汽油机电控系统仿真技术的研究

第８卷第３期　２　０　０　６年９月　●●＿＿＿＿一＿＿－＿　＿●＿＿＿＿＿＿－＿＿－＿＿＿＿＿＿＿＿＿－－－＿＿＿辽宁省交通高等　专科学校学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＬＩＡＯＮＩＮＧ　ＰＲ０Ｖ１＿ＮＣ１ＡＬ　ＣＯＬＬＥＧＥ　ＯＦ　Ｃ０ＭＭＵＮ１ＣＡＴ１０ＮＳ　＿＿＿＿＿＿＿＿－－●＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿－－一　Ｖｏ１．８　Ｎｏ．３　Ｓｅｐ．２　０　０　６　文章编号：１００８—３８１２（２００６）０３—０４４—０３　汽油机电控系统仿真技术的研究　李成功　（辽宁省交通高等专科学校，辽宁沈阳１１０１２２）　摘要为了提高发动机电控系统的开发效率，降低开发成本，本文把计算机动态仿真技术应用在汽油机　中。它可以替代许多实机试验，节约实机试验的费用，加快电控系统的开发进度，更好地提高汽油机乃至汽车的　整体性能。　关键词汽油机电控系统仿真技术动力输出　传感器　中图分类号：ＴＫ４１２　１　汽油机电控系统模型的整体结构　文献标识码：Ａ　在该子模型中，将喷射器喷出的燃油分成了两部分：一　部分形成燃油蒸气随空气一起进人气缸燃烧；另一部分则附　着在进气歧管壁面上形成油膜，油膜再逐渐蒸发成燃油蒸气　进人气缸。　ｍｈ＝（１一Ｘ）ｍ　ｍ　：（１／＇ｒ　）（一ｍⅡ＋ＸｍＥ）　ｍｆ　ｍｈ＋ｍｆｆ　整个仿真系统包括发动机模型、传感器模型、控制器模　型和执行器模型，其中的核心部分则是在平均值数学模型基　础上建立的发动机模型。　国　冷却水温　冷却水温传感器　进气温度传感器　节气门ＪＦ度　进气温度　氧传感器信号　转速信号　喷油量　负荷信　节气¨位置　转速　点火提前角　阻矩　空燃比　发动　ｌ模　氧传感器　曲轴转述传感｛｝２；　负衙传感器　气¨他　｝感器　式中，ｍ　——燃油喷射流量，ｋｇ／ｓ　ｍ　——进气门１：３燃油流量，ｋｇ／ｓ　ｍ　——油膜质量变化率，ｋｇ／ｓ　ｍ　——燃油蒸气流量，ｋ吕／ｓ　——口　虚拟示波器　传感器模型　状行器模型　油膜蒸发时间常数，ｓ　ｘ——喷射的燃油中沉积于壁面的比例　２．２　动力输出子模型　动力输出子模型的主要作用是根据前面的两个子模型　所输出的进人气缸的燃油量和空气量，以及发动机的其它参　数（发动机转速ｎ和点火提前角０ｉｇ等）来计算发动机的输　控制器模型　出功率和转速的变化率。　ｎ＝（Ｐｉ一（Ｐｅ＋Ｐｍ））／（Ｉｎ）　＇ｑｉ＝　（０，ｎ）・　（ＡＦＲ，ｎ）・　（ｎ）・　（Ｐｍａｎ）　图１　汽油机电控系统仿真模型　在图中左上方有一个“加载模型参数”模块，它将所有　模型的参数统一放在一个Ｍａｄａｂ的数据文件中以便于修　改，这样通过把模型参数从系统模型中分离出去，使模型具　有更强的通用性，只要在这个数据文件中改变参数的值，就　能使模型适用于多种发动机电控系统的仿真。　如果系统进行仿真时，将图中的模拟示波器打开，即能　看到输出量在整个仿真过程中的变化曲线，从而能更加直　式中，Ｐｅ——负载功率，ｋＷ　Ｐｉ——指示功率，ｋＷ　Ｐｍ——机械损失功率，ｋＷ　Ｉ——发动机运动件转动惯量，ｋｇ－ｉｎ　Ｈｕ——燃油热值，ｋＪ／ｋｇ　ｉ——发动机热效率　０ｉｒ点火提前角，（。）　Ａ／Ｆ——空燃比　ｄ——燃烧过程时间延迟，ｓ　３传感器模型　观、更加清楚地了解各个量的变化情况，还可以相互进行比　较。也可以将输出量都导人Ｍａｄａｂ的工作空间，然后在　Ｍａｄａｂ环境下绘制曲线。　２　汽油机数学模型的选择　所建立的发动机数学模型结构主要可分为两部分：燃油　蒸气与油膜子模型和动力输出子模型。　２．１　燃油蒸发与油膜子模型　在发动机电控系统中常用的主要传感器有：空气流量传　感器（歧管绝对压力传感器）、水温和进气温度传感器、转速　传感器、氧传感器、节气门位置传感器和车速传感器等，用来　检测发动机运转时反映发动机和汽车工况的状态参数，送到　ＥＣＵ中进行计算处理。电控仿真系统中传感器模型的作用　与之类似，即采集发动机模型的各状态参数信号，并将其送　收稿日期：２００５—０４—２８　－４４・　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３期　李成功：汽油机电控系统仿真技术的研究　４．