课程代码及名称 : PO6028 内燃机电控技术 导师 : 杨林 王俊席学分 : 3 授课语言 : 中文 必修 / 选修 : 选修 授课方式 : 1. 课堂学习 2. 实验 考核方式 : 1. 作业 :30% 2. 实验 测验 :20% 3. 课程报告 考试 :50% 教材 / 参考书 开课时间 : 春季学期 先修课程 : 汽车构造, 内燃机原理, 工程热力学, 控制技术, 电子技术 课程专业要素 1. 工程主题 : 工程科学 -2 学分工程设计 -1 学分 李建秋. 汽车电子学, 清华大学出版社, 第二版 ; 徐家龙, 柴油机电控喷油技术, 人民交通出 版社,2011; Automotive EnginesControl, Estimation, Statistical Detection,Lino Guzzella, Springer,ISBN 9783642001635;Introduction to Modeling and Control of InternalCombustion Engine Systems,Alexander A. Stotsky,Springer,ISBN 9783642107740 课程描述 : 本课程的主要任务是通过对内燃机电子控制技术的学习, 使同学掌握内燃机 混合 动力电控技术的结构和原理, 现代汽车发动机和动力总成 混合动力电控技术的组成和分析设计方法, 发动机电子控制方法及算法实现方法 课程所涉及到的主题包括发动机控制计算模型, 汽油机 柴油机 代用燃料发动机 混合动力等的电控系统及控制策略, 内燃机电控系统中的传感器 执行器 控制器技术 故障自诊断 OBD 系统技术 总线通信和标定技术及内燃机电控系统设计开发流程 课程培养目标 1. 深入理解内燃机电子控制系统 [A5] 2. 掌握内燃机 混合动力等的电子控制方法 控制策略 软硬件技术, 如柴油机中的喷油正时控制, 扭矩管理控制, 进气系统管理, 混合动力扭矩控制 多能源系统能量管理等 [A5,B2] 3. 掌握内燃机 混合动力电控系统的设计分析方法 [A5] 4. 通过 Simulink 模块实现和验证发动机的某些控制功能 [A5,B2] 5. 通过课程的实践环节, 提高分析和解决发动机控制系统问题的能力 [A5,B2] 1
相关课程培养目标标准 : A5. 相关专业知识及技能 B2 发现 分析和解决问题的能力 撰写者 : 杨林 发布时间 : 2012 年 11 月 26 日 2
内燃机电控技术 课程教学大纲 课程名称 : 内燃机电控技术课程代码 :PO6028 学分 / 学时 :3 学分 /48 学时课程开课学期 : 春季学期适用专业 : 动力机械工程 车辆工程 轮机工程等相关专业先修课程 : 汽车构造, 内燃机原理, 工程热力学, 控制技术, 电子技术后续课程 : 开课单位 : 机械与动力工程学院一 课程性质和教学目标 ( 需明确各教学环节对人才培养目标的贡献, 专业人才培养目标中的知识 能力和素质见附表 ) 课程性质 : 在电控技术已成为现代内燃机必不可少的重要组成部分和解决内燃机应用领域如汽车 轮机 工程机械等的能耗和排放问题必要技术的背景下, 不掌握内燃机电子控制技术, 就难于跟上国际汽车 动力机械等相关领域的技术发展和对这类人才的迫切需求 内燃机电控技术 是一门研究内燃机电子控制技术和方法的实用性和系统性很强的课程, 是动力 能源 机械类专业的一门重要课程, 是动力机械工程 车辆工程 轮机工程等相关专业的必要选修课 教学目标 : 本课程结合国内外最新技术和研究成果, 全面 系统地讲授内燃机电子控制知识, 使学生在掌握现代内燃机电子控制系统传感器 执行器 控制器等技术以及系统运行 控制策略的基础上, 进一步掌握内燃机电控系统的分析设计方法 软硬件技术 故障诊断技术以及内燃机电子控制中的先进控制理论和方法, 掌握相关技能, 为从事相关专业技术工作 科学研究工作及管理工作打下坚实的基础 (A5 B2 B3 B4 C4) 本课程由发动机控制计算模型 内燃机控制需求及传感器信号处理 汽油机电 控系统分析与控制策略 柴油机电控系统分析与控制策略 气体燃料发动机电控系 3
