电喷汽油机过渡工况进气流速的灰色GM(11)预测研究.docx

1、第27卷第2期2006年4月内燃机工程ChineseInternalCombustionEngineEngineeringVol.27No.2Apr.2006270028文章编号：10000925(200602-033-04电喷汽油机过渡工况进气流速的灰色GM(1,1)预测研究吴义虎'，侯志祥刘晖'(1.K沙理工.大学汽车与机械工程学院，长沙410076,2.中南大学)GrayGM(1,1)ForecastingofAirInductionFlowRatioforGasolineEnginesinTransientConditionsWUYi-hu1,HOUZhi-xiang1

2、2,LIUHui(1.CollegeofAutomobileandMechanicalEngineering*ChangshaUniversityofScienceTechnology.Changsha410076*China；2.CentralSouthUniversity)Abstract:Precisemeasurementoftheairinductionflowisthebasisofaccuratecontrolofairfuelratioforgasolineengines.Duringtransientconditions,theseriousfluctuationofairi

3、nductionstateandthelaggingresponseoftheairflowsensorseriouslyaffecttheaccuracyofairfuelratiocontrol.Aforecastingmethexiofairflowratiointransientconditionbasedongraytheorywasprovided.Agrayforecastingmodelwassetupaccordingtothehistoricaldataoftheairflowsensor,whichwasrevisedaccordingtothenewsamplingda

4、taandsimulatedbytestingtheaccelerationanddecelerationperformanceofgasolineengines.Thesimulationresultsshowthatthemethodwillaccuratelyforecastairinductionflowvelocityduringtransientcondition.摘要：进气流量的精确洌量是车用汽油机空燃比精确控制的基础，发动机工作在过渡工况时，因进气状态变化，空气流量传感器的滞后响应影响了过渡工况空燃比的控制精度。本文提出了一种基于灰色理论的过渡工况进气流速的预测方法，以空气流童

5、传感器测试的历史数据建立进气流速的灰色预测模型，并根据新测试的结果对模型进行修正，对车用汽油机加戒速工况试验数据进行仿真，结果表明该方法能准确地预测过渡工况的进气流速。关键词，内燃机；汽油机；过渡工况；进气流速；灰色模型KeyWords:I.C.Engine；GasolineEngine；TransientCondition；InductionAirFlowRatio；GrayModel中图分类号:TK4I1文献标识码：A1概述进气流垦是汽油机电控系统中一个重要:的参数，其测最结果直接影响到汽油机对空燃比的控制精度，从而影响发动机的排放性能。目前对空气流0的测试通常采用空气流量平均值模型或直接

6、使用空气流S:传感器，在汽油机处于过渡丁.况时.其进气状态处于不断变化过程,平均伉模型存在较大误差.而直接使用空气流量传感器.因进气流速不断变化，空气流量传感器存在的响应滞后使得实时检测的数据存在时滞，影响了过渡工况空燃比控制精度。灰色预测法是一种对既含有已知信息又含有不确定因素的系统进行预测的方法，通过关联分析的方法来判断系统因素之间发展趋势的相异程度收稿日W:2005-05-08基金项目：国家自然科学抵金资助项目（S0276005）作者简介：具义虎（1962-）,男，教授，主要研究方向为汽车电子控制技术,E-m.il：wyh621<3U0其中B=一1/2（瑚+瑞）一1/2（瑞+别）（

7、i）用生成处理的方法将原始数据生成有较强规律性的时间序列来建立相应微分方程模型从而预测事物未来时刻的特征氐。车用汽油机节气门位置变化具有较大的随机性，同时进气流速还受转速、负荷的影响，进气流速具有随机有序的特点,其过程可视为一个灰色过程。本文探讨采用灰色理论建立过渡匚况进气流速的预测模型，该模型可为汽油机电控系统预测未来时刻的进气量，从而为车用汽油机过渡工况空燃比的精确控制奠定基础。2灰色预测GM(1,1)模型2.1GM(1,1)«型的建立GM(ia)模型是用原始数据生成后建立的微分方程，灰色理论是将无规律的原始数据经生成后，使其变为较有规律的生成数据再建模，一般用微分方程描述设有个

