基于模型的汽油機空燃比控制技術(shù)研究.pdf

1、為實現(xiàn)良好的動力性、經(jīng)濟性，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)代車用汽油機控制的最關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)的控制策略是依靠先驗知識并通過大量的標(biāo)定試驗獲取控制參數(shù)表，發(fā)動機運行時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現(xiàn)發(fā)動機穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)運行時空然比的精確控制，不但可以大大減少電控系統(tǒng)開發(fā)過程中標(biāo)定試驗的工作量，而且可以提高系統(tǒng)的魯棒性。 本文在詳細分析電控進氣口多點噴射汽油機的進氣過程和進氣管油膜蒸發(fā)動

2、態(tài)過程的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了包含實際物理信息的發(fā)動機進氣模型和進氣管燃油動態(tài)模型，進而形成完整的空燃比均值模型。在進氣模型中采用壓力損失項和發(fā)動機固有的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(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)計而且可以減少針對不同類型發(fā)動機的標(biāo)定試驗工作量。對于燃油動態(tài)模型中的油膜蒸發(fā)參數(shù)，采用理論分析結(jié)合計算機仿真的方式給出了簡單、有效的參數(shù)標(biāo)定方法。為了驗證均值模型，文中構(gòu)建了發(fā)動機復(fù)雜非均值模型。通過臺架試驗，對均值模

3、型參數(shù)進行了辨識并對非均值模型進行了驗證，而后采用復(fù)雜模型驗證簡單模型的仿真驗證與臺架試驗驗證相結(jié)合的方法對均值模型進行了驗證。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)簡單，能夠滿足空燃比實時控制的要求。 在深入分析汽油機進氣壓力傳感器信號的基礎(chǔ)上，基于頻譜特性確定了信號采集算法。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，并綜合考慮實際傳感器特性，構(gòu)建了發(fā)動機穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)時的進氣狀態(tài)觀測器和燃油動態(tài)補償器，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，建立了穩(wěn)態(tài)進氣觀測器的改進Sage自適應(yīng)算法和瞬態(tài)進氣觀測器的預(yù)測算法。 為驗證本文建立的控制策略和算法，針對WF4C27F-E型汽油機設(shè)計了控制器及標(biāo)定系統(tǒng)軟硬件，其中控制器軟件設(shè)計基于嵌入式操作系統(tǒng)SmartOSEK進行。試驗結(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空燃比精確控制的需要，穩(wěn)態(tài)工況時控制誤差小于3％，瞬態(tài)工況時小于6