汽油机VVT系统特殊调节控制软件的建模与仿真

发布时间：2017-10-09 06:16

  本文关键词：汽油机VVT系统特殊调节控制软件的建模与仿真

  更多相关文章： 发动机 可变气门正时 控制算法 特殊调节控制策略 凸轮轴负载扭矩

【摘要】：汽油机采用可变气门正时(VVT)技术,可以有效地提高充气效率,改善发动机的燃油经济性、动力性和排放。然而,除了相位器本身和控制系统硬件以外,相位控制的准确性和快速性在很大程度上依赖于发动机管理系统(EMS)应用层中的VVT控制软件,因此,控制算法与控制策略一直是VVT控制系统研究的关键。VVT控制策略根据不同的发动机工况,确定最佳气门正时。VVT控制算法则根据凸轮目标相位与实际相位,计算机油控制阀的占空比信号,控制凸轮轴相位逼近目标值。VVT的控制不仅要考虑正常模式下控制策略,还应考虑到VVT系统特殊工作状态下的控制目标和控制措施。 本文针对一款1.5TGDI汽油发动机的叶片式WT机构,重点围绕控制过程中的闭环控制算法、一些特殊调节过程中凸轮轴目标相位的形成和发动机低转速、机油压力较低时占空比信号的选择三个方面,采用基于模型的方法,借助于ASCET平台建立了相应的控制模型,并进行仿真研究,主要工作如下： (1)通过更全面地考虑VVT系统的调节模式,根据VVT调节的不同目的,将凸轮轴目标相位的计算分成正常模式和特殊模式两大部分,从而构建完整的VVT控制软件模块框架。 (2)由于相位器内的回位弹簧和凸轮轴负载扭矩导致凸轮轴相位在提前和滞后两个方向的调节过程中载荷不同,使相位器的动作呈现出显著的动态非线性特性。通过采用分段PID算法,在提前和滞后方向采用不同的P、I、D参数整定MAP,解决了相位器的非线性控制问题。为了防止在大范围调节时控制器积分部分出现饱和,采用积分分离算法,并且在算法中加入控制死区,以避免机油控制阀阀芯过于频繁的抖动。为了验证控制效果,基于所建立的简化相位器模型,进行闭环控制仿真并与相位器动态实验数据进行比较,结果表明,相位调节时间保持在1s左右,仿真结果与实验结果具有很好的一致性。 (3)在控制策略中考虑几项特殊调节情况的控制方法。开发了预防性清洗模块,以防止机油中存在的杂质阻塞机油控制阀和相位器机油油道；设计了DWT系统中的排气轴停调模块,以提高机油压力不足时进气凸轮轴的调节速度；根据当前转速梯度以及目标相位和实际相位的范围,设计提高怠速转速使能模块,以便在进入怠速过程中转速梯度下降过快时,使发动机进入高怠速状态,提高机油压力,保证排气凸轮轴向提前方向移动；为了提高相位器开始工作时叶片离开锁止位置的速度,设计了凸轮轴解锁模块,利用占空比的快速切换加速相位器腔室内机油流动,实现快速解锁；通过将上述调节请求进行优先级划分,合理调度执行顺序,以避免调节紊乱。 (4)通过对凸轮直接驱动气门的配气机构的受力分析,利用凸轮型线的实测数据,根据最小二乘法原理拟合出凸轮型线函数,推导并计算了以凸轮角度为参考的凸轮轴负载扭矩。根据低转速时负载扭矩对凸轮轴相位调节的影响,提出了虚拟止回控制策略,利用机油控制阀的快速响应与凸轮轴负载扭矩的交变特性,降低调节过程中正扭矩的阻碍作用。
【关键词】：发动机 可变气门正时 控制算法 特殊调节控制策略 凸轮轴负载扭矩
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK417
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-10
• ABSTRACT10-17
• 第一章 绪论17-22
• 1.1 课题背景17
• 1.2 可变气门正时机构17-19
• 1.3 国内外可变气门正时控制技术研究概况19-21
• 1.3.1 控制策略研究概况19-20
• 1.3.2 控制算法研究概况20-21
• 1.4 本文主要内容21-22
• 第二章 可变气门正时系统控制策略开发基础22-36
• 2.1 可变气门正时系统22-26
• 2.1.1 可变气门正时机构22-24
• 2.1.2 可变气门正时系统调节原理24-26
• 2.2 可变气门正时系统的闭环控制算法26-30
• 2.2.1 PID原理26-27
