单缸汽油机电控系统开发及其模型预测研究

作     者：简立玮 

作者单位：广西科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王国富

授予年度：2023年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：单缸汽油机 电控系统 空燃比 长短期记忆神经网络 

摘      要：中国汽车产业已经成为微电子应用领域的支柱产业,但在汽车产业蓬勃发展的同时,国内企业在车用发动机的电控系统开发上仍遇到很大的阻碍。一方面车规级芯片受国外龙头公司垄断,在诸多因素影响下芯片的供应与生产成本难以控制,另一方面许多国内企业在电控系统开发工作上只能进行简单的标定工作,产品开发受制于人。为此采用国产芯片开发一个汽油机电控系统具有很大的意义。论文以某款125 m L的小排量单缸发动机作为控制对象,在国产芯片作为主控器的基础上进行软硬件设计,搭建底层控制模型和应用层控制策略,以满足电控系统基础开发要求,主要研究内容如下:(1)对单缸摩托车发动机进行总体分析,依据功能需求进行电控系统的电路分析,完成电控系统的硬件设计。软件设计上,在工程项目中对相关功能模块进行配置与初始化,并留下相关底层控制模型和应用层控制策略的函数接口。(2)根据发动机原理,搭建发动机底层控制模型,保证发动机底层状态参数的正确计算和执行机构控制指令的可靠输出。底层控制模型实现的内容包括传感器数据的转换、转速的计算、压缩上止点的判断、点火指令和喷油指令的输出等。(3)结合电控系统开发的相关资料,为不同工况制定控制目标,对发动机各工况搭建相应的应用层控制策略。控制策略模型主要包括在起动工况、怠速工况、瞬态工况下的空燃比控制和点火控制,实现喷油量和点火提前角算法计算功能。(4)对软件设计中的底层功能代码与Simulink平台上所搭建模型生成的代码进行组合,完成电控系统的软件程序开发。利用模拟发动机的输出信号,对底层控制模型的发动机信号采集模块、状态参数计算模块和控制策略模型中的喷油、点火输出效果进行测试,以验证底层控制模型和应用层控制策略的实时性和准确性。最后将所开发的电控系统在台架和实车上进行实验,完成电控系统实机验证。(5)针对实际开发过程中出现的窄域氧传感器无法获得具体空燃比数值的问题,采用人工智能的方法,结合长短期记忆神经网络和注意力机制的优点,搭建LA-LSTM空燃比预测模型,实现空燃比实际值的预测,并进一步将该模型与LSTM和BP模型进行比较,证明了LA-LSTM模型在空燃比预测任务中的优越性和有效性。