表示即将更新的特征点位置；

k为加权系数；

n为特征点位置更新次数。

较为优选的，所述逐渐增大目标开度为以恒定的小变化量逐渐增大目标开度。

本发明的有益效果为：本发明将机械下止点位置、机械上止点位置和节气门自然位置作为电子节气门特征点位置进行自学习，特征点位置更全面，从而提高了节气门任意位置的精度。在节气门自然位置的学习过程中，利用向上和向下两个位置学习到的值取平均值，使节气门自然位置得学习具有较高的精度。在机械下止点和机械上止点的学习过程中，在稳态阶段后不断更新数据，并利用补偿值进行补偿，使机械下止点和机械上止点的学习位置更精确，且节气门在正常控制时因加入补偿值不进入特征点，起到保护电机的作用。在机械下止点和机械上止点学习过程中，目标开度的变化量控制在恒定的较小值，防止占空比过大，造成电流过大，损坏电机。

附图说明

图1为本发明其中一个实施例的控制流程示意图；

图2为图1中电子节气门下止点位置自学习控制流程图；

图3为图1中电子节气门自然位置向上学习控制流程图；

图4为图1中电子节气门自然位置向下学习控制流程图；

图5为图1中电子节气门上止点位置自学习控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

本发明的节气门特征点位置自学习包含机械下止点位置自学习、机械上止点自学习以及节气门自然位置自学习，这三个特征点可以按照任意先后顺序进行自学习，为了方便描述，以下以机械下止点位置-节气门自然位置-机械上止点的顺序作为实施例进行自学习说明。

本实施例中

发动机控制器ECU会根据节气门目标开度调节电机请求PWM占空比(简称占空比)，控制电机从而改变节气门实际开度跟随目标开度。

本实施例中占空比为正，表示节气门阀片打开，节气门开度增大；占空比为负，表示节气门阀片关闭，节气门开度减小。如果控制相反，则后面叙述的占空比需要相反，均可使用与控制相反的控制系统。

整车下线刷写发动机控制器ECU软件成功后，必须立刻进行一次节气门特征点位置自学习。除此之外，节气门自学习均在点火钥匙下电才进行，此时发动机ECU有下电主继电器延时断开延时功能。

如图1所示，节气门特征点位置自学习在钥匙下电时开始，首先进行机械下止点位置自学习，然后进行节气门自然位置自学习，最后允许机械上止点自学习。

所述机械下止点位置，是指节气门开度最小的机械位置。

所述节气门自然位置，是指节气门电机不被驱动，无驱动电流，即节气门控制电路断开时的机械位置。

所述节气门允许的上止点，是指节气门允许的开度最大的机械位置。

节气门的三项自学习均必须满足一定的条件下进行：

1、发动机转速为0；

2、未出现节气门位置传感器和电机故障；

3、节气门电机电流未超过大于5s中的4A大电流；

4、大气温度低于70℃，发动机冷却水温低于130℃，以防止节气门在过热时自学习造成电机损坏；

5、未有其他节气门其他控制响应请求(如无节气门破冰，无节气门动态响应控制请求)。

在任何一次节气门特征点位置自学习的过程中，如果出现节气门自学习的条件不满足，则自学习终止，学习失败，并将节气门目标开度设置到自然开度位置附近。

每个自学习必须保证在学习的全部过程中均保证诊断条件使能。如果不使能，或出现使能条件中断，则终止学习，该项自学习数据不更新。每个自学习必须保证在学习的全部过程中均保证诊断条件使能；任何一次节气门特征点位置自学习的过程中，如果出现节气门自学习的条件不满足，则自学习终止，学习失败，并将节气门目标开度设置到自然开度位置附近。

节气门特征点位置均会存储在非易失性存储器EEPROM中。

发动机控制器ECU在初始化时，会存在默认的节气门特征点位置。目前系统设置的下止点默认位置为0.62％；设置的自然位置默认位置为6.7％；系统设置的上止点默认位置为98.9％。