• 2.2.2 分段PID控制27-28
• 2.2.3 积分饱和的消除28-29
• 2.2.4 带死区的PID控制29-30
• 2.3 基于模型的VVT控制策略开发30-33
• 2.3.1 EMS的分层开发结构30-31
• 2.3.2 V模式的开发流程31-32
• 2.3.3 ASCET-MD开发工具32-33
• 2.4 WT控制策略框架33-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 可变气门正时系统控制算法构建36-44
• 3.1 控制模型的建立36-40
• 3.1.1 控制算法的建立36-39
• 3.1.2 被控对象的建立39-40
• 3.2 开/闭环占空比选择模块40-41
• 3.3 仿真实验结果41-43
• 3.3.1 积分分离与变速积分效果对比41
• 3.3.2 调节过程仿真41-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 VVT系统一些特殊调节控制策略44-62
• 4.1 机油油道的清洗模块44-50
• 4.1.1 使能油道清洗功能的条件45
• 4.1.2 进气轴清洗模块45-48
• 4.1.3 清洗函数的仿真结果48-50
• 4.2 排气凸轮轴停调50-51
• 4.2.1 排气凸轮轴停调原理50
• 4.2.2 停调功能仿真结果50-51
• 4.3 增加发动机怠速速度使能51-53
• 4.3.1 增加发动机怠速速度使能原理51-52
• 4.3.2 增加怠速速度使能模型的建立52-53
• 4.4 特殊调节的优先级划分53-55
• 4.4.1 进气凸轮轴特殊调节的优先级划分53-54
• 4.4.2 排气凸轮轴特殊调节的优先级划分54-55
• 4.4.3 优先级划分仿真结果55
• 4.5 凸轮轴锁止位置解锁55-61
• 4.5.1 解锁功能使能条件判断56-57
• 4.5.2 解锁功能模块57-60
• 4.5.3 仿真结果60-61
• 4.6 本章小结61-62
• 第五章 虚拟止回控制策略62-81
• 5.1 气门升程曲线拟合62-67
• 5.1.1 缓冲段气门升程拟合62-63
• 5.1.2 工作段气门升程拟合63-66
• 5.1.3 拟合结果66-67
• 5.2 凸轮轴负载扭矩的计算67-74
• 5.2.1 凸轮轴负载扭矩计算原理67-71
• 5.2.2 基于Matlab/Simulink的凸轮轴负载扭矩计算71-74
• 5.3 针对凸轮轴负载扭矩的控制策略74-80
• 5.3.1 虚拟止回74-77
• 5.3.2 虚拟止回控制策略77-79
• 5.3.3 虚拟止回仿真79-80
• 5.4 本章小结80-81
• 第六章 总结与展望81-83
• 6.1 工作总结81-82
• 6.2 工作展望82-83
• 参考文献83-88
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 姚春德;刘小平;;基于模糊PID控制的可变配气相位控制系统仿真研究[J];兵工学报;2007年09期

2 郭自强;罗福强;张彤;王存磊;周光伟;;电控汽油机连续可变配气正时系统的标定与匹配[J];车用发动机;2010年03期

3 肖广飞;张弘;尹琪;吴卫兵;;车用汽油机可变气门定时技术作用机理及应用策略[J];车用发动机;2011年06期

4 周能辉;谢辉;王立彪;赵华;;全可变气门机构闭环控制试验研究[J];机械工程学报;2006年10期

5 周能辉;谢辉;张岩;陈韬;赵华;;HCCI/SI双模式汽油机全可变气门控制的研究[J];内燃机学报;2007年05期

6 李立军;张力;;采用VVT技术的汽油机控制策略的研究[J];汽车工程学报;2011年04期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 黄铁雄;开放式发动机管理系统体系结构及其虚拟原型技术研究[D];华中科技大学;2011年

2 周能辉;汽油HCCI发动机闭环反馈控制的研究[D];天津大学;2007年

，

本文编号：998594