随着环境污染、能源危机的加剧,世界各国都提出了越来越严苛的排放法规,节能减排已经深入人心。相对传统汽油机,小型强化汽油机能降低泵气损失,具有较好的动力性和经济性,已逐渐成为汽车市场主流。缸内直喷、涡轮增压和双VVT技术是小型汽油机节能减排的核心。本文基于一款1.0T三缸直喷双VVT汽油机开发了Open-ECU控制器,基于扭矩架构设计了控制策略,采用了主动抗扰思想进行执行器控制,实现了发动机的稳定运转,并优化了控制效果。首先,搭建实验台架,开发硬件平台和基础软件平台,硬件平台以英飞凌的32位多核单片机TC27x为核心控制单元,包括电源管理、最小系统、信号采集、boost升压电路、点火驱动、低边驱动、喷油器驱动、CAN通信等模块。基础软件设计包含发动机位置、复杂信号驱动、A/D转换、I/O输入输出、通信、故障诊断和任务调度等模块,为发动机的稳定运转打下基础。其次,基于扭矩架构进行整体控制策略开发,其中包含扭矩管理、空气模型、增压压力控制、节气门控制、VVT控制、歧管压力控制、空燃比控制、轨压控制、点火角控制、爆震控制、发动机状态机、发动机保护及故障诊断等模块。策略以原始油门扭矩为基础,在慢速扭矩控制过程中通过控制目标进气量,从而控制节气门;在快速扭矩中控制目标点火效率,从而控制点火角来达到需求扭矩的快速响应。最终在扭矩架构管理模块输出空气系统执行器的目标值,实现对节气门、增压器以及VVT的扭矩分配。根据各个执行器的工作特点,建立相应的控制器模型,实现执行器的快速响应和稳定控制,优化了发动机的控制效果。再次,在执行器的控制过程中,设计PID控制器来进行各个执行器的控制,在调试过程中,发现采用单一PID参数常常不能满足复杂控制对象的需要,常常采用分段式PID,需要大量的参数标定,增加了调参的难度,且废气阀与VVT的控制均面临着不同程度的外部干扰,很难达到理想的控制效果。采用基于主动控制器ADRC(Active Disturbances Rejection Controller)的控制思想,通过带宽来表征ADRC需要整定的参数,利用带宽进行参数的调试,直接产生作用,经过建模和大量的实验分析,ADRC控制器可以实现较好的控制效果。实验表明,本研究提出的基于扭矩的增压直喷双VVT汽油机负荷控制策略能够实现负荷的快速稳定控制,与传统的控制策略相比,在跟踪精度、瞬态响应和参数调试方面具有一定优势。