電控柴油發(fā)動機(jī)標(biāo)定的探討與研究綜述

1、題目：柴油發(fā)動機(jī)標(biāo)定的探討與研究武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 摘要隨著對排放法規(guī)的不斷嚴(yán)格，柴油發(fā)動機(jī)引入電控系統(tǒng)之后，其工況愈加復(fù)雜，為 了使柴油發(fā)動機(jī)達(dá)到規(guī)定的要求以及更好地使電控系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)相匹配，我們必須對柴油發(fā)動機(jī)進(jìn)行優(yōu)化標(biāo)定。本文介紹了電控柴油發(fā)動機(jī)標(biāo)定技術(shù)以及標(biāo)定系統(tǒng)的發(fā)展，并以YC4112電控柴油發(fā)動機(jī)為案例，采用計(jì)算機(jī)輔助方法，對電控柴油發(fā)動機(jī)的優(yōu)化標(biāo)定進(jìn)行了探討與研究， 主要優(yōu)化標(biāo)定的有燃燒室噴油優(yōu)化標(biāo)定、排放優(yōu)化標(biāo)定、全工況特性標(biāo)定以及全負(fù)荷特 性標(biāo)定。本文著重分析了有效燃油消耗率及主要排放污染物 （NOx、煙度等）的排放量隨油束 分布特征的變化趨勢，并找出了一組滿足歐田排放

2、法規(guī)且使油耗率達(dá)最低水平的供油提 前角，為該類型柴油機(jī)的性能分析提供了參考。本文介紹了 YC4112型電控柴油機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提出了優(yōu)化標(biāo)定方法。選用合適的 標(biāo)定系統(tǒng)，運(yùn)用優(yōu)化標(biāo)定方法優(yōu)化標(biāo)定電控柴油機(jī) ，在滿足排放法規(guī)和發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo) 的前提下，實(shí)現(xiàn)圓滑豐滿的扭矩特性和最佳經(jīng)濟(jì)性。關(guān)鍵詞： 電控柴油發(fā)動機(jī)； 標(biāo)定；性能優(yōu)化-2 -武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)論文Abstractwith the strict regulations on emissions of diesel engine electronic control system was introduced, the working c

3、ondition of increasingly complex, in order to make diesel engines meet the requirements and make better matching with the engine electronic control system, we must optimize the diesel engine calibration.This paper introduces the electronic control diesel engine calibration technology and the develop

4、ment of the calibration system, and with the examples of YC4112 electronic control diesel engine using computer aided method, the optimization of electronic control diesel engine calibration are discussed in this paper and the research, main optimized calibration of combustor fuel injection optimiza

5、tion, emission optimization calibration, all condition characteristics and the characteristics of full load calibration.This paper analyzes the effective fuel consumption rate and main pollutants emissions (NOx and smoke, etc.) along with the oil change trend of beam distribution characteristics, an

6、d find out a set of meet them emission regulations and fuel consumption rate was the lowest level of fuel delivery advance Angle, provides some reference for the analysis of the type of diesel engine performance.YC4112 type electronic control diesel engine calibration system are introduced in this d

7、esign, the optimization method is proposed. Choose appropriate calibration system, using the optimization method to optimize calibration electronic control diesel engine, to meet emission regulations and engine under the premise of design index, achieve smooth full torque characteristics and the bes

8、t efficiency.Key words：Electronic controlled diesel； Calibration ； Performance optimizationI<緒論61柴油發(fā)動機(jī)標(biāo)定技術(shù)及工作內(nèi)容 81.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)81.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)建模技術(shù)81.3 參數(shù)優(yōu)化技術(shù)91.4 MAPtt化技術(shù)91.5 柴油發(fā)動機(jī)標(biāo)定的具體工作內(nèi)容 91.5.1 發(fā)動機(jī)臺架標(biāo)定試驗(yàn) 101.5.2 發(fā)動機(jī)整車標(biāo)定試驗(yàn) 102發(fā)動機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)121.1 電控發(fā)動機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)的組成 121.2 電控發(fā)動機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)的功能131.3 國內(nèi)外電控發(fā)動機(jī)標(biāo)定技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 143 電控柴油機(jī)標(biāo)定