统分析与控制策略 混合动力系统分析及控制策略 内燃机电控单元 (ECU) 分析与设计 内燃机电控系统的故障自诊断系统 内燃机电控系统的总线通信与标定 基于模型的内燃机电控系统设计开发流程等十部分组成 通过本课程学习, 不仅能使学生掌握现代内燃机电控系统及控制方法, 而且还可以从内燃机控制需求出发进行电控系统的分析 设计, 培养学生分析和解决内燃机控制系统问题的能力 具体来说 : (1) 深入理解现代内燃机电子控制系统的构成和原理 (A5.1, A5.2) (2) 掌握内燃机 混合动力等的电子控制方法 控制策略 软硬件技术, 如汽油机空燃比控制, 怠速控制, 点火控制, 柴油机中的喷油正时控制, 扭矩管理控制, 进气系统管理, 混合动力扭矩控制 多能源系统能量管理等 (A5.1 A5.2 A5.4 B2 C4) (3) 掌握内燃机 混合动力电控系统的设计分析方法 (A5.1 A5.2 A5.4 B2 C4) (4) 通过 Simulink 模块实现和验证发动机的某些控制功能, 如缸间平衡控制等, 缸内压力反馈控制 (A5.2 A5.3 A5.4 B2) (5) 通过课程的实践环节, 提高分析和解决发动机控制系统问题的能力 (A5.2 A5.3 A5.4 B2 B4 C4) 二 课程教学内容及学时分配 ( 含实践 自学 作业 讨论等的内容及要求 ) 1. 内燃机电控技术概述 (2 学时 / 课堂教学 ):(A5.1, C1,C2,C4) 内容 : 汽车电子控制技术发展概况 ; 电控技术对内燃机发展的重要作用 ; 内燃机电控系统的主要特点和需要解决的主要问题 ; 汽油机 柴油机 混合动力电控技术概述与发展现状 趋势 2. 发动机控制计算模型 (4 学时 / 课堂教学 ):(A5.1) 内容 : 控制计算模型的作用 特点和精度实时性要求 ; 发动机转矩计算模型 进气压力计算模型 燃料喷射量计算模型 速度计算模型和控制逻辑 作业 : 柴油机转矩控制的计算模型 3. 内燃机控制需求及传感器信号处理 (4 学时 / 课堂教学 ):(A5 B2 C4) 内容 : 汽油机 柴油机 代用燃料发动机 混合动力等的控制内容 待测参数和控 4
制参数分析 ; 典型电控系统介绍 ; 传感器分类 数学模型及信号处理电路和方法 作业与实验 : 柴油机共轨压力或转速 / 相位传感器或爆震传感器或氧传感器的信号处理软硬件设计和调试 4. 汽油机电控系统分析与控制策略 (6 学时 / 课堂教学 ):(A5.1 A5.4 B2 C4) 内容 :(1) 多点顺序喷射汽油机电控系统的构成 控制过程 执行器工作原理与结构 系统运行模式, 运行工况控制 燃油喷射控制 排放控制 空气管理 失效保护控制等控制策略 ; 自学习控制等现代控制方法 ;(2) 缸内直喷汽油机电控系统的构成 控制过程 执行器工作原理与结构 系统运行模式与控制策略 自学习等现代控制方法 作业 : 电控汽油机怠速控制策略设计, 尾气排放控制策略 5. 柴油机电控系统分析与控制策略 (8 学时 / 课堂教学 ):(A5.1 A5.4 B2 C4) 内容 :(1) 分配泵 直列泵等位置控制式喷油柴油机电控系统 单体泵和泵喷嘴等时间控制式喷油柴油机电控系统 高压共轨柴油机电控系统的构成 控制过程 执行器工作原理与结构 系统运行模式分析 ;(2) 控制方法与控制策略 : 以高压共轨电控系统为例, 主要讲解起动控制策略 喷油量和喷射方式控制策略 共轨压力控制策略 怠速控制策略 缸平衡控制策略 失效保护策略 热保护控制策略 冒烟极限控制策略 最高转速调速策略 增压控制, 速度控制和转矩控制模型 方法和策略,SCR DPF 等排放控制策略与方法, 自学习等现代控制方法及其它控制策略 作业 : 高压共轨柴油机燃油分段控制策略和缸平衡控制策略 6. 气体燃料发动机电控系统分析与控制策略 (4 学时 / 课堂教学 ):(A5.1 A5.4 B2 C4) 内容 : 以双燃料发动机为例, 讲授 : 双燃料发动机电控系统概述 电控系统的构成 控制过程 执行器工作原理与结构 系统运行模式, 运行工况控制 燃料控制 排放控制 空气管理 失效保护控制等控制策略 作业 : 双燃料发动机的燃料喷射量控制策略 7. 混合动力系统分析及控制策略 (4 学时 / 课堂教学 ):(A5.1 A5.4 B2 B4 C4) 5
