高壓共軌柴油機(jī)電控系統(tǒng)的標(biāo)定與測(cè)試

鄧經(jīng)緯 陳星寧 李少鶴 陳昭穩(wěn)

（1.湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南 衡陽 421001；2.亞新科南岳〈衡陽〉有限公司 湖南 衡陽 421001）

隨著電子控制技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，這給電子控制系統(tǒng)與高壓共軌柴油機(jī)的標(biāo)定/匹配技術(shù)帶來了新課題。對(duì)于基于模型開發(fā)的電控系統(tǒng)，在其數(shù)學(xué)模型和硬件模式基本確定的前提下，要讓其匹配的柴油機(jī)發(fā)揮出最優(yōu)的性能，就取決于軟件部分的最佳標(biāo)定參數(shù)了，而這個(gè)取得最佳標(biāo)定參數(shù)的過程，就是標(biāo)定/匹配。

標(biāo)定是根據(jù)整車的各種性能要求（動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性等），調(diào)整、優(yōu)化和確定電控系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)和控制參數(shù)的過程。它包括所有為此而進(jìn)行的研發(fā)、臺(tái)架和實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)、道路試驗(yàn)、驗(yàn)證等過程?；鶞?zhǔn)三位MAP圖優(yōu)化是標(biāo)定過程中的一項(xiàng)內(nèi)容，也是匹配標(biāo)定的基礎(chǔ)。而基準(zhǔn)三位圖一般采用多參量交叉組合法制取，整個(gè)MAP平面上每個(gè)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)次數(shù)多達(dá)上千次，以獲得各節(jié)點(diǎn)上對(duì)應(yīng)功率最佳、經(jīng)濟(jì)性最佳和排放量最佳的不同的控制參數(shù)，為整個(gè)標(biāo)定過程打下了重要的參考基準(zhǔn)。當(dāng)然，標(biāo)定工作量也隨之增大。為了節(jié)省人力、物力及財(cái)力，通常需采用一定的方法來進(jìn)行匹配標(biāo)定。

1 標(biāo)定/匹配的常用方法

標(biāo)定/匹配過程中，根據(jù)需要一般分為在線標(biāo)定和離線標(biāo)定修改控制參數(shù)。通常以筆記本作為上位機(jī)，通過串口連接ECU的K-線或CAN通訊，進(jìn)行在線實(shí)時(shí)調(diào)整參數(shù)，因此，整個(gè)標(biāo)定工作一般基于Vectory CCP方案。

1.1 人工標(biāo)定

目前，比較常用的發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定方法大部分采用專業(yè)的標(biāo)定軟件來輔助標(biāo)定。如Vectory公司的CANape，或者是ETAS公司的INCA（ETK）標(biāo)定工具，均能滿足用戶的標(biāo)定工作要求。

1.2 自動(dòng)標(biāo)定技術(shù)

人工標(biāo)定需求實(shí)驗(yàn)人員多，采集數(shù)據(jù)的工作量大，操作復(fù)雜，其測(cè)量誤差也大。為了克服由人工操作所引起的各種不足，滿足控制精度、節(jié)省標(biāo)定開發(fā)費(fèi)用、縮短標(biāo)定開發(fā)周期、保證標(biāo)定工作可重復(fù)的要求，自動(dòng)標(biāo)定技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)是專業(yè)人員采用軟件開發(fā)語言 （如Visual C++等）所開發(fā)的一套標(biāo)定軟件，該軟件將電控發(fā)動(dòng)機(jī)、測(cè)功器、油耗儀、排放儀和標(biāo)定系統(tǒng)等集成為一個(gè)整體，在同一工控機(jī)的控制下進(jìn)行工作，從而實(shí)現(xiàn)高壓共軌柴油機(jī)的自動(dòng)標(biāo)定。

自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)可根據(jù)所要達(dá)到的目標(biāo)，通過它的用戶界面（自動(dòng)標(biāo)定平臺(tái)）設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)的工況、約束條件、初始運(yùn)行參數(shù)和相關(guān)系數(shù)，建立目標(biāo)函數(shù)，選擇自動(dòng)標(biāo)定算法及其參數(shù)。自動(dòng)標(biāo)定算法以軟件包的形式放在系統(tǒng)里，可以通過用戶界面隨時(shí)調(diào)用算法和修改參數(shù)。

