1、第27卷第2期2006年4月內(nèi)燃機(jī)工程ChineseInternalCombustionEngineEngineeringVol.27No.2Apr.2006270028文章編號(hào)：10000925(200602-033-04電噴汽油機(jī)過渡工況進(jìn)氣流速的灰色GM(1,1)預(yù)測(cè)研究吳義虎'，侯志祥劉暉'(1.K沙理工.大學(xué)汽車與機(jī)械工程學(xué)院，長(zhǎng)沙410076,2.中南大學(xué))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：進(jìn)氣流量的精確洌量是車用汽油機(jī)空燃比精確控制的基礎(chǔ)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作在過渡工況時(shí)，因進(jìn)氣狀態(tài)變化，空氣流量傳感器的滯后響應(yīng)影響了過渡工況空燃比的控制精度。本文提出了一種基于灰色理論的過渡工況進(jìn)氣流速的預(yù)測(cè)方法，以空氣流童

5、傳感器測(cè)試的歷史數(shù)據(jù)建立進(jìn)氣流速的灰色預(yù)測(cè)模型，并根據(jù)新測(cè)試的結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行修正，對(duì)車用汽油機(jī)加戒速工況試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，結(jié)果表明該方法能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)過渡工況的進(jìn)氣流速。關(guān)鍵詞，內(nèi)燃機(jī)；汽油機(jī)；過渡工況；進(jìn)氣流速；灰色模型KeyWords:I.C.Engine；GasolineEngine；TransientCondition；InductionAirFlowRatio；GrayModel中圖分類號(hào):TK4I1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1概述進(jìn)氣流墾是汽油機(jī)電控系統(tǒng)中一個(gè)重要:的參數(shù)，其測(cè)最結(jié)果直接影響到汽油機(jī)對(duì)空燃比的控制精度，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性能。目前對(duì)空氣流0的測(cè)試通常采用空氣流量平均值模型或直接

6、使用空氣流S:傳感器，在汽油機(jī)處于過渡丁.況時(shí).其進(jìn)氣狀態(tài)處于不斷變化過程,平均伉模型存在較大誤差.而直接使用空氣流量傳感器.因進(jìn)氣流速不斷變化，空氣流量傳感器存在的響應(yīng)滯后使得實(shí)時(shí)檢測(cè)的數(shù)據(jù)存在時(shí)滯，影響了過渡工況空燃比控制精度。灰色預(yù)測(cè)法是一種對(duì)既含有已知信息又含有不確定因素的系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法，通過關(guān)聯(lián)分析的方法來判斷系統(tǒng)因素之間發(fā)展趨勢(shì)的相異程度收稿日W:2005-05-08基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)抵金資助項(xiàng)目（S0276005）作者簡(jiǎn)介：具義虎（1962-）,男，教授，主要研究方向?yàn)槠囯娮涌刂萍夹g(shù),E-m.il：wyh621<3U0其中B=一1/2（瑚+瑞）一1/2（瑞+別）（

7、i）用生成處理的方法將原始數(shù)據(jù)生成有較強(qiáng)規(guī)律性的時(shí)間序列來建立相應(yīng)微分方程模型從而預(yù)測(cè)事物未來時(shí)刻的特征氐。車用汽油機(jī)節(jié)氣門位置變化具有較大的隨機(jī)性，同時(shí)進(jìn)氣流速還受轉(zhuǎn)速、負(fù)荷的影響，進(jìn)氣流速具有隨機(jī)有序的特點(diǎn),其過程可視為一個(gè)灰色過程。本文探討采用灰色理論建立過渡匚況進(jìn)氣流速的預(yù)測(cè)模型，該模型可為汽油機(jī)電控系統(tǒng)預(yù)測(cè)未來時(shí)刻的進(jìn)氣量，從而為車用汽油機(jī)過渡工況空燃比的精確控制奠定基礎(chǔ)。2灰色預(yù)測(cè)GM(1,1)模型2.1GM(1,1)«型的建立GM(ia)模型是用原始數(shù)據(jù)生成后建立的微分方程，灰色理論是將無規(guī)律的原始數(shù)據(jù)經(jīng)生成后，使其變?yōu)檩^有規(guī)律的生成數(shù)據(jù)再建模，一般用微分方程描述設(shè)有個(gè)

8、觀測(cè)值,!。>=(血潸，,常),通過累加生成新序列了=38,1粉，x!i!)*其中X；-；=尋»<>=1,2,，履，則GM(1,1)模型相應(yīng)的微分方程為等?+。；”=如式中，a為發(fā)展灰數(shù)業(yè)為內(nèi)生控制灰數(shù)。設(shè)為待估參數(shù)向黃<=子'利用最小二乘法可得：求解微分方程，可得預(yù)測(cè)模型即>>=(腳(一=012"，”)2.2模型檢驗(yàn)灰色預(yù)測(cè)檢測(cè)通常要進(jìn)行殘差檢驗(yàn)、關(guān)聯(lián)度檢驗(yàn)和后驗(yàn)差檢驗(yàn)3”。為簡(jiǎn)化程序，進(jìn)氣流速的預(yù)測(cè)只進(jìn)行殘差檢驗(yàn).采用預(yù)測(cè)模型計(jì)算物(。，并將?n(O累減生成然后計(jì)算原始序列與的相對(duì)誤差序列.當(dāng)平均相對(duì)誤差小于3%時(shí)，認(rèn)為該模型