内容 : 混合动力系统的基本结构 分类和比较 ; 典型混合动力系统介绍 ; 电机 电池技术概述 ; 串联 并联 混联及插电式混合动力系统的运行模式 运行工况控制 能量管理优化策略 安全控制策略 团组作业 : 插电混合动力系统方案设计及基本控制策略 8. 内燃机电控单元 (ECU) 分析与设计 (4 学时 / 课堂教学 ):(A5 B2 C4) 内容 : 内燃机 ECU 的设计要点及原则 ; 输入级设计及信号处理 ; 微控制器 MCU 的选择及其在内燃机电控系统 ECU 中的典型接口设计 ; 输出级设计及信号处理 ; 基于 AUTOSAR 架构的内燃机 ECU 软件设计, 控制器的数据标定 试验与作业 : 共轨喷油器驱动电路设计, 高压共轨柴油机控制任务模块划分及其 Stateflow 程序设计并进行仿真模拟测试 9. 内燃机电控系统的故障自诊断系统 (4 学时 / 课堂教学 ):(A5.1 A5.4 B2 C4) 内容 :OBD 系统功能和工作原理 相关技术标准 ; 自诊断测试方式和方法 ; 故障路径管理 ; 故障代码的读取和清除方法 ; 故障指示 ; 诊断仪介绍 作业 : 柴油机轨压控制故障诊断策略与 MatLabSimuLink 程序编写 10. 内燃机电控系统的总线通信与标定 (2 学时 / 课堂教学 ):(A5.1 A5.4 B2) 内容 : 内燃机电控系统通信协议概述,CAN 通信协议,KWP2000 通信协议, KWPonCAN 通信协议,OBD 通信协议, 其它通信协议 ; 标定工具介绍 作业 : 混合动力系统 CAN 通信网络结构及协议帧分析 11. 基于模型的内燃机电控系统设计开发流程 (4 学时 / 课堂教学 ):(A5 B2 C4) 内容 : 内燃机电控系统设计开发的总体工作 工作内容和过程, 整机与整车标定, 内燃机电控系统设计的一般步骤和方法 总体工作 工作内容和过程 ; 电控系统的设计开发流程,V 型开发模式组成和原理 ; 模型的建立 ; 控制软件功能设计 ( 框图编程 ;) 代码生成 ; 硬件在环仿真 硬件在环仿真典型系统介绍 试验与作业 : 写共轨柴油机轨压控制软件模块, 并利用 Matlab RTW 的软件代码转化工具进行代码转化和仿真测试, 测试控制精度 动态响应等, 并提交报告 12. 内燃机电控技术前景讨论 (2 学时 / 课堂讨论 ):(A5 B2 B4 C4) 讨论课 : 现代内燃机电控技术发展方向和主要技术前景分析讨论课 (2 学时 ) 6
团组大作业 : 现代内燃机机电控技术综述, 运用所学知识和查阅资料, 提出在智慧城市环境下的内燃机电控技术的发展思路 ( 可选择汽油机 柴油机 汽油机 混合动力 ) 三 教学方法课程教学以课堂讲学为主, 综合讨论 实验 作业等共同实施 为达到课程教学目标, 课程将以国内外多本教材 专著为参考教材, 并在课程教学中有机融入我们在科研项目研究中取得的最新成果和所采用的新方法 新技术, 从而使学生在深入掌握相关技术 原理和方法的同时, 提高发现问题 分析问题和解决问题的能力, 培养学生的创新思维 7
课堂教学流程设计框图 上课 前次课内容回顾或 作业讲评 本次课内容提要 核心知识点 重点 难点讲授 自学内容确定 能力提高 知识点 能力训练例题 提问 讨论 真知获得 作业 其它收益 课堂总结 本章结束 否 改进教学 是 本章知识小结 下次课内容预告 改进教学 下课 本次教学过程回顾 8
四 考核及成绩评定方式 对课程考核方式 : 期末考试 ( 课程报告或半开卷考试 )+ 作业 + 试验 成绩评定方式 : 作业 :30 分试验报告 :20 分期末考试 ( 课程报告或半开卷考试 ):50 分 五 教材及参考书目教材 : ISBN 号 : 9787302253211 书名 : 汽车电子学作者 : 李建秋出版商 : 清华大学出版社版本 : 第二版参考书目 : 柴油机电控喷油技术, 徐家龙主编, 第二版, 人民交通出版社,2011, ISBN9787114089640 Automotive Engines Control, Estimation, Statistical Detection,Lino Guzzella, Springer,ISBN 9783642001635 Introduction to Modeling and Control of Internal Combustion Engine Systems, Alexander A. Stotsky,Springer,ISBN 9783642107740 9