高壓共軌柴油機電控系統的標定與測試

鄧經緯 陳星寧 李少鶴 陳昭穩

（1.湖南高速鐵路職業技術學院 湖南 衡陽 421001；2.亞新科南岳〈衡陽〉有限公司 湖南 衡陽 421001）

隨著電子控制技術在發動機電子控制系統中的廣泛應用，這給電子控制系統與高壓共軌柴油機的標定/匹配技術帶來了新課題。對于基于模型開發的電控系統，在其數學模型和硬件模式基本確定的前提下，要讓其匹配的柴油機發揮出最優的性能，就取決于軟件部分的最佳標定參數了，而這個取得最佳標定參數的過程，就是標定/匹配。

標定是根據整車的各種性能要求（動力性、經濟性和排放性等），調整、優化和確定電控系統的運行參數和控制參數的過程。它包括所有為此而進行的研發、臺架和實驗室的實驗、道路試驗、驗證等過程。基準三位MAP圖優化是標定過程中的一項內容，也是匹配標定的基礎。而基準三位圖一般采用多參量交叉組合法制取，整個MAP平面上每個參數的實驗次數多達上千次，以獲得各節點上對應功率最佳、經濟性最佳和排放量最佳的不同的控制參數，為整個標定過程打下了重要的參考基準。當然，標定工作量也隨之增大。為了節省人力、物力及財力，通常需采用一定的方法來進行匹配標定。

1 標定/匹配的常用方法

標定/匹配過程中，根據需要一般分為在線標定和離線標定修改控制參數。通常以筆記本作為上位機，通過串口連接ECU的K-線或CAN通訊，進行在線實時調整參數，因此，整個標定工作一般基于Vectory CCP方案。

1.1 人工標定

目前，比較常用的發動機標定方法大部分采用專業的標定軟件來輔助標定。如Vectory公司的CANape，或者是ETAS公司的INCA（ETK）標定工具，均能滿足用戶的標定工作要求。

1.2 自動標定技術

人工標定需求實驗人員多，采集數據的工作量大，操作復雜，其測量誤差也大。為了克服由人工操作所引起的各種不足，滿足控制精度、節省標定開發費用、縮短標定開發周期、保證標定工作可重復的要求，自動標定技術應運而生。

自動標定系統是專業人員采用軟件開發語言 （如Visual C++等）所開發的一套標定軟件，該軟件將電控發動機、測功器、油耗儀、排放儀和標定系統等集成為一個整體，在同一工控機的控制下進行工作，從而實現高壓共軌柴油機的自動標定。

自動標定系統可根據所要達到的目標，通過它的用戶界面（自動標定平臺）設置發動機的工況、約束條件、初始運行參數和相關系數，建立目標函數，選擇自動標定算法及其參數。自動標定算法以軟件包的形式放在系統里，可以通過用戶界面隨時調用算法和修改參數。

高壓共軌柴油機首先按照初始參數運行，自動標定系統監測發動機的實時運行參數，建立模型，按選定的自動標定算法求出一個最優解；然后，根據最優解確定一組控制參數作為發動機下一個循環的控制參數。新的循環建立新的模型，求出更精確的最優解，并產生新的一組控制參數。如此反復，直到最優解的變化小雨設定的誤差要求，就得到最終的發動機控制參數。

2 高壓共軌柴油機控制系統的標定過程

標定/匹配是高壓共軌柴油機電控系統的關鍵環節之一。標定/匹配技術也被國內外各廠家視為企業的機密，在公開發表的文章中也鮮有此項技術的介紹，因此，在這種背景下，各公司大多是通過自己的不斷試驗和研究，憑借自己的技術積累提出了各不相同的標定/標定方案，但萬變不離其宗，它們標定的基本步驟仍然是一致的。對于完全自主研發的高壓共軌柴油機電控系統而言，標定匹配可分為臺架實驗和實車匹配兩步。

