控制策略文獻(xiàn)綜述

1、 發(fā)動機(jī)控制策略 發(fā)動機(jī)的控制中最重要最基本功能的包括燃油量的控制與點(diǎn)火的控制。1 噴油控制策略計(jì)算方法噴油量的計(jì)算包括三部分：基本噴油量、噴油修正量和噴油增量?；緡娪土坑衅绻軌毫鞲衅?、大氣壓力傳感器、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速大小以及設(shè)定的空燃比決定。噴油修正量由與進(jìn)氣量相關(guān)的進(jìn)氣溫度傳感器、大氣壓力傳感器、氧傳感器信號和蓄電池電壓決定。噴油增量由節(jié)氣門位置信號、冷卻液溫度傳感器信號和點(diǎn)火信號ING等計(jì)算來得到。1.1基本噴油量的計(jì)算理論上，噴油器的噴油量Q主要由噴油器的噴油孔流量、噴油孔面積、燃油密度P、燃油壓力、進(jìn)氣壓力和噴油時(shí)間T決定。即：電噴系統(tǒng)中一般使用油壓調(diào)節(jié)器對燃油噴射系統(tǒng)的油壓和進(jìn)氣歧管

2、壓力之差進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此-為定制；系統(tǒng)選用固定的噴油器，所以噴油孔的參數(shù)也是固定的。因此，系統(tǒng)噴油量只與噴油器的開啟和關(guān)閉時(shí)間有關(guān)。噴油時(shí)間T可以下面的公式表示：T=rk×KRKTE 其中：rk代表汽油機(jī)單缸一個(gè)進(jìn)氣行程的進(jìn)氣充量，是決定噴油量動態(tài)變化的最重要因素。rk作為核心的參數(shù)，可以通過發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)得到以進(jìn)氣充量為z坐標(biāo)，以發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣歧管壓力為x和y坐標(biāo)的三維脈普圖。假設(shè)存在理想的供油系統(tǒng)，能通過電磁閥供給穩(wěn)定且恒定的燃油流量，則：，其中為空氣密度，V為單缸排量，為空燃比理想供油系統(tǒng)的噴油器實(shí)際流率 保持恒定，但實(shí)際中流率還取決于油軌軌壓和背壓間的壓差。背壓指的是進(jìn)氣歧管

3、的實(shí)際壓力。以上推理是基于假定所有發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況的供油壓力是恒定的基礎(chǔ)上的，實(shí)際上噴油器的開啟和關(guān)閉也會導(dǎo)致油軌中的壓力波動。所以流率不會保持恒定。在上式中引入一個(gè)基于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和有效噴油時(shí)間Tevfa的附加調(diào)整因子（MAP圖），真正的噴油時(shí)間變?yōu)?1.2 修正噴油量計(jì)算前面提及的根據(jù)公式計(jì)算的噴油時(shí)間是假定噴油器已經(jīng)開啟且有一個(gè)穩(wěn)定的流率，然而實(shí)際情況是噴油器的開啟、閉合時(shí)間應(yīng)予以考慮。開啟時(shí)間很大程度上依靠電池的供電電壓，特別是在起動和充電不足的情況下，噴油器真正開啟有顯著的延遲。但是這個(gè)延遲可以通過噴油時(shí)間（tvub）的附加偏移量來補(bǔ)償。于是噴油時(shí)間變?yōu)椋篢i=Te+tvub除了蓄電池電

4、壓補(bǔ)償外，當(dāng)空氣溫度和大氣壓力變化時(shí)，空氣密度就會發(fā)生變化，進(jìn)氣量也隨之發(fā)生變化。為此,ECU還需要根據(jù)空氣溫度和大氣壓力，來對噴油量進(jìn)行修正，使得發(fā)動機(jī)在各種條件下，都能獲得最佳的噴油量。當(dāng)溫度升高時(shí)，在傳感器信號相同的情況下，進(jìn)入發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量將會減少，ECU應(yīng)減小修正系數(shù)，使供油量減少。一般工況下，為了實(shí)現(xiàn)燃油的長期合理利用和排放的達(dá)標(biāo)，對噴油量最重要的補(bǔ)償是氧傳感器。1.3 噴油增量的計(jì)算當(dāng)發(fā)動機(jī)冷啟動后，由于溫度低，霧化不良，必須增加噴油量。噴油增量的大小主要取決于發(fā)動機(jī)的溫度，并隨著時(shí)間的增長而逐漸變?yōu)?。此外還有加速加濃，減速減濃。這樣增加了啟動和加減速的修正后，噴油輸出時(shí)間可以

