增压柴油机平均值建模

第1页发动机控制工程课件汽油机模型燃烧系统模型曲轴动力学模型进气管模型节气门模型第2页发动机控制工程课件进气岐管模型节气门模型第3页（1）节气门的建模throttlemthrottlem0PmanifoldP开口系统:(1)忽略热量的交换；(2)忽略节气门的容积第4页节气门处的流量0(,,)throttlmanifoldthroeettlPPmf节气门处的流量节气门开度大气压力岐管压力(1)考虑气体的流向；(2)考虑极限流速：达到音速（壅塞）第5页节气门的模型22uu第6页（2）进气岐管的建模throttlemcylindermmanifoldP,T()manifoldmanifoldthrottlecylindermanifoldmanifouldPVmmdtmRT如何求？第7页进入气缸的质量流量(,)cylindermanifoldmfPN()0.3660.08979[1][2]0.0337[2][1][1]0.0001[1][2][2]fuuuuuuuu:forexample特点；(1)强烈非线性；（2）离散；方法：数据拟合，试验标定；第8页进气岐管的模型()fmanifoldmanifoldmanifoldmanifouldmanifoldmanifoldmanifouldmanifoldPVmRTmPRTV第9页空气系统的连续和动态模型第10页影响发动机输出转矩的因素：空气量；空燃比；点火提前角；转速…(3)发动机的燃烧模型第11页(4)发动机曲轴动力学模型把曲轴系统的看成一个纯积分环节，得到的是发动机的平均转速。第12页(5)汽油机模型总框架？第13页汽油机模型1发动机控制工程课件ECU模型喷油器模型燃油传输模型A/F计算空气流量传感器模型进气管模型指示转距神经网络模型摩擦转距和泵气损失转距神经网络模型ntoTmPtmaitmaotmairtmfeFA/iTtmfofpTeT第14页汽油机模型2发动机控制工程课件参数估计系数矩阵电控节气门控制器发动机空燃比动态过程空燃比模型氧传感器氧传感器模型空燃比观察器油门输入NrNNmmabmfpmfim第15页汽油机模型3发动机控制工程课件数据处理进气管压力发动机转速氧传感器输出CMACmPe1aomiuiwOw37.05.01002权值调整)(4flowratet喷油阀开启时间2Ot第16页增压柴油机的建模与控制燃烧模型进气管模型曲轴系统模型排温模型摩擦功模型燃油系统模型增压器模型EGR模型发动机控制工程课件第17页增压柴油机的基本结构与框架增压柴油机的建模与控制进气压力传感器进气管中冷器压气机EGR阀进气管压力调节阀气缸空气流量计排气管可变截面涡轮机喷油器第18页增压柴油机模型增压柴油机的建模与控制第19页进气管模型用充排法对进气管进行建模，即利用理想气体状态方程以及相应的质量和能量平衡方程来描述气体的动力学。进气管的质量平衡方程为：增压柴油机的建模与控制()()()()imcegridMtmtmtmtdt这里的M代表气体质量，m代表质量流量，im下标代表进气管，egr代表EGR阀，i代表进入气缸的气体；进气压力传感器进气管中冷器压气机EGR阀进气管压力调节阀气缸空气流量计排气管可变截面涡轮机喷油器进气压力传感器进气管中冷器压气机EGR阀EGR阀进气管压力调节阀气缸空气流量计排气管可变截面涡轮机喷油器第20页进气管模型进气管中的气体质量与进气压力的关系由理想气体状态方程建立：增压柴油机的建模与控制imimimimRMTpV这里pim代表压力，Tim代表温度，Vim为进气管体积。假设进气和排气的比热均为常数，忽略管壁的传热损失，根据能量守恒定律，得到如下方程：()()imccoegregriimimdptRmTmTmTdtV进气压力传感器进气管中冷器压气机EGR阀进气管压力调节阀气缸空气流量计排气管可变截面涡轮机喷油器进气压力传感器进气管中冷器压气机EGR阀EGR阀进气管压力调节阀气缸空气流量计排气管可变截面涡轮机喷油器第21页进气管模型进入气缸的气体质量由速度密度法根据充气效率v、发动机转速N、发动机排量Vd和进气管中的气体参数计算得到：增压柴油机的建模与控制120imdviimpVNmRT其中充气效率v是发动机转速N的进气管压力pim的函数；第22页排气管模型对应排气管的相应方程为：增压柴油机的建模与控制这里e下标代表排气，f代表喷油，em代表排气管；()()()()emeegrtdMtmtmtmtdtememememRMTpV()()()eifmtmtmt进气压力传感器进气管中冷器压气机EGR阀进气管压力调节阀气缸空气流量计排气管可变截面涡轮机喷油器进气压力传感器进气管中冷器压气机EGR阀EGR阀进气管压力调节阀气缸空气流量计排气管可变截面涡轮机喷油器第23页排温模型对应排气管的相应方程为：增压柴油机的建模与控制454()**()*(1)*ffpaLHVlosstqdmdmdmCTTQRTdtdtdt第24页中冷器模型中冷器的压力损失通常可以忽略，中冷器的冷却效果如下式：增压柴油机的建模与控制()cociccicTTTT这里ic为中冷器的效率，Tic为中冷温度，下标co代表中冷后。由于中冷器后的气体温度通常为常数，波动可忽略不计，因此中冷器模型可简化为：.coTConst第25页EGR系统模型EGR阀模型为等热流动方程，认为气体流经阀压力降低但是温度不变：增压柴油机的建模与控制()()(())()emimegregregregremempptmtAutCptRT112(1)1221122011()22111xforxforxxx为气体的比热比，Aegr()为EGR阀的可控截面面积，Cegr为EGR阀流量特性系数，uegr为EGR阀的控制信号。