零部件对发动机管理系统标定的影响

季德斌

（中国第一汽车股份有限公司天津技术开发分公司）

发动机管理系统（EMS）通过一个控制单元实现汽油发动机的电子控制和管理[1]。EMS 标定包括发动机台架标定和整车标定两部分。台架标定是整车标定的基础，其目的是确定发动机的各项性能指标，如功率、扭矩、油耗等；整车标定过程一般需要持续1.5年左右的时间才能完成，在该过程中，车辆被不断赋予强劲的动力性、舒适的驾驶性、优秀的经济性、洁净的排放性等能力。当前，为了应对激烈的市场竞争，新车型开发周期越来越短，为了能够快速应对发动机及整车标定，必须要熟悉整车零部件对EMS 标定的影响。

1 发动机管理系统（EMS）标定简介

EMS 的功能构成，如图1 所示。EMS 标定是一个漫长而复杂的过程，需要持续18～24 个月的时间，如图2 所示。根据EMS 的功能构成，文章将对其进行进一步细化分解和说明。

图1 发动机管理系统（EMS）功能构成简图[1]

图2 发动机管理系统（EMS）标定流程简图

2 整车影响因素

2.1 车身

风阻、迎风面积、整备质量会影响整车行驶阻力，如式（1）所示，对整车油耗、排放会产生影响。

式中：F——汽车行驶阻力，N；

Ff——滚动阻力，N；

Fw——空气阻力，N；

Fj——加速阻力，N；

m——汽车总质量，kg；

f——滚动阻力系数；

CD——空气阻力系数；

A——迎风面积，m2；

v——行驶速度，km/h；

δ——汽车旋转质量系数；

Iw——车轮的转动惯量，kg·m2；

If——发动机飞轮的转动惯量，kg·m2；

ig——变速器速比；

i0——主减速器速比；

ηT——汽车传动系的机械效率；

r——汽车轮胎的滚动半径，m。

2.2 进气格栅和机舱布置

进气格栅和机舱布置影响进气通畅性及机舱内环境温度，从而影响发动机的进气量和进气温度，对扭矩控制有影响，同时影响整车热平衡。

2.3 轮胎

轮胎滚阻系数影响整车滑行阻力，轮胎尺寸决定转速（n/（r/min））和车速比，如式（4）所示，在没有挡位传感器的车辆上，挡位由软件通过车速和转速计算得到。综上，轮胎规格对整车的油耗、排放、动力性、驾驶性、OBD 标定都会产生一定影响。

2.4 悬置

作为发动机和车身的连接部件，悬置的选型设计会导致发动机随车身振动趋势发生变化，因此会影响OBD 失火标定和驾驶性标定。

2.5 电器附件

电器附件消耗的电能主要来自于发电机，大灯、鼓风机、除霜等大功率电器功率的变化使发电机的电负荷变化较大，从而影响怠速稳定性和驾驶性的标定。

3 动力总成及相关附件影响因素

3.1 进/排气系统

进气系统一般由进气管、谐振腔、空气滤清器、节气门体、进气歧管等组成。它决定了进气阻力、进气温度及进气量，对充气模型、扭矩模型、基本喷油量会产生影响，要在发动机台架上进行充气模型、扭矩模型的标定验证。

排气系统一般由排气歧管、排气管、催化转换器、消声器和排气尾管等组成。它决定了催化器转化效率、排气系统背压、排气温度等，对充气模型、排温模型、排放都会有影响，要在发动机台架上进行充气模型、排温模型的标定验证。

3.2 发动机附件

起动机决定了发动机点火前的起动拖动转速，对起动时间有直接影响；发电机徐励时间影响起动和排放性能，如图3 所示，发电效率影响怠速稳定性和油耗；散热器风扇决定整车冷却能力，影响风扇控制的合理性及整车热平衡；空调压缩机决定空调负载，影响发动机对空调扭矩的补偿；炭罐及其连接管路影响炭罐控制，从而影响燃油蒸发；油泵总成决定油压的稳定性，影响空燃比的控制。

图3 发电机对起动性能影响对比曲线

3.3 变速器

变速器的速比决定转速与车速的对应关系，如式（4）所示，影响整车的排放、油耗、动力性、驾驶性及OBD 标定。

4 电控系统影响因素

4.1 进气控制部件

电子节气门体控制发动机的进气流量；节气门位置传感器信号用于怠速工况判断、过渡工况喷油量补偿等[2]；进气压力温度传感器测量歧管的进气压力和温度，从而计算得到进气量，空气流量计可直接测量进气量，利用进气量对喷油量进行精确控制，影响充气模型、扭矩模型、基本喷油量等的标定。

4.2 凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器

凸轮轴位置传感器采集凸轮轴的位置信号，用于判缸；曲轴位置传感器采集曲轴转角信号，用于检测发动机转速和活塞上止点位置。通过曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器的信号，可以判断各缸活塞是否处于压缩上止点，如图4 所示，影响点火时刻及喷油时刻标定。

图4 发动机第1 缸压缩上止点相位关系图

4.3 可变气门正时机构

可变气门正时机构通过油压控制阀（OCV 阀）来控制相位器（VCT），按照发动机运行条件调整凸轮轴链轮以及凸轮轴的相应相位，以获得最优配气效果，如图5 所示。正时系统主要影响扭矩特性、燃油经济性、怠速稳定性及排放标定[3]。

图5 可变气门正时基本工作原理

4.4 喷油器

喷油器决定燃油的雾化颗粒大小、喷射角度、喷射行程，影响空燃比的精确控制、过渡工况响应速度，以及喷油的湿壁效果。

4.5 点火系统

点火线圈、火花塞决定了点火效率，火花塞的热值（如图6 所示）、电极材料等对发动机冷起动性能有直接的影响，同时也会影响爆震控制、点火提前角标定和排放标定。

图6 温度范围定义和不同热值的火花塞工作温度曲线

4.6 氧传感器

氧传感器用于监控废气中氧的体积分数。通过前氧传感器空燃比反馈来实现空燃比的闭环控制，更精确地控制喷油；后氧传感器用于监控催化器转化效率来判断催化器是否失效。因此氧传感器的性能会影响排放标定和OBD 标定。

4.7 其他部件

爆震传感器用于爆震强度检测，影响基本点火角、爆震标定等，需要在发动机台架上进行基本点火角、爆震的标定验证；由于不同的水温传感器性能会有变化，必须在ECU 中对水温传感器进行特性匹配，否则会对起动、怠速、燃油修正、点火角修正、风扇控制等与水温相关的控制产生影响；电子油门踏板开度信号和电子节气门的开度信号两者之间具有一定的对应关系，如果特性变更，则需要对信号进行重新匹配标定，对驾驶性有影响。

5 结论

综上，整车、动力总成及电控系统3 个系统中任何一个部件发生变化，都会导致发动机工作状态的变化，从而对整车标定产生重大影响，这就需要标定人员准确掌握具体部件对相应模块会产生何种影响，从而准确地对其进行标定优化。文章仅总结了部分零部件的影响因素，还需要标定人员在标定过程中不断积累总结，从而在日益严格的排放、油耗标准及日益严峻的开发形势的要求下，提高标定效率和质量，为整车开发提供更好的性能保障。