5、修改為：一般工況下，fst , fns, fwl和 的大小為1.2 各工況下的噴油控制策略汽油機(jī)在運(yùn)行在不同工況下時(shí)，負(fù)荷或轉(zhuǎn)速的較大瞬態(tài)變化對于燃料混合氣的形成至關(guān)重要。合理劃分工況，不僅有利于控制策略的制定實(shí)施，提高控制策略的精度，同時(shí)也有利于軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。一般可將工況劃分為下列7項(xiàng)：起動工況、怠速工況、全負(fù)荷工況、一般負(fù)荷工況、急加速工況、急減速工況、斷油工況。2.1 起動工況起動工況包括起動拖轉(zhuǎn)期和暖機(jī)期。當(dāng)汽油機(jī)起動時(shí)，起動電動機(jī)拖動汽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，ECU檢測到曲軸轉(zhuǎn)動信號后，開始噴油、點(diǎn)火、燃燒，汽油機(jī)轉(zhuǎn)速增加，當(dāng)汽油機(jī)轉(zhuǎn)速大于起動機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，拖轉(zhuǎn)期結(jié)束進(jìn)入暖機(jī)期。汽油機(jī)冷啟動時(shí)，由于

6、發(fā)動機(jī)缸體溫度過低，噴入的燃油油膜不易蒸發(fā)。所以需額外多噴一些油，從而加大油膜的揮發(fā)量，使發(fā)動機(jī)易于啟動并快速暖機(jī)以過渡到怠速工況。由于起動時(shí)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速較低并且波動較大，吸入空氣量少，進(jìn)氣管的壓力也不穩(wěn)定，所以起動時(shí)不可能準(zhǔn)確檢測吸入的空氣量，所以此時(shí)ECU一般不能根據(jù)吸入的空氣量計(jì)算噴油脈寬，而是主要根據(jù)當(dāng)時(shí)冷卻液溫度等對基礎(chǔ)噴油量進(jìn)行修正來進(jìn)行開環(huán)控制。起動拖轉(zhuǎn)結(jié)束后，汽油機(jī)進(jìn)入暖機(jī)期。但汽缸壁和燃燒室的溫度仍然不高，燃油的汽化仍較差，部分燃油凝結(jié)在管壁上，因此在暖機(jī)期仍需較濃的混合氣。在暖機(jī)期由于水溫與燃燒室升溫過程不一致，故空燃比不能用水溫作為修正標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)采用時(shí)間函數(shù)修正，在規(guī)定的時(shí)

7、間內(nèi)，逐步降低噴油脈寬，直到汽油機(jī)充分預(yù)熱后再過渡到穩(wěn)定工況所需空燃比。2.2 怠速工況當(dāng)汽車車速為零，節(jié)氣門關(guān)閉且轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值后認(rèn)為發(fā)動機(jī)處于怠速工況。目前一般對怠速工況轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)反饋控制。怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量很小，微小進(jìn)氣量變化都可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)速的不穩(wěn)定，因此，采用旁通的怠速空氣閥來控制發(fā)動機(jī)怠速工況時(shí)的進(jìn)氣量。ECU依據(jù)實(shí)際怠速轉(zhuǎn)速與目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速之間的偏差大小驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)怠速空氣控制閥的開度，從而控制旁通空氣量的大小，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速保持在怠速目標(biāo)轉(zhuǎn)速范圍之內(nèi)。汽油機(jī)怠速的時(shí)候穩(wěn)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速可以根據(jù)冷卻液溫度來確定。怠速控制閥門開度的大小可以通過PID控制器來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，經(jīng)過標(biāo)定的

