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SAETECHNICALPAPERSERIESSAE（SocietyofAutomotiveEngineers，美国汽车工程师协会）科技论文系列THEANALYSISOFMEANVALUESIENGINEMODELS火花塞点火发动机平均值模型的分析SI:SparkIgnition火花塞点火ElbertHendricksandTomasVestertholmTechnicalUniversityofDenmarkTheappearanceoftheISSNcodeatthebottomofthispageindicatesSAE’sconsentthatcopiesofthepapermaybemadeforpersonalorinternaluseofspecificclients.底部出现的ISSN（国际标准期刊编号InternationalStandardSerialNumber）表明SAE同意本论文的副本被特定用户个人或内部使用。Thisconsentisgivenontheconditionhowever,thatthecopierpaya$5.00perarticlecopyfeethroughtheCopyrightClearanceCenter,Inc.OperationsCenter,27CongressSt.,Salem,MA01970forcopyingbeyondthatpermittedbySections107or108oftheUSCopyrightLaw.但是要得到这个同意是有条件的，每打印一份论文副本需要通过版权结算中心有限公司运营中心支付5美元的版权费。根据美国版权法，国会的议案27CongressSt.,Salem,MA01970中的107或108部分允许这些行为。Thisconsentdoesnotextendtootherkindsofcopyingsuchascopyingforgeneraldistribution,foradvertisingorpromotionalpurposes,forcreatingnewcollectiveworksorforresale.这项同意不包括其他类型的复制，如大众的分销、广告或推销，创造新的集体工作或转售。SAEroutinelystocksprintedpapersforaperiodofthreeyearsfollowingdateofpublication.SAE按例保存发表的论文3年才出版。DirectyourorderstoSAECustomerSalesandSatisfactionDepartment.请直接将您的意见提交给SAE顾客销售和满意部门。ToobtainQuantityofreprintrates,permissiontoreprintatechnicalpaperofpermissiontousecopyrightedSAEpublicationsinotherworks,connecttheSAEPublicationGroup.要获得跟多量的转载权利，SAE出版物在其他作品中的使用和转载许可，请联系SAE出版组。Nopartofthispublicationmaybereproducedinanyform,inanelectronicretrievalsystemorotherwise,withoutthepriorwrittenpermissionofthepublisher.没有出版者事先的书面申请，本出版物的任何部分不能以任何形式，在一个电子检索系统或者其他方面出现。ISSN0148-7191Copyright1992SocietyofAutomotiveEngineers,Inc.Positionsandopinionadvancedinthispaperarethoseoftheauthor(s)andnotnecessarilythoseofSAE.在这篇论文中出现的立场或观点是作者的而不一定是SAE的。Theauthorissolelyresponsibleforthecontentofthepaper.作者是对论文内容唯一负责。AprocessisavailablebywhichdiscussionswillbeprintedwiththepaperifitispublishedinSAETransactions.如果论文是出版在SAE会报上的，关于该论文的讨论可以和论文一起出版。Forpermissiontopublishedthispaperinfullorinpart,connecttheSAEPublicationsGroup.要获得这篇论文的全部或部分内容的许可请联系SAE出版组。PersonswishingtosubmitpaperstobeconsideredforpresentationorpublicationthroughSAEshouldsendthemanuscriptora300wordabstractofaproposedmanuscriptto:Secretary,EngineeringActivityBoard,SAE.个人想要递交论文用以考虑被SAR出版或发表，需要将原稿或被推荐原稿的300字摘要发送到，SAE工程活动板秘书处。PrintedinUSATheAnalysisofMeanValueSIEngineModelsElbertHendricksandThomasVesterholmTechnicalUniversityofDenmarkAbstract摘要MeanValueEngineModels(MVEMs)seektopredictdynamicallythemeanvalueofimportantSIenginevariablessuchasthecrankshaftspeed,themanifoldpressureandthetheoreticalair/fuelratio(lambda).