高壓共軌柴油機(jī)首先按照初始參數(shù)運(yùn)行，自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，建立模型，按選定的自動(dòng)標(biāo)定算法求出一個(gè)最優(yōu)解；然后，根據(jù)最優(yōu)解確定一組控制參數(shù)作為發(fā)動(dòng)機(jī)下一個(gè)循環(huán)的控制參數(shù)。新的循環(huán)建立新的模型，求出更精確的最優(yōu)解，并產(chǎn)生新的一組控制參數(shù)。如此反復(fù)，直到最優(yōu)解的變化小雨設(shè)定的誤差要求，就得到最終的發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)。

2 高壓共軌柴油機(jī)控制系統(tǒng)的標(biāo)定過程

標(biāo)定/匹配是高壓共軌柴油機(jī)電控系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。標(biāo)定/匹配技術(shù)也被國內(nèi)外各廠家視為企業(yè)的機(jī)密，在公開發(fā)表的文章中也鮮有此項(xiàng)技術(shù)的介紹，因此，在這種背景下，各公司大多是通過自己的不斷試驗(yàn)和研究，憑借自己的技術(shù)積累提出了各不相同的標(biāo)定/標(biāo)定方案，但萬變不離其宗，它們標(biāo)定的基本步驟仍然是一致的。對(duì)于完全自主研發(fā)的高壓共軌柴油機(jī)電控系統(tǒng)而言，標(biāo)定匹配可分為臺(tái)架實(shí)驗(yàn)和實(shí)車匹配兩步。

2.1 臺(tái)架實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證控制算法的整確性，確保算法基本準(zhǔn)確；同時(shí)為實(shí)車匹配提供初始的控制參數(shù)（圖）表，大大節(jié)省實(shí)車匹配的周期和費(fèi)用。

2.2 實(shí)車匹配/標(biāo)定

實(shí)車匹配是驗(yàn)證ECU軟硬件功能的最終手段，只有經(jīng)過實(shí)車驗(yàn)證，才能證明ECU能否實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，適應(yīng)各種復(fù)雜多變的工況。

實(shí)車匹配過程中，需要在線實(shí)時(shí)修改控制參數(shù)表，并觀察控制效果。通常以筆記本作為上位機(jī)，通過串口連接ECU的K-線或CAN通訊，進(jìn)行在線實(shí)時(shí)調(diào)整參數(shù)。應(yīng)用專業(yè)的匹配工具，可以避免每次修改控制參數(shù)后的編譯、下載、重寫過程，提高工作效率。

3 標(biāo)定/匹配實(shí)驗(yàn)臺(tái)架及工具簡介

3.1 標(biāo)定/匹配實(shí)驗(yàn)臺(tái)架簡介

對(duì)電控高壓共軌柴油機(jī)進(jìn)行標(biāo)定的實(shí)質(zhì)是通過大量的實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能優(yōu)化，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的不同工況找出其最佳的噴油量和噴油提前角等控制參數(shù)，以滿足對(duì)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能的要求。在柴油機(jī)電控系統(tǒng)的整個(gè)標(biāo)定/匹配過程中，臺(tái)架在整個(gè)過程中起著舉足輕重的作用。

傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)手段都比較落后，不便于觀察實(shí)驗(yàn)參數(shù)，也不能及時(shí)得到發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)參數(shù)，更無法實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)的實(shí)時(shí)在線修改。因此，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備不能滿足電控高壓共軌系統(tǒng)的標(biāo)定了。為了方便的進(jìn)行標(biāo)定/匹配，需設(shè)計(jì)電控系統(tǒng)標(biāo)定/匹配專用臺(tái)架。

此實(shí)驗(yàn)臺(tái)架具有以下特點(diǎn)：

1）能夠根據(jù)標(biāo)定需要，精確地設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)，且穩(wěn)定性好。

2）通過CANape軟件或測(cè)功器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度（TMOT）、進(jìn)氣溫度、噴射脈寬等；同時(shí)還可以通過油耗儀、測(cè)功器和排放測(cè)試儀方便準(zhǔn)確地獲取發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性及排放等性能指標(biāo)。

