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面向标定的高压共轨柴油机控制响应模型研究与开发

赵友  
【摘要】:为满足日益严格排放法规要求,进一步降低有害物排放和提高发动机的动力性、经济性,内燃机的控制技术面临着巨大挑战;柴油机高压共轨控制技术一直是研发工作者致力解决的核心技术。控制策略的开发、测试、标定及验证贯穿整个电控单元开发环节,控制策略参数的优劣直接影响发动机性能。因此,针对面向标定的控制响应模型进行深入研究,研究基于模型在环的新型技术路线,实现基于模型的开发成果与真实发动机控制的无缝对接,对于提高内燃机研发技术水平具有举足轻重的现实意义与理论价值。结合面向标定的控制响应模型技术开发目标与国内外研究工作者之前的研究成果,系统分析了内燃机建模及标定技术的发展趋势,从物理概念入手提出了一种虚拟发动机(LabEngine),系统分析与设计了 LabEngine的架构,对比研究真实发动机与发动机模型的差别,设计能够产生真实传感器信号与执行器信号的LabEngine软件架构并提出了相应的技术开发规范,进一步对发动机模型子系统包含空气系统、喷油系统、燃烧系统、摩擦系统、排放系统的组成、输入输出、功能及实现做模块化分析。设计实现了控制响应模型的子系统模型:空气系统设计了包括EGR、后处理的增压中冷空气系统模型,通过物理方程组的迭代求解得到状态量;缸内燃烧系统设计了不同冲程的热力过程计算模型,燃烧过程集成了韦伯函数放热率曲线与广安博之燃烧模型;内部摩擦的计算基于库伦摩擦定律直接计算活塞系、连杆大头、主轴承的动力学,再计算出受力及摩擦功;氮氧化物的排放模型根据广泛应用的Extended Zeldovich Mechanism计算有害物的浓度,颗粒物的计算由准维多区模型的半经验公式计算。除了自己开发的发动机模型外,还设计实现可扩展的LabEngine平台。以商业软件联立的模式,实现主流的建模软件如Simulink、AMEsim、GT-power等软件模型集成到LabEngine联合运行,形成多软件联合共同开发、统一平台集成的虚拟发动机运行平台,解决了发动机建模技术难度大、精度要求不被认可、模型种类繁多的问题。设计开发了能够支持ASAM-MCD-2MC标准的模型在环标定软件,分析并设计了 ECU内部数据描述文件的处理程序,对应的数据文件开发了 HEX、S19、PAR三种格式的支持,无缝连接了从模型在环标定优化的数据到真实发动机的电子控制单元中数据的刷写。针对模型的标定软件以预标定的方式进行优化控制策略的参数从而在控制策略开发的早期得到比基础值更优化的数据,减少试验标定中的工作量和提高标定效率。对设计的LabEngine进行了试验验证:做了 120个数据点的空间填充试验设计,并以特定的试验机型进行验证,搭建的发动机模型能够满足控制与标定的需要;进行了模型在环的标定优化主喷提前角与轨压设定值MAP,并把优化的数据下载到真实ECU中,并测取了几组数据进行对比,验证了基于模型在环的预标定、虚拟标定应用到真实发动机开发的技术路线以及标定方法具有研究意义和实际价值。


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