【摘要】：為了應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)格的排放法規(guī),并不斷提升汽油機(jī)的性能,可變氣門(mén)正時(shí)(VVT)、缸內(nèi)直噴(Gasoline Direct Injection,GDI)技術(shù)以及渦輪增壓技術(shù)基本成為汽油機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)。汽油機(jī)性能的開(kāi)發(fā)很大程度的受發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元(ECU)的影響,因此,在實(shí)際的開(kāi)發(fā)過(guò)程中,需要對(duì)其中控制策略和控制算法進(jìn)行大量的驗(yàn)證和測(cè)試。在基于V模式的開(kāi)發(fā)過(guò)程中,模型在環(huán)(MIL)仿真是TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略開(kāi)發(fā)的重要一環(huán),因此,控制模型的建立以及控制策略的閉環(huán)驗(yàn)證對(duì)其開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。本課題針對(duì)TGDI汽油機(jī)中的VVT系統(tǒng)以及輸出扭矩展開(kāi)研究,在Matlab/Simulink平臺(tái)上采用系統(tǒng)辨識(shí)的方法對(duì)液壓式的相位系統(tǒng)進(jìn)行建模,采用基于模型的思想對(duì)輸出扭矩進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè),建立了相應(yīng)的控制模型,并將其應(yīng)用于掃氣控制策略的閉環(huán)仿真驗(yàn)證,與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,主要研究如下:(1)液壓式相位系統(tǒng)的辨識(shí)建模。分析了相位系統(tǒng)的工作原理,提出了采用閉環(huán)辨識(shí)的建模思想。根據(jù)相位系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)確定了相位系統(tǒng)的非線性模型結(jié)構(gòu),結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),以階躍信號(hào)為輸入,相位變化為輸出,按照系統(tǒng)辨識(shí)的步驟進(jìn)行辨識(shí)。利用不同的辨識(shí)算法進(jìn)行辨識(shí),結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析不同評(píng)價(jià)指標(biāo),確定了相位系統(tǒng)的辨識(shí)模型。(2)基于模型的扭矩預(yù)測(cè)。詳細(xì)的研究了汽油機(jī)包含掃氣和回流在內(nèi)的換氣過(guò)程,分析了VVT對(duì)缸內(nèi)新鮮充量以及廢氣殘余量的影響,同時(shí),為了提高不同工況下的計(jì)算精度以及計(jì)算的實(shí)時(shí)性,提出了擬合修正以及MAP插值的思想。結(jié)合曲軸動(dòng)力學(xué)對(duì)TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)模型,并在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為模型輸入,通過(guò)實(shí)際輸出扭矩與模型的計(jì)算扭矩進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證所建立模型的正確性。(3)掃氣控制策略的閉環(huán)驗(yàn)證。結(jié)合課題組前期所構(gòu)建的掃氣控制策略思路,在Simulink平臺(tái)下建立了掃氣控制策略,包含掃氣條件的判定,配氣相位的控制以及掃氣反饋控制。分段式PID控制器與相位系統(tǒng)的辨識(shí)模型相結(jié)合形成了閉環(huán)的相位控制模型,將掃氣控制策略模型與相位控制模型、扭矩預(yù)測(cè)模型相結(jié)合形成完整的閉環(huán)仿真模型,在不同的轉(zhuǎn)速工況下MIL仿真,通過(guò)開(kāi)啟和關(guān)閉掃氣功能可以對(duì)比掃氣和非掃氣情況下的扭矩變化,同時(shí),在掃氣開(kāi)啟時(shí),通過(guò)與實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上的掃氣輸出扭矩進(jìn)行對(duì)比可進(jìn)一步說(shuō)明控制策略和控制模型的正確性。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TK421.5
【圖文】：

