電控柴油機(jī)標(biāo)定技術(shù)分析

高業(yè)青 張振飛

摘要：本文陳述標(biāo)定技術(shù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能及發(fā)展?fàn)顟B(tài)，進(jìn)一步分析該項(xiàng)技術(shù)在電控柴油機(jī)上的運(yùn)用，分別敘述連接結(jié)構(gòu)與試驗(yàn)運(yùn)行程序，如優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果、MAP生成等。以供參考。

關(guān)鍵詞：電控柴油機(jī);標(biāo)定;CAMEO

引言：在能源及環(huán)境問題逐漸加劇中，汽車燃油的排放及成本等方面的標(biāo)準(zhǔn)，均有調(diào)整，要求汽車兼顧駕駛體驗(yàn)感、舒適度與安全性等。而此種行業(yè)變化，促使電控柴油機(jī)的相關(guān)技術(shù)手段得以發(fā)展。

一、標(biāo)定技術(shù)系統(tǒng)

（一）基礎(chǔ)功能

標(biāo)定系統(tǒng)需要提供的基礎(chǔ)功能較多，具體包括以下內(nèi)容：

針對控制電控模塊，即ECU。標(biāo)定系統(tǒng)需往ECU傳輸相關(guān)控制參數(shù)，以調(diào)節(jié)柴油機(jī)的噴油量以及噴油的時(shí)間。采集機(jī)組運(yùn)行中的相關(guān)數(shù)據(jù)，標(biāo)定系統(tǒng)在獲取到ECU傳感裝置獲取到的數(shù)據(jù)資料后，會對ECU以及單體泵，進(jìn)行工作狀態(tài)的全程監(jiān)控，獲取對應(yīng)測試裝置輸出的數(shù)據(jù)，以衡量單體泵的運(yùn)行狀態(tài)，并將此視為標(biāo)定參照。完整保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在實(shí)施標(biāo)定技術(shù)中，產(chǎn)生的各類試驗(yàn)數(shù)據(jù)，均需保存在對應(yīng)的計(jì)算機(jī)中，基于此，開展所需參數(shù)指標(biāo)的計(jì)算工作，還支持查詢試驗(yàn)資料。另外，為保證對柴油機(jī)標(biāo)定的及時(shí)性及準(zhǔn)確性，需能實(shí)時(shí)提供數(shù)據(jù)資料。通過實(shí)地采集獲取的信息資料，和經(jīng)過計(jì)算及標(biāo)定后的結(jié)果，均能采取數(shù)字及圖表的形式輸出。除此之外，標(biāo)定系統(tǒng)還需能針對標(biāo)定方式加以改進(jìn)優(yōu)化，通過從局部及全局入手，達(dá)到試驗(yàn)優(yōu)化的目的。并基于標(biāo)定的結(jié)果數(shù)據(jù)，制成滿足ECU實(shí)際框架的MAP，同時(shí)，此系統(tǒng)還應(yīng)設(shè)置可供診斷異常的接口。

（二）發(fā)展?fàn)顟B(tài)

針對電控柴油機(jī)的標(biāo)定處理，涉及到離線、在線、自動與瞬態(tài)等優(yōu)化方法。自動優(yōu)化標(biāo)定是比較常用的方式，其不僅能縮短標(biāo)定過程所耗費(fèi)的時(shí)長，控制投入的費(fèi)用，還可收獲較佳的標(biāo)定成效。此外，瞬態(tài)標(biāo)定也受到一部分人的關(guān)注。以下簡述各類標(biāo)定方式。

首先，離線穩(wěn)態(tài)標(biāo)定，標(biāo)定試驗(yàn)及優(yōu)化處理分別開展，先完成前者，基于試驗(yàn)規(guī)程，取得相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建性能模型，啟動優(yōu)化處理，以此確定控制參數(shù)。該標(biāo)定方式的不足在于，借助單純的優(yōu)化算法，應(yīng)對現(xiàn)行問題，未能將機(jī)械爆震現(xiàn)象考慮進(jìn)去。其次，在線穩(wěn)態(tài)標(biāo)定，挑選出數(shù)量不多的柴油機(jī)，根據(jù)轉(zhuǎn)速或者負(fù)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(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)控制。針對單一標(biāo)定節(jié)點(diǎn)，會在達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)及最優(yōu)燃料耗用狀態(tài)的前提下，進(jìn)行最佳標(biāo)定。再次，自動標(biāo)定，運(yùn)用相應(yīng)的標(biāo)定系統(tǒng)，基于調(diào)節(jié)目標(biāo)、約束內(nèi)容、控制變量對應(yīng)范圍，開展循環(huán)測試，以此實(shí)現(xiàn)自動標(biāo)定。最后，瞬態(tài)標(biāo)定是完全依賴現(xiàn)實(shí)測試條件，不添加任何近似值，進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)反饋[1]。

