車用汽油發(fā)動機(jī)控制模塊臺架標(biāo)定開發(fā)

盧銀 蔣昌林 盧國華

摘 要：以發(fā)動機(jī)控制模塊開發(fā)（ECU）為研究對象，INCA為軟件環(huán)境，通過實(shí)驗(yàn)室臺架發(fā)動機(jī)控制模塊標(biāo)定開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動機(jī)性能基礎(chǔ)性能優(yōu)化，驗(yàn)證發(fā)動機(jī)實(shí)際性能接近或優(yōu)于初始設(shè)計(jì)目標(biāo)，為發(fā)動機(jī)控制模塊其他功能開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī)控制模塊;標(biāo)定;臺架;INCA

中圖分類號：U467.2 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）05-47-03

Abstract： The research of Engine Control Model（ECU）. By using INCA software to develop ECU on dyno calibration. Optimization engine basic parameters， verify engine actual parameters is close to or better than the engine initial design- target. It laid the foundation of ECU development.

Keywords： Engine control model; Calibration; Dyno; INCA

1 緒論

發(fā)動機(jī)控制模塊是汽車重要零部件之一，控制模塊一般由微機(jī)和外圍電路組成，微機(jī)是在一塊芯片上集成了微處理器（CPU），存儲器和輸入/輸出接口單元?？刂颇K主要部分是微機(jī)，核心件是CPU，控制模塊將輸入信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式，根據(jù)存儲參考數(shù)據(jù)進(jìn)行對比、加工、處理、計(jì)算最后輸出值，輸出信號控制調(diào)節(jié)伺服單元。因此，發(fā)動機(jī)控制模塊實(shí)際上就是一個“電子控制單元”（Electronic Control Unit），由輸入電路、微機(jī)和輸出電路等三部分組成。

發(fā)動機(jī)控制模塊（ECU）數(shù)據(jù)庫開發(fā)是一個漫長的、繁重的、謹(jǐn)密的工作過程，多個環(huán)節(jié)互相配合，耗費(fèi)開發(fā)人員大量精力。開發(fā)分為：前期發(fā)動機(jī)及整車性能目標(biāo)設(shè)定、零部件特性定義、發(fā)動機(jī)臺架標(biāo)定開發(fā)、整車標(biāo)定開發(fā)、最終完成標(biāo)定開發(fā)及客戶驗(yàn)收。

其中發(fā)動機(jī)臺架標(biāo)定開發(fā)是基于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下，對發(fā)動機(jī)各個工況進(jìn)行性能優(yōu)化標(biāo)定，使發(fā)動機(jī)輸出性能（扭矩、油耗、排溫等性能參數(shù)）接近或達(dá)到發(fā)動機(jī)初始設(shè)計(jì)值。

本文是針對某車企業(yè)汽車使用的某款N系列發(fā)動機(jī)，開展臺架發(fā)動機(jī)性能標(biāo)定工作，標(biāo)定測試環(huán)境將以ETAS-INCA為開發(fā)界面，進(jìn)行一系列的發(fā)動機(jī)臺架性能控制參數(shù)調(diào)整調(diào)試，為整車發(fā)動機(jī)控制模塊（ECU）的數(shù)據(jù)庫完整性開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

2 開發(fā)原理、測試系統(tǒng)

臺架標(biāo)定開發(fā)工作在整車發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)開發(fā)過程中是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)作用，因此發(fā)動機(jī)臺架數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性決定發(fā)動機(jī)各項(xiàng)性能達(dá)標(biāo)，如燃油經(jīng)濟(jì)性、動力性能、排放水平等。主要流程臺架基礎(chǔ)標(biāo)定---車輛標(biāo)定---故障診斷標(biāo)定---三高標(biāo)定---排放標(biāo)定---整車驗(yàn)證---投放生產(chǎn)。

為了完成發(fā)動機(jī)性能的基本數(shù)據(jù)全面檢查機(jī)調(diào)整優(yōu)化，臺架基本標(biāo)定的主要內(nèi)容有：初始全負(fù)荷標(biāo)定、基本點(diǎn)火角、基本噴油、EGR標(biāo)定、瞬時(shí)熄火時(shí)間、進(jìn)氣模型、排溫模型、全負(fù)荷標(biāo)定等：

（1）初始全負(fù)荷標(biāo)定工作，是全面檢查發(fā)動機(jī)能表征的特征，如最大扭矩，功率等，以判斷發(fā)動機(jī)是否正常以及其基本特性;

