电控发动机基于模型标定的关键技术研究

王冬 张顺 刘仁龙 石月

摘要：参数标定质量很大程度上决定了电动机的电控系统的性能，本文所介绍的基于模型的标定是较为有效的一种标定方法。本文详细阐述了发动机基于模型标定的几项关键技术比如设计试验，基于实验数据的建模，参数优化以及MAP的生成技术。本文还对发动机基于模型标定的关键技术的国内外研究现状进行了详细的介绍。

关键词：电控发动机；模型；标定

1引言

随着经济社会的发展，人们对汽车性能的要求日益增加，相应的，发动机参数标定的重要性越来越凸现出来。然而参数标定是一项十分复杂而且繁琐的任务，1998年，发动机电控需要标定两个参数，到2016年参数标定的量已经增加到7个以上；1980年需要标定的MAP是8张，到2015年需要标定的MAP的量增加了100倍以上，按照这种发展形势，下一代发动机需要标定的MAP将会更多，甚至达到目前的十倍百倍。在传统研发发动机的过程中，相当一部分的研究人员研究发动机的一般首先是电控硬件系统，接下来是台架测试，最后记性参数标定优化，这样的一种研究顺序存在着成本高，工作复杂的弊端。随着标定的数量越来越多，固有的参数标定方法已经远远达不到实际需要的标定需要，应对这样的情况，目前较为有效的一种解决方法就是基于模型的标定技术。

2国内外发展概况

发动机基于模型的标定技术是一种基于模型得到最佳控制参数的技术，这些模型往往是在发动机相关实验数据基础上建立起来的与输出响应参数有关的模型。1970年，相关研究人员开始不再仅仅凭借自己的经验分析实验数据，而开始基于传统手工标定利用精确度更高的数学过程来分析得到相应的回归模型，从而更加直观的了解到了数据变化的整体趋势。在欧美国家，基于模型的标定技术的应用十分广泛。20世纪末期，MathWorks公司研发了一款基于模型标定的工具箱，为基于模型标定技术的广泛应用奠定了基础。Rask E将基于模型的标定技术应用到汽车的环保性以及节能性问题的研究当中，可对汽车的氮氧化物的排放以及燃油情况进行评估。将基于模型的标定技术扩展应用到发动机的控制操作中。

3基于模型标定的关键技术

3.1设计试验

发动机性能与控制参数间的相互作用是紧密相关的，传统的标定方案是基于变量间的相互组合的试验方法，即将所有的变量都测试一遍，这是不可能实现的，再加上试验过程中出现的一些不可控因素会进一步导致结果的复杂性。

设计试验是标定的第一步，其目的是尽可能地减少试验的次数。在发动机标定的过程中，试验的设计过程应该根据不同的实际情况来考虑。若不太了解发动机参数对相应产生的影响比如新型发动机的ECU标定过程或者是無参数模型中，一般采用空间填充设计；相反的，若对发动机的了解比较深刻，并且已经选择好了最佳模型，则一般采用最优设计。当然，针对一个试验我们可以将数种不同的设计方法相关结合，比如在文献中，为了增强模型的预测功能和置信水平，采用了最优设计与空间填充法相结合，也取得了不错的效果。随着科技的发展，越来越多的研究应用到了动态试验设计技术，该技术可以充分考虑振幅，频率干扰等一些随时间变化的因素。

3.2基于试验数据的建模过程

目前最常用的模型主要类型有两种：（1）数据建模；（2）物理建模。数据建模有着结构简单清晰，方便实现的优点，但是相应的也存在一些弊端比如：效率低，有过匹配的可能性，需要参考工程经验，而且并未考虑系统存在的一些潜在的物理性等。在数据建模中，精度取决于模型的阶数，阶数少，精度会低，从而导致质量不好，但是阶数并不是越多越好，阶数过多会导致过度匹配，模型的阶数选择要根据函数以及自变量及其他因素综合考虑，实际应用中，最常见的是3阶模型。与数据建模相比较，物理建模的最明显的优点是效率高，但是物理建模运行缓慢，并且对使用的计算机有着很高的要求，并且还需要验证模型。也有相关研究采用将数据建模和物理建模相结合的方法，将两者建模方式的优点相结合，取得最佳的效果。

随着对研究的不断深入，目前一些更加高级的模型比如：响应模型，随机过程模型等也逐渐收到关注和应用。

4结语

目前国内基于模型的标定技术才刚刚起步，主要的研究还仅仅只是集中在个别技术，尤其是在技术的应用方面，还需要进一步发展。