電控柴油機標定技術分析

高業青 張振飛

摘要：本文陳述標定技術系統的基礎功能及發展狀態，進一步分析該項技術在電控柴油機上的運用，分別敘述連接結構與試驗運行程序，如優化試驗結果、MAP生成等。以供參考。

關鍵詞：電控柴油機;標定;CAMEO

引言：在能源及環境問題逐漸加劇中，汽車燃油的排放及成本等方面的標準，均有調整，要求汽車兼顧駕駛體驗感、舒適度與安全性等。而此種行業變化，促使電控柴油機的相關技術手段得以發展。

一、標定技術系統

（一）基礎功能

標定系統需要提供的基礎功能較多，具體包括以下內容：

針對控制電控模塊，即ECU。標定系統需往ECU傳輸相關控制參數，以調節柴油機的噴油量以及噴油的時間。采集機組運行中的相關數據，標定系統在獲取到ECU傳感裝置獲取到的數據資料后，會對ECU以及單體泵，進行工作狀態的全程監控，獲取對應測試裝置輸出的數據，以衡量單體泵的運行狀態，并將此視為標定參照。完整保存試驗數據，在實施標定技術中，產生的各類試驗數據，均需保存在對應的計算機中，基于此，開展所需參數指標的計算工作，還支持查詢試驗資料。另外，為保證對柴油機標定的及時性及準確性，需能實時提供數據資料。通過實地采集獲取的信息資料，和經過計算及標定后的結果，均能采取數字及圖表的形式輸出。除此之外，標定系統還需能針對標定方式加以改進優化，通過從局部及全局入手，達到試驗優化的目的。并基于標定的結果數據，制成滿足ECU實際框架的MAP，同時，此系統還應設置可供診斷異常的接口。

（二）發展狀態

針對電控柴油機的標定處理，涉及到離線、在線、自動與瞬態等優化方法。自動優化標定是比較常用的方式，其不僅能縮短標定過程所耗費的時長，控制投入的費用，還可收獲較佳的標定成效。此外，瞬態標定也受到一部分人的關注。以下簡述各類標定方式。

首先，離線穩態標定，標定試驗及優化處理分別開展，先完成前者，基于試驗規程，取得相關數據，構建性能模型，啟動優化處理，以此確定控制參數。該標定方式的不足在于，借助單純的優化算法，應對現行問題，未能將機械爆震現象考慮進去。其次，在線穩態標定，挑選出數量不多的柴油機，根據轉速或者負荷情況，開展近似測試，此方式不會用到MAP以及性能模型，可在較短時間內，實現參數控制。針對單一標定節點，會在達到排放標準及最優燃料耗用狀態的前提下，進行最佳標定。再次，自動標定，運用相應的標定系統，基于調節目標、約束內容、控制變量對應范圍，開展循環測試，以此實現自動標定。最后，瞬態標定是完全依賴現實測試條件，不添加任何近似值，進行實時的數據反饋[1]。

在進行標定期間，需確定單體泵實際特性，采集到重要工況點的信息，如供油角度、轉速等，通過所需修正及信息處理，得到比較完善的油泵MAP。在試驗期間，未和柴油機實施匹配處理，因而未能基于機械現實運行狀況，完成標定處理。而在運用完成標定后的單體泵，和柴油機加以配備中，應結合現實狀況，確定標定方式。

二、電控柴油機的標定技術運用

以CAMEO為例，其是ECU的標定應用程序，搭配MATLAB工具箱，支持完成在線及離線的參數標定。

（一）連接結構

CAMEO由ASAM與自動化系統進行連接，能操控自動化系統，完成調整工況及測量、反饋，其與ECU同樣是借助ASAM建立連接的關系，目前也能借助間接的方式，借助自動化系統，連入標定程序。而在任何連接模式下，CAMEO均能把控標定改程序，改動參數并完成測量任務。