在進(jìn)行標(biāo)定期間，需確定單體泵實(shí)際特性，采集到重要工況點(diǎn)的信息，如供油角度、轉(zhuǎn)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(yàn)期間，未和柴油機(jī)實(shí)施匹配處理，因而未能基于機(jī)械現(xiàn)實(shí)運(yùn)行狀況，完成標(biāo)定處理。而在運(yùn)用完成標(biāo)定后的單體泵，和柴油機(jī)加以配備中，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)實(shí)狀況，確定標(biāo)定方式。

二、電控柴油機(jī)的標(biāo)定技術(shù)運(yùn)用

以CAMEO為例，其是ECU的標(biāo)定應(yīng)用程序，搭配MATLAB工具箱，支持完成在線及離線的參數(shù)標(biāo)定。

（一）連接結(jié)構(gòu)

CAMEO由ASAM與自動化系統(tǒng)進(jìn)行連接，能操控自動化系統(tǒng)，完成調(diào)整工況及測量、反饋，其與ECU同樣是借助ASAM建立連接的關(guān)系，目前也能借助間接的方式，借助自動化系統(tǒng)，連入標(biāo)定程序。而在任何連接模式下，CAMEO均能把控標(biāo)定改程序，改動參數(shù)并完成測量任務(wù)。

（二）運(yùn)用程序

在開始優(yōu)化試驗(yàn)以前，需通過標(biāo)定系統(tǒng)，獲取MAP，移送至CAMEO內(nèi)，將此視為初始MAP，后續(xù)的信息評估均是將此當(dāng)成參照基礎(chǔ)。

1.前期準(zhǔn)備

前期準(zhǔn)備效果關(guān)系到試驗(yàn)速度與精度，其關(guān)鍵程度不言而喻。在此期間，相關(guān)人員需整理出試驗(yàn)期間可能面臨的問題，并為控制試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)量，提升建模成果的品質(zhì)，應(yīng)運(yùn)用DOE手段，CAMEO內(nèi)設(shè)置若干相應(yīng)的工具包，以適應(yīng)各類工況及試驗(yàn)意圖，選擇最貼合的方式，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化試驗(yàn)效果的目的。通常試驗(yàn)起始點(diǎn)為設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的中心點(diǎn)，要求該點(diǎn)為安全點(diǎn)，不可達(dá)到限值，防止試驗(yàn)失敗。在該階段中，相關(guān)人員需強(qiáng)化對評價(jià)模型的重視，階數(shù)和所需試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)量、試驗(yàn)周期為正相關(guān)，但如果階數(shù)過少，不利于保障試驗(yàn)結(jié)果的品質(zhì)，所得解可能并非是最優(yōu)值。對此，實(shí)際試驗(yàn)中，一般會挑選其中較為典型的工況，階數(shù)設(shè)成四階，根據(jù)對評價(jià)結(jié)果的合理分析，確定適宜的階數(shù)。結(jié)合一系列的試驗(yàn)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(chǔ)評價(jià)處理。而CAMEO也擁有比較高級的模型，如二次方程、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。

準(zhǔn)備環(huán)節(jié)中，除上述設(shè)定內(nèi)容外，還需確定柴油機(jī)限制，如排氣溫度，均不可超出限值范圍，反之會損壞機(jī)械，部分限值即便超出也不會直接將破壞作用在柴油機(jī)上，但由此所得的信息，不具備可用價(jià)值。比如排放問題，通常會為提升試驗(yàn)速度，在有害氣體的濃度參數(shù)上，加以限制。另外，試驗(yàn)前應(yīng)確定測量通道，測量數(shù)量要盡量全面，以此有助于保障試驗(yàn)效果。