9、試驗(yàn)準(zhǔn)備193.1 標(biāo)定系統(tǒng)選擇193.2 優(yōu)化標(biāo)定方法203.2.1 局部優(yōu)化與整體優(yōu)化 203.2.2 優(yōu)化方法選擇 223.3 標(biāo)定試驗(yàn)的分析方法 244 YC4112電控柴油發(fā)動機(jī)標(biāo)定試驗(yàn)254.1 燃燒室內(nèi)噴霧油線優(yōu)化標(biāo)定 254.1.1 理論基礎(chǔ)254.1.2 實(shí)機(jī)試驗(yàn)254.1.3 結(jié)論284.2 排放優(yōu)化標(biāo)定294.3 全工況特性優(yōu)化標(biāo)定304.3.1 供油量Map的確定304.3.2 供油提前角Map的確定314.4 全負(fù)荷特性優(yōu)化標(biāo)定325總結(jié)與展望345.1 全文工作總結(jié)345.2 工作展望34致謝35參考文獻(xiàn)36-5 -武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)論文緒論隨著柴油機(jī)排放法規(guī)的要

10、求越來越嚴(yán)格，人們對車輛駕駛性和舒適性的要求也在不 斷增加，柴油機(jī)行業(yè)面臨著一些嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。而柴油機(jī)電控技術(shù)的應(yīng)用成為了解決問題 的有效手段，然而在柴油機(jī)采用電控技術(shù)之后，在電控軟硬件不變的情況下，柴油機(jī)的 性能在很大程度上取決于它的標(biāo)定結(jié)果。為了使柴油機(jī)獲得它的最佳性能，我們必須對 柴油機(jī)性能參數(shù)進(jìn)行精確的優(yōu)化標(biāo)定。發(fā)動機(jī)乃至整個(gè)車輛的工作過程都是非常復(fù)雜的動態(tài)、非線性、具有相應(yīng)滯后的混 合時(shí)變系統(tǒng)，它們的性能都依賴于大量的機(jī)械動力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù)，很難用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué) 模型精確地表達(dá)出來。發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的控制參數(shù)對發(fā)動機(jī)的性能影響較大。為使發(fā)動 機(jī)達(dá)到最佳的綜合性能，必須對電控系統(tǒng)的控制參數(shù)進(jìn)行

11、精確的標(biāo)定，使發(fā)動機(jī)按照最 優(yōu)的控制參數(shù)運(yùn)行。標(biāo)定是指根據(jù)整車的各種性能要求，如動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放及輔 助功能等，來調(diào)整、優(yōu)化和確定整車上各電子設(shè)備控制單元（ ECU的運(yùn)行及控制參數(shù) 的控制算法。標(biāo)定系統(tǒng)則是根據(jù)匹配標(biāo)定需求實(shí)時(shí)的將電子控制單元工作狀態(tài)參數(shù)通過 通信接口傳送給操作人員作為判別電控裝置運(yùn)行性能的依據(jù)，將操作人員設(shè)置的控制參數(shù)傳送到電子控制單元中10發(fā)動機(jī)標(biāo)定技術(shù)的發(fā)展是與電控技術(shù)的進(jìn)步相關(guān)的。在上世紀(jì)七十年代末期，就已 經(jīng)開始研究發(fā)動機(jī)性能達(dá)到綜合最佳的優(yōu)化策略和方法了。八十年代以后，進(jìn)一步明確 了發(fā)動機(jī)控制參數(shù)標(biāo)定工作的內(nèi)容，提供了標(biāo)定工作所需要的集成開發(fā)環(huán)境。進(jìn)入九十 年代

