电控柴油机标定技术分析

高业青 张振飞

摘要：本文陈述标定技术系统的基础功能及发展状态，进一步分析该项技术在电控柴油机上的运用，分别叙述连接结构与试验运行程序，如优化试验结果、MAP生成等。以供参考。

关键词：电控柴油机;标定;CAMEO

引言：在能源及环境问题逐渐加剧中，汽车燃油的排放及成本等方面的标准，均有调整，要求汽车兼顾驾驶体验感、舒适度与安全性等。而此种行业变化，促使电控柴油机的相关技术手段得以发展。

一、标定技术系统

（一）基础功能

标定系统需要提供的基础功能较多，具体包括以下内容：

针对控制电控模块，即ECU。标定系统需往ECU传输相关控制参数，以调节柴油机的喷油量以及喷油的时间。采集机组运行中的相关数据，标定系统在获取到ECU传感装置获取到的数据资料后，会对ECU以及单体泵，进行工作状态的全程监控，获取对应测试装置输出的数据，以衡量单体泵的运行状态，并将此视为标定参照。完整保存试验数据，在实施标定技术中，产生的各类试验数据，均需保存在对应的计算机中，基于此，开展所需参数指标的计算工作，还支持查询试验资料。另外，为保证对柴油机标定的及时性及准确性，需能实时提供数据资料。通过实地采集获取的信息资料，和经过计算及标定后的结果，均能采取数字及图表的形式输出。除此之外，标定系统还需能针对标定方式加以改进优化，通过从局部及全局入手，达到试验优化的目的。并基于标定的结果数据，制成满足ECU实际框架的MAP，同时，此系统还应设置可供诊断异常的接口。

（二）发展状态

针对电控柴油机的标定处理，涉及到离线、在线、自动与瞬态等优化方法。自动优化标定是比较常用的方式，其不仅能缩短标定过程所耗费的时长，控制投入的费用，还可收获较佳的标定成效。此外，瞬态标定也受到一部分人的关注。以下简述各类标定方式。

首先，离线稳态标定，标定试验及优化处理分别开展，先完成前者，基于试验规程，取得相关数据，构建性能模型，启动优化处理，以此确定控制参数。该标定方式的不足在于，借助单纯的优化算法，应对现行问题，未能将机械爆震现象考虑进去。其次，在线稳态标定，挑选出数量不多的柴油机，根据转速或者负荷情况，开展近似测试，此方式不会用到MAP以及性能模型，可在较短时间内，实现参数控制。针对单一标定节点，会在达到排放标准及最优燃料耗用状态的前提下，进行最佳标定。再次，自动标定，运用相应的标定系统，基于调节目标、约束内容、控制变量对应范围，开展循环测试，以此实现自动标定。最后，瞬态标定是完全依赖现实测试条件，不添加任何近似值，进行实时的数据反馈[1]。

在进行标定期间，需确定单体泵实际特性，采集到重要工况点的信息，如供油角度、转速等，通过所需修正及信息处理，得到比较完善的油泵MAP。在试验期间，未和柴油机实施匹配处理，因而未能基于机械现实运行状况，完成标定处理。而在运用完成标定后的单体泵，和柴油机加以配备中，应结合现实状况，确定标定方式。

二、电控柴油机的标定技术运用

以CAMEO为例，其是ECU的标定应用程序，搭配MATLAB工具箱，支持完成在线及离线的参数标定。

（一）连接结构

CAMEO由ASAM与自动化系统进行连接，能操控自动化系统，完成调整工况及测量、反馈，其与ECU同样是借助ASAM建立连接的关系，目前也能借助间接的方式，借助自动化系统，连入标定程序。而在任何连接模式下，CAMEO均能把控标定改程序，改动参数并完成测量任务。

