本文關(guān)鍵詞：汽油機(jī)VVT系統(tǒng)特殊調(diào)節(jié)控制軟件的建模與仿真

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【摘要】：汽油機(jī)采用可變氣門(mén)正時(shí)(VVT)技術(shù),可以有效地提高充氣效率,改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放。然而,除了相位器本身和控制系統(tǒng)硬件以外,相位控制的準(zhǔn)確性和快速性在很大程度上依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(EMS)應(yīng)用層中的VVT控制軟件,因此,控制算法與控制策略一直是VVT控制系統(tǒng)研究的關(guān)鍵。VVT控制策略根據(jù)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)工況,確定最佳氣門(mén)正時(shí)。VVT控制算法則根據(jù)凸輪目標(biāo)相位與實(shí)際相位,計(jì)算機(jī)油控制閥的占空比信號(hào),控制凸輪軸相位逼近目標(biāo)值。VVT的控制不僅要考慮正常模式下控制策略,還應(yīng)考慮到VVT系統(tǒng)特殊工作狀態(tài)下的控制目標(biāo)和控制措施。 本文針對(duì)一款1.5TGDI汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片式WT機(jī)構(gòu),重點(diǎn)圍繞控制過(guò)程中的閉環(huán)控制算法、一些特殊調(diào)節(jié)過(guò)程中凸輪軸目標(biāo)相位的形成和發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力較低時(shí)占空比信號(hào)的選擇三個(gè)方面,采用基于模型的方法,借助于ASCET平臺(tái)建立了相應(yīng)的控制模型,并進(jìn)行仿真研究,主要工作如下： (1)通過(guò)更全面地考慮VVT系統(tǒng)的調(diào)節(jié)模式,根據(jù)VVT調(diào)節(jié)的不同目的,將凸輪軸目標(biāo)相位的計(jì)算分成正常模式和特殊模式兩大部分,從而構(gòu)建完整的VVT控制軟件模塊框架。 (2)由于相位器內(nèi)的回位彈簧和凸輪軸負(fù)載扭矩導(dǎo)致凸輪軸相位在提前和滯后兩個(gè)方向的調(diào)節(jié)過(guò)程中載荷不同,使相位器的動(dòng)作呈現(xiàn)出顯著的動(dòng)態(tài)非線性特性。通過(guò)采用分段PID算法,在提前和滯后方向采用不同的P、I、D參數(shù)整定MAP,解決了相位器的非線性控制問(wèn)題。為了防止在大范圍調(diào)節(jié)時(shí)控制器積分部分出現(xiàn)飽和,采用積分分離算法,并且在算法中加入控制死區(qū),以避免機(jī)油控制閥閥芯過(guò)于頻繁的抖動(dòng)。為了驗(yàn)證控制效果,基于所建立的簡(jiǎn)化相位器模型,進(jìn)行閉環(huán)控制仿真并與相位器動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,結(jié)果表明,相位調(diào)節(jié)時(shí)間保持在1s左右,仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有很好的一致性。 (3)在控制策略中考慮幾項(xiàng)特殊調(diào)節(jié)情況的控制方法。開(kāi)發(fā)了預(yù)防性清洗模塊,以防止機(jī)油中存在的雜質(zhì)阻塞機(jī)油控制閥和相位器機(jī)油油道；設(shè)計(jì)了DWT系統(tǒng)中的排氣軸停調(diào)模塊,以提高機(jī)油壓力不足時(shí)進(jìn)氣凸輪軸的調(diào)節(jié)速度；根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)速梯度以及目標(biāo)相位和實(shí)際相位的范圍,設(shè)計(jì)提高怠速轉(zhuǎn)速使能模塊,以便在進(jìn)入怠速過(guò)程中轉(zhuǎn)速梯度下降過(guò)快時(shí),使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入高怠速狀態(tài),提高機(jī)油壓力,保證排氣凸輪軸向提前方向移動(dòng)；為了提高相位器開(kāi)始工作時(shí)葉片離開(kāi)鎖止位置的速度,設(shè)計(jì)了凸輪軸解鎖模塊,利用占空比的快速切換加速相位器腔室內(nèi)機(jī)油流動(dòng),實(shí)現(xiàn)快速解鎖；通過(guò)將上述調(diào)節(jié)請(qǐng)求進(jìn)行優(yōu)先級(jí)劃分,合理調(diào)度執(zhí)行順序,以避免調(diào)節(jié)紊亂。 (4)通過(guò)對(duì)凸輪直接驅(qū)動(dòng)氣門(mén)的配氣機(jī)構(gòu)的受力分析,利用凸輪型線的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),根據(jù)最小二乘法原理擬合出凸輪型線函數(shù),推導(dǎo)并計(jì)算了以凸輪角度為參考的凸輪軸負(fù)載扭矩。根據(jù)低轉(zhuǎn)速時(shí)負(fù)載扭矩對(duì)凸輪軸相位調(diào)節(jié)的影響,提出了虛擬止回控制策略,利用機(jī)油控制閥的快速響應(yīng)與凸輪軸負(fù)載扭矩的交變特性,降低調(diào)節(jié)過(guò)程中正扭矩的阻礙作用。
【關(guān)鍵詞】：發(fā)動(dòng)機(jī) 可變氣門(mén)正時(shí) 控制算法 特殊調(diào)節(jié)控制策略 凸輪軸負(fù)載扭矩