12、，隨著發(fā)動機(jī)電控技術(shù)的成熟，發(fā)動機(jī)標(biāo)定技術(shù)也得以得到更加細(xì)致深入的研究。電控發(fā)動機(jī)的標(biāo)定，是指根據(jù)電控發(fā)動機(jī)的各種性能參數(shù)要求，比如動力性、經(jīng)濟(jì) 性、排放性等，來調(diào)整、優(yōu)化和確定電控系統(tǒng)軟件的運(yùn)行參數(shù)、控制參數(shù)和各種控制數(shù) 學(xué)模型的整個(gè)過程。發(fā)動機(jī)標(biāo)定過程包括了發(fā)動機(jī)臺架、整車轉(zhuǎn)鼓、“三高”（高溫、高寒、高原）試驗(yàn)和實(shí)際道路的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過程，其中有大約30%-50%勺標(biāo)定工作需要在臺架上完成,50%-70%J標(biāo)定工作需要在整車上完成。這些標(biāo)定工作對發(fā)動機(jī)的性能有十 分重要的影響。在采用電控技術(shù)之后，發(fā)動機(jī)的性能在很大程度上取決于控制參數(shù)的標(biāo)定結(jié)果。隨 著排放法和燃油消耗標(biāo)準(zhǔn)的要求不斷嚴(yán)格，以及人

13、們對車輛舒適性、駕駛平順性要求的 不斷提高，推動了發(fā)動機(jī)電子控制技術(shù)的不斷發(fā)展，從而促進(jìn)了發(fā)動機(jī)控制參數(shù)的不斷 增加，也因此，發(fā)動機(jī)標(biāo)定的工作量成指數(shù)增加，傳統(tǒng)的標(biāo)定系統(tǒng)和標(biāo)定優(yōu)化方法可能 已經(jīng)無法滿足標(biāo)定要求。為了更有效地進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，標(biāo)定系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)需要不斷的發(fā) 展。標(biāo)定是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，一方面，發(fā)動機(jī)的性能表現(xiàn)在多方面，諸如動力性、 燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能進(jìn)行控制參數(shù)的標(biāo)定必須對各種性能指標(biāo)的影響進(jìn)行綜合考慮； 另一方面，發(fā)動機(jī)的各個(gè)控制參數(shù)之間也存在著相互影響，將各個(gè)控制參數(shù)單獨(dú)地進(jìn)行-6 -武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)論文選擇并不十分科學(xué)。因此，功能完善且靈活方便的標(biāo)定系統(tǒng)是汽車電子產(chǎn)品高

14、效開發(fā)的 關(guān)鍵因素與支撐技術(shù)之一。標(biāo)定系統(tǒng)是標(biāo)定試驗(yàn)得以進(jìn)行的前提和基礎(chǔ)， 其中融合了先進(jìn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)的自動 標(biāo)定系統(tǒng)能夠顯著減少標(biāo)定的工作量，提高標(biāo)定的效率；而基于模型的標(biāo)定技術(shù)和基于 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的標(biāo)定技術(shù)的運(yùn)用為發(fā)動機(jī)標(biāo)定試驗(yàn)的發(fā)展提供了優(yōu)良的途徑。本文對先進(jìn)標(biāo)定系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)進(jìn)行了論述，上述的技術(shù)的運(yùn)用目前已成為提高標(biāo)定效率，減少標(biāo)定工 作量的有效途徑。目前，國外的標(biāo)定系統(tǒng)較國內(nèi)的先進(jìn)很多，這也是目前國產(chǎn)汽車大多采用國外發(fā)動 機(jī)品牌的原因。我國的汽車工業(yè)較國外比較落后，但是在“九五”期間，汽車電子控制 技術(shù)的國家科技攻關(guān)項(xiàng)目為發(fā)動機(jī)標(biāo)定技術(shù)打下了良好的基礎(chǔ)，近年來，一些高校和研 究所開發(fā)的標(biāo)

15、定系統(tǒng)開始嶄露頭角，推進(jìn)了我國電控發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。在 92年的國 外文獻(xiàn)中首先引入了局部優(yōu)化和全局優(yōu)化的概念，標(biāo)定開發(fā)技術(shù)有了顯著的進(jìn)步2。目前，國內(nèi)對柴油機(jī)優(yōu)化標(biāo)定研究發(fā)展相對緩慢，對于優(yōu)化標(biāo)定的研究主要集中在標(biāo)定技 術(shù)中的個(gè)別技術(shù)方面。如北京理工大學(xué)開展的二元回歸建模以及控制參數(shù)的遺傳算法優(yōu) 化研究?，F(xiàn)在國內(nèi)尚未形成比較完整的柴油機(jī)優(yōu)化標(biāo)定理論體系，這極大地制約了國內(nèi) 電控柴油機(jī)的發(fā)展。因此，對于電控柴油機(jī)的優(yōu)化標(biāo)定研究顯得很迫切，這也是我寫這 篇文章的原因。發(fā)動機(jī)標(biāo)定項(xiàng)有很多，包括了穩(wěn)態(tài)測功標(biāo)定、功率標(biāo)定、冷機(jī)暖機(jī)燃油消耗標(biāo)定、 排放標(biāo)定、高原標(biāo)定、怠速標(biāo)定等等。本文對柴油機(jī)標(biāo)定的典型

