一種基于MATLAB Simulink 建模的整車VBC離線標(biāo)定方法

李笑南 孫建軍 方會(huì)詠 柳啟元 朱 允 陳 成

（寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司 浙江 寧波 315336）

引言

整車VBC 標(biāo)定，簡(jiǎn)單地講就是發(fā)動(dòng)機(jī)在整車上的匹配，通過標(biāo)定優(yōu)化ECM 中進(jìn)氣模型、扭矩模型、噴油點(diǎn)火、增壓控制等來最大程度地發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)在整車上的性能并且保證發(fā)動(dòng)機(jī)不受損壞，它是整個(gè)整車標(biāo)定的基礎(chǔ)。車輛基本匹配所得的數(shù)據(jù)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目具有重要意義，因此所選的試驗(yàn)車必須車況良好，進(jìn)排氣系統(tǒng)盡量與批產(chǎn)狀態(tài)一致，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行良好且處于合理偏差范圍之內(nèi)，機(jī)油、冷卻水液位正常，輪胎狀況良好且胎壓正常。在拿到項(xiàng)目試驗(yàn)車輛后，需根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)在車輛上的布置進(jìn)行改造。主要包括加裝LA4 Lambda 分析儀、機(jī)油熱電偶、排氣系統(tǒng)及GPF溫度熱電偶、燃油溫度熱電偶、電源盒等。需要注意的是熱電偶上一定要標(biāo)明名稱，且安裝完畢后須檢查熱電偶處是否存在漏水、漏機(jī)油、漏氣等現(xiàn)象。

傳統(tǒng)的VBC 標(biāo)定，需要標(biāo)定工程師和試驗(yàn)工程師相互配合，花費(fèi)大量時(shí)間在整車轉(zhuǎn)轂上進(jìn)行穩(wěn)態(tài)標(biāo)定并在道路上進(jìn)行瞬態(tài)標(biāo)定，整個(gè)過程需要在線優(yōu)化并且反復(fù)驗(yàn)證。某些驗(yàn)證工況涉及的路況及駕駛策略較為極端，長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)駕駛?cè)菀桩a(chǎn)生安全隱患。本文介紹的基于MATLAB Simulink 建模的VBC離線標(biāo)定方法即可用于轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)也適用于道路試驗(yàn)。相對(duì)于傳統(tǒng)標(biāo)定手段更加高效，這在行業(yè)內(nèi)是突破性的標(biāo)定方法，每個(gè)整車項(xiàng)目能節(jié)約上百小時(shí)的轉(zhuǎn)轂時(shí)間，降低項(xiàng)目開發(fā)費(fèi)用。并且使用離線標(biāo)定的方法可以使標(biāo)定結(jié)果有更高的模型精度，降低售后市場(chǎng)故障率。

1 模型的搭建

離線標(biāo)定流程如圖1 所示[1-4]。

圖1 離線標(biāo)定流程圖

整車VBC 離線標(biāo)定的第一步也是最關(guān)鍵的一步是搭建模型。打開MATLAB 軟件，進(jìn)入Simulink工作界面，配置好Simulink 環(huán)境，根據(jù)ECM 電控系統(tǒng)的控制邏輯搭建相應(yīng)的仿真模型。對(duì)于建模，Simulink 提供了非常方便的圖形建模方式，通過單擊、拖放和連接不同模塊來完成仿真模型的建立，其本質(zhì)上就是圖形化的編程。Simulink 包括非常全面的模塊庫(kù)，方便用戶快速建立系統(tǒng)模型。在搭建模型的過程中，需正確理解ECM 控制策略中各個(gè)模型符號(hào)的具體含義并能夠在Simulink Library 中找到相對(duì)應(yīng)模塊。

Simulink 模型中的信號(hào)總是由模塊之間的連線攜帶并傳送的，建模時(shí)考慮到一些模型的復(fù)雜程度較大，可以采用從輸入到輸出或者從輸出到輸入的順序，這種建模方法思路清晰，對(duì)各模塊的相互作用和組織形式一目了然。某電控系統(tǒng)燃油溫度模型如圖2 所示。

圖2 某電控系統(tǒng)燃油溫度模型

2 模型的仿真

模型仿真的意義在于確認(rèn)和校驗(yàn)搭建的模型是否與ECM 控制策略完全一致，為離線標(biāo)定做最后的準(zhǔn)備。

在搭建好模型之后和運(yùn)行仿真之前，需要將模型中用到的標(biāo)定量、輸入量和輸出量導(dǎo)入到MATLAB Workspace 中。另外為快速檢索模型中的紕漏，一些重要的中間變量也需采集并導(dǎo)入。標(biāo)定量存在于ECU Description File 中，務(wù)必將采集數(shù)據(jù)時(shí)所使用的標(biāo)定數(shù)據(jù)導(dǎo)入到MATLAB Workspace，如圖3 所示。

圖3 將標(biāo)定量由A2L&HEX 中導(dǎo)入到MATLAB Workspace 中

導(dǎo)入的過程需使用自行開發(fā)的工具，完成后須在MATLAB 中確認(rèn)標(biāo)定量的格式，尤其是Table 及Map 的坐標(biāo)。要保證模型中所使用到的標(biāo)定量在MATLAB Workspace 中有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

