最新高壓共軌柴油機(jī)控制策略專業(yè)知識(shí)講座課件

目錄第二章控制模塊與控制策略第一章背景知識(shí)

第三章基于扭矩的起動(dòng)控制目錄第二章控制模塊與控制策略第一章背景知識(shí)第一章電控噴射系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)介位置控制式：保留了傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)，只是將機(jī)械調(diào)速器控制改為電子控制。噴油量依舊通過(guò)控制噴油泵齒條位移或滑套位移來(lái)控制。噴油正時(shí)依舊通過(guò)提前器來(lái)控制。時(shí)間壓力控制式：以高壓供油泵、電磁(液力)控制式噴油器和公共油軌組成。與前兩代噴油系統(tǒng)不同的是，高壓油泵并不直接控制噴油，而僅僅是向共軌供油以維持所需的共軌壓力，并通過(guò)連續(xù)調(diào)節(jié)共軌壓力來(lái)控制噴射壓力，采用壓力—時(shí)間式燃油計(jì)量原理，用高速電磁閥控制噴射過(guò)程。時(shí)間控制式：采用高速電磁閥直接控制高壓燃油的適時(shí)噴射。電磁閥關(guān)閉，執(zhí)行噴油;電磁閥打開，噴油結(jié)束。噴油始點(diǎn)取決于電磁閥關(guān)閉時(shí)刻，噴油量則取決于電磁閥關(guān)閉時(shí)間的長(zhǎng)短。第一章電控噴射系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)介位置控制式：保留了傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)的第一章電控噴射系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外：1、日本DENSO公司的ECD一UZ高壓共軌電噴系統(tǒng)2、BOSCH公司生產(chǎn)的CR高壓共軌電噴系統(tǒng)3、DELPH公司的DCR高壓共軌電噴系統(tǒng)4、意大利Fiat公司的Unijet高壓共軌電噴系統(tǒng)5、德國(guó)MTU4000高壓共軌電噴系統(tǒng)國(guó)內(nèi)：目前主要在做一些共軌電控及其標(biāo)定系統(tǒng)的研制開發(fā)、零部件的優(yōu)化調(diào)整、匹配、燃油及特性分析和燃油系統(tǒng)的模擬計(jì)算方面的工作，整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)還有較大的困難。國(guó)內(nèi)進(jìn)行此項(xiàng)研究的主要單位有:清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、天津大學(xué)、浙江大學(xué)、一汽大眾無(wú)錫油泵油嘴研究所、成都威特，長(zhǎng)安等。從公開發(fā)表資料來(lái)看，上述單位取得了階段性的豐碩成果，但大都處于系統(tǒng)研制或臺(tái)架實(shí)驗(yàn)階段，離產(chǎn)品化還有很大差距。第一章電控噴射系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外：1、日本DENSO公第一章電控噴射系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與未來(lái)前景(l)穩(wěn)定的噴油壓力