8、观测值,!。>=(血潸，,常),通过累加生成新序列了=38,1粉，x!i!)*其中X；-；=寻»<>=1,2,，履，则GM(1,1)模型相应的微分方程为等?+。；”=如式中，a为发展灰数业为内生控制灰数。设为待估参数向黄<=子'利用最小二乘法可得：求解微分方程，可得预测模型即>>=(脚(一=012"，”)2.2模型检验灰色预测检测通常要进行残差检验、关联度检验和后验差检验3”。为简化程序，进气流速的预测只进行残差检验.采用预测模型计算物(。，并将?n(O累减生成然后计算原始序列与的相对误差序列.当平均相对误差小于3%时，认为该模型

9、较精确，其预测结果可信.当平均相对误差大于3%,模型需要采用残差模型进行修正。2.3GM(1,1)残差模型设原始时间序列建在的GM(1,1)模型为三瞄=(脚可得生成序列了的预测值挤，定义残差为e<0>(j)=xn>(j)-?n(j).利用残差序列经数据生成后可建立相应的GM(1,1)模型3"以+1)=4。>(1)一性厂：+生。3以La,Jae+1)的导数为？(&+】)=(一)却一乒卜，加上削以+1)修正三以+1),得修正模型掺以+1)=？。>(1)一兰厂#+兰LaJa+(q,)J>(1)一坦ei,最后给出经过残差a.修正的原始时间序列的预测

10、模型为；0>以+1)=三(A+1)一三以)以=1,2)(2)3基于灰色理论的过度工况进气流速预测3.1试验设备及试验方案试验发动机为HL495Q电喷汽油机，气缸.工作容积2.835L,标定功率75kW(3800r/min),压缩比£=7.8,怠速转速750r/min,测功器为CW26O型电涡流测功器，流量计采用热线式空气流最传感器.采样时间为0.01s。试验1为发动机减速工况试验.使节气门在Is时间内由65%开度减少至关闭，同时测试节气门位置传感器、空气流笊传感器信号，测试时间为5s,获取500组试验数据。试验2为加速试验,在Is时间内使节气门由怠速位置开启至80%.测试时间也

11、为5s.获取500组度试验数据。试验过程节气门位置传感器实测值如图1所示。图1加减速工况皆气门位置传感器信号实测值3.2进气流速灰色预测算法设第互个采样时刻实测空气流速为q(k),灰色预测的空气流速为8以)。在试验的基础上确定历史数据长度为8,考虑到热线式空气流的传感器的响应时间约50ms.在采样时间为0.01s时.空气流fit传感器约滞后5个采样单位，因此每得到一个模型预357S.8、胃时间人(b)减速工况图2空气流速预测结果与实际值实际值预测值012345时间/s10(a)加速丁.况0-1020-30-40-50-60-70时间/s(b)减速工况图3预测误差值测其后的第5和第6采样值，其算

12、法流程如下：Stepl令k=0Step2流速采样,得到历史数据q以).g以+1),，q(为+7Step3经数据生成，得家色预测模型GMKM)Slep4计算残差.判断平均相对误差是杏大于3%若小于3%,转Step6Step5对残差进行数据生成，得残差模型GM2并利用残差模型修正GMl(l.l)Step6利用GM1(1,1)模型预测汶+12)初+13)Step7判断预测是否结束，若不结束令b=b卜2,转Step2该算法考虑到灰色预测进行较K时间预测时，其精度将较差，若每次只预测一个值，模型算法时间较K，因此每得到一个灰色模型，进行两值预测.再利用新的采样值修正模型,重新预测。3.3加减速工况进气流

13、速灰色预测结果采用3.1试臆方案，利用加减速丁.况空气流址传感器测St的实际值进行离线预测研究，加、减速I：况进气流速预测结果如图2所示.预测误差如图3所示。从图可见，在加速工况时，灰色预测整体水平较高绝对误差不超过±4g/s,相对误差在3%以内.平均相对误差约为0.46%。在减速I：况时，该预测方法能有效降低空气流量传感器退滞时间.除突变点(4个)外.绝对误差不超过±6g/s.平均相对误差约为0.75%,研究结果表明灰色预测方法能有效地预测过渡工况时空气流速。4结论本文提出了基于灰色理论的空气流速预测模型，以车用汽油机加减速工况数据进行仿或结果衣明该方法能精确预测进气空气流速。参考文献：1 HendricksE.MennvaluemodelingofsparkignitionenginesSAE960616.2 MoyneL.MaroteauxF.Airfudflowappliedtothereductionofairfuelratioexcursionsduringtrnnxienton|X