发动机控制器ECU会将正确学习到的特征点位置，与上一次存储在非易失性存储器EEPROM中的特征点位置，进行加权算法，得到新的特征点位置，并将其更新到非易失性存储器EEPROM中。

如果节气门特征点位置自学习未成功一次，则特征点位置采用默认的节气门特征点位置；

如果节气门任何一项自学习超过6s未学习完成或者学习不成功，则终止该项学习，自动进入下一项自学习；

如果节气门特征点位置学习不成功，或者学习到的位置不在一定范围之内，则直接采用非易失性存储器EEPROM存储的特征点位置；

如果节气门特征点位置学习成功，则将正确学习到的特征点位置，与之前存储在非易失性存储器EEPROM中的特征点位置，进行加权算法，得到新的特征点位置，并将其更新到非易失性存储器EEPROM中。其加权算法如下：

Pos(n)＝k×Pos_Lrn+(1-k)×Pos(n-1)

其中，Pos_Lrn表示当前学习到的正确的特征点的位置；Pos(n-1)表示之前存储在EEPROM中的特征点位置；Pos(n)表示EEPROM中即将更新的特征点位置；k为加权系数，不同的特征点位置学习的加权系数k可不一样；n为特征点位置更新次数，其中Pos(0)表示系统默认的节气门特征点位置。

如图2所示，节气门机械下止点位置自学习方法流程如下：

1、在自学习条件满足的条件下进行，在学习过程中如果出现学习条件不满足，则机械下止点位置自学习终止，不更新EEPROM存储的位置值，系统尝试进入节气门自然位置的自学习；

2、设定节气门机械下止点位置学习的初始目标开度3％(接近最小开度位置)，控制节气门阀片往最小开度位置移动，在检测到节气门实际开度与初始目标开度在误差允许范围±1％内时，并稳定一段时间0.2ms后，以一定变化量-5％/s减小目标开度，节气门实际开度会跟随目标开度变化；在目标开度变化的过程中，会限制占空比的变化率(在占空比超过-40％时，限制占空比变化率低于-100％/s)，进而限制目标开度的变化，防止占空比变化过大，造成电流过大，损坏电机；如果检测到节气门实际开度与初始目标开度在6s内一直无法在误差允许范围±1％内，则学习终止。

3、响应节气门请求目标开度的节气门电机请求占空比在超过-35％(该范围通过节气门调试设备测试得到，能够反映节气门已经到达其最小位置，且未烧坏电机)，且超过该范围的占空比请求时间超过150ms后，则固定当前的节气门目标开度，位置学习进入稳态阶段；

4、在稳态阶段时，ECU会不断更新机械下止点位置，在更新时间超过150ms后，则停止更新，更新完成；

机械下止点位置学习值的更新方法为：

N_LrnMin＝T_LrnMin/t_Base

其中T_LrnMin为机械下止点位置更新的时间；t_Base为发动机控制器ECU系统采用时间，即机械下止点位置学习更新的周期，本实施例取10ms；N_LrnMin表示机械下止点位置学习更新的次数，本实施例取15次；i＝1,...,N_LrnMin；Pos_LrnMin(i)为机械下止点位置学习第i次更新的值，Pos_LrnMin(0)为系统默认的机械下止点位置向上学习值；Pos_ThrAct为当前实际的节气门开度。

最终节气门机械下止点位置在学习到的位置基础上加上一定补偿量，以避免控制过程中实际阀门位置进入开始撞击阀体，造成电机电流过大，损坏电机。即：

Pos_LrnMin＝Pos_LrnMin(N_LrnMin)+C_MinOffset

其中Pos_LrnMin表示为用于节气门动态响应控制的最小电子下止点，C_MinOffset为一定补偿量，本实施例取0.62％。Pos_LrnMin(N_LrnMin)为更新次数N_LrnMin的机械下止点学习值。