8、PID參數(shù)需要滿足怠速穩(wěn)定時(shí)間快，隨外部負(fù)荷的波動小等一系列指標(biāo)。由于發(fā)動機(jī)的模型十分復(fù)雜且使一個(gè)非線性、時(shí)變系統(tǒng)，經(jīng)典的PID控制器在處理這些模型時(shí)，指標(biāo)有限，因此可以采用自適應(yīng)模糊化的PID控制器來調(diào)節(jié)，使得性能最優(yōu)化。2.3一般負(fù)荷工況發(fā)動機(jī)大部分時(shí)間運(yùn)行在部分負(fù)荷工況，應(yīng)嚴(yán)格控制混合氣成分在理論空燃比附近，此時(shí)三元催化轉(zhuǎn)換器的凈化效率也較高。汽油機(jī)ECU根據(jù)氧傳感器的輸出信號對空燃比進(jìn)行反饋修正，從而對噴油量進(jìn)行閉環(huán)修正，逐漸將混合氣的實(shí)際空燃比調(diào)整到理論空燃比附近。其中積分項(xiàng)用于減小空燃比相對于理論空燃比的漂移和偏差，比例項(xiàng)用于有規(guī)律地使空燃比在理論空燃比上下周期性波動，混合氣在濃稀

9、之間變化。2.4全負(fù)荷工況汽油機(jī)ECU根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器提供的信號，一般認(rèn)為節(jié)氣門開度大于80%以上時(shí)就認(rèn)為是大負(fù)荷狀態(tài)。此時(shí)，希望發(fā)動機(jī)能發(fā)出最大功率，需要通過開環(huán)來實(shí)現(xiàn)空燃比加濃控制?；旌蠚獾募訚獬潭戎饕凸?jié)氣門的開度大小有關(guān)，一般，在節(jié)氣門全開時(shí)，空燃比控制在13左右。這樣可以保證排氣溫度不至過高從而損害發(fā)動機(jī)部件和保證三元催化轉(zhuǎn)化器工作溫度不至造成其高溫?fù)p壞。全負(fù)荷采用功率加濃后，空燃比偏離理想情況，使得排放性能會變差，盡管大負(fù)荷工況占整個(gè)運(yùn)行工況的時(shí)間不大，但對于目前嚴(yán)格的排放法規(guī)來說，還是會使每次試驗(yàn)的排放增大。所以更好的方法是將功率加濃的需求與噴油MAP聯(lián)系起來，即在制作噴油M

10、AP時(shí)，將大負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速區(qū)設(shè)定為功率混合氣，這樣就不需要專門的功率加濃校正了。2.5 急加速工況汽油機(jī)急加速時(shí)，進(jìn)氣管壓力隨之增加，產(chǎn)生濕壁現(xiàn)象。結(jié)果使進(jìn)入氣缸內(nèi)的有效空燃比被瞬間稀化，嚴(yán)重時(shí)會過度稀化，使汽油機(jī)轉(zhuǎn)速下降，此時(shí)踏下加速踏板后，車輛不僅不能加速，還會因?yàn)檗D(zhuǎn)速下降產(chǎn)生受阻的感覺。為了防止這種現(xiàn)象產(chǎn)生，在汽油機(jī)突然加速時(shí)，要短暫多噴一些燃油，加濃瞬間空燃比，以獲得良好的加速過渡性能?？刹捎糜洃浛刂?，即噴油脈寬T(t+1)=T(t)+加速加濃因子。加速加濃因子由節(jié)氣門開度變化率和進(jìn)氣管壓力溫度決定。2.6 急減速工況同上，當(dāng)節(jié)氣門突然變小時(shí)，進(jìn)氣管的真空度急劇升高，絕對壓力降得很低。促

