基于转子动力学和机器学习的高精度发动机扭矩跟踪方法

《Energy》：A Rotor Dynamics and Machine Learning-Based Approach for High-Accuracy Engine Torque Tracking

　　

赵俊良|郑晓|严玉超|薛宇石|尹玉婷|李志鹏|刘振涛

浙江大学动力机械与车辆工程研究所，中国杭州310027

摘要

在全球碳中和战略的背景下，传统发动机的升级受到了越来越多的关注。作为前端开发的关键工具，一维发动机仿真需要在瞬态条件下具备高扭矩跟踪精度，这直接影响到设计方案的评估。为了解决传统稳态MAP控制方法在瞬态过程中的响应滞后和跟踪偏差问题，本研究提出了一种基于转子功率平衡动态耦合方程的智能燃油喷射量控制策略。通过整合转速、目标扭矩和多维动态变量等参数，该策略建立了一种智能的燃油喷射量推理机制。采用机械建模和机器学习的混合方法来实现关键参数的高精度表征。在高功率动态运行条件下的验证结果表明，与传统方法相比，所提出的策略将累积扭矩跟踪误差降低了约89.5%，显著提高了系统的动态响应速度和控制鲁棒性。这项研究为提高一维发动机仿真在瞬态条件下的预测精度和控制可靠性提供了有效的解决方案。

章节片段

引言

在全球碳中和战略的推动下，传统动力总成系统面临着全面升级的迫切需求 [Pi et al., 2023; Jiang et al., 2024]。作为关键的动力源，发动机不仅必须遵守日益严格的低碳排放法规，还必须在高海拔和寒冷气候等极端环境条件下保持高可靠性和机动性 [Zhu et al., 2025; Zhou et al., 2025; Lee et al., 2025]。这一双重挑战要求

材料与方法

本研究的工作流程如图2所示。首先，在GT-Power环境中解耦了基线涡轮增压发动机模型，以打破排气能量与进气供应之间的动态反馈循环。具体来说，涡轮和压缩机之间的机械轴连接被逻辑上断开，并用规定的边界条件临时替代了动态组件。在这种开环配置下，不同的进气流量

线性参数的建模

在详细介绍具体的分析模型之前，明确选择多项式阶数的标准非常重要。每个参数的拟合函数的具体阶数是基于严格的权衡标准确定的，这些标准平衡了预测精度、计算效率和防止过拟合。采用了一种渐进的评估方法：从低阶多项式开始，逐步增加阶数，同时评估 R²。最优

总结与结论

本研究提出了一种基于转子功率平衡动态耦合方程的智能燃油喷射量控制策略，以解决传统MAP控制方法在发动机一维仿真中瞬态扭矩跟踪性能不佳的问题。主要结论如下：

• (1)
  本研究建立的转子功率平衡动态耦合方程有效地表征了压缩机和涡轮之间的动态交互机制

CRediT作者贡献声明

赵俊良：撰写 – 原稿撰写、验证、监督、软件开发、资源协调、项目管理、方法论设计、研究实施、资金筹集、正式分析、数据整理、概念构思。 郑晓：监督、资源协调、方法论设计、研究实施、资金筹集、正式分析、数据整理、概念构思。 严玉超：正式分析、数据整理、概念构思。 薛宇石：资源协调、项目管理、方法论设计、研究实施、数据整理。

Adamkiewicz和Nikonczuk，2022年。

赵俊良、郑晓、严玉超、薛宇石、尹玉婷、李志鹏和刘振涛声明他们没有利益冲突。

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。