平均值模型力图动态预测火花塞点火发动机中的重要量的平均值。比如曲轴速度、歧管压力和理论的空燃比。Previousworksalsoshowsthatsuchmodelscanbemadequiteaccurate,bothforstationaryandtransientoperatingmodes.之前的工作也告诉我们这样的模型在稳态和瞬态运行模式下都是准确的。Becausethesemodelscanbemademathematicallysimpleandcompact,theyarealsotractablefordirectmathematicalandphysicalanalysis.因为这些模型在数学上被做的简单紧凑，也便于直接进行数学和物理分析。Inthispaperananalysisofmeanvalueenginemodeliscarriedoutwhichrevealstheunderlyingstructureoftheproblemswhichfaceenginecontrolsystemdesigners.在这篇论文里面，分析了平均值模型的实现，这为发动机控制系统设计师提供了问题的底层结构。InparticularitisshownthatanSIengineisextremelynonlinearandtimedependent.特别的，这个分析表明一个火花塞点火发动机是非线性和时变的。Becauseofthis,conventionalcontrolstrategiesusingconventionalsensorscannotbemadetooperatecorrectlyintransientregime.正因为这样，运用传统传感器的传统的控制策略不能够在瞬态的时候正确实现。An“ideal”nonlinearcompensatorisalsodescribedforthefuelingdynamicswhichworksoverawadeoperatingrange.文中还介绍了为燃油动态喷射设计的能够在很宽范围内工作的理想非线性补偿器。1.Introduction介绍Mathematicalenginemodelscantakemanydifferentformsastheycanbeaimedatresolvingdifferentlevelsofdetailofengineperformance.为了解决发动机性能不同的细节层次可以采用很多不同的发动机数学模型。Modelscanrangefromverydetailedcyclicmodelstophenomenologicalquasi-lineartransferfunctionmodels.模型可以从非常细节的循环模型到表面的拟线性传递函数模型。Atthelevelofmaximumdetail,theaimistodevelopmoreefficient,andmorepowerfulengineswithloweremissions,whilethesimplisticapproachisoftenadoptedwithaneyetowardscontrolsystemdesignorengine/vehiclemodeling.从最细节的层次看，目标是开发更有效率，更有动力性能而且低排放的发动机，而控制系统设计或发动机/汽车建模则往往采用过分简单化的方法。Recentlyithasbeenpossibletobuildanintermediatemodeltype,sometimescalledameanvaluemodel.最近建立一个中间的模型变得可能，有时叫它平均值模型。Meanvalueenginemodels(MVEMs)areaimedatdescribingthedynamictimedevelopmentofthemeanoraveragevaluesofimportantobservableenginevariables(suchasthecrankshaftspeed,manifoldpressure,etc.)aswellaskeyinternalenginevariables(thethermalandvolumetricefficiencies,etc.).平均值模型目标是描述重要可观测量（如曲轴速度、歧管压力等）和发动机关键数据量（热效率和体积效率）随时间的动态变化。Exactlyenoughenginevariablesandparametersaremodelledtoobtainaconsistentandaccuratedynamicpictureofengineoperation.有足够的发动机变量和参数用于建模来保证和发动机实际运行动态图的一致性和准确性。Thenumberofadjustablefittingparametershasbeendecreasingoverthepastfewyears,whileatthesametimetheachievablemodellingaccuracyhasbeenincreasing.在过去的几年中，可调节的相关参数数量减少了，同时获得的模型准确度却提升了。Thismakessuchmodelsveryusefulforcontrolstudiesandalsoforsomeenginedevelopmentpurposes.这让这类模型对于控制研究和一些发动机开发非常有用。Itisalsopossibletoembedsuchenginemodelsdirectlyinrealtimecontrolsystem.这类发动机模型也可直接用于实时控制系统。Meanvalueenginemodels(MVEMs)ofsparkignition(SI)en