11、使油膜加速蒸發(fā)汽化，并進(jìn)入氣缸，導(dǎo)致混合氣瞬間加濃。因此，在急減速工況需要瞬間稀化混合氣。也可采用記憶控制，即噴油脈寬T(t+1)=T(t)減速減濃因子。減速減濃因子由節(jié)氣門開度變化率和進(jìn)氣管壓力溫度決定。2.7 斷油工況 斷油工況主要發(fā)生在緊急剎車、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速超過設(shè)定值、車速超過一定值的時(shí)候。在合理情況下進(jìn)行端由，不僅可以節(jié)約燃油，同時(shí)增加了車輛安全性。發(fā)動機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)突然松開油門踏板使發(fā)動機(jī)減速時(shí)，發(fā)動機(jī)仍依慣性而高速運(yùn)轉(zhuǎn)，但是由于此時(shí)節(jié)氣門已經(jīng)關(guān)閉，進(jìn)氣量很少，混合氣會瞬間很濃，造成排放性能降低且燃油經(jīng)濟(jì)性變差，因此ECU應(yīng)在這種情況下控制噴油器停止噴油。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于某限定值時(shí)，再恢復(fù)噴

12、油。實(shí)施減速端由控制的條件為：節(jié)氣門關(guān)閉；節(jié)氣門的變化率達(dá)到一定限值；或發(fā)動機(jī)達(dá)到一定的溫度或轉(zhuǎn)速。超速斷油是在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速超過最高限定轉(zhuǎn)速時(shí)，有ECU自動切斷供油，以防止發(fā)動機(jī)較長時(shí)間的超速運(yùn)行而造成對機(jī)械部件的損害，且可減少油耗。若轉(zhuǎn)速超過最高轉(zhuǎn)速，切斷燃油；斷油后，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于最高轉(zhuǎn)速一定余量時(shí)，再恢復(fù)供油，這個(gè)余量一般約為100RPM左右。 3 點(diǎn)火控制策略總體介紹現(xiàn)在一般使用無觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系統(tǒng)，該系統(tǒng)的功能主要有點(diǎn)火提前角的控制和點(diǎn)火能量的控制。點(diǎn)火系統(tǒng)最基本的原理是通過斷電開關(guān)控制點(diǎn)火線圈一次電流的大小和斷電時(shí)間，從而控制點(diǎn)火的能量和時(shí)刻，保證汽油機(jī)氣缸內(nèi)的混合氣徹底燃燒。3.1 點(diǎn)火

13、提前角控制策略一般來說，能保證汽油機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性都達(dá)到最佳值的最小點(diǎn)火提前角稱為最佳點(diǎn)火提前角。最佳點(diǎn)火提前角=基本提前角度+修正提前角度。影響最佳點(diǎn)火提前角的因素有很多，如汽油機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣壓力、空燃比、冷卻水溫度、燃料辛烷值等?；咎崆敖嵌仁怯砂l(fā)動機(jī)工況得到。已知發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣壓力，可有點(diǎn)火提前角MAP圖查表得到。影響修正值的主要因素有兩個(gè)：一個(gè)是發(fā)動機(jī)水溫，當(dāng)冷卻器溫度太高的時(shí)候，采用負(fù)的修正提前角度，用于降低缸內(nèi)燃燒溫度，保證發(fā)動機(jī)運(yùn)行正常。其次是爆震控制。在一般工況下，為了在混合氣一定的情況下，竟可能得到大的扭矩和功率，在未出現(xiàn)爆震的時(shí)候，爆震控制系統(tǒng)間斷時(shí)間對基本點(diǎn)火角度進(jìn)行增加，但當(dāng)總的點(diǎn)火角度達(dá)到一定程度時(shí)，汽油機(jī)震動變得劇烈，這時(shí)對點(diǎn)火提前角進(jìn)行負(fù)的修正，保證發(fā)動機(jī)不會長期爆震而損壞，然后再重復(fù)上述過程。3.2 閉合角的控制為了使發(fā)動機(jī)順利點(diǎn)火，總體來說在一定范圍內(nèi)點(diǎn)火能量越大越好，但過大的能量可能會導(dǎo)致點(diǎn)火線圈過快老化。另外，車用蓄電池電壓一般為12V，點(diǎn)火線圈的初級線圈電壓等于蓄電池電壓。但蓄電池電壓由于老化或是車內(nèi)負(fù)載的變化，電池電壓