高压共轨电控柴油机控制策略研究与优化

论文摘要

柴油机电子控制技术是改善柴油机排放与经济性指标的有效手段,柴油机电控燃油喷射技术的应用是柴油机技术发展的重要方向与必然趋势。高压共轨电控燃油喷射系统是一种适合现代柴油机发展需要的先进燃油系统,高压共轨电控燃油喷射技术已成为国外各大柴油机制造商研究的热点和未来柴油机技术的发展方向。GD-1高压共轨电控燃油喷射系统是国内自主研发的电控柴油机管理系统之一。本文的工作重点是高压共轨电控柴油机控制策略的研究与优化,在电控柴油机管理系统的总体设计、扭矩控制器的设计、时序控制器的研究与优化、共轨油压控制器的研究与优化以及整机整车验证与标定等方面开展了具体的工作。1.在研究比较国外先进电控燃油喷射系统的工作原理与控制策略的基础上,确定了GD-1电控柴油机管理系统的控制功能、设计目标与技术手段。2.设计了GD-1电控柴油机管理系统的基本输入管理器,合理划分了电控柴油机运行状态,以提高电控柴油机管理系统针对发动机复杂工况条件下的控制精确性及可靠性。3.为拓展GD-1电控柴油机在新型车用动力系统中的应用,在原先基于油量控制原理的基础上,设计了基于扭矩控制原理的发动机扭矩控制器,以改善电控柴油机动力性、经济性、整车驾驶舒适性与整车匹配灵活性。4.利用Matlab/Simulink工具对GD-1电控柴油机转速输出信号进行了仿真,基于该模型设计了迅速判别发动机相位、精确驱动PCV阀与喷油器电磁阀的时序控制器,该时序控制器具备跛行回家功能,提高了GD-1电控柴油机的运行可靠性。5.设计了共轨油压控制器,根据发动机的工况需要,合理划分了共轨油压的控制模式与PCV阀的驱动模式,以柔性、精确地控制喷射压力。6.利用Matlab/simulink工具对GD-1电控柴油机起动过程中共轨油压建立过程进行了仿真分析,得出了起动初期尚未确定发动机相位的条件下驱动PCV阀的最佳频率,以缩短建立柴油机起动所需共轨油压的过程。7.对于凸轮轴速信号失效的起动过程,基于GD-1电控柴油机起动过程中共轨油压建立模型,设计了大脉宽驱动PCV阀以辅助判缸的新型控制策略,缩短了GD-1电控柴油机在此故障模式下的起动判缸过程。8.在GD-1电控柴油机项目开发过程中,对整机性能开发与排放达标的技术路线进行了摸索,总结得出了电控高压共轨柴油机整机标定流程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.1.1 车用柴油机的应用前景光明
• 1.1.2 排放法规日益严格
• 1.1.3 发展柴油机电控燃油喷射技术的必然性
• 1.2 国外柴油机电控高压共轨燃油喷射系统简介
• 1.2.1 意大利菲亚特（Fiat）集团的Unijet 系统
• 1.2.2 德国博世（Robert Bosch）公司的CR 系统
• 1.2.3 日本电装（Nippon Denso）公司的ECD-U2 系统
• 1.2.4 美国德尔福（Delphi）公司的DCR 系统
• 1.3 国外柴油机电控燃油喷射系统控制策略简介
• 1.3.1 美国康明斯（Cummins）公司的ECI 泵喷嘴电控燃油系统的控制策略
• 1.3.1.1 ECI 发动机管理系统概要
• 1.3.1.2 ECI 发动机控制策略
• 1.3.2 德尔福（Delphi）公司的LDCR 电控共轨系统的控制策略
• 1.4 国内柴油机电控喷油技术的发展概况
• 1.5 本文主要研究内容
• 第二章 GD-1 高压共轨式电控柴油机管理系统综述
• 2.1 GD-1 系统概述
• 2.1.1 GD-1 柴油机的具体参数
• 2.1.2 GD-1 柴油机高压共轨电控系统的构成与目标功能
• 2.1.3 GD-1 电控系统执行器的介绍
• 2.1.3.1 低压油路
• 2.1.3.2 高压油泵
• 2.1.3.3 共轨管
• 2.1.3.4 喷油器
• 2.1.4 GD-1 系统电控传感器的功能概要
• 2.1.4.1 转速信号与曲轴相位
• 2.1.4.2 电子油门
• 2.1.4.3 冷却水温度
• 2.1.4.4 共轨油压
• 2.1.4.5 增压压力与进气流量
• 2.1.4.6 车辆状态传感器
• 2.2 GD-1 电控共轨柴油机管理策略的模块化设计
• 2.3 扭矩管理器的设计
• 2.4 基本输入管理器的设计
• 2.4.1 发动机状态的划分
• 2.4.1.1 由柴油机转速确定发动机状态
• 2.4.1.2 发动机状态切换的条件
• 2.4.1.3 发动机状态控制器的设计
• 2.4.2 发动机转速输入信号的处理
• 2.4.3 模拟输入量的处理
• 2.4.3.1 模拟输入量的处理步骤
• 2.4.3.2 模拟输入量的硬件处理
• 2.4.3.3 模拟输入量的采样
• 2.4.3.4 模拟输入量的A/D 转换
• 2.4.3.5 模拟输入量的线性化处理
• 2.4.3.6 模拟输入量的故障诊断
• 2.4.3.7 模拟输入量的失效处理
• 2.4.4 数字输入量的处理
• 2.4.4.1 数字输入量的处理步骤
• 2.4.4.2 数字输入量的硬件处理
• 2.4.4.3 数字输入量的防反跳处理
• 2.4.4.4 数字输入量的故障诊断
• 2.5 共轨油压控制器的设计
• 2.6 燃油喷射控制器的设计