(2)較高的噴油壓力

(3)前所未有的噴油控制能力(4)應(yīng)用范圍較廣

(5)極大地改善柴油機(jī)排放效果隨著世界油價(jià)不斷攀升以及國(guó)際日益嚴(yán)格的排放法規(guī)，尋求節(jié)能、低排放、低噪聲、高動(dòng)力的新型柴油車是汽車制造商不斷追求的目標(biāo)，節(jié)能環(huán)保成為未來(lái)發(fā)展的方向。采用電控高壓共軌技術(shù)生產(chǎn)的柴油機(jī)是滿足上述要求的重要途徑。在全球飛速發(fā)展的柴油車市場(chǎng)，柴油共軌系統(tǒng)代表了柴油機(jī)的最新技術(shù)和未來(lái)方向，目前掌握此項(xiàng)技術(shù)的只有為數(shù)不多的幾個(gè)國(guó)家，除長(zhǎng)城汽車之外，只有奧迪、奔馳、華泰等幾個(gè)品牌推出了采用二代柴油共軌系統(tǒng)的汽車，而長(zhǎng)城“智能節(jié)油王”的推出是自主品牌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的首次突破。第一章電控噴射系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與未來(lái)前景(l)穩(wěn)定的噴油壓力第二章高壓共軌電控噴油系統(tǒng)的工作原理如圖2.1。第二章高壓共軌電控噴油系統(tǒng)的工作原理如圖2.1。第二章模塊的劃分第二章模塊的劃分第二章控制策略（1）：PID控制系統(tǒng)PID控制器由三個(gè)參數(shù)環(huán)節(jié)組成：比例環(huán)節(jié)（放大系數(shù)Kp）積分環(huán)節(jié)（積分系數(shù)Ki）微分環(huán)節(jié)（微分系數(shù)Kd）PID中的Kp、Ki、Kd都是固定的,沒有隨著轉(zhuǎn)速的變化進(jìn)行微調(diào)的機(jī)制，利用這三個(gè)參數(shù)構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。第二章控制策略（1）：PID控制系統(tǒng)PID控制器由三個(gè)參數(shù)環(huán)第二章控制策略（2）：模糊控制原理模糊自動(dòng)控制就是通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人們用自然語(yǔ)言來(lái)描述的控制過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。在模擬自動(dòng)控制的過(guò)程中，由于計(jì)算機(jī)智能化還不高，無(wú)法自己思維，所以必須將整個(gè)控制過(guò)程抽象為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的語(yǔ)句、規(guī)則等信息，讓其按規(guī)則作出判斷進(jìn)行控制，完成這個(gè)過(guò)程便是一個(gè)模糊化的過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)模糊控制算法。第二章控制策略（2）：模糊控制原理模糊自動(dòng)控制就是通過(guò)計(jì)算機(jī)第二章控制策略（3）：分缸均衡控制原理即ECU根據(jù)各缸轉(zhuǎn)速平均值計(jì)算出基本噴油量,再根據(jù)柴油機(jī)各缸瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的差值對(duì)各缸噴油量進(jìn)行修正補(bǔ)償。各缸油量修正是根據(jù)各缸瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的變化值,確定各缸在下一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)的補(bǔ)償噴油量。各缸轉(zhuǎn)速是以測(cè)量該缸TDC與上一缸TDC(按發(fā)火順序)之間15個(gè)齒的時(shí)間間隔TBACA1(單位為μs)來(lái)表征的。第二章控制策略（3）：分缸均衡控制原理即ECU根據(jù)各缸轉(zhuǎn)速平第二章控制策略（4）：多次噴射協(xié)調(diào)控制略ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速和需求噴油量查找相關(guān)map,確定相應(yīng)的噴射次數(shù)，并激活需求的噴射。同時(shí)，查找相關(guān)預(yù)噴、后噴量map,預(yù)噴、主噴、后噴噴射時(shí)間的map,計(jì)算出對(duì)應(yīng)的噴油量、噴射時(shí)間，根據(jù)柴油的密度計(jì)算出對(duì)應(yīng)的噴射體積。為了擴(kuò)大策略對(duì)不同噴油器的適應(yīng)性，設(shè)定了油量轉(zhuǎn)換為電磁閥通電持續(xù)期的map，通過(guò)設(shè)定軌壓和噴射體積，確定需求的噴射持續(xù)期。而后進(jìn)行相關(guān)系統(tǒng)的觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)需求的噴射規(guī)律。第二章控制策略（4）：多次噴射協(xié)調(diào)控制略ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)第二章控制策略（5）：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)有多個(gè)輸入信號(hào)以及輸出信號(hào)的且具有一非線性特點(diǎn)的原件，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中神經(jīng)元的輸出受到多種囚素的影響。