为减少计算量，模型中没有包含进气管压力调节阀的模型；第26页燃烧模型发动机的热动力学非常复杂，这里作适当的简化处理：增压柴油机的建模与控制()()()fLHVitqmtQTtt2(,,)icfNAFRm这里mf为喷油量，QLHV为柴油的低热值，为曲轴角速度。i为发动机的指示效率，AFR为进入气缸的混合气的空燃比，CI而为喷油提前角，指示效率是转速和空燃比以及喷油提前角的函数：第27页燃烧模型假设新鲜空气与再循环的废气是均匀混合的，混合气的空燃比计算如下:增压柴油机的建模与控制()()()()()ifcegrmtAFRtmtmtmt其中代表EGR系统的时间延迟，而AFRs为理论空燃比；()()()1()egrscegregrAFRtAFRmtmtAFRt第28页曲轴动力学模型增压柴油机的建模与控制()()tqtqlfricdTtTtTIdt()((),())tqltqlTtTtt其中I为曲轴惯量，负载转矩由负载的类型决定，例如测功机负载是：其中为测功机的输入。21*(48*/10000.4*())**250/30fricdSnTCnVTfric为发动机的摩擦转矩：其中，C1为常数，S为发动机冲程，Vd为发动机排量。第29页压气机模型由涡轮机－增压器的转速Ntc和压气机的出口空气压力P2与入口空气压力P1之比，利用增压器流量特性f1得：增压柴油机的建模与控制其中为增压器修正转速ntc_corr1，由下式求得：利用增压器的效率特性f2得：2_1_121(,/)corrtccorrdmfnPPdt_1*tccorrtcstdatmnnTT2_121(,/)ctccorrfnPP第30页压气机模型压气机出口流量方程：增压柴油机的建模与控制其中Patm为外界大气压力，为Pstd压气机进行大气修正的标准压力。2_2**corratmstdstdatmdmPTdmdtdtPT增压器施加给增压器－涡轮机轴的阻力扭矩为：(11/)221***((/)1)//cpaatmcdmMCTPPdt其中：=1.397，=1007J/(KgK)，均为空气常数。第31页压气机模型增压柴油机的建模与控制第32页涡轮机模型涡轮机的入口空气压力与出口空气压力之比t和涡轮机效率t由涡轮机工作特性MAP图查得：增压柴油机的建模与控制_25/60/tccorrtcnnT54fdmdmdmdtdtdt653_25(,)ttccorrPdmfnPdt4_2(,)ttccorrtfn第33页涡轮机模型涡轮机对增压器轴的驱动转矩Mt为：增压柴油机的建模与控制(11/)551****[1]*tpattdmMCTdt其中Cpa为空气的定压比热。进气压力传感器进气管中冷器压气机EGR阀进气管压力调节阀气缸空气流量计排气管可变截面涡轮机喷油器进气压力传感器进气管中冷器压气机EGR阀EGR阀进气管压力调节阀气缸空气流量计排气管可变截面涡轮机喷油器第34页增压器转子模型涡轮机对增压器轴的驱动转矩Mt为：增压柴油机的建模与控制其中Mfc为转子轴承的摩擦转矩，与转子转速有关。其中：，＝1.35，R＝287[Nm/kg.K],:涡轮转速，I:增压器转动惯量。tcfcMMMddtI－2*/60tcn12012tctcfcMaanan第35页增压柴油机的建模与控制第36页汽车的纵向动力学对汽车动态过程建模只考虑其纵向运动，忽略其偏转、俯仰、侧倾、横向滑动以及垂直运动，因为这些问题属于汽车操纵稳定性和平顺性研究的范围，在研究汽车动力系统控制中不予考虑。汽车动力系统的建模和控制VaFxfRxrR,swfT,rfbfTTxfRtfFwr,brrrTTxrRtrF第37页车身运动方程为：其中Mv为汽车质量，Rxf为前轮给车身的拉力，Rxr为后轮给车身的阻力，Fa为车身受到的空气阻力：汽车动力系统的建模和控制xfxradVMRRFdt2adFCV其中Cd为汽车的空气阻力系数。VaFxfRxrR,swfT,rfbfTTxfRtfFwr,brrrTTxrRtrF第38页车身运动方程:前轮的运动微分方程为：汽车动力系统的建模和控制其中为Mwf前轮的纵向惯性质量，Ftf为地面给前轮的切向力。后轮的运动微分方程为：*wftfxfdVMFRdt*wrxrtrdVMRFdt其中为Mwr前轮的纵向惯性质量，Ftr为地面给前轮的切向力。第39页车身运动方程:车轮的滑移率和定义如下：汽车动力系统的建模和控制1*ffwfVih1*rrwrVih其中为h车桥距地面的静态高度，为车轮的角速度。轮胎的切向力与滑移率的关系如下：*()tfffFiKi*()trrrFiKi第40页车身运动方程:汽车动力系统的建模和控制()*vwfwrtftradVMMMFFFdtVaFxfRxrR,swfT,rfbfTTxfRtfFwr,brrrTTxrRtrF第41页发动机运动方程:发动机旋转运动的微分方程为：汽车动力系统的建模和控制ggT,wfireTeeT,wssT,wwfw发动机变速器传动轴主减速器**efiresRgdTTiiIdt－第42页传动轴的运动方程:其中为Tfire发动机的发火转矩，Ts为传动轴的转矩，iR和ig分别为主减速器和变速器的变速比，定义如下：汽车动力系统的建模和控制*gegi*sgRi*sswfsdTKdt/gegTTi/sgRTTi设为Ks传动轴的扭转刚度，则有：*()*ssswfTKdt第43页传动轴的运动方程:设驱动桥上的粘