2.1 臺架實驗

實驗室內進行的臺架實驗可以驗證控制算法的整確性，確保算法基本準確；同時為實車匹配提供初始的控制參數（圖）表，大大節省實車匹配的周期和費用。

2.2 實車匹配/標定

實車匹配是驗證ECU軟硬件功能的最終手段，只有經過實車驗證，才能證明ECU能否實現設計目標，適應各種復雜多變的工況。

實車匹配過程中，需要在線實時修改控制參數表，并觀察控制效果。通常以筆記本作為上位機，通過串口連接ECU的K-線或CAN通訊，進行在線實時調整參數。應用專業的匹配工具，可以避免每次修改控制參數后的編譯、下載、重寫過程，提高工作效率。

3 標定/匹配實驗臺架及工具簡介

3.1 標定/匹配實驗臺架簡介

對電控高壓共軌柴油機進行標定的實質是通過大量的實驗來實現發動機的性能優化，針對發動機的不同工況找出其最佳的噴油量和噴油提前角等控制參數，以滿足對動力性、經濟性和排放性能的要求。在柴油機電控系統的整個標定/匹配過程中，臺架在整個過程中起著舉足輕重的作用。

傳統的發動機實驗設備及實驗手段都比較落后，不便于觀察實驗參數，也不能及時得到發動機的狀態參數，更無法實現對發動機控制參數的實時在線修改。因此，傳統的實驗設備不能滿足電控高壓共軌系統的標定了。為了方便的進行標定/匹配，需設計電控系統標定/匹配專用臺架。

此實驗臺架具有以下特點：

1）能夠根據標定需要，精確地設定發動機運行工況點，且穩定性好。

2）通過CANape軟件或測功器可實時監測發動機的運行狀態，如發動機轉速、發動機溫度（TMOT）、進氣溫度、噴射脈寬等；同時還可以通過油耗儀、測功器和排放測試儀方便準確地獲取發動機經濟性、動力性及排放等性能指標。

3）通過應用標定軟件CANape，能夠實現對發動機電子控制單元參數的實時在線修改。

整個實驗系統由發動機、電控單元（ECU）、計算機、測功器、排放測試分析儀、油耗儀及其他監控儀器等設備組成。

3.2 標定/匹配工具軟件介紹

CANape為開發者提供了一種可用于ECU開發、標定、診斷和測量數據采集的綜合性工具。它主要用于電控單元（ECU）的參數優化（標定）。它在系統運行期間同時標定參數值和采集測量信號。CANape與ECU的物理接口可以是使用CCP（CAN標定協議）的CAN總線，或者是使用XCP協議的FlexRay實現。另外，通過集成的診斷功能集（Diagnostic Feature Set），CANape提供了對診斷數據和診斷服務的符號化訪問。這樣，它就為用戶提供了完整的診斷測試儀功能。CANape使用標準協議的特性使其成為了覆蓋ECU開發所有階段的一種開放而靈活的平臺。

CANape針對參數調整/標定提供了下列功能：

1）用戶可在線標定ECU內存中的參數值，也可離線標定CANape的“鏡像內存”中的參數值。離線模式可以在不連接ECU的情況下進行測量前或測量結束后的ECU參數處理工作。

2）與測量數據采集并行進行參數標定。

3）可以在參數瀏覽器這一個窗口中標定ECU的所有參數。

4）刷寫參數組。

5）基于測量文件中的特定時刻生成參數組。

CANape在標定過程中的操作步驟簡介：

首先，在CANape中創建一個工程后，就可以添加新的設備了。那么，我們接下來就需要對新添加的設備配置驅動、數據庫和參數路徑等。接下來就是比較關鍵的一步了，即關聯我們的MAP文件，要讓MAP文件與數據庫的名字保持一致，路經要在當前工作路徑。

本文主要探討了電控ECU標定的常用方法，闡述了高壓共軌柴油機電控系統的標定/匹配過程、內容及其事項，對用于標定的高壓共軌電控系統試驗臺架進行了重點研究，對常用的標定工具軟件CANape進行了深入的研究，并結合怠速工況的標定參數闡述了其標定的原理和方法，完成了對高壓共軌電控系統的離線和在線標定。

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