２　动态验证　到控制器模型中进行处理。其中负荷传感器可提供空气流　量和歧管绝对压力两种信号，根据所安装的负荷传感器来选　择其一。　传感器数学模型的建立是采用传递函数模型的形式，根　据各传感器的输出特性，用最小二乘法来进行建模。具体方　蓦　３０　Ｏ０　爨　法是根据输出特性上离散的数据点，用最＋－－乘法将其拟合　成阶次合适的多项式，作为仿真系统中应用的传感器数学模　型。例如温度传感器，由于其输出特性曲线斜率变化幅度很　大，有的部分很陡，而有的部分却很平坦，很难用低阶多项式　《　１０　来直接拟合。如果用高阶多项式进行拟合的话，会影响运算　的速度以及拟合的精度。所以，采用分段拟合的方法来建立　其数学模型。根据输出特性曲线，将其分成如下三段：　ｔＥ［一４ｏ，一３０］，［一３０，１０］，［１０，１５０］　分别进行多项式拟合，可以得到：　Ｒ（ｔ）＝　一４８８７ｔ一９４８１９　ｔ　Ｅ［一４０，一３０］　３３ｔ２—４５０ｔ＋８２６７．６　ｔＥ［一３０，１０］　一２７．４ｔ＋３２０７．８　ｔＥ［１０，１５０］　图２是拟合曲线与原有输出特性数据点的对比，从图中　可以看出结果相当接近，具有很好的拟合精度。　Ｃ：　岂　ｊ：　温度　℃　图２　温度传感器拟合曲线与原输出特性比较　——拟合曲线　一原特性数据　４　仿真系统的验证　４．１　稳态验证　图３是发动机外特性扭矩曲线对比图，在试验数据　选择了１１００ｒ／ｍｉｎ、１５００ｒ／ｍｉｎ、２０００ｒ／ｍｉｎ、２５００ｒ／ｍｉｎ、３０００ｒ／　ｍｉｎ、３５００ｒ／ｍｉｎ、４０００ｒ／ｍｉｎ、４５００ｒ／ｍｉｎ和５０００ｒ／ｍｉｎ九种转　速。　图３　发动机外特性扭矩模拟结果与试验数据的对比　——模拟结果　一试验数据　从上面各图中可以看出，试验数据与系统模拟计算的结　果比较接近，平均误差在７％以内，具有较好的仿真精度。　２（）００　６０（］（）　】００００　ｌ＿４Ｉ）００　ｔ．Ｉ／ＩＳ　㈦试验结果　｝　ｌ　ｌ　ｌＳ．Ｓ　童１４　５　《　ｌ３．５　５　ｌ（）　１ｌ５　２０　２５　（ｂ）仿真结粜　图４　发动机动态特性模拟结果与试验结果对比　ＴＰＳ一气门位置ｐｍａｎ一进气歧管绝对压力ＡＦＲ一空燃比　动态过程是指在节气门迅速变化时，进气歧管绝对压力　和空燃比的变化过程。进行实验时，将发动机稳定在某一工　况（设定转速为２０００ｒ／ｍｉｎ，节气门开度２５％），然后迅速打　开节气门至较大开度（４５％），等发动机在新工况点稳定一　段时间后，再将节气门恢复为原来位置（２５％）。然后在仿　真系统上模拟相同工况点，并控制节气门按上面实验过程进　行类似的变化，得到进气歧管绝对压力和空燃比的变化情　况。将实验结果和模拟结果进行比较，如图４所示，可以看　出模拟系统模拟的动态过程与实测的发动机动态过程相比，　变化趋势基本相同。　５　结论　从以上稳态和动态的各项验证可知，仿真结果能够正确　反应出各种变化的趋势，与试验数据比较接近，具有较好的　仿真精度。因此，采用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件作为电控汽油　机的动态仿真工具，可以为发动机电控系统的开发提供便利　的开发环境，更好地促进发动机电控燃油喷射系统的开发，　提高开发效率。　参考文献：　［１］陆际清，刘峥，庄人，编著，发动机燃料供给与调节，清华大学出　版社２０ｏ２．１Ｏ　［２］杨海峰，蒋辉，编著，发动机油路故障分析人民交通出版社２００３．　３　［３］顾建国，汽油发动机然料喷射装置的结构及维修［Ｍ］，北京：人　民交通出版社。２００３　［４］Ｈｅｎｄｉｆｃｋｓ　Ｅ，Ｖｅｓｔｅｒｈｏｌｍ　Ｔ．Ｔｈｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｍｅａｎ　Ｖａｌｕｅ　ＳＩ　Ｅｎｇｉｎｅ　Ｍｏｄｅｌｓ［Ｃ］．ＳＡＥ　９２０６８２　。４５・　维普资讯 http://www.cqvip.com

