VTEC控制电磁阀综合性能测试系统的研究与实现

摘要

本田汽车公司研发的可变气门正时和升程电子控制系统（VTEC），是世界上第一个能同时控制气门开闭时间和升程两种情况的气门控制系统。VTEC控制电磁阀，简称VTEC阀，是系统中的一个重要部件。由于目前国内该产品正处于仿制阶段，相关设备大多需要从国外进口。为提供一个可靠的检测结果，需研发一款可靠、稳定的VTEC阀综合性能测试系统，同时为了研究VTEC阀的内部结构与其性能的关系，建立VTEC阀的仿真模型，不仅能大大缩短研发周期，而且降低了研发成本。 本文通过对VTEC阀的结构及其工作原理的详细分析，阐述了VTEC阀的开关特性、响应特性、寿命特性、流量特性等性能指标的定义。从设计角度出发，为了提高VTEC阀的工作性能，根据VTEC阀的内部结构和材料特性，使用电磁仿真软件Maxwell，建立了VTEC阀的二维有限元仿真模型，仿真出其相关性能曲线，研究了线圈匝数、气隙长度等参数对VTEC阀开关性能的影响，确定了各个零部件对VTEC阀整体性能的影响因子。 同时，为了测试VTEC阀的性能参数，本文设计出一套完整的测试方案，测试系统的设计分为硬件和软件两个部分，硬件部分包括液压站模块、数据采集模块和驱动控制模块。液压站模块实现了VTEC阀使用环境的模拟，数据采集和驱动控制模块实现了流量、压力、温度数据的实时采集以及对执行测试动作的控制。软件部分包括上位机程序、下位机程序。上位机程序完成了整个测试流程的控制，测试数据的接收、分析、存储等，以及从“电-流量”角度分析出VTEC阀的开关特性。下位机程序实现了流量、压力数据采集，计算和实时显示，并且通过与上位机的通信，解析上位机指令完成各种动作。 本文最后通过实际测试与仿真数据的对比，分析了不同结构参数对VTEC阀开关性能的影响，为VTEC阀的改进提供了理论依据，同时从电-力-位移-流量四个方面联合分析了测试与仿真数据，结果表明，测试数据与仿真数据基本一致，验证了测试系统与仿真参数设置的有效性和可靠性。测试系统与仿真模型的相互结合，共同完成了VTEC阀的测试与改进。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究的背景及意义

1.3 国内外发展现状

1.4 本文主要工作及内容安排

第2章 系统分析与方案设计

2.1 VTEC系统的结构和工作原理

2.2 VTEC阀结构组成及其功能特性

2.2.1 VTEC阀结构及其工作原理

2.2.2 VTEC阀材料选择

2.2.3 VTEC阀基本参数

2.2.4 VTEC阀性能分析

2.3 本章小结

第3章 VTEC阀建模仿真研究

3.1 概述

3.2 VTEC阀数学模型

3.3 基于MAXWELL的磁场仿真

3.3.1 电磁场基本理论

3.3.2 MAXWELL二维仿真环境

3.3.3 VTEC阀二维仿真建模

3.4 VTEC阀二维仿真结果

3.5 本章小结

第4章 测试系统的设计与实现

4.1 测试系统的方案设计

4.1.1 需求分析

4.1.2 系统方案设计

4.2 系统功能结构

4.3 测试台硬件设计与实现

4.3.1 液压站模块

4.3.2 驱动控制模块

4.3.3 传感器及数据采集模块

4.4 软件设计与实现

4.4.1 通讯协议设计与实现

4.4.2 上位机软件设计与实现

4.5 本章小结

第5章 系统测试结果与分析

5.1 VTEC阀综合性能测试平台

5.1.1 测试系统硬件

5.1.2 测试系统软件

5.2 测试与仿真结果分析

5.3 本章小结

第6章 总结和展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果目录