【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】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TK417
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-10
• ABSTRACT10-17
• 第一章 緒論17-22
• 1.1 課題背景17
• 1.2 可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)17-19
• 1.3 國(guó)內(nèi)外可變氣門(mén)正時(shí)控制技術(shù)研究概況19-21
• 1.3.1 控制策略研究概況19-20
• 1.3.2 控制算法研究概況20-21
• 1.4 本文主要內(nèi)容21-22
• 第二章 可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)控制策略開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)22-36
• 2.1 可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)22-26
• 2.1.1 可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)22-24
• 2.1.2 可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理24-26
• 2.2 可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)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 積分飽和的消除28-29
• 2.2.4 帶死區(qū)的PID控制29-30
• 2.3 基于模型的VVT控制策略開(kāi)發(fā)30-33
• 2.3.1 EMS的分層開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)30-31
• 2.3.2 V模式的開(kāi)發(fā)流程31-32
• 2.3.3 ASCET-MD開(kāi)發(fā)工具32-33
• 2.4 WT控制策略框架33-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第三章 可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)控制算法構(gòu)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 被控對(duì)象的建立39-40
• 3.2 開(kāi)/閉環(huán)占空比選擇模塊40-41
• 3.3 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果41-43
• 3.3.1 積分分離與變速積分效果對(duì)比41
• 3.3.2 調(diào)節(jié)過(guò)程仿真41-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第四章 VVT系統(tǒng)一些特殊調(diào)節(jié)控制策略44-62
• 4.1 機(jī)油油道的清洗模塊44-50
• 4.1.1 使能油道清洗功能的條件45
• 4.1.2 進(jìn)氣軸清洗模塊45-48
• 4.1.3 清洗函數(shù)的仿真結(jié)果48-50
• 4.2 排氣凸輪軸停調(diào)50-51
• 4.2.1 排氣凸輪軸停調(diào)原理50
• 4.2.2 停調(diào)功能仿真結(jié)果50-51
• 4.3 增加發(fā)動(dòng)機(jī)怠速速度使能51-53
• 4.3.1 增加發(fā)動(dòng)機(jī)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 特殊調(diào)節(jié)的優(yōu)先級(jí)劃分53-55
• 4.4.1 進(jìn)氣凸輪軸特殊調(diào)節(jié)的優(yōu)先級(jí)劃分53-54
• 4.4.2 排氣凸輪軸特殊調(diào)節(jié)的優(yōu)先級(jí)劃分54-55
• 4.4.3 優(yōu)先級(jí)劃分仿真結(jié)果55
• 4.5 凸輪軸鎖止位置解鎖55-61
• 4.5.1 解鎖功能使能條件判斷56-57
• 4.5.2 解鎖功能模塊57-60
• 4.5.3 仿真結(jié)果60-61
• 4.6 本章小結(jié)61-62
• 第五章 虛擬止回控制策略62-81
• 5.1 氣門(mén)升程曲線擬合62-67
• 5.1.1 緩沖段氣門(mén)升程擬合62-63
• 5.1.2 工作段氣門(mén)升程擬合63-66
• 5.1.3 擬合結(jié)果66-67
• 5.2 凸輪軸負(fù)載扭矩的計(jì)算67-74
• 5.2.1 凸輪軸負(fù)載扭矩計(jì)算原理67-71
• 5.2.2 基于Matlab/Simulink的凸輪軸負(fù)載扭矩計(jì)算71-74
• 5.3 針對(duì)凸輪軸負(fù)載扭矩的控制策略74-80
• 5.3.1 虛擬止回74-77
• 5.3.2 虛擬止回控制策略77-79
• 5.3.3 虛擬止回仿真79-80
• 5.4 本章小結(jié)80-81
• 第六章 總結(jié)與展望81-83
• 6.1 工作總結(jié)81-82
• 6.2 工作展望82-83
• 參考文獻(xiàn)83-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動(dòng)及成果情況88

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：998594