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基于数学模型的模糊动态空燃比控制
FuzzyControlaboutTransientAir/fuelRatioBasedonMathematicalModel
（1.华南理工大学2.广州航海高等专科学校）胡静1，2肖兵1罗飞1
HuJing1,2,XiaoBing1,LuoFei1
摘要：本文针对实际控制需要，对传统的发动机数学模型中气缸空气流量的估算方法以及油
膜蒸发模型的传递函数的简单取反方法加以改进，并在此基础上提出了基于改进数学模型的
模糊动态空燃比控制算法，该算法具有鲁棒性强，实现简洁的特点。
关键词：动态空燃比；发动机模型；模糊推理
中图分类号：TK411文献标识码：A

Abstract:Aimedattheactualdemand,thispaperimprovesthecalculatedmethodsaboutcylinder
chargeandtheinvertedtransferfunctionoffuelfilmevaporationmodelintraditionalengine
models.Thefuzzycontrolalgorithmabouttransientair/fuelrationbasedontheameliorative
mathematicalmodelmentionedaboveisputtedforward.Thisalgorithmhasgoodcharacteristics
ofstrongrobustandrealizationeasily.
KeyWords——Transientair/fuelratio,Enginemodel,Fuzzyillation
1概述
为治理汽车废气污染，各国政府制订了日益严格的排放法规，我国现在执行欧Ⅱ排放
标准。数据显示，要达到欧Ⅱ标准，必须较精确控制动态空燃比。而三元催化反应器在达到
正常工作温度的前提下，其转化效果受空燃比的影响很大，只有当当量空燃比λ＝0.996～

1.003时，才能同时降低CO、HC和NOX。然而，汽车实际是运行在频繁的动态状况下，仅
采用稳态控制方法无法保证动态过程空燃比恒定在1.000附近，因此进行正确的动态空燃比
补偿对改善汽车尾气排放质量是必须的。
2动态空燃比控制方法
动态空燃比控制可分为两类方法：基于经验的瞬态工况补偿法和基于发动机动态数学模
型的动态空燃比控制。
基于经验的瞬态工况补偿法是根据加（减）速时，由于油膜的增加（减少），相应进行
加速加浓（减速减稀）补偿，同时考虑由于压力传感器测量的绝对压力滞后于节气门位置变
化，必须克服的滞后作用[1]。这种方法只凭定性知识进行凑试，调试过程有一定的盲目性。
基于发动机动态数学模型的动态空燃比控制，是通过建立数学模型来描述发动机的动
态充气过程，从而实时计算每气缸的充气质量。这类方法取决于电喷系统所采用的空气质量
估计方法以及所选择的发动机数学模型。
3、发动机数学模型
要实现基于发动机动态数学模型的动态空燃比控制，必须要针对实际系统配置，选择合
适的数学模型。
在电喷系统中，发动机模型的建立是把燃油与空气混合的过程分为空气路径与燃油路径
两个相互独立的部分，用动态方程分别描述进入气缸的空气质量和燃油质量,其模型分解图
如图1所示。

图1发动机模型分解图
胡静：博士研究生
基金项目：国家自然科学基金项目(60474042)，广东省自然科学基金项目(04020000)
3．1气缸充气模型

气缸在每一进气行程中都会吸入一定质量的空气Ga（称为气缸充气或负荷），精确地估

[2]
计Ga是动态空燃比控制的关键。根据文献：Ga=f(,)()PIMNe≈fPIM(1)

[3]
根据文献，当采用发动机均值模型（MeanValueModel）时，GA（均值充气量）与

进气歧管压力PIM成大致线性关系，即：GA=C1⋅PIM+C2(2)

这样，估计Ga问题就转化为精确估计PIM问题。但实际发动机测试，完全根据测量到

的歧管负压进行油门急剧变化时的动态控制，效果总无法令人满意，下面进行理论分析。
理想状态下，歧管负压的动态方程如下：

RT1RT
&manman(3)
PmnPmPPmPman=−[&&ap(,man)−at(,ααman)]=−man+&at(,man)
VVτman

&
式中，Pman是动态歧管负压，Tman是歧管内空气温度，R是空气常数，V是歧管内体积，m&at

是经节气门流入歧管的空气流量，m&ap是流进气缸的空气流量。τman是歧管压力等效时间

常数，α是节气门开度。
&
根据（3）式，Pman与α间是复杂非线性关系，存在着时间常数τman。另外，上述方
程是理想方程，未考虑节气门急剧变化时的其他因素如进气谐