（2）基本點(diǎn)火角標(biāo)定，主要是通過在負(fù)荷范圍內(nèi)調(diào)節(jié)點(diǎn)火角度，優(yōu)化發(fā)動機(jī)輸出表現(xiàn)、發(fā)動機(jī)爆震安全邊界區(qū)域、最小燃油消耗的最佳輸出扭矩、基本獲得此發(fā)動機(jī)的較為準(zhǔn)確的事實(shí)性能;

（3）基本噴油標(biāo)定，為了優(yōu)化發(fā)動機(jī)燃燒，獲得完全燃燒和催化器轉(zhuǎn)換后良好的排放，空燃比應(yīng)該保持在14.7：1，在開環(huán)控制的條件下，λ需要在1附近波動;基本噴油標(biāo)定中，涉及2個比較主要的因素，一個是把進(jìn)氣空氣流量轉(zhuǎn)換成噴油速率的噴油器增益，一個是補(bǔ)償λ偏差的修正因子;

（4）EGR標(biāo)定，通過尾氣回收降低發(fā)動機(jī)缸內(nèi)燃燒溫度，降低NOX物排放量，因此通過調(diào)整優(yōu)化EGR的打開及關(guān)閉時(shí)間，可以有效降低發(fā)動機(jī)污染物的排放;

（5）瞬時(shí)熄火標(biāo)定，通常情況下，瞬時(shí)熄火時(shí)間增加，下一次再次點(diǎn)火時(shí)，將會減少點(diǎn)火線圈的能量損失量。由于點(diǎn)火線圈的耐久性和間隔時(shí)間的限制，不可能無限度地增加熄火時(shí)間。因此瞬時(shí)熄火標(biāo)定是在多個VB和轉(zhuǎn)速點(diǎn)中尋找到合適的熄火時(shí)間;

（6）進(jìn)氣模型標(biāo)定，使發(fā)動機(jī)在各個進(jìn)氣氣量下正常的點(diǎn)火噴油控制進(jìn)氣模型標(biāo)定，在進(jìn)氣系統(tǒng)中，發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量可以通過進(jìn)氣模型計(jì)算出來，核心的是容積效率控制策略，標(biāo)態(tài)下，發(fā)動機(jī)臺架上進(jìn)行進(jìn)氣模型標(biāo)定;

（7）排溫模型標(biāo)定，目的是對三氧催化器和排氣系統(tǒng)零部件進(jìn)行過熱保護(hù)，為此在實(shí)驗(yàn)過程中，采集到準(zhǔn)確的排氣溫度和λ變化對排氣溫度影響的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過調(diào)整點(diǎn)火噴油達(dá)到控制排放氣體溫度;

（8）全負(fù)荷標(biāo)定，通過臺架數(shù)據(jù)調(diào)整優(yōu)化，獲得發(fā)動機(jī)在全部功能要求下，能輸出的最大功率、扭矩及相應(yīng)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速值。

此次發(fā)動機(jī)臺架標(biāo)定開展工作，使用到測試系統(tǒng)組成主要有：

1）ETAS-INCA軟件環(huán)境;

2）接口硬件：ES580;

3）存儲器模擬器：ETK Emulator;

4）外部數(shù)據(jù)采集：寬域氧傳感器-LA4 A/F，NGK Lambda Meter，Eonlambda Meter;溫度數(shù)據(jù)采集模塊-Termo_Scan;模擬數(shù)據(jù)采集模塊-AD-Scan;混合數(shù)據(jù)采集模塊：Dual- Scan;壓力數(shù)據(jù)采集模塊-Baro-Scan;

5）ECU硬件，試驗(yàn)使用的ECU應(yīng)該具備兩個功能：標(biāo)定-參數(shù)修改，數(shù)據(jù)采集-測量，數(shù)據(jù)采集;

6）連接總線線束;

7）發(fā)動機(jī)臺架設(shè)備，及標(biāo)定開發(fā)的發(fā)動機(jī)總成;

8）發(fā)動機(jī)測功儀，燃燒分析儀等設(shè)備;

9）實(shí)驗(yàn)室環(huán)境基于環(huán)境壓力=1020，10mb，環(huán)境溫度為：25攝氏度;

10）某款N系列發(fā)動機(jī)為本次標(biāo)定對象，主要性能如表1：

3 標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果

通過INCA軟件環(huán)境，通信硬件及連接線等測試系統(tǒng)，在臺架上對發(fā)動機(jī)控制模塊進(jìn)行標(biāo)定開發(fā)：初始全負(fù)荷標(biāo)定、基本點(diǎn)火角、基本噴油、EGR標(biāo)定、瞬時(shí)熄火時(shí)間、進(jìn)氣模型、排溫模型、全負(fù)荷標(biāo)定等數(shù)據(jù)優(yōu)化調(diào)整工作。INCA軟件實(shí)時(shí)紀(jì)錄測試標(biāo)定數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際需要，對ECU內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，使發(fā)動機(jī)運(yùn)行在此工況下，滿足輸出的扭矩、功率、經(jīng)濟(jì)性和排放等要求。臺架標(biāo)定工作內(nèi)容的測試結(jié)果進(jìn)行調(diào)節(jié)、紀(jì)錄、采集，通過專用的數(shù)據(jù)處理軟件，對標(biāo)定采集后數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，結(jié)果表明，發(fā)動機(jī)性能參數(shù)得到調(diào)節(jié)優(yōu)化。

