Kvaser Leaf Light v2工具在發(fā)動機控制器標定中的應用

摘 要：文章介紹了Kvaser Leaf Light v2工具在某一款乘用車發(fā)動機控制器（ECU）標定中的應用。發(fā)動機的性能直接影響汽車的動力輸出、燃油效率以及運行是否平穩(wěn)等，發(fā)動機是汽車的核心部件；而發(fā)動機控制器（ECU）可以控制發(fā)動機在各個工況下的運行狀況，保證汽車在各個工況下達到最佳狀態(tài)，實現(xiàn)較好的節(jié)油效果以及較好的運行狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：Kvaser 發(fā)動機 發(fā)動機控制器

隨著中國汽車產(chǎn)業(yè)的長期堅持發(fā)展，汽車市場逐步擴大，汽車作為消費品已走進千家萬戶中，伴隨對汽車的感知能力增強，人們對汽車的各項性能要求也越來越高，經(jīng)濟性舒適性也成為大部分用戶關(guān)注的要素。同時全球氣候問題以及能源問題的日益緊張，對汽車的節(jié)能減排方面也提出更高的要求，通過對發(fā)動機控制單元（ECU）的參數(shù)進行調(diào)試和優(yōu)化，不僅可以使車輛在不同的道路、環(huán)境條件下達到最佳的性能表現(xiàn)，還能有效降低排放物的量級，減少對環(huán)境的污染。

調(diào)試和優(yōu)化發(fā)動機控制單元（ECU）的參數(shù)需要特別的工具實現(xiàn)汽車與軟件的聯(lián)系，Kvaser Leaf Light v2是一家瑞典公司推出的將計算機連接到CAN總線網(wǎng)絡的CAN總線分析設備，該產(chǎn)品接口采用了USB2.0兼容接口和D-SUB連接器，相較于其他工具，特點是小巧、輕便，操作簡單。

下文將基于解決某款乘用車在我國西北某地駕評過程中存在駐車狀態(tài)開啟空調(diào)AC ON和關(guān)閉空調(diào)AC OFF兩個瞬態(tài)工況發(fā)動機運行不穩(wěn)定、車身抖動的問題點，介紹該工具在ECU標定調(diào)試中的應用。

1 發(fā)動機標定系統(tǒng)的硬件環(huán)境建立

發(fā)動機標定系統(tǒng)的硬件包括PC機、Kvaser Leaf Light v2以及發(fā)動機控制器ECU。PC機和Kvaser通過USB接口建立信號鏈接，Kvaser的D-SUB接口連接至汽車信號接口，實際應用中常通過OBD接口與汽車連接[1]。

2 發(fā)動機標定系統(tǒng)的軟件環(huán)境建立

發(fā)動機標定軟件常用INCA ，INCA是ETAS公司旗下的一款基礎產(chǎn)品，能夠與硬件在環(huán)仿真（HIL）系統(tǒng)以及其他實驗平臺進行接口交互。HIL系統(tǒng)通過接入真實的控制器，采用或部分采用實時仿真模型來模擬被控對象和系統(tǒng)運行環(huán)境，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的仿真測試[2]。

INCA具備完善的標定以及測試功能，支持CCP和XCP等協(xié)議，應用范圍廣泛，可以滿足諸多需求。

2.1 軟件環(huán)境建立流程

2.1.1 明確標定對象及標定目的

在標定前需明確標定的對象、標定的外界環(huán)境（在什么工況下進行標定）、標定過程中需要使用到信號參數(shù)以及信號的傳遞方式。

2.1.2 標定前準備

明確測試車輛上ECU現(xiàn)有的軟件狀態(tài)，同步確認影響標定的其他系統(tǒng)（如電氣系統(tǒng)、變速箱控制系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等）軟硬件狀態(tài)，需保障車輛運行安全穩(wěn)定。通過Kvasers將標定用的軟件以及環(huán)境界面先保存在電腦的某個文件中，然后添加到INCA的標定窗口上。

標定窗口建立時，軟件上的硬件通道選擇應與實際應用的標定硬件相匹配，實際標定硬件為Kvaser時，選擇的硬件通道為J2534，J2534中的協(xié)議選擇CCP或者XCP。在實際標定時不同的標定公司使用的標定協(xié)議可能不同，具體應根據(jù)標定公司來選擇使用CCP還是XCP。