16、標(biāo)定項(xiàng)進(jìn)行了探討與研 究,對全局優(yōu)化和局部優(yōu)化進(jìn)行了探討與研究，并選取 YC4112電控柴油機(jī)為案例分析。1柴油發(fā)動機(jī)標(biāo)定技術(shù)及工作內(nèi)容目前，國內(nèi)對柴油機(jī)優(yōu)化標(biāo)定研究發(fā)展相對緩慢，對于優(yōu)化標(biāo)定的研究主要集中在 標(biāo)定技術(shù)中的個(gè)別技術(shù)方面。如北京理工大學(xué)開展的二元回歸建模以及控制參數(shù)的遺傳 算法優(yōu)化研究?，F(xiàn)在國內(nèi)尚未形成比較完整的柴油機(jī)優(yōu)化標(biāo)定理論體系，這極大地制約 了國內(nèi)電控柴油機(jī)的發(fā)展。因此，對于電控柴油機(jī)的優(yōu)化標(biāo)定研究顯得很迫切。目前，按照優(yōu)化標(biāo)定過程的不同，優(yōu)化標(biāo)定技術(shù)可以分為試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)、數(shù)據(jù)建模 技術(shù)、參數(shù)優(yōu)化技術(shù)和 MAP優(yōu)化技術(shù)四個(gè)方面，在電控柴油機(jī)的標(biāo)定中均得到不同程 度的發(fā)展3

17、 o1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法于20世紀(jì)60年代由費(fèi)雪在農(nóng)業(yè)試驗(yàn)時(shí)最早提出，日本的質(zhì)量管理專 家田口玄一又將其應(yīng)用于工業(yè)化過程優(yōu)化，使得此方法得以普及和發(fā)展。傳統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè) 計(jì)技術(shù)主要應(yīng)用于對發(fā)動機(jī)穩(wěn)定工況的標(biāo)定。 現(xiàn)如今發(fā)動機(jī)穩(wěn)定工況的標(biāo)定仍然可以采 用傳統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)。這一技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于發(fā)動機(jī)標(biāo)定有十余年了，是一種可靠穩(wěn)定 的標(biāo)定方法。試驗(yàn)設(shè)計(jì)是對試驗(yàn)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以降低試驗(yàn)誤差及生產(chǎn)費(fèi)用，是減少試驗(yàn)工 作量并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析的一種方法。后來。隨著電控單元的控制參數(shù)的增加，適當(dāng)?shù)剡x擇實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是現(xiàn)代企業(yè)采取的普 遍做法。采用自編設(shè)計(jì)程序、建模算法和優(yōu)化程序等來進(jìn)行合理計(jì)算，在盡可

18、能較少試 驗(yàn)樣本的情況下，完成對柴油機(jī)標(biāo)定的優(yōu)化。試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，除了能夠大幅度地 減少樣本容量，節(jié)約經(jīng)費(fèi)和時(shí)間之外，它還能夠保證能夠達(dá)到常規(guī)標(biāo)定的理想結(jié)果。傳統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用主要是對柴油機(jī)穩(wěn)定工況的標(biāo)定，對瞬態(tài)工況標(biāo)定則較少?，F(xiàn)在，采用貝葉斯統(tǒng)計(jì)法的試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)就可以解決這個(gè)問題，貝葉斯統(tǒng)計(jì)法的主 要特點(diǎn)或者說是突出特點(diǎn)就是可以根據(jù)以往的知識，來建立清楚地模型。目前，該技術(shù) 已經(jīng)成為柴油機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)標(biāo)定技術(shù)的研究熱點(diǎn)。1.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)建模技術(shù)20世紀(jì)70年代，標(biāo)定工程師為了提高標(biāo)定結(jié)果的品質(zhì)，在早期手工標(biāo)定的基礎(chǔ)之 上，逐漸運(yùn)用數(shù)學(xué)方法取代以往的直覺和經(jīng)驗(yàn)， 通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和建

