電控發(fā)動機基于模型標定的關鍵技術研究

王冬 張順 劉仁龍 石月

摘要：參數(shù)標定質(zhì)量很大程度上決定了電動機的電控系統(tǒng)的性能，本文所介紹的基于模型的標定是較為有效的一種標定方法。本文詳細闡述了發(fā)動機基于模型標定的幾項關鍵技術比如設計試驗，基于實驗數(shù)據(jù)的建模，參數(shù)優(yōu)化以及MAP的生成技術。本文還對發(fā)動機基于模型標定的關鍵技術的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行了詳細的介紹。

關鍵詞：電控發(fā)動機；模型；標定

1引言

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，人們對汽車性能的要求日益增加，相應的，發(fā)動機參數(shù)標定的重要性越來越凸現(xiàn)出來。然而參數(shù)標定是一項十分復雜而且繁瑣的任務，1998年，發(fā)動機電控需要標定兩個參數(shù)，到2016年參數(shù)標定的量已經(jīng)增加到7個以上；1980年需要標定的MAP是8張，到2015年需要標定的MAP的量增加了100倍以上，按照這種發(fā)展形勢，下一代發(fā)動機需要標定的MAP將會更多，甚至達到目前的十倍百倍。在傳統(tǒng)研發(fā)發(fā)動機的過程中，相當一部分的研究人員研究發(fā)動機的一般首先是電控硬件系統(tǒng)，接下來是臺架測試，最后記性參數(shù)標定優(yōu)化，這樣的一種研究順序存在著成本高，工作復雜的弊端。隨著標定的數(shù)量越來越多，固有的參數(shù)標定方法已經(jīng)遠遠達不到實際需要的標定需要，應對這樣的情況，目前較為有效的一種解決方法就是基于模型的標定技術。

2國內(nèi)外發(fā)展概況

發(fā)動機基于模型的標定技術是一種基于模型得到最佳控制參數(shù)的技術，這些模型往往是在發(fā)動機相關實驗數(shù)據(jù)基礎上建立起來的與輸出響應參數(shù)有關的模型。1970年，相關研究人員開始不再僅僅憑借自己的經(jīng)驗分析實驗數(shù)據(jù)，而開始基于傳統(tǒng)手工標定利用精確度更高的數(shù)學過程來分析得到相應的回歸模型，從而更加直觀的了解到了數(shù)據(jù)變化的整體趨勢。在歐美國家，基于模型的標定技術的應用十分廣泛。20世紀末期，MathWorks公司研發(fā)了一款基于模型標定的工具箱，為基于模型標定技術的廣泛應用奠定了基礎。Rask E將基于模型的標定技術應用到汽車的環(huán)保性以及節(jié)能性問題的研究當中，可對汽車的氮氧化物的排放以及燃油情況進行評估。將基于模型的標定技術擴展應用到發(fā)動機的控制操作中。

3基于模型標定的關鍵技術

3.1設計試驗

發(fā)動機性能與控制參數(shù)間的相互作用是緊密相關的，傳統(tǒng)的標定方案是基于變量間的相互組合的試驗方法，即將所有的變量都測試一遍，這是不可能實現(xiàn)的，再加上試驗過程中出現(xiàn)的一些不可控因素會進一步導致結果的復雜性。

設計試驗是標定的第一步，其目的是盡可能地減少試驗的次數(shù)。在發(fā)動機標定的過程中，試驗的設計過程應該根據(jù)不同的實際情況來考慮。若不太了解發(fā)動機參數(shù)對相應產(chǎn)生的影響比如新型發(fā)動機的ECU標定過程或者是無參數(shù)模型中，一般采用空間填充設計；相反的，若對發(fā)動機的了解比較深刻，并且已經(jīng)選擇好了最佳模型，則一般采用最優(yōu)設計。當然，針對一個試驗我們可以將數(shù)種不同的設計方法相關結合，比如在文獻中，為了增強模型的預測功能和置信水平，采用了最優(yōu)設計與空間填充法相結合，也取得了不錯的效果。隨著科技的發(fā)展，越來越多的研究應用到了動態(tài)試驗設計技術，該技術可以充分考慮振幅，頻率干擾等一些隨時間變化的因素。

3.2基于試驗數(shù)據(jù)的建模過程

目前最常用的模型主要類型有兩種：（1）數(shù)據(jù)建模；（2）物理建模。數(shù)據(jù)建模有著結構簡單清晰，方便實現(xiàn)的優(yōu)點，但是相應的也存在一些弊端比如：效率低，有過匹配的可能性，需要參考工程經(jīng)驗，而且并未考慮系統(tǒng)存在的一些潛在的物理性等。在數(shù)據(jù)建模中，精度取決于模型的階數(shù)，階數(shù)少，精度會低，從而導致質(zhì)量不好，但是階數(shù)并不是越多越好，階數(shù)過多會導致過度匹配，模型的階數(shù)選擇要根據(jù)函數(shù)以及自變量及其他因素綜合考慮，實際應用中，最常見的是3階模型。與數(shù)據(jù)建模相比較，物理建模的最明顯的優(yōu)點是效率高，但是物理建模運行緩慢，并且對使用的計算機有著很高的要求，并且還需要驗證模型。也有相關研究采用將數(shù)據(jù)建模和物理建模相結合的方法，將兩者建模方式的優(yōu)點相結合，取得最佳的效果。

隨著對研究的不斷深入，目前一些更加高級的模型比如：響應模型，隨機過程模型等也逐漸收到關注和應用。

4結語

目前國內(nèi)基于模型的標定技術才剛剛起步，主要的研究還僅僅只是集中在個別技術，尤其是在技術的應用方面，還需要進一步發(fā)展。