2.試驗(yàn)過程

在前期準(zhǔn)備完成后，可啟動標(biāo)定試驗(yàn)。在運(yùn)行期間，CAMEO直接向PUMA發(fā)送調(diào)整工況點(diǎn)的信號，并指示標(biāo)定系統(tǒng)，調(diào)節(jié)ECU的參數(shù)。在各項(xiàng)試驗(yàn)條件基本穩(wěn)定后，開始測量工作，待測量完成后，繼續(xù)調(diào)整ECU參數(shù)，重復(fù)“穩(wěn)定”、“測量”的過程，直至全部ECU參數(shù)均處理完成。而后在其他工況條件下，繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)節(jié)。一系列試驗(yàn)環(huán)節(jié)完成后，CAMEO自動恢復(fù)初始MAP。整個(gè)操作過程，能全天候開展，切實(shí)加快試驗(yàn)的速度。

3.優(yōu)化結(jié)果

對于電控柴油機(jī)的標(biāo)定處理，優(yōu)化由上述環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，屬于較為復(fù)雜的環(huán)節(jié)，涉及到挑選數(shù)學(xué)模型與優(yōu)化算法、確定置信度等。具體來說，挑選數(shù)學(xué)模型中，根據(jù)上文提及的內(nèi)容，一般選擇三階及二階的多項(xiàng)式模型，必要時(shí)也會用到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，具體根據(jù)試驗(yàn)意圖、工況等，挑選可獲取最優(yōu)精度結(jié)果的模型。對于標(biāo)定中選擇的優(yōu)化算法，常見的有遺傳算法及連續(xù)二次方方程，借此能獲得比較全面的最優(yōu)值。在殘差置信度上，通過準(zhǔn)確設(shè)定，能判斷出試驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確度。一般工況標(biāo)準(zhǔn)下，數(shù)據(jù)殘差應(yīng)為正態(tài)分布，并且置信波動幅度不會超過4，倘若超出此標(biāo)準(zhǔn)，意味著所得數(shù)據(jù)有誤，應(yīng)重新檢查，判斷測試裝置是否異常、測量精度水平、穩(wěn)定時(shí)長的適宜性、測量循環(huán)重復(fù)性等。但如果僅有單個(gè)點(diǎn)或者極少數(shù)的測量點(diǎn)，超出置信區(qū)間，在判斷不會對試驗(yàn)結(jié)果有較大影響的前提下，直接剔除相應(yīng)數(shù)據(jù)即可。此外，還需完成局部及全局優(yōu)化處理。其中前者是針對某點(diǎn)優(yōu)化目標(biāo)，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(diǎn)。而后者則作用于多個(gè)優(yōu)化任務(wù)上，例如在排放滿足相關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上，確定最適宜油耗點(diǎn)。對于此項(xiàng)優(yōu)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(xiàng)權(quán)重，最終達(dá)到控制油耗量的目的[2]。

4.MAP計(jì)算

試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過優(yōu)化處理后，所得信息是不同工況下的最佳參數(shù)。基于此需生成MAP，用于柴油機(jī)標(biāo)定。CAMEO上自帶此項(xiàng)生成單元，并把由最優(yōu)解得出的MAP，和初始MAP進(jìn)行對比，以確定二者不同。最后把試驗(yàn)所得的MAP，利用系統(tǒng)協(xié)議接口，下載保存至ECU內(nèi)，開始試運(yùn)，判斷標(biāo)定成效。

結(jié)束語：總而言之，對柴油機(jī)進(jìn)行電控標(biāo)定是非常重要的，利于控制能源消耗量、減輕對環(huán)境的破壞力，還能增強(qiáng)柴油機(jī)的可用度。通過逐步標(biāo)準(zhǔn)化地試驗(yàn)，確定各工況下的MAP，保證優(yōu)化標(biāo)定效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳新梅.電控柴油機(jī)噴油規(guī)律仿真的臺架標(biāo)定[J].武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，18（02）：103-105.

[2]趙昱墉.基于CRUISE-M的柴油機(jī)控制器的虛擬標(biāo)定[D].昆明理工大學(xué)，2019.