电控汽油发动机空燃比控制系统的研究与设计

摘要

随着中国经济的快速发展，汽车的保有量逐年增加，其中，汽油车占有很大的比重，而越来越严格的排放法规对汽车的性能和排放提出了更高的要求。国内所使用的汽油机电控技术主要来源于国外各大汽车厂商所垄断的发动机管理系统，在当前的形势下，研究汽车电子控制技术以解决汽油车的排放污染和节能问题有着重要的意义。
　　对于复杂、非线性、时变的发动机对象，难以计算并设计一个精确的模型；进气歧管油膜蒸发效应影响实际进入气缸的气态燃油；瞬态工况下空燃比的控制精度较差；传感器的精度和可靠性影响计算值；混合气燃烧、废气传输到氧传感器、氧传感器响应均存在一定的延时，需大量时间标定制作MAP；常规PID算法参数固定，难以满足工况复杂、参数变化范围大的发动机系统的要求。这些问题增加了空燃比实时控制的难度。基于以上背景，本文开展了电控汽油发动机空燃比控制系统的研究，主要工作如下：
　　1．详细分析了汽油机空燃比控制系统的相关原理、空燃比对汽油机排放性和燃油经济性的影响、空燃比控制方式、氧传感器信号分析、系统组成。
　　2．设计了改进型Smith空燃比时滞补偿器，解决空燃比控制过程中的延时和Smith预估模型失配的问题；设计了模糊自适应PID空燃比控制器，实现PID参数动态调整，系统适应性更强；设计了各工况下空燃比的控制策略；搭建了仿真模型，验证了空燃比算法的正确性，并与传统PID算法进行了对比分析。
　　3．设计了汽油发动机ECU，硬件包括各传感器处理电路、电控单元、各执行器驱动电路、线束匹配接口；完成了系统软件架构、任务状态、各控制软件、标定软件的设计与程序编写；搭建了发动机实验台架，验证了系统的正确性和有效性。
　　4．实现了发动机工况判断、顺序喷油、点火正时、怠速闭环、空燃比的开环和闭环控制。实验结果表明：喷油脉宽能够精确到1°CA；在小负荷工况、大负荷工况、过渡工况下，系统均能稳定控制空燃比在化学当量14.7±0.5范围内，使三元催化器催化转化有害气体的效率最大，满足排放的要求。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.3当前存在的问题

1.4本文研究的主要内容

第2章 汽油机空燃比控制系统理论分析

2.1汽油机空燃比相关原理

2.2汽油机平均值模型

2.3空燃比对汽油机性能的影响

2.4空燃比控制方式

2.5氧传感器信号分析

2.6空燃比控制系统设计概述

2.7本章小结

第3章 汽油机空燃比控制算法与策略研究

3.1空燃比控制算法设计

3.2空燃比控制策略

3.3仿真实验

3.4本章小结

第4章 空燃比控制系统软硬件平台设计

4.1系统硬件设计

4.2系统软件设计

4.3本章小结

第5章 系统测试及发动机台架实验研究

5.1发动机台架搭建

5.2系统测试与验证

5.3发动机台架实验

5.4本章小结

第6章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果