第８卷第３期　２　０　０　６年９月　辽宁省交通高等专科学校学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　Ｌ１ＡＯＮ１ＮＧ　ＰＲＯＶＩＮＣＩＡ１　ＣＯＩ　ＬＥＧＥ　ＯＦ　ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ　Ｖｏｌ＿８　ＮＯ．３　Ｓｅｐ．２　０　０　６　文章编号：１００８－一３８１２（２００６）０３—０４６—０２　模具曲面加工二个重要工艺问题　张宇　韩海玲　（辽宁省交通高等专科学校，辽宁沈阳１１０１２２）　摘要本文应用数控加工中步长和行距理论，通过仿真分析，探索了行距选取问题；根据　模具曲面数控加工步长和行距　文献标识码：Ｂ　曲面曲率确定曲面加工区域并指出应用线和面加工方法来实现。　关键词中图分类号：ＴＧ５０６　１前言　模具铣削数控加工对象大多为曲面加工，就加工技术　讲，Ｅ前没有任何障碍。但在实际工艺实施中，如何合里地　运用这些技术手段，在零件加工精度和效率这对矛盾处理　。　：　（１－－ＣＯＳ要）　将上式的　。。要用幂级数展开，得　（１）　中，合理的确定某些工艺参数对数控加工具有重要意义。模　具曲面加工，当曲率变化不大或较大时；精度不高或较高时，　前者通常采用两轴半行切法加工；后者通常采用三轴联动行　切法加工。在它们工艺分析和编程过程中（一般采用自动　编程：・，都涉及到工艺参数步长Ｌ和行距ｓ的确定问题。步　长Ｌ：　ＣＮＣ差补运算对零件尺寸精度的影响；行距ｓ是走　刀路径对零件表面精度的影响，主要影响零件表面的粗糙　度。　。　：　（１－－ＣＯＳ要　＝ｒ（２）　｛１＿［１＿百８／２）２＋　…］）　８　设插补周期为Ｔ，Ｆ为刀具进给速度，则进给步长Ｌ为　Ｌ＝ＴＦ　用进给步长Ｌ代替弦长，有　８　Ｌ／ｒ＝ＴＦ／ｒ　（３）　本文运用曲面加工步长Ｌ和行距ｓ计算的相关理论，对　模具曲面加工自动编程中的工艺参数步长Ｌ和行距ｓ进行　计算分析计算，并进行了仿真加工比较，探讨了尺寸精度和　表面粗糙度Ｒ。对加工效率的影响，为实际数控加工中，合理　地解决精度和效率这对矛盾探索了一种途径。　２曲面加工步长Ｌ和行距ｓ分析计算　１．插补步长Ｌ计算　收稿日期：２００６—０３—１８　［５］石奕．电控汽油发动机计算机实时模拟系统的研究与开发［Ｄ］．　将上式代入（２）式，得　ｅ　＝导×÷＝　ｃ４　（５）　ｌ≤、／／８ｅｒ允ｒ　式中：。ｒ允一逼近误差　ｒ＿＿刀具圆弧半径　１一轮廓步长　２．行距Ｓ的计算　北京：清华大学，２０００　Ｔｈｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｉｎ　Ｇａｓｏｌｉｎｅ　Ｅｎｇｉｎｅ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｌｉ　Ｃｈｅｎｇｇｏｎｇ　［Ａｂｓｔｒａｃｔｓ］Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｅｎｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｅｎｇｉｎｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｕｔｉｌｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈ—　ｎｉｑｕｅ　ｉｎ　ｇａｓｏｌｉｎｅ　ｅｎｇｉｎｅ．Ｉｔ　ｃａｎ　ｒｅｐｌａｃｅ　ｍａｎｙ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ　ｉｎ　ｒｅａｌ　ｍａｃｈｉｎｅ，ｅｃｏｎｏｍｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｎｓｅｓ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ　ｉｎ　ｒｅａｌ　ｍａｃｈｉｎｅ，　ｓｐｅｅｄ　ｕｐ　ｔｈｅ　ｅｎｖｅｌｏｐｌｍｅｎｔ　ｆ　ｏｅｌｅｃｔｉｒｃ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｅｎｇｉｎｅ　ｅｖｅｎ　ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ｐｅｒｆｅｃｔｌｙ．　［Ｋｅｙ、￣ｏｒｄｓ］ｇａｓｏｌｉｎｅ　ｅｎｇｉｎｅ；ｅｌｅｃｔｉｒｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｐｏｗｅｒ　ｏｕｔｐｕｔ；ｓｅｎｓｏｒ　・４Ｓ・