輸入信號(hào)會(huì)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)路神經(jīng)元輸出產(chǎn)生影響，以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)因素對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)元的輸出產(chǎn)生影響。在建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型時(shí)，在已有輸入信號(hào)的基礎(chǔ)上，再加上偏差信號(hào)(閡值)作為另一個(gè)輸入信號(hào)。第二章控制策略（5）：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)有多個(gè)輸?shù)诙驴刂撇呗裕?）：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊PID控制器系統(tǒng)圖3一18是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊PID控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖?？刂破饔扇糠纸M成:(l)傳統(tǒng)PID控制器(2)模糊化模塊(3)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NeuralNetwork)。第二章控制策略（6）：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊PID控制器系統(tǒng)圖3一18第二章控制策略（7）：基于改進(jìn)遺傳算法的部分微分PID控制結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)所謂改進(jìn)遺傳算法就是把粒子群算法引入遺傳算法中，用粒子群算法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)遺傳算法的變異過(guò)程中，以來(lái)產(chǎn)生新的算法種群，這樣就可以解決種群早熟的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)參數(shù)的最大優(yōu)化。第二章控制策略（7）：基于改進(jìn)遺傳算法的部分微分PID控制第三章第三章第三章噴油量計(jì)算：噴油量是基于需求指示扭矩控制來(lái)計(jì)算的，通過(guò)相關(guān)的控制流程計(jì)算出需求的指示扭矩，而后根據(jù)油量扭矩的轉(zhuǎn)換關(guān)系獲取起動(dòng)的噴油量。因此對(duì)起動(dòng)噴油量的計(jì)算主要包括：起動(dòng)需求扭矩的計(jì)算，扭矩和油量的轉(zhuǎn)換關(guān)系。第三章噴油量計(jì)算：噴油量是基于需求指示扭矩控制來(lái)計(jì)算的，通過(guò)第三章起動(dòng)的需求扭矩主要包括：起動(dòng)基礎(chǔ)扭矩計(jì)算，對(duì)應(yīng)斜坡函數(shù)矯正扭矩的計(jì)算等。其中，斜坡函數(shù)矯正扭矩是在發(fā)動(dòng)機(jī)處于極端狀態(tài)下用于增加起動(dòng)噴油量的，如冷起動(dòng)、過(guò)熱起動(dòng)等，因此有其使用的狀態(tài)條件。第三章起動(dòng)的需求扭矩主要包括：起動(dòng)基礎(chǔ)扭矩計(jì)算，對(duì)應(yīng)斜坡函數(shù)第三章斜坡函數(shù)矯正扭矩Trqr，當(dāng)斜坡函數(shù)起用后，矯正扭矩Trqr按照以下公式來(lái)計(jì)算：Trqr=ktrqr×（t-tRL）式中：ktrqr為起動(dòng)狀態(tài)的斜率(Nm);t為起動(dòng)時(shí)間（ms）;tRL為起動(dòng)狀態(tài)時(shí)設(shè)定的門檻時(shí)間（ms）第三章斜坡函數(shù)矯正扭矩Trqr，當(dāng)斜坡函數(shù)起用后，矯正扭矩第三章起動(dòng)扭矩與油量轉(zhuǎn)換柴油機(jī)控制的最終指標(biāo)是噴油量，通過(guò)以上的計(jì)算，獲取了不同起動(dòng)條件下的需求指示扭矩，扭矩與噴油量的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖3.9進(jìn)行。起動(dòng)是一個(gè)特殊工況，不同于其他運(yùn)行工況，起動(dòng)的噴油量是起動(dòng)需求扭矩除以油量轉(zhuǎn)換系數(shù)kcs而獲得的。在計(jì)算噴油量時(shí)，需對(duì)系統(tǒng)關(guān)閉狀態(tài)進(jìn)行判斷（即CoEng_stShutoffPath的第七位），當(dāng)沒有關(guān)閉需求時(shí)，上述計(jì)算的噴油量才為最終的起動(dòng)噴油量qs，否則起動(dòng)噴油量qs歸0。第三章起動(dòng)扭矩與油量轉(zhuǎn)換柴油機(jī)控制的最終指標(biāo)是噴油量，通過(guò)以第三章第三章第三章第三章目錄第二章控制模塊與控制策略第一章背景知識(shí)