為了對這一款發(fā)動機(jī)進(jìn)行調(diào)較優(yōu)化，首先需要獲得當(dāng)前發(fā)動機(jī)的基本性能，才能開展發(fā)動機(jī)臺架的一些列工作。

圖1所示的發(fā)動機(jī)初始全負(fù)荷標(biāo)定扭矩功率曲線圖，為發(fā)動機(jī)準(zhǔn)備進(jìn)行臺架標(biāo)定之前，對發(fā)動機(jī)基本性能進(jìn)行初始測試的扭矩和功率結(jié)果。紅色曲線為扭矩輸出曲線圖，最大扭矩為Tmax=104.1N.m、轉(zhuǎn)速為n=4400rpm，最大功率為P=60.1Kw、轉(zhuǎn)速為n=6001rpm，從上圖曲線中，可以看到，此發(fā)動機(jī)在各個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，發(fā)動機(jī)性能表現(xiàn)并不均勻，曲線突變情況嚴(yán)重，出現(xiàn)較大扭矩的轉(zhuǎn)速范圍很窄（4000- 4600rpm），這樣的表現(xiàn)并不能符合汽車的使用情況，對汽車的駕駛性影響較大。

為此，通過一系列標(biāo)定方法，控制點(diǎn)火、噴油、進(jìn)氣，以及為了更好的環(huán)境保護(hù)，經(jīng)過長周期的調(diào)整發(fā)動機(jī)控制參數(shù)后，獲得比較好的發(fā)動機(jī)輸出性能參數(shù)。

圖2曲線，是經(jīng)過發(fā)動機(jī)臺架標(biāo)定開發(fā)后，發(fā)動機(jī)的運(yùn)行功率及扭矩曲線以及發(fā)動機(jī)的萬有特性曲線圖。在圖2中，曲線過渡平滑，大扭矩范圍變化到3000—5400rpm區(qū)間，發(fā)動機(jī)的性能得到比較大的提升優(yōu)化，最大的峰值扭矩也得到修正。發(fā)動機(jī)的全部運(yùn)行性能區(qū)域，各個區(qū)域表征較好，油耗等高線分布均勻合理。

對比標(biāo)定前后的發(fā)動機(jī)運(yùn)行參數(shù)，整理如表2所示：

在表格2中，最大扭矩值是標(biāo)定后的108.2N.m@4400 rpm，最大功率值是標(biāo)定后的61Kw@6000rpm;經(jīng)過發(fā)動機(jī)控制模塊臺架標(biāo)定開發(fā)，發(fā)動機(jī)的主要性能參數(shù)優(yōu)于發(fā)動機(jī)

初始設(shè)計(jì)目標(biāo)值。

4 結(jié)束語

發(fā)動機(jī)控制模塊（ECU）數(shù)據(jù)庫開發(fā)是一個復(fù)雜且周期長的過程，標(biāo)定開發(fā)主要目標(biāo)使發(fā)動機(jī)性能在法規(guī)、客戶期望要求下最大程度發(fā)揮出來。完善的發(fā)動機(jī)控制模塊（ECU）數(shù)據(jù)包括基本臺架標(biāo)定、整車標(biāo)定、環(huán)境道路標(biāo)定等初標(biāo)數(shù)據(jù)組成，這些數(shù)據(jù)需要進(jìn)行多次精標(biāo)修正，其中發(fā)動機(jī)臺架標(biāo)定是整個標(biāo)定過程中最基本的標(biāo)定。

通過本次臺架標(biāo)定開發(fā)，優(yōu)化發(fā)動機(jī)性能參數(shù)，滿足設(shè)計(jì)要求，曲線性能參數(shù)可以更好服務(wù)汽車運(yùn)行要求，在后續(xù)的標(biāo)定開發(fā)中，對各種性能參數(shù)進(jìn)行修正，還需要開展大量的試驗(yàn)工作，才能使使發(fā)動機(jī)控制模塊控制的數(shù)據(jù)參數(shù)更好服務(wù)于汽車運(yùn)行工況要求，使車輛性能達(dá)到客戶的品質(zhì)要求需求。

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