（二）运用程序

在开始优化试验以前，需通过标定系统，获取MAP，移送至CAMEO内，将此视为初始MAP，后续的信息评估均是将此当成参照基础。

1.前期准备

前期准备效果关系到试验速度与精度，其关键程度不言而喻。在此期间，相关人员需整理出试验期间可能面临的问题，并为控制试验点的数量，提升建模成果的品质，应运用DOE手段，CAMEO内设置若干相应的工具包，以适应各类工况及试验意图，选择最贴合的方式，实现优化试验效果的目的。通常试验起始点为设计环节的中心点，要求该点为安全点，不可达到限值，防止试验失败。在该阶段中，相关人员需强化对评价模型的重视，阶数和所需试验点数量、试验周期为正相关，但如果阶数过少，不利于保障试验结果的品质，所得解可能并非是最优值。对此，实际试验中，一般会挑选其中较为典型的工况，阶数设成四阶，根据对评价结果的合理分析，确定适宜的阶数。结合一系列的试验情况而言，三阶能保障精度，并且有诸多工况，能借助二阶模型，完成基础评价处理。而CAMEO也拥有比较高级的模型，如二次方程、神经网络等。

准备环节中，除上述设定内容外，还需确定柴油机限制，如排气温度，均不可超出限值范围，反之会损坏机械，部分限值即便超出也不会直接将破坏作用在柴油机上，但由此所得的信息，不具备可用价值。比如排放问题，通常会为提升试验速度，在有害气体的浓度参数上，加以限制。另外，試验前应确定测量通道，测量数量要尽量全面，以此有助于保障试验效果。

2.试验过程

在前期准备完成后，可启动标定试验。在运行期间，CAMEO直接向PUMA发送调整工况点的信号，并指示标定系统，调节ECU的参数。在各项试验条件基本稳定后，开始测量工作，待测量完成后，继续调整ECU参数，重复“稳定”、“测量”的过程，直至全部ECU参数均处理完成。而后在其他工况条件下，继续进行试验调节。一系列试验环节完成后，CAMEO自动恢复初始MAP。整个操作过程，能全天候开展，切实加快试验的速度。

3.优化结果

对于电控柴油机的标定处理，优化由上述环节产生的数据，属于较为复杂的环节，涉及到挑选数学模型与优化算法、确定置信度等。具体来说，挑选数学模型中，根据上文提及的内容，一般选择三阶及二阶的多项式模型，必要时也会用到神经网络，具体根据试验意图、工况等，挑选可获取最优精度结果的模型。对于标定中选择的优化算法，常见的有遗传算法及连续二次方方程，借此能获得比较全面的最优值。在残差置信度上，通过准确设定，能判断出试验数据的正确度。一般工况标准下，数据残差应为正态分布，并且置信波动幅度不会超过4，倘若超出此标准，意味着所得数据有误，应重新检查，判断测试装置是否异常、测量精度水平、稳定时长的适宜性、测量循环重复性等。但如果仅有单个点或者极少数的测量点，超出置信区间，在判断不会对试验结果有较大影响的前提下，直接剔除相应数据即可。此外，还需完成局部及全局优化处理。其中前者是针对某点优化目标，比如在若干工况下，无相互扰动的条件中，确定最适宜的油耗点。而后者则作用于多个优化任务上，例如在排放满足相关规定的基础上，确定最适宜油耗点。对于此项优化处理，可选的作用技巧较多，如欧二排放下，确定排放的各项权重，最终达到控制油耗量的目的[2]。

4.MAP计算

试验结果经过优化处理后，所得信息是不同工况下的最佳参数。基于此需生成MAP，用于柴油机标定。CAMEO上自带此项生成单元，并把由最优解得出的MAP，和初始MAP进行对比，以确定二者不同。最后把试验所得的MAP，利用系统协议接口，下载保存至ECU内，开始试运，判断标定成效。

结束语：总而言之，对柴油机进行电控标定是非常重要的，利于控制能源消耗量、减轻对环境的破坏力，还能增强柴油机的可用度。通过逐步标准化地试验，确定各工况下的MAP，保证优化标定效果。

参考文献：

[1]陈新梅.电控柴油机喷油规律仿真的台架标定[J].武汉船舶职业技术学院学报，2019，18（02）：103-105.

[2]赵昱墉.基于CRUISE-M的柴油机控制器的虚拟标定[D].昆明理工大学，2019.