汽油機(jī)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(jī)采用可變氣門正時(shí)(VVT)技術(shù)，可以有效地提高充氣效率，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)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(zhǔn)確性和快速性在很大程度上依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(EMS)應(yīng)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(dòng)機(jī)工況，確定最佳氣門正時(shí)。VVT控制算法則根據(jù)凸輪目標(biāo)相位與實(shí)際相位，計(jì)算機(jī)油控制閥的占空比信號(hào)，控制凸輪軸相位逼近目標(biāo)值。

2、VVT的控制不僅要考慮正常模式下控制策略，還應(yīng)考慮到VVT系統(tǒng)特殊工作狀態(tài)下的控制目標(biāo)和控制措施。
　　本文針對(duì)一款1.5TGDI汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片式VVT機(jī)構(gòu)，重點(diǎn)圍繞控制過(guò)程中的閉環(huán)控制算法、一些特殊調(diào)節(jié)過(guò)程中凸輪軸目標(biāo)相位的形成和發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力較低時(shí)占空比信號(hào)的選擇三個(gè)方面，采用基于模型的方法，借助于ASCET平臺(tái)建立了相應(yīng)的控制模型，并進(jìn)行仿真研究，主要工作如下:
　　(1)通過(guò)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(biāo)相位的計(jì)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(fù)載扭矩導(dǎo)致凸輪軸相位在提前和滯后兩個(gè)方向的調(diào)節(jié)過(guò)程中載荷不同，使相位器的動(dòng)作呈現(xiàn)出顯著的動(dòng)態(tài)非線性特性。通過(guò)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(wèn)題。為了防止在大范圍調(diào)節(jié)時(shí)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(jī)油控制閥閥芯過(guò)于頻繁的抖動(dòng)。為了驗(yàn)證控制效果，基于所建立的簡(jiǎn)化相位器模型，進(jìn)行閉環(huán)控制仿真并與相位器動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果表明，相位調(diào)節(jié)時(shí)間保持在1s左右，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有很好的一致性。
　　(3)在控制策略中考慮幾項(xiàng)特殊調(diào)節(jié)情況的控制方法。開(kāi)發(fā)了預(yù)防性清洗模塊，以防止機(jī)油中存在的雜質(zhì)阻塞機(jī)油控制閥和相位器機(jī)油油道;設(shè)計(jì)了DVVT系統(tǒng)中的排氣軸停調(diào)模塊，以提高機(jī)油壓力不足時(shí)進(jìn)氣凸輪軸

5、的調(diào)節(jié)速度;根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)速梯度以及目標(biāo)相位和實(shí)際相位的范圍，設(shè)計(jì)提高怠速轉(zhuǎn)速使能模塊，以便在進(jìn)入怠速過(guò)程中轉(zhuǎn)速梯度下降過(guò)快時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入高怠速狀態(tài)，提高機(jī)油壓力，保證排氣凸輪軸向提前方向移動(dòng);為了提高相位器開(kāi)始工作時(shí)葉片離開(kāi)鎖止位置的速度，設(shè)計(jì)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(jī)油流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)快速解鎖;通過(guò)將上述調(diào)節(jié)請(qǐng)求進(jìn)行優(yōu)先級(jí)劃分，合理調(diào)度執(zhí)行順序，以避免調(diào)節(jié)紊亂。
　　(4)通過(guò)對(duì)凸輪直接驅(qū)動(dòng)氣門的配氣機(jī)構(gòu)