汽油機VVT系統(tǒng)特殊調(diào)節(jié)控制軟件的建模與仿真.pdf

1、汽油機采用可變氣門正時(VVT)技術(shù)，可以有效地提高充氣效率，改善發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性、動力性和排放。然而，除了相位器本身和控制系統(tǒng)硬件以外，相位控制的準確性和快速性在很大程度上依賴于發(fā)動機管理系統(tǒng)(EMS)應用層中的VVT控制軟件，因此，控制算法與控制策略一直是VVT控制系統(tǒng)研究的關(guān)鍵。VVT控制策略根據(jù)不同的發(fā)動機工況，確定最佳氣門正時。VVT控制算法則根據(jù)凸輪目標相位與實際相位，計算機油控制閥的占空比信號，控制凸輪軸相位逼近目標值。

2、VVT的控制不僅要考慮正常模式下控制策略，還應考慮到VVT系統(tǒng)特殊工作狀態(tài)下的控制目標和控制措施。
　　本文針對一款1.5TGDI汽油發(fā)動機的葉片式VVT機構(gòu)，重點圍繞控制過程中的閉環(huán)控制算法、一些特殊調(diào)節(jié)過程中凸輪軸目標相位的形成和發(fā)動機低轉(zhuǎn)速、機油壓力較低時占空比信號的選擇三個方面，采用基于模型的方法，借助于ASCET平臺建立了相應的控制模型，并進行仿真研究，主要工作如下:
　　(1)通過更全面地考慮VVT系統(tǒng)的調(diào)節(jié)模式

3、，根據(jù)VVT調(diào)節(jié)的不同目的，將凸輪軸目標相位的計算分成正常模式和特殊模式兩大部分，從而構(gòu)建完整的VVT控制軟件模塊框架。
　　(2)由于相位器內(nèi)的回位彈簧和凸輪軸負載扭矩導致凸輪軸相位在提前和滯后兩個方向的調(diào)節(jié)過程中載荷不同，使相位器的動作呈現(xiàn)出顯著的動態(tài)非線性特性。通過采用分段PID算法，在提前和滯后方向采用不同的P、I、D參數(shù)整定MAP，解決了相位器的非線性控制問題。為了防止在大范圍調(diào)節(jié)時控制器積分部分出現(xiàn)飽和，采用積分分離算

4、法，并且在算法中加入控制死區(qū)，以避免機油控制閥閥芯過于頻繁的抖動。為了驗證控制效果，基于所建立的簡化相位器模型，進行閉環(huán)控制仿真并與相位器動態(tài)實驗數(shù)據(jù)進行比較，結(jié)果表明，相位調(diào)節(jié)時間保持在1s左右，仿真結(jié)果與實驗結(jié)果具有很好的一致性。
　　(3)在控制策略中考慮幾項特殊調(diào)節(jié)情況的控制方法。開發(fā)了預防性清洗模塊，以防止機油中存在的雜質(zhì)阻塞機油控制閥和相位器機油油道;設計了DVVT系統(tǒng)中的排氣軸停調(diào)模塊，以提高機油壓力不足時進氣凸輪軸

5、的調(diào)節(jié)速度;根據(jù)當前轉(zhuǎn)速梯度以及目標相位和實際相位的范圍，設計提高怠速轉(zhuǎn)速使能模塊，以便在進入怠速過程中轉(zhuǎn)速梯度下降過快時，使發(fā)動機進入高怠速狀態(tài)，提高機油壓力，保證排氣凸輪軸向提前方向移動;為了提高相位器開始工作時葉片離開鎖止位置的速度，設計了凸輪軸解鎖模塊，利用占空比的快速切換加速相位器腔室內(nèi)機油流動，實現(xiàn)快速解鎖;通過將上述調(diào)節(jié)請求進行優(yōu)先級劃分，合理調(diào)度執(zhí)行順序，以避免調(diào)節(jié)紊亂。
　　(4)通過對凸輪直接驅(qū)動氣門的配氣機構(gòu)