基于扭矩的CNG发动机管理系统分析与点火控制研究

作     者：张晟恺 

作者单位：西华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙仁云

授予年度：2014年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：天然气发动机 基于扭矩 模型标定 点火控制 扭矩补偿 

摘      要：目前，随着整车控制策略越来越复杂，传统的发动机管理系统不利于整车控制系统的集成与扩展，研发和制作成本也在逐渐提高。因此现代发动机管理系统逐渐过渡到基于扭矩的发动机管理系统，而适用于天然气的基于扭矩控制的发动机管理系统的研发也在逐步展开。为缩短和发达国家的差距，需要对其控制策略、控制理论和控制方法进行深入的研究。 这里利用模型化的电控系统开发方法，根据平均值原理在matlab/simulink环境下建立了天然气发动机仿真模型，并在此模型上对基于扭矩的控制进行了以下五点研究。 （1）研究了基于扭矩控制的算法理论，它主要由扭矩需求、扭矩协调、扭矩转换、扭矩计算四个部分组成。 （2）建立MBT点火提前角和进气压力估算模块，通过模型得出的参数得到了发动机输出扭矩与循环进气量、输出扭矩与点火提前角之间的对应关系，由此展开对基于扭矩控制算法下的火路及气路控制策略的研究。 （3）采用基于模型的发动机标定技术，利用循环标定的方法得到了初始的点火提前角map，以及怠速下扭矩补偿的点火提前角map图。 （4）建立了点火控制器对神经网络控制方法的点火实现进行了研究，表明神经网络对于非线性的时变动力学系统具有良好的控制效果，建立PID电子节气门控制器能够很好的对节气门开度进行调节，结果表明这两种控制算法能很好的控制点火提前角和节气门开度达到控制输出扭矩的目的。 （5）通过研究得出的制定了火路（点火提前角）以及气路（电子节气门）扭矩控制算法，对发动机怠速工况达到了很好的控制效果。根据火路控制扭矩范围小响应速度快的特点，制定了小扭矩需求下利用点火提前角控制转速的快速响应;而气路控制扭矩调节范围大，可以作为大扭矩需求下的主要控制参数。 对点火控制器进行了软硬件设计，利用单片机实现了传感器信号的采集、发动机转速的测量、利用曲轴凸轮轴的判缸、点火时刻、点火能量的控制。其中，基础点火提前角是利用标定得到的map图进行神经网络离线训练获得，修正点火提前角根据扭矩补偿map图查询。 建立了一个研究基于扭矩控制的仿真平台，通过模拟实验验证了控制策略的正确性，系统能够实现基于扭矩控制的基本需求，为将来的台架实验打下了良好的理论和实践基础。