19、立數(shù)學(xué)模型， 從中觀察數(shù)據(jù)變化的趨勢。這樣一種將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合建立模型并在模型基礎(chǔ)上進(jìn)項(xiàng)參數(shù) 優(yōu)化的方法就是我們所說的基于模型的標(biāo)定。其中建模是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一般要求是模型能 夠快速準(zhǔn)確地反應(yīng)。傳統(tǒng)的建模方法是多項(xiàng)式建模方法，多項(xiàng)式建模方法在模型的復(fù)雜性和計(jì)算的效率 上面具有很好的折衷，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于柴油機(jī)標(biāo)定的擬合模型?；谀Ｐ偷臉?biāo)定和優(yōu)化可以大大減少試驗(yàn)工作的工作量，除此之外，其還可以降低 試驗(yàn)的成本，并且縮短試驗(yàn)周期。可以預(yù)見的是：隨著標(biāo)定技術(shù)的發(fā)展，基于模型的優(yōu)化標(biāo)定技術(shù)將會以其特有的優(yōu)勢得到普遍的關(guān)注,這決定了這項(xiàng)技術(shù)將會是未來電控柴 油機(jī)標(biāo)定技術(shù)的發(fā)展趨勢。1.3 參數(shù)優(yōu)化技術(shù)對柴油機(jī)電

20、控系統(tǒng)控制參數(shù)的優(yōu)化標(biāo)定有局部優(yōu)化和全局優(yōu)化兩大類，兩者互為補(bǔ)充。局部優(yōu)化是指不考慮參數(shù)之間的相互影響。獨(dú)立地對各個(gè)參數(shù)匹配優(yōu)化，此時(shí)工況 的變化只與這單個(gè)參數(shù)的變化有關(guān)，與其它參數(shù)的變化無關(guān)。目前主要的局部優(yōu)化方法 是梯度法。全局優(yōu)化是指將若干個(gè)工況點(diǎn)綜合起來對控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。典型案例是在 滿足排放法規(guī)的前提下，對一個(gè)排放法規(guī)試驗(yàn)循環(huán)內(nèi)的各個(gè)工況進(jìn)行優(yōu)化，最后得到特 定性能的最佳目標(biāo)。這不單單是一個(gè)數(shù)學(xué)過程，還包括標(biāo)量間的折中，因?yàn)椴裼蜋C(jī)的設(shè) 計(jì)方案越來越多地考慮了約束條件和要求。全局優(yōu)化的結(jié)果依賴于試驗(yàn)循環(huán)內(nèi)各個(gè)工況 的控制參數(shù)。傳統(tǒng)的全局優(yōu)化方法是枚舉法和 Lagrange法，目前全局

21、優(yōu)化方法主要的 發(fā)展趨勢是遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、魯棒優(yōu)化、隨機(jī)試驗(yàn)法等。1.4 MAP優(yōu)化技術(shù)獲得MAP（電控單元里存儲的參數(shù)數(shù)據(jù)）是優(yōu)化標(biāo)定的最終目的，電控單元中存儲 的參數(shù)數(shù)據(jù)（MAP決定著發(fā)動機(jī)的工作質(zhì)量?？刂?MAP的優(yōu)化需要對發(fā)動機(jī)進(jìn)行試驗(yàn) 研究，試驗(yàn)工作量隨著可控參數(shù)的增加按照指數(shù)增長。有效、精確地控制MAPt化已經(jīng)成為開發(fā)電控發(fā)動機(jī)性能的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的MAPK化方法有樣條插值法和線性插值法。 MAPS像的處理也僅能按一般的 三維圖像或表格方式顯示和編輯，如 NCAB定軟件的MAPS。玉柴發(fā)動機(jī)研究院以標(biāo)定工況點(diǎn)的優(yōu)化控制參數(shù)為樣本，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對MAR!行優(yōu)化計(jì)算，得到了