5、更新完成后，核实学习到的位置是否在[-10％,110％]之内，如果在，则更新EEPROM的值；反之，则维持EEPROM存储的机械下止点位置值。同时，进入节气门自然位置学习的准备阶段，并将节气门目标开度设置到自然开度位置附近，如10％位置。

节气门自然位置的学习，包含自然位置向上学习和自然位置向下学习。首先进行节气门自然位置向上学习，在学习结束后尝试进入自然位置向下学习(顺序可更换)。其中自然位置向上学习是指节气门阀片先请求打开至一定初始开度后，逐渐降低电机占空比(逐渐恢复节气门至自然开度)，在节气门恢复到自然开度后，学习其自然位置；自然位置向下学习是指节气门阀片先请求关闭至一定初始开度后，逐渐增大电机占空比(逐渐恢复节气门至自然开度)，在节气门恢复到自然开度后，学习其自然位置。如果自然位置向上学习值在一定合理范围内，则更新EEPROM对应的自然位置向上学习值；如果自然位置向下学习值在一定合理范围内，则更新EEPROM对应的自然位置向下学习值；如果自然位置向上学习值或自然位置向下学习值不在一定合理范围内，则不更新EEPROM对应的自然位置学习值。节气门自然位置为EEPROM的自然位置向上学习值和自然位置向下学习值的平均值。

如图3所示，节气门自然位置向上学习方法流程如下：

1、在机械下止点位置自学习终止或者学习完成后，均会尝试进入节气门自然位置向上学习的准备阶段；

2、在自学习条件满足的条件下才可进行，在学习过程中如果出现学习条件不满足，则节气门自然位置向上学习终止，不更新EEPROM存储的位置值，系统尝试进入节气门自然位置向下学习；

3、设定较大的正的节气门电机占空比如20％，节气门阀片打开，节气门开度增大，稳定一段时间如50ms后，以-20％/s的变化率逐渐降低电机占空比，在电机占空比接近0附近正负0.1％时，设置设定节气门电机占空比为0，并稳定一段时间；

4、固定当前的节气门电机占空比为0，位置学习进入稳态阶段；

5、在稳态阶段时，ECU会不断更新自然位置向上学习值，在更新时间超过一定范围如T_LrnRefUp＝200ms后，则停止更新，更新完成；

自然位置向上学习值的更新方法为：

N_LrnRefUp＝T_LrnRefUp/t_Base

其中T_LrnRefUp为自然位置向上学习位置更新的时间200ms；t_Base为发动机控制器ECU系统采用时间10ms，即自然位置向上学习位置更新的周期；N_LrnRefUp表示自然位置向上学习位置更新的次数20；i＝1,...,N_LrnRefUp；Po_sLrnRefUp(i)为自然位置向上学习第i次更新的值，Pos_LrnRefUp(0)为系统默认的自然位置向上学习值6.7％；Pos_ThrAct为当前实际的节气门开度。

6、更新完成后，检查学习到的位置是否在一定合理范围如[3.7％,9.7％]之内。如果在合理范围，则更新EEPROM的值；反之，则维持EEPROM存储的位置值。同时，进入节气门自然位置向下学习的准备阶段。

如图4所示，节气门自然位置向下学习方法流程如下：

1、在节气门自然位置向上学习终止或者学习完成后，均会进入节气门自然位置向下学习的准备阶段；

2、节气门自然位置向下学习条件满足的条件下才可进行，在学习过程中如果出现学习条件不满足，则节气门自然位置向下学习终止，不更新EEPROM存储的位置值，系统尝试进入节气门允许的上止点的自学习；

3、在进入节气门自然位置向下学习的准备阶段后，且满足学习条件时，重新设定较大的负的节气门电机占空比，如-15％，节气门阀片关闭，节气门开度减小，稳定一段时间如50ms后，以20％逐渐增大电机占空比(占空比为负值，因此占空比绝对值减小)，在电机占空比刚刚增加到小于或等于0时，设置设定节气门电机占空比为0，并稳定一段时间，如200ms；

