电磁全可变气门的仿真控制及相关研究

【摘要】：随着对发动机性能和排放要求的不断提高,使得可变气门机构(VVT)的开 发和应用变得非常迫切。但是至今为止还没有一个机构既能满足最大限度地发挥 可变气门的功能和效益,又能像传统配气机构那样正常可靠地工作。电磁全可变 气门技术(EMVA)是可变配气相位技术发展的最新进展之一,它能够很好地满 足上述要求,是实现发动机低能耗和低污染的发展目标的一个非常有效的途径。 国外许多著名大学和公司都投入了大量的人力物力进行EMVA的研究开发,但到 目前为止,无论是结构还是控制方面的技术都不够成熟,距实用尚有较大距离, 还需要进一步的发展完善。 本研究是在大量阅读国内外有关文献资料的基础上,结合与一汽集团无锡油 泵油嘴研究所合作的电磁可变气门机构课题的实际情况,采用模型分析、仿真计 算与试验测试相结合的研究模式,对EMVA系统进行了较为系统和深入的研究, 已经初步取得了一些明显的效果。 论文主要工作: 1.分析电磁全可变气门系统的数学模型,利用MATLAB/SIMULINK软件进行仿 真计算,通过研究电磁气门系统的工作机理,揭示电磁阀各种工作参数对其工 作响应过程的影响规律,以便对电磁阀的设计制作提供可靠的参数和依据。计 算机仿真用于开发和优化EMVA系统可以减少试验次数,节省大量资源和时 间,不仅具有试验无法相比的低成本、短开发周期等优越性,同时还便于对各 种参数对电磁气门的影响进行研究。在仿真计算结果基础上及借鉴国外的开发 经验,首次设计了一套利用高电阻率的硅钢片作为磁导体的电磁全可变气门机 构,可以在现有条件下最大限度地降低磁滞和涡流损耗。 2.针对EMVA机构的数学模型,在国内首次进行了该机构的控制理论研究,比较 了PID控制和反馈—前馈迭代学习控制的仿真结果,反馈—前馈迭代学习控制 方法比PID控制方法具有明显的优越性。它能够很好地对期望轨迹进行快速完 全的跟踪,并且能在理论上解决软着陆的问题,为解决EMVA机构走向实用化 的最大障碍——软着陆问题,提供了一个切实可行的方法。 3.对EMVA系统的电控单元(ECU)进行了软硬件设计。其中,硬件设计包括单 片机及仿真器的选择、传感器的选择、驱动电路的设计等。软件设计给出了ECU