基于模型的高压共轨柴油机控制策略研究与台架优化

摘要

随着节能减排的要求不断增高，柴油机的发展方向正朝着低污染和低能耗转进；且由于电控技术的飞速发展，全工况范围内的柔性控制成为了可能：随着电控系统软硬件的进步，ECU可以实时的根据当前发动机状态计算出实际需要的油量、轨压和喷射规律。在这种情况下，控制策略的开发与优化便成为了制约发动机实际效果的主要瓶颈。为了打破这一瓶颈，本课题致力于研究基于模型的ECU控制策略开发，通过对高压共轨系统轨压与怠速算法研究与优化，验证了此开发流程的优越性与有效性。
　　首先，本文对V字开发流程和AUTOSAR标准进行了分析，继而基于此二者介绍了柴油机电控软件系统的构成、模块的功能划分和基于AUTOSAR OS的实时任务调度情况。随后，为了改善轨压控制的精度，通过 Matlab/Simulink工具完成了高压共轨系统压力控制的应用层策略建模和优化。深入分析了执行器对轨压的不利影响，在前人的基础上设计了基于轨压和燃油计量阀驱动电流信号的两级闭环控制算法；优化了前馈控制与反馈控制，提高了轨压控制的精度和瞬态响应。最后，利用Simulink Coder工具实现了软件代码的自动生成，增强了控制软件的可移植性；在油泵台架与发动机台架上进行了试验验证。结果表明，该策略的稳态、瞬态偏差均能满足车用柴油机轨压控制的最新要求。
　　课题在完成了轨压算法设计的基础上，介绍了试验用发动机台架组成和标定系统，并根据实际台架研究了怠速工况的优化。以转速稳定为目标，分析了高压共轨柴油机瞬态工况时可能出现的问题。针对冷启动后的怠速不稳，搭建了积分分离 PID和前馈加反馈控制策略的模型并进行验证，选用前馈加反馈的方式调节怠速目标油量；急减速后的稳定性方面，采用了油量补偿的方式进行优化。试验结果证明了其合理性，实现了怠速控制的稳定和平顺。
　　轨压和怠速的开发过程和结果表明，利用模型的控制策略开发方式具有很高的开发效率和可维护性，可以针对问题对模块和代码进行反复优化，满足当前的柴油机ECU开发需要。

目录

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致谢

1 绪论

1.1 课题背景

1.2 电控高压共轨柴油机国内外发展现状

1.3 课题研究意义与主要工作

1.4 文章结构

2 基于模型的高压共轨控制策略开发流程

2.1 V型开发模式简介

2.2 基于AUTOSAR的柴油机电控软件架构

2.3 实时任务调度

2.4 代码自动生成技术

2.5 本章小结

3 基于模型的轨压双闭环控制策略开发及优化

3.1 轨压控制原理分析与算法功能划分

3.2 轨压控制策略算法模型回路优化

3.3 轨压传感器控制模型设计

3.4 燃油计量阀控制模型设计

3.5 轨压闭环系统控制模型优化

3.6 本章小结

4 基于模型的怠速控制策略开发及优化

4.1 试验平台介绍

4.2 基于模型的冷启动后怠速稳定性优化

4.3 基于模型的急减速至怠速稳定性优化

4.4 本章小结

5 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文