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《浙江大学》 2006年 博士论文
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基于模型的汽油机空燃比控制技术研究

邹博文  
【摘要】:为实现良好的动力性、经济性,并满足日益严格的排放法规要求,空燃比的精确控制已成为现代车用汽油机控制的最关键技术。传统的控制策略是依靠先验知识并通过大量的标定试验获取控制参数表,发动机运行时完全依赖查表获得控制参数。采用基于模型的控制策略和算法实现发动机稳态和瞬态运行时空然比的精确控制,不但可以大大减少电控系统开发过程中标定试验的工作量,而且可以提高系统的鲁棒性。 本文在详细分析电控进气口多点喷射汽油机的进气过程和进气管油膜蒸发动态过程的基础上,构建了包含实际物理信息的发动机进气模型和进气管燃油动态模型,进而形成完整的空燃比均值模型。在进气模型中采用压力损失项和发动机固有的结构设计参数代替了传统速度—密度模型中的充量效率,不但有利于控制系统软件设计而且可以减少针对不同类型发动机的标定试验工作量。对于燃油动态模型中的油膜蒸发参数,采用理论分析结合计算机仿真的方式给出了简单、有效的参数标定方法。为了验证均值模型,文中构建了发动机复杂非均值模型。通过台架试验,对均值模型参数进行了辨识并对非均值模型进行了验证,而后采用复杂模型验证简单模型的仿真验证与台架试验验证相结合的方法对均值模型进行了验证。结果表明:本文建立的均值模型具有较高的精度且结构简单,能够满足空燃比实时控制的要求。 在深入分析汽油机进气压力传感器信号的基础上,基于频谱特性确定了信号采集算法。根据稳态工况下精度高、瞬态工况下响应快的空燃比控制要求,并综合考虑实际传感器特性,构建了发动机稳态及瞬态时的进气状态观测器和燃油动态补偿器,以此形成基于模型的空燃比控制策略。通过卡尔曼滤波算法的理论分析和大量的仿真试验,建立了稳态进气观测器的改进Sage自适应算法和瞬态进气观测器的预测算法。 为验证本文建立的控制策略和算法,针对WF4C27F-E型汽油机设计了控制器及标定系统软硬件,其中控制器软件设计基于嵌入式操作系统SmartOSEK进行。试验结果显示:本文提出的基于模型的控制策略和算法可以满足汽油机空燃比精确控制的需要,稳态工况时控制误差小于3%,瞬态工况时小于6%。


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