汽油发动机转速控制系统的设计与研究

论文摘要

随着世界能源危机与环境污染问题的加剧,以及人们生活节奏的不断加快对汽车发动机的动力性,燃油经济性以及排放性能提出了更高的要求。为了满足汽车日益增长的动力性要求,同时具有良好的排放性,需要对发动机转速进行控制。精确实时的汽车发动机恒定转速调节不仅可以减轻驾驶员的疲劳,减少交通事故的发生,还能够节省燃油,提高发动机的经济性能。传统发动机转速的控制主要是通过调节喷油量的大小,固定空燃比或者通过调节喷油量大小的方式来实现改变空燃比,以及点火时刻控制,从而使发动机输出功率最大与排放量最佳,实现发动机转速的优化控制,但实际上,发动机运行工况复杂多变,通过调节喷油量来实现发动机转速调节的控制方式,并未使整车动力性,燃油经济性,排放性能得到明显改善。本文以丰田1.8LSMFi型四缸汽油发动机为主要研究对象,探索一种基于电子节气门,保持循环喷油量一定,以进气喷油联合调节为主要手段的发动机转速调节新方法。论文首先介绍了汽车发动机控制技术的发展史与国内外汽车发动机控制研究现状,比较分析PID控制,模糊控制,预测控制和神经网络控制在汽车发动机控制领域的应用,并在此基础上确定积分分离PID、模糊自适应PID控制算法作为本系统的基本控制方案;接着对汽车发动机的运行工况进行分析,针对发动机稳定工况下不同运行状态的工作特性,研究相应的控制策略,建立汽油发动机转速控制系统综合仿真模型,主要包括被控对象节气门和汽油发动机数学模型,控制器数学模型;最后进行汽油发动机转速控制系统的硬件电路和软件的设计,硬件电路设计包括控制器选型,执行器元件选型,传感器信号处理电路,转速测量反馈电路,执行器功率驱动电路;软件部分采用自上而下的模块式软件设计方法,主要包括主程序,转速测量反馈中断服务程序,工况判定任务中断服务程序等。仿真结果表明,发动机转速跟踪效果良好,转速波动幅度小,空燃比控制在预期目标范围内,节气门调节响应时间短,调节精度高;控制策略有效可行,能达到预期控制要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 汽车发动机控制技术发展史概述
• 1.3 汽车发动机控制技术国内外研究现状
• 1.4 现代汽车发动机控制系统控制要求
• 1.5 本文的研究目的与主要内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 发动机转速控制策略研究
• 2.1 发动机启动后稳定工况
• 2.2 转速控制策略
• 2.2.1 控制目标
• 2.2.2 喷油量控制
• 2.2.3 部分负荷稳定工况转速控制策略
• 2.2.4 全负荷转速控制策略
• 2.2.5 怠速工况转速控制策略
• 2.2.6 加减速运行工况转速控制策略
• 2.3 本章小结
• 第三章 转速控制系统建模与仿真
• 3.1 汽油发动机转速控制系统结构
• 3.2 节气门数学模型
• 3.2.1 机械节气门数学模型
• 3.2.2 电子节气门数学模型
• 3.2.3 仿真
• 3.3 汽油发动机数学模型
• 3.4 汽油发动机转速控制系统仿真模型设计
• 3.4.1 部分负荷工况转速控制模块
• 3.4.2 全负荷工况转速控制模块
• 3.4.3 怠速工况转速控制模块
• 3.4.4 加减速工况转速控制模块
• 3.4.5 运行工况判定器
• 3.5 仿真模型及结果分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 汽油发动机转速控制系统设计
• 4.1 元器件选型
• 4.1.1 微控制器单元选型
• 4.1.2 驱动芯片选型
• 4.2 汽油发动机控制系统整体结构设计
• 4.3 汽油发动机控制系统硬件设计
• 4.3.1 LPC2124 单片机系统电路设计
• 4.3.2 输入信号处理电路设计
• 4.3.3 信号输出执行机构电路设计
• 4.4 汽油发动机控制系统软件设计
• 4.4.1 主程序模块
• 4.4.2 外部中断子程序
• 4.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录（攻读硕士学位期间发表论文目录）
• 详细摘要