3）通過應(yīng)用標(biāo)定軟件CANape，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元參數(shù)的實(shí)時(shí)在線修改。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、電控單元（ECU）、計(jì)算機(jī)、測(cè)功器、排放測(cè)試分析儀、油耗儀及其他監(jiān)控儀器等設(shè)備組成。

3.2 標(biāo)定/匹配工具軟件介紹

CANape為開發(fā)者提供了一種可用于ECU開發(fā)、標(biāo)定、診斷和測(cè)量數(shù)據(jù)采集的綜合性工具。它主要用于電控單元（ECU）的參數(shù)優(yōu)化（標(biāo)定）。它在系統(tǒng)運(yùn)行期間同時(shí)標(biāo)定參數(shù)值和采集測(cè)量信號(hào)。CANape與ECU的物理接口可以是使用CCP（CAN標(biāo)定協(xié)議）的CAN總線，或者是使用XCP協(xié)議的FlexRay實(shí)現(xiàn)。另外，通過集成的診斷功能集（Diagnostic Feature Set），CANape提供了對(duì)診斷數(shù)據(jù)和診斷服務(wù)的符號(hào)化訪問。這樣，它就為用戶提供了完整的診斷測(cè)試儀功能。CANape使用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的特性使其成為了覆蓋ECU開發(fā)所有階段的一種開放而靈活的平臺(tái)。

CANape針對(duì)參數(shù)調(diào)整/標(biāo)定提供了下列功能：

1）用戶可在線標(biāo)定ECU內(nèi)存中的參數(shù)值，也可離線標(biāo)定CANape的“鏡像內(nèi)存”中的參數(shù)值。離線模式可以在不連接ECU的情況下進(jìn)行測(cè)量前或測(cè)量結(jié)束后的ECU參數(shù)處理工作。

2）與測(cè)量數(shù)據(jù)采集并行進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定。

3）可以在參數(shù)瀏覽器這一個(gè)窗口中標(biāo)定ECU的所有參數(shù)。

4）刷寫參數(shù)組。

5）基于測(cè)量文件中的特定時(shí)刻生成參數(shù)組。

CANape在標(biāo)定過程中的操作步驟簡介：

首先，在CANape中創(chuàng)建一個(gè)工程后，就可以添加新的設(shè)備了。那么，我們接下來就需要對(duì)新添加的設(shè)備配置驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)庫和參數(shù)路徑等。接下來就是比較關(guān)鍵的一步了，即關(guān)聯(lián)我們的MAP文件，要讓MAP文件與數(shù)據(jù)庫的名字保持一致，路經(jīng)要在當(dāng)前工作路徑。

本文主要探討了電控ECU標(biāo)定的常用方法，闡述了高壓共軌柴油機(jī)電控系統(tǒng)的標(biāo)定/匹配過程、內(nèi)容及其事項(xiàng)，對(duì)用于標(biāo)定的高壓共軌電控系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)架進(jìn)行了重點(diǎn)研究，對(duì)常用的標(biāo)定工具軟件CANape進(jìn)行了深入的研究，并結(jié)合怠速工況的標(biāo)定參數(shù)闡述了其標(biāo)定的原理和方法，完成了對(duì)高壓共軌電控系統(tǒng)的離線和在線標(biāo)定。

［1］江澤民.對(duì)中國能源問題的思考[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（03）vol.42 No.3［2］帥正梅.我國汽車在“能源危機(jī)”下的最優(yōu)選擇.經(jīng)濟(jì)觀察[J].

［3］劉巨江.基于模型的發(fā)動(dòng)機(jī) ECU 開發(fā)[J].車用發(fā)動(dòng)機(jī)，2007，11：939－941.

［4］程文志.高壓共軌柴油機(jī)怠速控制策略研究[J].車用發(fā)動(dòng)機(jī)，2009（4）vol.42 No.4.

［5］劉巨江.基于模型的高壓共軌柴油機(jī)扭矩算法研究[D].浙江大學(xué),2007.

［6］宋秦中.高壓共軌柴油機(jī)控制策略的研究[D].大連理工大學(xué)，2007.

［7］華海德.柴油機(jī)高壓共軌系統(tǒng)控制策略研究[D].上海交通大學(xué)，2008.

［8］徐家龍.柴油機(jī)電控噴油技術(shù)[M].北京人民交通出版社，2004，1：174－183.