2.1.3 開始標定并進行數(shù)據(jù)采集

進入實驗環(huán)境界面，將參考界面切換成工作界面。在環(huán)境中添加標定需要用到的參數(shù)。

標定結(jié)束后點擊數(shù)據(jù)保存按鈕，記錄下的數(shù)據(jù)可以對標定進行數(shù)據(jù)驗證、分析。下面介紹實際應用案例。

3 發(fā)動機控制器標定的實際應用

某款乘用車在我國西北某地駕評，當?shù)丨h(huán)境溫度較高，在此環(huán)境溫度下駐車狀態(tài)開啟空調(diào)AC ON和關(guān)閉空調(diào)AC OFF兩個瞬態(tài)工況發(fā)動機運行不穩(wěn)定，影響性能驗收指標。下面以該款乘用車在某企業(yè)省重點整車高低溫環(huán)境實驗室中駐車狀態(tài)下的發(fā)動機管理系統(tǒng)與空調(diào)匹配標定調(diào)試為說明，通過此次標定有效改善了該款乘用車在高溫環(huán)境下駐車狀態(tài)AC ON和AC OFF兩個瞬態(tài)工況發(fā)動機運行狀態(tài)。

3.1 實驗環(huán)境

實驗開始前確定環(huán)境溫度、濕度、輻照強度，試驗前的整車狀態(tài)確認（試驗前必須保證油水充足），試驗車輛布點、接線、溫度采集器的插線、轉(zhuǎn)轂設備調(diào)試、車輛固定，試驗艙升溫調(diào)試等，本次標定設定的模擬戶外環(huán)境為：環(huán)境溫度40℃/50℃；濕度50%；輻照強度1100w/m2。

3.2 駐車狀態(tài)下的空調(diào)標定過程

本次標定是對駐車狀態(tài)下外界環(huán)境溫度為40℃/50℃下開啟空調(diào)（AC ON）后的發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速為790rpm、900rpm、1000rpm、1250rpm、1500rpm、2000rpm、3000rpm、4000rpm這幾個工況下進行空調(diào)扭矩補償標定。

調(diào)出空調(diào)標定過程需要的參數(shù)，包括駐車空調(diào)開啟目標怠速MAP圖、駐車瞬態(tài)空調(diào)補償扭矩MAP圖、怠速扭矩自學習值、怠速扭矩控制i部分以及一些基本參數(shù)（發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速、空調(diào)系統(tǒng)請求信號和壓縮機信號等）。

標定數(shù)據(jù)分析，標定前的空調(diào)補償扭矩如下圖1所示：

在此標定補償扭矩下可以得到各個駐車空調(diào)開啟目標怠速轉(zhuǎn)速下的發(fā)動機運行狀態(tài)，圖2是40℃下駐車空調(diào)開啟目標怠速為790rpm的測量數(shù)據(jù)。

標定前，駐車狀態(tài)下空調(diào)開啟目標怠速轉(zhuǎn)速維持在790rpm左右，怠速扭矩自學習值為2.563%、怠速扭矩控制i部分值為-0.370%，兩部分之和I=2.193%，滿足怠速扭矩自學習值與怠速扭矩控制i部分之和I≤6%。在關(guān)閉空調(diào)的瞬間，發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速上沖，上沖值為40-50rpm，開啟空調(diào)又出現(xiàn)轉(zhuǎn)速下跌，有一個20-30rpm的跌坑，發(fā)動機運行不平穩(wěn)，不僅會使車身抖動，影響駕駛員與乘客的乘坐舒適性，還會增大油耗。

由怠速扭矩自學習值為2.563%和怠速扭矩控制i部分值為-0.370%可知，學習值的學習方向是往小的方向?qū)W習，可知空調(diào)補償扭矩過大，通過適當減小空調(diào)補償扭矩，駐車狀態(tài)下空調(diào)開啟目標怠速轉(zhuǎn)速依舊在790rpm左右上下波動，在關(guān)閉空調(diào)瞬間有轉(zhuǎn)速上沖，上沖值為30-40rpm，開啟空調(diào)時有轉(zhuǎn)速下跌，下跌值為15-20rpm，上沖轉(zhuǎn)速與下跌轉(zhuǎn)速較標定前均有明顯衰減，通過繼續(xù)適當減小空調(diào)補償扭矩，得到圖3數(shù)據(jù)。

繼續(xù)減小空調(diào)補償扭矩后，發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速在關(guān)閉空調(diào)和開啟空調(diào)基本上沒有出現(xiàn)轉(zhuǎn)速上沖和跌坑的現(xiàn)象，此時的怠速扭矩自學習值為0.400%、怠速扭矩控制i部分值為0.031%，兩部分之和I=0.431%，滿足怠速扭矩自學習值與怠速扭矩控制i部分之和I≤6%。說明此工況下的空調(diào)補償扭矩合適，滿足要求。

