基于AMESim/Simulink的柴油机SCR系统控制策略研究

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环境污染问题是当前全球的热点话题,汽车作为主要“贡献者”受到了密切的关注,随着更加严苛排放法规的出台,对汽车排放控制技术提出了更高的要求。在控制柴油机 NOx排放技术上,选择性催化还原(SCR)技术由于适合我国国情,已成为主流的技术路线。尿素喷射控制策略的优劣直接影响 SCR系统的催化性能,因而本文通过 SCR催化器模型搭建、模型试验验证、控制策略设计和控制模型验证四步实现控制策略的设计和验证,对尿素喷射控制策略进行了深入研究。  利用AMESim软件的可视化建模优势,在AMESim里搭建了一维SCR系统模型。通过 AMESim和 Simulink的交互接口实现两个软件的联合仿真,使得Simulink里的控制器能够控制AMESim里的SCR系统模型,实现两个软件的优势互补。  通过与催化器下游的NOx和 NH3试验值进行对比来验证 SCR模型的精确性,验证过程包括稳态和瞬态测试,验证结果表明ESC工况模型误差在5%以内,ETC工况模型误差在10%以内,满足控制模型的设计要求。为消除NOx传感器对 NH3的交叉敏感性,引用扩展卡曼滤波方法对传感器信号进行处理,离线验证结果表明NOx传感器误差可以控制在5%以内。  通过NOx原排、转化效率MAP、储氨修正和起喷控制等确定开环控制策略,基于该开环控制,设计以催化器下游氨氮比控制目标的模糊自适应PI控制策略,对开环尿素喷射量进行修正。  将开环控制和模糊PI控制策略同时作用于SCR模型,对比ESC和ETC测试结果,测试结果表明:ESC测试时,模糊PI和开环控制效果相差不大,转化效率均超过80%;ETC测试时,模糊PI控制效果明显优于开环控制,转化效率提高13%且NH3泄漏量更低,NOx比排放1.62g/kWh,NH3泄漏量7.2ppm,满足国Ⅴ排放。为应对未来排放法规的低温测试循环,将模糊 PI控制策略进行热启动WHTC测试,测试结果表明NOx排放能够满足国Ⅴ排放法规,但存在NH3泄漏过大等问题,因此指出了几个改善方向。
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