9、較精確，其預(yù)測(cè)結(jié)果可信.當(dāng)平均相對(duì)誤差大于3%,模型需要采用殘差模型進(jìn)行修正。2.3GM(1,1)殘差模型設(shè)原始時(shí)間序列建在的GM(1,1)模型為三瞄=(腳可得生成序列了的預(yù)測(cè)值擠，定義殘差為e<0>(j)=xn>(j)-?n(j).利用殘差序列經(jīng)數(shù)據(jù)生成后可建立相應(yīng)的GM(1,1)模型3"以+1)=4。>(1)一性廠：+生。3以La,Jae+1)的導(dǎo)數(shù)為？(&+】)=(一)卻一乒卜，加上削以+1)修正三以+1),得修正模型摻以+1)=？。>(1)一蘭廠#+蘭LaJa+(q,)J>(1)一坦ei,最后給出經(jīng)過殘差a.修正的原始時(shí)間序列的預(yù)測(cè)

10、模型為；0>以+1)=三(A+1)一三以)以=1,2)(2)3基于灰色理論的過度工況進(jìn)氣流速預(yù)測(cè)3.1試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)方案試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)為HL495Q電噴汽油機(jī)，氣缸.工作容積2.835L,標(biāo)定功率75kW(3800r/min),壓縮比£=7.8,怠速轉(zhuǎn)速750r/min,測(cè)功器為CW26O型電渦流測(cè)功器，流量計(jì)采用熱線式空氣流最傳感器.采樣時(shí)間為0.01s。試驗(yàn)1為發(fā)動(dòng)機(jī)減速工況試驗(yàn).使節(jié)氣門在Is時(shí)間內(nèi)由65%開度減少至關(guān)閉，同時(shí)測(cè)試節(jié)氣門位置傳感器、空氣流笊傳感器信號(hào)，測(cè)試時(shí)間為5s,獲取500組試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)2為加速試驗(yàn),在Is時(shí)間內(nèi)使節(jié)氣門由怠速位置開啟至80%.測(cè)試時(shí)間也

11、為5s.獲取500組度試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)過程節(jié)氣門位置傳感器實(shí)測(cè)值如圖1所示。圖1加減速工況皆氣門位置傳感器信號(hào)實(shí)測(cè)值3.2進(jìn)氣流速灰色預(yù)測(cè)算法設(shè)第互個(gè)采樣時(shí)刻實(shí)測(cè)空氣流速為q(k),灰色預(yù)測(cè)的空氣流速為8以)。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定歷史數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8,考慮到熱線式空氣流的傳感器的響應(yīng)時(shí)間約50ms.在采樣時(shí)間為0.01s時(shí).空氣流fit傳感器約滯后5個(gè)采樣單位，因此每得到一個(gè)模型預(yù)357S.8、胃時(shí)間人(b)減速工況圖2空氣流速預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際值實(shí)際值預(yù)測(cè)值012345時(shí)間/s10(a)加速丁.況0-1020-30-40-50-60-70時(shí)間/s(b)減速工況圖3預(yù)測(cè)誤差值測(cè)其后的第5和第6采樣值，其算

12、法流程如下：Stepl令k=0Step2流速采樣,得到歷史數(shù)據(jù)q以).g以+1),，q(為+7Step3經(jīng)數(shù)據(jù)生成，得家色預(yù)測(cè)模型GMKM)Slep4計(jì)算殘差.判斷平均相對(duì)誤差是杏大于3%若小于3%,轉(zhuǎn)Step6Step5對(duì)殘差進(jìn)行數(shù)據(jù)生成，得殘差模型GM2并利用殘差模型修正GMl(l.l)Step6利用GM1(1,1)模型預(yù)測(cè)汶+12)初+13)Step7判斷預(yù)測(cè)是否結(jié)束，若不結(jié)束令b=b卜2,轉(zhuǎn)Step2該算法考慮到灰色預(yù)測(cè)進(jìn)行較K時(shí)間預(yù)測(cè)時(shí)，其精度將較差，若每次只預(yù)測(cè)一個(gè)值，模型算法時(shí)間較K，因此每得到一個(gè)灰色模型，進(jìn)行兩值預(yù)測(cè).再利用新的采樣值修正模型,重新預(yù)測(cè)。3.3加減速工況進(jìn)氣流

13、速灰色預(yù)測(cè)結(jié)果采用3.1試臆方案，利用加減速丁.況空氣流址傳感器測(cè)St的實(shí)際值進(jìn)行離線預(yù)測(cè)研究，加、減速I：況進(jìn)氣流速預(yù)測(cè)結(jié)果如圖2所示.預(yù)測(cè)誤差如圖3所示。從圖可見，在加速工況時(shí)，灰色預(yù)測(cè)整體水平較高絕對(duì)誤差不超過±4g/s,相對(duì)誤差在3%以內(nèi).平均相對(duì)誤差約為0.46%。在減速I：況時(shí)，該預(yù)測(cè)方法能有效降低空氣流量傳感器退滯時(shí)間.除突變點(diǎn)(4個(gè))外.絕對(duì)誤差不超過±6g/s.平均相對(duì)誤差約為0.75%,研究結(jié)果表明灰色預(yù)測(cè)方法能有效地預(yù)測(cè)過渡工況時(shí)空氣流速。4結(jié)論本文提出了基于灰色理論的空氣流速預(yù)測(cè)模型，以車用汽油機(jī)加減速工況數(shù)據(jù)進(jìn)行仿或結(jié)果衣明該方法能精確預(yù)測(cè)進(jìn)氣空氣流速。參考文獻(xiàn)：1 HendricksE.MennvaluemodelingofsparkignitionenginesSAE960616.2 MoyneL.MaroteauxF.Airfudflowappliedtothereductionofairfuelratioexcursionsduringtrnnxienton|X