高压共轨柴油机控制策略研究

论文摘要

面对日益严峻的世界能源短缺和更高要求排放法规的出台,使得柴油机朝着低污染、低油耗和高比功率的方向发展是当务之急;随着微处理器和电子控制技术的飞速发展,电控系统使得柴油机的定质、定量、定时成为可能。由于电控系统对柴油机工况的实时监测,便可根据每个工况的变化计算出实际需要的油量、压力和正时来改善燃烧,使柴油机具有良好的动力性、经济性和排放性。作为20世纪末内燃机行业的三大突破进展之一的高压共轨电控柴油机,由于其理想的喷油规律,目前其电控系统已成为研究热点;与此同时,由于汽车要朝着节能、舒适和安全的方向发展,这又给汽车添加了更多的控制器,这给发动机动力分配的可扩展性又带来了挑战。在这种背景下,开发模式和控制算法便成了电控ECU开发的主要瓶颈。为了打破这种ECU的开发困局,在柴油机高压共轨电控ECU项目中引入嵌入式系统目前主流的V开发模式,并在此平台上,以基于扭矩的控制算法取代了旧有的基于油量的控制算法。本文首先对基于V模式开发的软硬件平台进行分析、研究,进而在Simulink-dSPACE平台的基础上完成了对SIL、RCP、HIL等一系列开发、测试平台的构建。其次,在此平台上,对基于扭矩的控制策略进行了分析、建模仿真,尤其是对怠速工况进行了详细深入的研究,完成了基于扭矩算法的怠速控制Simulink模型。然后,结合基于扭矩的怠速控制Simulink模型就代码自动生成技术进行了深入的研究,完成了电控系统代码的自动生成与集成。最后,深入研究了高压共轨ECU的标定技术,借助于CANape完成了电控ECU怠速工况的标定,并结合时下先进的自动标定技术进行了探讨和研究。本文在对V模式软硬件开发平台深入研究的基础上,首次完整地构建出了基于Simulink-dSPACE平台的SIL、RCP、HIL等一系列开发、测试平台;首创性的建立了基于扭矩算法的高压共轨柴油机怠速工况的控制算法Simulink模型;创造性地结合多段喷射、各缸均衡和PID控制等多种控制策略,解决了怠速不稳的问题;针对喷油和喷油器固有特性等引起的轨压波动的问题,本课题提出了预控制与PID控制相结合的控制策略,成功消除了轨压的波动。这一系列平台的构建,为基于V模式的平台开发提供了完整的思路和高效的平台;该控制算法模型可以作为后续开发的基础和依据;这些经过仿真和实验验证成功、可行的控制策略对于共轨系统的开发具有可借鉴的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 汽车发动机ECU 开发所面临的问题及其出路
• 1.2.1 ECU 开发所面临的问题
• 1.2.2 ECU 开发的出路
• 1.3 国内外发展现状
• 1.3.1 国外发展状况
• 1.3.2 国内研究情况
• 1.4 本文工作
• 第二章 基于V 模式的软硬件平台研究
• 2.1 V 模式的定义
• 2.1.1 V 模式开发流程及工具简介
• 2.2 RCP，SIL 及HIL 测试平台的构建
• 2.2.1 SIL（Software-in-the-Loop）—软件在环仿真
• 2.2.2 RCP（Rapid Control Prototyping）—快速控制原型
• 2.2.3 HILS（Hardware-in-the-Loop Simulation）—半实物仿真
• 2.3 国内应用实例
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于扭矩的高压共轨控制策略
• 3.1 高压共轨电控系统控制方案设计
• 3.1.1 基于扭矩的控制系统控制逻辑
• 3.1.2 发动机运行状态设别
• 3.1.3 轨压控制算法分析及建模
• 3.1.4 扭矩控制算法结构分析及建模
• 3.2 基于扭矩的怠速控制
• 3.2.1 怠速控制任务和控制策略
• 3.2.2 目标怠速计算
• 3.2.3 怠速控制运行条件
• 3.2.4 怠速扭矩PID 控制器
• 3.2.5 扭矩油量转化
• 3.2.6 喷油量控制
• 3.2.7 喷油正时控制
• 3.2.8 怠速目标转速控制试验结果
• 3.3 本章小结
• 第四章 目标代码生成及集成
• 4.1 目标ECU 介绍
• 4.2 ECU 软件架构
• 4.2.1 OSEK/VDX 规范
• 4.2.2 实时操作系统
• 4.2.3 应用层软件
• 4.2.4 软件代码自动生成
• 4.3 代码集成与编译
• 4.4 本章小结
• 第五章 电控系统的标定与测试
• 5.1 标定/匹配的常用方法
• 5.1.1 人工标定
• 5.1.2 自动标定技术
• 5.2 高压共轨柴油机控制系统的标定过程
• 5.2.1 台架实验
• 5.2.2 实车匹配/标定
• 5.3 标定/匹配实验台架及工具简介
• 5.3.1 标定/匹配实验台架简介
• 5.3.2 标定/匹配工具软件介绍
• 5.4 怠速的标定
• 5.4.1 目标转速模块控制原理及标定/匹配
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 课题研究总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文及专利
• 致谢