（二）運用程序

在開始優化試驗以前，需通過標定系統，獲取MAP，移送至CAMEO內，將此視為初始MAP，后續的信息評估均是將此當成參照基礎。

1.前期準備

前期準備效果關系到試驗速度與精度，其關鍵程度不言而喻。在此期間，相關人員需整理出試驗期間可能面臨的問題，并為控制試驗點的數量，提升建模成果的品質，應運用DOE手段，CAMEO內設置若干相應的工具包，以適應各類工況及試驗意圖，選擇最貼合的方式，實現優化試驗效果的目的。通常試驗起始點為設計環節的中心點，要求該點為安全點，不可達到限值，防止試驗失敗。在該階段中，相關人員需強化對評價模型的重視，階數和所需試驗點數量、試驗周期為正相關，但如果階數過少，不利于保障試驗結果的品質，所得解可能并非是最優值。對此，實際試驗中，一般會挑選其中較為典型的工況，階數設成四階，根據對評價結果的合理分析，確定適宜的階數。結合一系列的試驗情況而言，三階能保障精度，并且有諸多工況，能借助二階模型，完成基礎評價處理。而CAMEO也擁有比較高級的模型，如二次方程、神經網絡等。

準備環節中，除上述設定內容外，還需確定柴油機限制，如排氣溫度，均不可超出限值范圍，反之會損壞機械，部分限值即便超出也不會直接將破壞作用在柴油機上，但由此所得的信息，不具備可用價值。比如排放問題，通常會為提升試驗速度，在有害氣體的濃度參數上，加以限制。另外，試驗前應確定測量通道，測量數量要盡量全面，以此有助于保障試驗效果。

2.試驗過程

在前期準備完成后，可啟動標定試驗。在運行期間，CAMEO直接向PUMA發送調整工況點的信號，并指示標定系統，調節ECU的參數。在各項試驗條件基本穩定后，開始測量工作，待測量完成后，繼續調整ECU參數，重復“穩定”、“測量”的過程，直至全部ECU參數均處理完成。而后在其他工況條件下，繼續進行試驗調節。一系列試驗環節完成后，CAMEO自動恢復初始MAP。整個操作過程，能全天候開展，切實加快試驗的速度。

3.優化結果

對于電控柴油機的標定處理，優化由上述環節產生的數據，屬于較為復雜的環節，涉及到挑選數學模型與優化算法、確定置信度等。具體來說，挑選數學模型中，根據上文提及的內容，一般選擇三階及二階的多項式模型，必要時也會用到神經網絡，具體根據試驗意圖、工況等，挑選可獲取最優精度結果的模型。對于標定中選擇的優化算法，常見的有遺傳算法及連續二次方方程，借此能獲得比較全面的最優值。在殘差置信度上，通過準確設定，能判斷出試驗數據的正確度。一般工況標準下，數據殘差應為正態分布，并且置信波動幅度不會超過4，倘若超出此標準，意味著所得數據有誤，應重新檢查，判斷測試裝置是否異常、測量精度水平、穩定時長的適宜性、測量循環重復性等。但如果僅有單個點或者極少數的測量點，超出置信區間，在判斷不會對試驗結果有較大影響的前提下，直接剔除相應數據即可。此外，還需完成局部及全局優化處理。其中前者是針對某點優化目標，比如在若干工況下，無相互擾動的條件中，確定最適宜的油耗點。而后者則作用于多個優化任務上，例如在排放滿足相關規定的基礎上，確定最適宜油耗點。對于此項優化處理，可選的作用技巧較多，如歐二排放下，確定排放的各項權重，最終達到控制油耗量的目的[2]。

4.MAP計算

試驗結果經過優化處理后，所得信息是不同工況下的最佳參數。基于此需生成MAP，用于柴油機標定。CAMEO上自帶此項生成單元，并把由最優解得出的MAP，和初始MAP進行對比，以確定二者不同。最后把試驗所得的MAP，利用系統協議接口，下載保存至ECU內，開始試運，判斷標定成效。

結束語：總而言之，對柴油機進行電控標定是非常重要的，利于控制能源消耗量、減輕對環境的破壞力，還能增強柴油機的可用度。通過逐步標準化地試驗，確定各工況下的MAP，保證優化標定效果。

參考文獻：

[1]陳新梅.電控柴油機噴油規律仿真的臺架標定[J].武漢船舶職業技術學院學報，2019，18（02）：103-105.

[2]趙昱墉.基于CRUISE-M的柴油機控制器的虛擬標定[D].昆明理工大學，2019.