“喷油矢量”对内燃机曲轴扭振特性的影响机理及其闭环控制算法研究

扭振是往复式内燃机的固有特性和重要失效因素，也是车辆重要的振动和噪声源。随着车用内燃机的功率密度不断提高，内燃机曲轴宽转速、多谐次扭振的抑制问题日益突出。车辆乘坐舒适性要求的不断提高，也给内燃机扭振控制带来新的课题。.本研究将曲轴视为多柔体，采用气缸压力曲线表征各缸的燃气激励状态，通过"喷油矢量"对气缸压力和曲轴扭振特征影响的仿真及试验研究，揭示"喷油矢量"与曲轴扭振特性之间的影响机理，构建内燃机轴系扭振的宽广谐次标称矢量模型，为开展曲轴扭振主动控制奠定理论基础；研究从曲轴瞬态转速信号中提取扭振状态信息，并构建曲轴扭振状态观测器；在内燃机轴系扭振的宽广谐次标称矢量模型基础上，以干扰力矩功矢量和最小为目标，构建以各缸干扰力矩矢量为输入、喷油矢量为输出的"精确扩张矢量状态反馈补偿算法"和针对参数不确定因素的"广义鲁棒矢量补偿算法"，探索解决内燃机曲轴宽转速、多谐次扭振问题的主动控制新方法。

曲轴扭振的控制与消减一直是发动机领域研究的重点。随着内燃机功率密度的不断提高，带来了高扭矩和高转速下干扰力矩的谐次和相应能量的增加，给内燃机扭振控制提出了新的要求。由于电控系统的发展，气缸的独立控制为扭振的主动控制提供了新的思路。本项目从引起曲轴扭振的内部激励源入手，调节各缸的喷油矢量（喷油提前角和循环喷油量）主动抑制曲轴扭振。完成了内燃机性能仿真建模和曲轴系统动力学仿真建模及相关试验校核，针对解决曲轴高转速、大负荷下的扭振问题开展了动力传动装置非线性动力学研究；通过分析喷油矢量对激励力矩幅值和相位的影响关系，得到喷油提前角主要影响激励力矩的中高频成份，循环喷油量则主要影响激励力矩的低频成份的规律；通过仿真和试验研究揭示了喷油矢量对曲轴扭振的影响机理，并研究了调节喷油矢量降低特定谐次扭转振动的控制策略；构建了内燃机轴系扭振的宽广谐次标称矢量模型，为开展曲轴扭振主动控制奠定了理论基础；研究从曲轴瞬态转速信号中提取扭振状态信息，并构建了曲轴扭振状态观测器；研究了各缸工作不均匀性对低谐次扭振的影响，提出了通过改善各缸供油不均匀性降低低谐次扭振的策略和算法，并完成了硬件在环仿真验证。