測(cè)量量保存在INCA 采集的DAT 文件中，采集數(shù)據(jù)時(shí)要注意測(cè)量量里必須包含所有模型輸入量，所有量的測(cè)量頻率最好是該模型的調(diào)度周期或者更高精度的頻率。將測(cè)量量由INCA DAT 文件中導(dǎo)入到MATLAB Workspace 中時(shí)，注意不同的導(dǎo)入工具生成的文件，在Workspace 中格式略有不同，如圖4所示。完成后在MATLAB 使用From Workspace 模塊對(duì)測(cè)量量進(jìn)行調(diào)用，確認(rèn)數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。

圖4 將測(cè)量量由INCA DAT 文件中導(dǎo)入到MATLAB Workspace 中

完成數(shù)據(jù)的導(dǎo)入后，應(yīng)對(duì)仿真參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，單擊Simulink 菜單下面的Model Configuration Parameters 項(xiàng)或者直接按快捷鍵“Ctrl+E”，便會(huì)彈出圖5 設(shè)置界面。它包括仿真器參數(shù)（Solver）設(shè)置、工作空間數(shù)據(jù)導(dǎo)入/導(dǎo)出（Data Import/Export）設(shè)置等。

圖5 Simulink 設(shè)置窗口

進(jìn)行模型仿真時(shí)，需要重點(diǎn)對(duì)仿真時(shí)間及仿真步長(zhǎng)進(jìn)行設(shè)置。仿真時(shí)間起始時(shí)間默認(rèn)為0，仿真終止時(shí)間則由測(cè)量文件的長(zhǎng)短決定，本文采用的仿真終止時(shí)間是測(cè)量文件中模型輸出量的長(zhǎng)度。仿真步長(zhǎng)模式有Variable-Step（變步長(zhǎng)）和Fixed-Step（固定步長(zhǎng)）兩種方式。變步長(zhǎng)模式的仿真過程較為復(fù)雜，在進(jìn)行模型仿真時(shí)，我們采用固定步長(zhǎng)的模式。采用定步長(zhǎng)模式后，對(duì)Fixed-step size 進(jìn)行設(shè)置，這里需要注意其步長(zhǎng)與ECM 中模型的調(diào)度周期要保持一致。此外，模型中使用的Lookup Table 模塊，也要進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。Lookup Method 需選為Interpolation-Use End Values 使其外插方法與ECM 邏輯中的保持相同。

Simulink 中各個(gè)仿真參數(shù)完成配置后，即可運(yùn)行模型。使用示波器Scope 對(duì)需要標(biāo)定的參數(shù)進(jìn)行觀察，模型計(jì)算值與實(shí)際測(cè)量值完全重合表明搭建的模型與ECM 控制邏輯一致，若兩者不重合則需尋找模型的錯(cuò)誤之處進(jìn)行修正。一般濾波初始值的設(shè)置以及模型中包含閉環(huán)邏輯的初始值的設(shè)置需要重點(diǎn)關(guān)注，另外一些模型中的中間變量無法直接測(cè)量采集，則需要計(jì)算出其初始值。不斷運(yùn)行模型進(jìn)行仿真，直至兩者完全重合（如圖6 所示），方可開始下一步離線標(biāo)定的工作。

圖6 紅色模型值與綠色測(cè)量值完全重合

3 離線標(biāo)定

完成模型的仿真驗(yàn)證之后，就可以開始離線標(biāo)定優(yōu)化工作了。用示波器（Scope）將需要標(biāo)定的量顯示出來，這里需要注意標(biāo)定時(shí)的測(cè)量量與模型驗(yàn)證時(shí)是有區(qū)別的。前者是指實(shí)際的測(cè)量值即車輛改裝外加傳感器的值，后者是ECM 策略中計(jì)算的模型值。在示波器（Scope）中可以直觀地監(jiān)測(cè)不同工況下偏差的分布情況，根據(jù)策略模型找到對(duì)應(yīng)的標(biāo)定量雙擊進(jìn)行編輯調(diào)整，然后再次運(yùn)行模型查看偏差的情況，直至偏差滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，如圖7、8 所示。

圖7 在Simulink 中調(diào)整標(biāo)定量

圖8 標(biāo)定完成后紅色模型值與綠色實(shí)際值的偏差情況

進(jìn)行離線標(biāo)定的優(yōu)勢(shì)在于我們只需在Simulink中修改標(biāo)定并運(yùn)行模型即可快速驗(yàn)證不同的標(biāo)定思路和方法。

完成離線標(biāo)定后，對(duì)模型偏差進(jìn)行分析，然后將調(diào)整優(yōu)化的標(biāo)定參數(shù)導(dǎo)入到ECU Description File 中進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證。如果所有工況的偏差都在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)則整個(gè)標(biāo)定優(yōu)化過程結(jié)束，凍結(jié)標(biāo)定數(shù)據(jù)。

值得一提的是，如果有相同電控系統(tǒng)的項(xiàng)目，則可以直接運(yùn)用本文的Simulink 模型進(jìn)行離線標(biāo)定。可省去復(fù)雜的建模及仿真過程，更高效地完成標(biāo)定工作。

4 結(jié)論

基于MATLAB Simulink 建模，可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制模型進(jìn)行仿真，并實(shí)現(xiàn)整車VBC 的離線標(biāo)定。本文介紹的基于MATLAB Simulink 建模的整車VBC離線標(biāo)定方法，在行業(yè)內(nèi)是突破性的標(biāo)定方法。可以應(yīng)用推廣到不同電控系統(tǒng)的車型，大幅度提高VBC標(biāo)定的精度和效率。