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汽车工程 2023年第11期45卷 2148-2156页

作者：石晨旭杜常清王超李兴意张家铭现代汽车零部件技术湖北省重点实验室(武汉理工大学) 武汉430070 先进能源科学与技术广东省实验室佛山分中心(佛山仙湖实验室) 佛山528200

为满足100 kW大功率氢燃料电池发动机工作时气体供应需求,开发进气系统控制策略。首先对燃料电池电堆及进气系统进行建模,依托被控对象模型设计开发了“MAP前馈+PID反馈”的阴、阳极进气控制策略,采用单片电压状态与系统效率加权求和的... 详细信息

为满足100 kW大功率氢燃料电池发动机工作时气体供应需求,开发进气系统控制策略。首先对燃料电池电堆及进气系统进行建模,依托被控对象模型设计开发了“MAP前馈+PID反馈”的阴、阳极进气控制策略,采用单片电压状态与系统效率加权求和的方式标定阳极吹扫时间,并通过台架测试验证了该策略部署到实际控制器中的控制效果。结果显示,在稳态和瞬态工况中均实现了对压力和流量的快速响应,使得电流拉载速率提高到120和-170 A/s,阳极压力稳态和瞬态控制精度分别为98.93%和95.10%,全功率单片电压平均值为15 mV,一致性较好。基于测试数据标定搭建了阴极进气系统状态方程,开发了集成非线性扰动观测器和基于Lyapunov直接法的非线性控制器的进气方案,经MIL仿真测试显示了对空气进气控制目标的准确控制,为进一步提高控制系统响应精度提供了理论基础。

关键词：氢燃料电池发动机系统建模进气系统控制台架试验 Lyapunov直接法

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增压直喷汽油机进气控制系统研究

增压直喷汽油机进气控制系统研究

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作者：龙立吉林大学

学位级别：硕士

近年来，随着汽车数量的迅速增长以及日益严峻的能源和环境问题，京六、四阶段油耗法规即将颁布，“高动力、低燃油消耗、低排放”成为汽车发动机技术发展方向和目标，而新控制技术应用以及更精益的控制则是实现这一目标的手段。汽油缸... 详细信息

近年来，随着汽车数量的迅速增长以及日益严峻的能源和环境问题，京六、四阶段油耗法规即将颁布，“高动力、低燃油消耗、低排放”成为汽车发动机技术发展方向和目标，而新控制技术应用以及更精益的控制则是实现这一目标的手段。汽油缸内直喷和增压是当今汽油机优化与创新的两大重要技术，越来越多的汽车厂商将其应用到产品中，因此研究增压直喷汽油机（TGDI）控制技术的现实意义重大。TGDI发动机控制系统通过调节进气、点火、喷油参数使发动机输出期望的扭矩和功率。由于汽油当量燃烧的属性和三元催化器对空燃比的苛刻要求，因此准确控制进气量才能改善燃烧，进而降低油耗和排放。可以说，进气系统控制是整个TGDI发动机电控系统至关重要的组成部分，占主导地位。本论文以一汽自主研发的4GA13TD型增压直喷发动机为对象，其进气控制系统要能准确计算发动机的进气充量，并能实时准确地确定电子节气门开度和控制涡轮增压压力，使发动机获得期望的进气量，确保发动机在全工况下燃烧稳定，扭矩输出准确，排放达标。该进气系统为复杂的多输入多输出系统，为降低成本，采用了双MAP而非MAF+MAP作为传感器，这更增加了控制算法的复杂度，该研究具有很大的工程价值。论文研究着重于以下两个方面： ①充量计算控制模型搭建，主要包括需求进气量的确定和缸内残余废气流量的计算。通过扭矩需求确定所需的进气量，进而确定电子节气门开度。鉴于进气充量对整个发动机系统的重要性，控制算法上采取了冗余设计。论文根据斜率—截距法和速度—密度法分别对进气系统进行了物理建模，用以计算相对充气量和空气质量流量，系统可据此实现对喷油量的精准控制。两种方法的计算结果相互校验，且当故障发生时可以相互取代，避免停机事故。 ②涡轮增压控制模型设计，控制算法基于能量平衡法则，根据理想气体状态方程，压气机和涡轮机做功机理，结合压气机和涡轮机特性数据，采取前馈加反馈的双环控制算法，最终确定废气旁通阀开度，从而使发动机获得期望的增压压力。本文同时针对发动机喘振现象设计了进气泄压控制逻辑。涡轮增压控制可增加发动机的进气量，进而提升发动机的输出功率，对发动机小型化和降油耗都很有意义。本文的最后对所提出的控制算法进行了4GA13TD发动机台架全工况功能验证。对照台架测量数据，充量计算控制模型计算得到的空气质量流量满足系统指标;涡轮增压控制模型可实现对增压压力的快速高精度控制，实际增压压力和期望增压压力的差值不超过50hPa，且在稳态和瞬态工况下均满足系统需求。

关键词：增压直喷汽油机进气系统控制充量计算增压前馈控制 PID控制

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