基于模型的汽油機(jī)空燃比控制技術(shù)研究.pdf

1、為實(shí)現(xiàn)良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性，并滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī)要求，空燃比的精確控制已成為現(xiàn)代車用汽油機(jī)控制的最關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)的控制策略是依靠先驗(yàn)知識(shí)并通過大量的標(biāo)定試驗(yàn)獲取控制參數(shù)表，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)完全依賴查表獲得控制參數(shù)。采用基于模型的控制策略和算法實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)運(yùn)行時(shí)空然比的精確控制，不但可以大大減少電控系統(tǒng)開發(fā)過程中標(biāo)定試驗(yàn)的工作量，而且可以提高系統(tǒng)的魯棒性。 本文在詳細(xì)分析電控進(jìn)氣口多點(diǎn)噴射汽油機(jī)的進(jìn)氣過程和進(jìn)氣管油膜蒸發(fā)動(dòng)

2、態(tài)過程的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了包含實(shí)際物理信息的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣模型和進(jìn)氣管燃油動(dòng)態(tài)模型，進(jìn)而形成完整的空燃比均值模型。在進(jìn)氣模型中采用壓力損失項(xiàng)和發(fā)動(dòng)機(jī)固有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)代替了傳統(tǒng)速度－密度模型中的充量效率，不但有利于控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)而且可以減少針對(duì)不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定試驗(yàn)工作量。對(duì)于燃油動(dòng)態(tài)模型中的油膜蒸發(fā)參數(shù)，采用理論分析結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真的方式給出了簡(jiǎn)單、有效的參數(shù)標(biāo)定方法。為了驗(yàn)證均值模型，文中構(gòu)建了發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜非均值模型。通過臺(tái)架試驗(yàn)，對(duì)均值模

3、型參數(shù)進(jìn)行了辨識(shí)并對(duì)非均值模型進(jìn)行了驗(yàn)證，而后采用復(fù)雜模型驗(yàn)證簡(jiǎn)單模型的仿真驗(yàn)證與臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法對(duì)均值模型進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明：本文建立的均值模型具有較高的精度且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠滿足空燃比實(shí)時(shí)控制的要求。 在深入分析汽油機(jī)進(jìn)氣壓力傳感器信號(hào)的基礎(chǔ)上，基于頻譜特性確定了信號(hào)采集算法。根據(jù)穩(wěn)態(tài)工況下精度高、瞬態(tài)工況下響應(yīng)快的空燃比控制要求，并綜合考慮實(shí)際傳感器特性，構(gòu)建了發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)時(shí)的進(jìn)氣狀態(tài)觀測(cè)器和燃油動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器，以

4、此形成基于模型的空燃比控制策略。通過卡爾曼濾波算法的理論分析和大量的仿真試驗(yàn)，建立了穩(wěn)態(tài)進(jìn)氣觀測(cè)器的改進(jìn)Sage自適應(yīng)算法和瞬態(tài)進(jìn)氣觀測(cè)器的預(yù)測(cè)算法。 為驗(yàn)證本文建立的控制策略和算法，針對(duì)WF4C27F-E型汽油機(jī)設(shè)計(jì)了控制器及標(biāo)定系統(tǒng)軟硬件，其中控制器軟件設(shè)計(jì)基于嵌入式操作系統(tǒng)SmartOSEK進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果顯示：本文提出的基于模型的控制策略和算法可以滿足汽油機(jī)空燃比精確控制的需要，穩(wěn)態(tài)工況時(shí)控制誤差小于3％，瞬態(tài)工況時(shí)小于6