4、步骤3完成后固定当前的节气门电机占空比为0，位置学习进入稳态阶段；

5、在稳态阶段时，ECU会不断更新自然位置向下学习值，在更新时间超过一定范围，如200ms后，则停止更新，更新完成；同时进入允许的上止点的自学习的准备阶段。

自然位置向下学习值的更新方法为：

N_LrnRefDn＝T_LrnRefDn/t_Base

其中T_LrnRefDn为自然位置向下学习位置更新的时间200ms；t_Base为发动机控制器ECU系统采用时间10ms，即自然位置向下学习位置更新的周期；N_LrnRefDn表示自然位置向下学习位置更新的次数20；i＝1,...,N；Pos_LrnRefDn(i)为自然位置向下学习第i次更新的值，Pos_LrnRefDn(0)为系统默认的自然位置向下学习值6.7％；Pos_ThrAct为当前实际的节气门开度。

6、更新完成后，核实学习到的位置是否在一定合理范围，如[3.7％,9.7％]之内。如果在合理范围，则更新EEPROM的值；反之，则维持EEPROM存储的位置值。同时，进入节气门允许的上止点学习的准备阶段，并将节气门目标开度设置到自然开度位置附近。

如图5所示，节气门允许的上止点学习方法流程如下：

1、在节气门自然位置学习终止或者学习完成后，均会进入节气门自然位置向下学习的准备阶段；

2、节气门允许的上止点学习条件满足的条件下才可进行，在学习过程中如果出现学习条件不满足，则气门允许的上止点学习终止，不更新EEPROM存储的位置值，则节气门特征点位置学习全部结束；

3、设定节气门上止点学习的初始目标开度，如90％(接近最大开度位置)，控制节气门阀片往上止点移动，在检测到节气门实际开度与初始目标开度在误差在±1％内时，并稳定一段时间0.2s后，以一定变化量5％/s增大目标开度；在目标开度变化的过程中，会限制占空比的变化率(在占空比超过80％时，限制占空比变化率低于-100％/s)，进而限制目标开度的变化，防止占空比变化过大，造成电流过大，损坏电机；特别地，如果检测到节气门实际开度与初始目标开度在6s内一直无法在误差允许范围±1％内，则学习终止。

4、节气门电机请求占空比在超过35％后，且时间超过150ms后，则固定当前的节气门目标开度，位置学习进入稳态阶段；

5、在稳态阶段时，ECU会不断更新上止点，在更新时间超过一定值，如150ms后，则停止更新，更新完成；

机械上止点学习值的更新方法为：

N_LrnMax＝T_LrnMax/t_Base

其中T_LrnMax为机械上止点位置更新的时间150ms；t_Base为发动机控制器ECU系统采用时间，即机械上止点位置学习更新的周期10ms；N_LrnMax表示机械上止点位置学习更新的次数15；i＝1,...,N_LrnMax；Pos_LrnMax(i)为机械上止点位置学习第i次更新的值，Pos_LrnMax(0)为系统默认的机械上止点位置向上学习值98.9％；Pos_ThrAct为当前实际的节气门开度。

最终节气门机械上止点位置在学习到的位置基础上减去一定补偿量0.52％，以避免控制过程中实际阀门撞击阀体，造成电机电流过大，损坏电机或阀片。即：

Pos_LrnMax＝Pos_LrnMin(N_LrnMax)-C_MaxOffset

其中Pos_LrnMax表示为用于节气门动态响应控制的最小电子下止点，C_MaxOffset为一定补偿量。

6、更新完成后，将节气门目标开度设置到自然开度位置附近。并核实学习到的位置是否在一定范围[80％，130％]之内，如果在该范围内，则更新EEPROM的值；反之，则维持EEPROM存储的机械上止点位置值。节气门特征点位置学习全部结束。

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。