第三章基于扭矩的起動(dòng)控制目錄第二章控制模塊與控制策略第一章背景知識(shí)第一章電控噴射系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)介位置控制式：保留了傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)，只是將機(jī)械調(diào)速器控制改為電子控制。噴油量依舊通過(guò)控制噴油泵齒條位移或滑套位移來(lái)控制。噴油正時(shí)依舊通過(guò)提前器來(lái)控制。時(shí)間壓力控制式：以高壓供油泵、電磁(液力)控制式噴油器和公共油軌組成。與前兩代噴油系統(tǒng)不同的是，高壓油泵并不直接控制噴油，而僅僅是向共軌供油以維持所需的共軌壓力，并通過(guò)連續(xù)調(diào)節(jié)共軌壓力來(lái)控制噴射壓力，采用壓力—時(shí)間式燃油計(jì)量原理，用高速電磁閥控制噴射過(guò)程。時(shí)間控制式：采用高速電磁閥直接控制高壓燃油的適時(shí)噴射。電磁閥關(guān)閉，執(zhí)行噴油;電磁閥打開，噴油結(jié)束。噴油始點(diǎn)取決于電磁閥關(guān)閉時(shí)刻，噴油量則取決于電磁閥關(guān)閉時(shí)間的長(zhǎng)短。第一章電控噴射系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)介位置控制式：保留了傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)的第一章電控噴射系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外：1、日本DENSO公司的ECD一UZ高壓共軌電噴系統(tǒng)2、BOSCH公司生產(chǎn)的CR高壓共軌電噴系統(tǒng)3、DELPH公司的DCR高壓共軌電噴系統(tǒng)4、意大利Fiat公司的Unijet高壓共軌電噴系統(tǒng)5、德國(guó)MTU4000高壓共軌電噴系統(tǒng)國(guó)內(nèi)：目前主要在做一些共軌電控及其標(biāo)定系統(tǒng)的研制開發(fā)、零部件的優(yōu)化調(diào)整、匹配、燃油及特性分析和燃油系統(tǒng)的模擬計(jì)算方面的工作，整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)還有較大的困難。國(guó)內(nèi)進(jìn)行此項(xiàng)研究的主要單位有:清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、天津大學(xué)、浙江大學(xué)、一汽大眾無(wú)錫油泵油嘴研究所、成都威特，長(zhǎng)安等。從公開發(fā)表資料來(lái)看，上述單位取得了階段性的豐碩成果，但大都處于系統(tǒng)研制或臺(tái)架實(shí)驗(yàn)階段，離產(chǎn)品化還有很大差距。第一章電控噴射系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外：1、日本DENSO公第一章電控噴射系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與未來(lái)前景(l)穩(wěn)定的噴油壓力