40℃/50℃下的其他工況的標定方法與上述方法一致，經(jīng)過一系列的標定后得到各個工況下合適的空調(diào)補償扭矩，如圖4所示。

3.3 滑行動態(tài)驗證

驗證數(shù)據(jù)分析：滑行動態(tài)驗證需要對以下五個工況進行驗證：

（1）在整車高低溫環(huán)境試驗室中進行空檔滑行工況驗證，調(diào)節(jié)環(huán)境試驗室的溫度為50℃，將發(fā)動機轉(zhuǎn)速提升至2000rpm左右，開關(guān)AC。

如圖5所示，發(fā)動機轉(zhuǎn)速提升至2000rpm左右，松開油門踏板，將檔位切成N檔，使汽車處于滑行狀態(tài)，開關(guān)AC，發(fā)動機轉(zhuǎn)速出現(xiàn)一個微小突起，該突起在可接受范圍內(nèi)，對發(fā)動機的影響不大，發(fā)動機運行比較平穩(wěn)，狀態(tài)良好。

（2）帶檔滑行（1/2/3檔，轉(zhuǎn)速2000rpm左右，開關(guān)AC），可點踩油門。

如圖6所示，在1/2/3檔三個檔位處于滑行工況，開關(guān)AC，從整體上看開關(guān)AC對發(fā)動機的轉(zhuǎn)速影響不大，發(fā)動機轉(zhuǎn)速曲線比較光滑，發(fā)動機的運行狀態(tài)良好，不影響駕駛性與乘坐舒適性。

（3）分別在開關(guān)空調(diào)的情況下帶檔行車踩油門至較高轉(zhuǎn)速后（2000r左右）滑行，滑行過程掛空擋。

（4）踩剎車滑行時開關(guān)AC（發(fā)動機轉(zhuǎn)速2000rpm以下）。

（5）2檔滑行工況，20km/h滑到15km/h，快速踩制動，到5km/h松剎車，立即踩油門，通過數(shù)據(jù)確認轉(zhuǎn)速波動情況。

經(jīng)過上述五個工況對空調(diào)補償扭矩的驗證，可以看出本次標定有效改善了空調(diào)開啟AC ON與空調(diào)關(guān)閉AC OFF的兩個瞬態(tài)下發(fā)動機的運行狀態(tài)。標定前發(fā)動機的運行狀態(tài)不穩(wěn)定，AC ON與AC OFF發(fā)動機會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速上沖與跌坑，駐車空調(diào)開啟怠速運行不穩(wěn)定，會使燃料燃燒不充分，影響燃油經(jīng)濟性，汽車發(fā)生明顯抖動，影響駕駛員的駕駛性與乘客的乘坐舒適性；標定后發(fā)動機的運行狀態(tài)良好，運行平穩(wěn)，發(fā)動機轉(zhuǎn)速平緩，改善汽車的燃油經(jīng)濟性，提高車輛的駕駛性與乘客的乘坐舒適性，順利通過了該款車型的公司級性能指標驗收，保證了車型的按時投產(chǎn)。

4 結(jié)論

本文基于Kvaser工具對ECU進行標定，搭建Kvaser與PC機、汽車連接架構(gòu)模型應用。本次標定的重點是優(yōu)化空調(diào)補償扭矩，標定后汽車運行狀態(tài)良好，改善車輛的駕駛性與乘客的乘坐舒適性，同時改善了開空調(diào)下汽車的燃油經(jīng)濟性。

標定過程中應特別注意怠速扭矩自學習值和怠速扭矩控制i部分，這兩部分之和必須滿足標定要求；對于其他的標定內(nèi)容，i向?qū)W習值也都必須滿足標定要求。

隨著科技的進步，對汽車的性能要求越來越高，對ECU的標定也提出了更高要求，更加精確、合理的ECU標定是未來的發(fā)展趨勢。

參考文獻：

[1]王邵龍，谷原野，劉德利，等.基于KvaserLeafLightv2的車載控制單元Bootloader測試系統(tǒng)設計[J].汽車電器，2018（05）：48-50.

[2]王文霞，王德軍，畢國棟，等.發(fā)動機控制器硬件在環(huán)仿真測試研究[J].汽車電器，2024（06）：69-71.