第一章 緒論1.1 課題背景及研究意義目前，全球汽車(chē)保有量超了 13 億輛，其中汽油車(chē)占 60%～70%，相比柴油機(jī)，汽油機(jī)的油耗水平要高 20%～ 30%。因此，如何使得汽油機(jī)具有更好地經(jīng)濟(jì)性和更優(yōu)的排放性非常重要。如今，在圍繞汽油機(jī)節(jié)能減排方面，世界各國(guó)做出了大量的研究，如將增壓技術(shù)、缸內(nèi)直噴技術(shù)、雙 VVT 技術(shù)以及應(yīng)用阿特金森/米勒(Atkinson/Miller)循環(huán)等技術(shù)綜合應(yīng)用到汽油機(jī)上，通過(guò)提高汽油機(jī)的壓縮比，合理進(jìn)行配氣正時(shí)，減少泵氣損失，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率[1-4]。其中，可變氣門(mén)正時(shí)在提升發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、改善怠速穩(wěn)定性、兼顧需求扭矩和降低排放等方面有著很大的優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛的應(yīng)用在汽油機(jī)中。目前，國(guó)內(nèi)外的各大知名汽車(chē)廠商均在對(duì) VVT 控制的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，但是其核心技術(shù)基本上被博世、德?tīng)柛�、大陸等汽�?chē)電子產(chǎn)商所壟斷，國(guó)內(nèi)對(duì)其控制策略的開(kāi)發(fā)難度較大，并且在實(shí)際的應(yīng)用中也受到了硬件條件的限制。

圖 2. 1 系統(tǒng)辨識(shí)流程Figure2. 1 The process of system identification1. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)辨識(shí)是根據(jù)被測(cè)系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)得到傳遞函數(shù)模型，因此，所測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)需要盡可能的反映系統(tǒng)特征信息。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，需要通過(guò)先驗(yàn)知識(shí)了解系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)的規(guī)律有適當(dāng)?shù)牧私�，從而選擇出合理的輸入數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的輸入信號(hào)需要充分激勵(lì)系統(tǒng)，滿(mǎn)足持續(xù)激勵(lì)信號(hào)的要求，并且避免信噪比太小而得不到有效信息，常用的辨識(shí)輸入信號(hào)有白噪聲、偽隨機(jī)二進(jìn)制序列(PRBS，也稱(chēng) M 序列)以及階躍信號(hào)等。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，由于實(shí)際系統(tǒng)一般為連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)，而采樣后的數(shù)據(jù)為離散數(shù)據(jù)，因此，采樣的時(shí)間間隔直接關(guān)系到辨識(shí)的效果，甚至決定系統(tǒng)是否可以辨識(shí)。一般而言，采樣周期應(yīng)該滿(mǎn)足奈奎斯特-香農(nóng)定理，即采樣速度不低于系統(tǒng)截止頻率的兩倍。為了保證系統(tǒng)辨識(shí)效果的良好，一般在條件計(jì)算機(jī)處理能力允許的條件下增加采樣頻率。

k=7,8,9…N；yk為測(cè)量數(shù)據(jù)， ky 為插值所得的數(shù)據(jù)；根據(jù)上式一次計(jì)算出 ，并根據(jù)如下計(jì)算公式來(lái)判斷 yk是否為野值： 26 2.3 kk k i ii ky y y y F (2.3)若是出現(xiàn)連續(xù)野值時(shí)，則需要通過(guò)下式進(jìn)行判斷：1 ( 1,2,..., )k ky y F i m (2.4)通常，為了防止對(duì)階躍響應(yīng)數(shù)值的誤判，取 m=3，如果滿(mǎn)足上式的值超過(guò)了 5 個(gè)點(diǎn)，則認(rèn)為數(shù)據(jù)是正常的。二、數(shù)據(jù)的平滑一般來(lái)說(shuō)，測(cè)量數(shù)據(jù)中所包含的噪聲主要有兩類(lèi)：周期性噪聲和非周期性噪聲。由于受到隨機(jī)干擾，測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)會(huì)包含高頻成分，這使得采樣得到的數(shù)據(jù)呈折線狀態(tài)，并對(duì)辨識(shí)有一定影響，因此，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理。常用的平滑方法包括平均法和五點(diǎn)三次平滑法等。五點(diǎn)三次平滑法的計(jì)算公式如公式 2.5 所示： 2 2 1 1 3( ) 12( ) 17 /35i i i i i iz z z z z z (2.5)

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本文編號(hào)：2790347