(2)較高的噴油壓力

(3)前所未有的噴油控制能力(4)應(yīng)用范圍較廣

(5)極大地改善柴油機(jī)排放效果隨著世界油價(jià)不斷攀升以及國(guó)際日益嚴(yán)格的排放法規(guī)，尋求節(jié)能、低排放、低噪聲、高動(dòng)力的新型柴油車是汽車制造商不斷追求的目標(biāo)，節(jié)能環(huán)保成為未來(lái)發(fā)展的方向。采用電控高壓共軌技術(shù)生產(chǎn)的柴油機(jī)是滿足上述要求的重要途徑。在全球飛速發(fā)展的柴油車市場(chǎng)，柴油共軌系統(tǒng)代表了柴油機(jī)的最新技術(shù)和未來(lái)方向，目前掌握此項(xiàng)技術(shù)的只有為數(shù)不多的幾個(gè)國(guó)家，除長(zhǎng)城汽車之外，只有奧迪、奔馳、華泰等幾個(gè)品牌推出了采用二代柴油共軌系統(tǒng)的汽車，而長(zhǎng)城“智能節(jié)油王”的推出是自主品牌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的首次突破。第一章電控噴射系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與未來(lái)前景(l)穩(wěn)定的噴油壓力第二章高壓共軌電控噴油系統(tǒng)的工作原理如圖2.1。第二章高壓共軌電控噴油系統(tǒng)的工作原理如圖2.1。第二章模塊的劃分第二章模塊的劃分第二章控制策略（1）：PID控制系統(tǒng)PID控制器由三個(gè)參數(shù)環(huán)節(jié)組成：比例環(huán)節(jié)（放大系數(shù)Kp）積分環(huán)節(jié)（積分系數(shù)Ki）微分環(huán)節(jié)（微分系數(shù)Kd）PID中的Kp、Ki、Kd都是固定的,沒有隨著轉(zhuǎn)速的變化進(jìn)行微調(diào)的機(jī)制，利用這三個(gè)參數(shù)構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。第二章控制策略（1）：PID控制系統(tǒng)PID控制器由三個(gè)參數(shù)環(huán)第二章控制策略（2）：模糊控制原理模糊自動(dòng)控制就是通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人們用自然語(yǔ)言來(lái)描述的控制過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。在模擬自動(dòng)控制的過(guò)程中，由于計(jì)算機(jī)智能化還不高，無(wú)法自己思維，所以必須將整個(gè)控制過(guò)程抽象為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的語(yǔ)句、規(guī)則等信息，讓其按規(guī)則作出判斷進(jìn)行控制，完成這個(gè)過(guò)程便是一個(gè)模糊化的過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)模糊控制算法。第二章控制策略（2）：模糊控制原理模糊自動(dòng)控制就是通過(guò)計(jì)算機(jī)第二章控制策略（3）：分缸均衡控制原理即ECU根據(jù)各缸轉(zhuǎn)速平均值計(jì)算出基本噴油量,再根據(jù)柴油機(jī)各缸瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的差值對(duì)各缸噴油量進(jìn)行修正補(bǔ)償。各缸油量修正是根據(jù)各缸瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的變化值,確定各缸在下一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)的補(bǔ)償噴油量。各缸轉(zhuǎn)速是以測(cè)量該缸TDC與上一缸TDC(按發(fā)火順序)之間15個(gè)齒的時(shí)間間隔TBACA1(單位為μs)來(lái)表征的。第二章控制策略（3）：分缸均衡控制原理即ECU根據(jù)各缸轉(zhuǎn)速平第二章控制策略（4）：多次噴射協(xié)調(diào)控制略ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速和需求噴油量查找相關(guān)map,確定相應(yīng)的噴射次數(shù)，并激活需求的噴射。同時(shí)，查找相關(guān)預(yù)噴、后噴量map,預(yù)噴、主噴、后噴噴射時(shí)間的map,計(jì)算出對(duì)應(yīng)的噴油量、噴射時(shí)間，根據(jù)柴油的密度計(jì)算出對(duì)應(yīng)的噴射體積。為了擴(kuò)大策略對(duì)不同噴油器的適應(yīng)性，設(shè)定了油量轉(zhuǎn)換為電磁閥通電持續(xù)期的map，通過(guò)設(shè)定軌壓和噴射體積，確定需求的噴射持續(xù)期。而后進(jìn)行相關(guān)系統(tǒng)的觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)需求的噴射規(guī)律。第二章控制策略（4）：多次噴射協(xié)調(diào)控制略ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)第二章控制策略（5）：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)有多個(gè)輸入信號(hào)以及輸出信號(hào)的且具有一非線性特點(diǎn)的原件，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中神經(jīng)元的輸出受到多種囚素的影響。輸入信號(hào)會(huì)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)路神經(jīng)元輸出產(chǎn)生影響，以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)因素對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)元的輸出產(chǎn)生影響。在建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型時(shí)，在已有輸入信號(hào)的基礎(chǔ)上，再加上偏差信號(hào)(閡值)作為另一個(gè)輸入信號(hào)。第二章控制策略（5）：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)有多個(gè)輸?shù)诙驴刂撇呗裕?）：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊PID控制器系統(tǒng)圖3一18是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊PID控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。控制器由三部分組成:(l)傳統(tǒng)PID控制器(2)模糊化模塊(3)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NeuralNetwork)。第二章控制策略（6）：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊PID控制器系統(tǒng)圖3一18第二章控制策略（7）：基于改進(jìn)遺傳算法的部分微分PID控制結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)所謂改進(jìn)遺傳算法就是把粒子群算法引入遺傳算法中，用粒子群算法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)遺傳算法的變異過(guò)程中，以來(lái)產(chǎn)生新的算法種群，這樣就可以解決種群早熟的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)參數(shù)的最大優(yōu)化。第二章控制策略（7）：基于改進(jìn)遺傳算法的部分微分PID控制第三章第三章第三章噴油量