• 2.7 故障诊断控制器的设计
• 本章小结
• 第三章 柴油机共轨系统的扭矩控制策略
• 3.1 油量控制的局限与扭矩控制的优点
• 3.2 发动机扭矩控制的技术途径
• 3.3 发动机扭矩控制器的设计
• 3.3.1 指令扭矩控制器的设计
• 3.3.1.1 指令扭矩控制器的设计
• 3.3.1.2 指令扭矩滤波器的设计
• 3.3.2 起动扭矩控制器的设计
• 3.3.3 怠速控制器的设计
• 3.3.4 最大扭矩控制器的设计
• 3.3.5 阻力矩控制器的设计
• 3.3.6 扭矩协调器的设计
• 3.4 怠速控制器设计的示例
• 3.4.1 怠速控制器的设计目标
• 3.4.1.1 目标怠速的计算
• 3.4.1.2 怠速控制器控制参数的判断
• 3.4.1.3 怠速扭矩的计算
• 3.4.2 怠速控制器的模块化设计
• 3.4.2.1 目标怠速的计算
• 3.4.2.2 怠速控制参数的判断
• 3.4.2.3 怠速扭矩的计算
• 3.5 本章小结
• 第四章 高压共轨电控系统建立控制时序的研究
• 4.1 建立发动机电控系统控制时序的重要性
• 4.2 控制时序模块的基本任务
• 4.3 控制时序模块的性能要求
• 4.4 发动机拖转过程中的转速信号模型
• 4.4.1 发动机拖转转速的输出
• 4.4.2 转速信号的输出
• 4.5 发动机相位的确定
• 4.5.1 转速信号齿的检测
• 4.5.2 转速信号齿之间间隔时间的计算
• 4.5.3 曲轴转速信号齿的齿数计数器
• 4.5.4 曲轴转速信号盘缺齿的检测
• 4.5.5 凸轮轴信号盘1X 齿的检测
• 4.5.6 发动机相位的确定
• 4.5.6.1 正常模式（normal mode）
• 4.5.6.2 曲轴转速信号模式（crank mode）
• 4.5.6.3 凸轮轴转速信号模式（cam mode）
• 4.5.7 确定发动机相位状态机的设计
• 4.5.7.1 相位状态的描述
• 4.5.7.2 相位状态机的设计
• 4.6 6 缸柴油机时序控制的设计
• 4.6.1 6 缸柴油机时序控制目标
• 4.6.2 6 缸柴油机时序控制节的设计
• 4.7 6 缸柴油机时序控制过程的仿真
• 4.7.1 控制器底层控制模块的设计
• 4.7.2 控制器底层输出控制模块的设计
• 4.7.2.1 主喷射控制节的判断（Main Control Sequence）
• 4.7.2.2 主喷射的驱动控制（Main Injection Driver）
• 4.7.3 6 缸柴油机起动过程时序控制过程的仿真结果
• 4.8 本章小结
• 第五章 高压共轨电控系统共轨油压控制策略的研究
• 5.1 高压共轨电控系统油压控制的必要性
• 5.2 高压共轨电控系统油压控制的途径
• 5.2.1 GD-1 高压共轨电控系统油压控制方法
• 5.2.2 德尔福DCR 高压共轨电控系统油压控制方法
• 5.3 GD-1 电控系统共轨油压控制模式的设计
• 5.4 GD-1 电控系统指令油压的计算
• 5.4.1 指令油压初始值的计算
• 5.4.2 指令油压修正值的计算
• 5.4.3 指令油压的限制
• 5.5 GD-1 电控系统油压闭环控制器的设计
• 5.5.1 高压油泵有效供油角度基本值的计算
• 5.5.2 PID 增益的计算
• 5.5.3 PID 闭环控制修正角度的计算
• 5.6 GD-1 电控系统高压油泵PCV 阀驱动模式的设计
• 5.6.1 高压油泵PCV 阀驱动模式的设计
• 5.6.2 高压油泵PCV 阀的驱动控制器设计
• 5.7 GD-1 系统起动过程中油压建立过程的仿真研究
• 5.7.1 仿真的假设条件
• 5.7.2 起动过程中共轨油压的计算
• 5.7.3 起动过程中共轨油压的仿真模型
• 5.7.4 起动过程中共轨油压仿真模型的验证
• 5.7.5 基于起动过程共轨油压仿真模型的对最佳驱动频率的分析
• 5.7.6 采用30Hz 频率驱动PCV 阀促进起动初期共轨油压建立效果的仿真
• 5.8 GD-1 电控高压共轨系统辅助判缸策略的设计与仿真
• 5.8.1 辅助判缸控制策略的理论依据
• 5.8.2 辅助判缸控制模块的逻辑流程及其设计
• 5.8.3 辅助判缸的使能条件
• 5.8.4 辅助判缸控制模块的仿真与验证
• 5.9 本章小结
• 第六章 高压共轨电控系统控制策略的试验研究
• 6.1 试验设备的简介
• 6.1.1 台架标定工具
• 6.1.2 基本性能试验台架
• 6.1.3 精细标定与排放试验台架
• 6.2 GD-1 系统控制效果试验及验证
• 6.2.1 快速起动过程
• 6.2.2 全负荷工况共轨油压控制效果的试验
• 6.2.3 减速断油过程
• 6.3 GD-1 整机性能与排放标定试验
• 6.3.1 燃烧开发优选过程
• 6.3.2 喷油量与扭矩转换关系的标定
• 6.3.3 整机扭矩限制的标定
• 6.3.4 整机标定流程总结
• 6.4 GD-1 系统整车标定试验
• 6.4.1 整车驾驶性标定
• 6.4.2 整车动力性标定
• 6.4.3 发动机热保护标定
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读学位期间发表论文目录