22、更為緊密、平滑的 MA嗷據(jù)。生成平滑的MAM能造成MAP 值和最佳值的偏移，但約束MAP勺平滑度卻有利于提高車輛的駕駛性和發(fā)動機(jī)的瞬態(tài)性 能。玉柴開發(fā)的MAP弟度優(yōu)化約束軟件,可以實(shí)現(xiàn)對 MAW滑度的折中。該軟件能夠?qū)?最大允許/理想的MAP相度做出限制，可以用在全局模型的優(yōu)化中，從而生成滿意的MAP 數(shù)據(jù)。1.5 柴油發(fā)動機(jī)標(biāo)定的具體工作內(nèi)容發(fā)動機(jī)標(biāo)定項(xiàng)目的工作內(nèi)容，包括室內(nèi)臺架試驗(yàn)和室外道路試驗(yàn)，室外道路試驗(yàn)要 求在汽車試車場進(jìn)行，另外還要進(jìn)行 高寒、高溫及高海拔”的三高”試驗(yàn)，它們分別是 冬季試驗(yàn)、夏季試驗(yàn)及高原試驗(yàn)4。1.5.1 發(fā)動機(jī)臺架標(biāo)定試驗(yàn)1.5.1.1 發(fā)動機(jī)實(shí)際充氣效率標(biāo)定

23、進(jìn)氣溫度計(jì)算及發(fā)動機(jī)不同節(jié)氣門開度狀態(tài)進(jìn)氣效率標(biāo)定。1.5.1.2 空燃比標(biāo)定1）理論空燃比開環(huán)燃油控制;2）最稀空燃比（動力加濃）之下的最佳扭矩測試。1.5.1.3 點(diǎn)火正時(shí)標(biāo)定1）達(dá)到最佳扭矩的最小點(diǎn)火角標(biāo)定；2）爆震極限域標(biāo)定；3）發(fā)動機(jī)爆震控制敏感度標(biāo)定；4）功率加大及點(diǎn)火提前角修正標(biāo)定。1.5.1.4 基本發(fā)動機(jī)熱機(jī)標(biāo)定1）排氣溫度測試與最高發(fā)動機(jī)排氣溫度控制標(biāo)定；2）燃油消耗率標(biāo)定。1.5.2 整車標(biāo)定試驗(yàn)1.5.2.1 整車廢氣排放標(biāo)定1）整車排放工況排放標(biāo)定；2）燃油閉環(huán)控制標(biāo)定；3）排放工況中碳罐吸附流量控制標(biāo)定；4）三元催化器保護(hù)標(biāo)定。1.5.2.2 熱帶環(huán)境標(biāo)定1）熱帶夏

24、季環(huán)境啟動性能；2）熱帶夏季環(huán)境駕駛性能；3）熱帶夏季環(huán)境條件下的爆震控制標(biāo)定；4）零部件溫度適應(yīng)能力；5）空調(diào)及冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)標(biāo)定。1.5.2.3 寒帶環(huán)境標(biāo)定1）寒帶嚴(yán)冬環(huán)境啟動性能；2）寒帶嚴(yán)冬環(huán)境駕駛性能；3）多次重復(fù)啟動防止淹缸考核試驗(yàn)；4）節(jié)氣閥體防止結(jié)冰考核試驗(yàn)；5）冷凍室內(nèi)的低溫起動性標(biāo)定。1.5.2.4 高原環(huán)境標(biāo)定1）高原地區(qū)啟動性；2）高原地區(qū)駕駛性；3）高原地區(qū)汽車發(fā)動機(jī)的爆震控制標(biāo)定。1.5.2.5 整車駕駛性標(biāo)定1）怠速穩(wěn)定性標(biāo)定；-11 -武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)論文2）力口、減速及穩(wěn)速的駕駛舒適性;3）爆震控制系統(tǒng)標(biāo)定。1.6 本章小結(jié)本章介紹了發(fā)動機(jī)標(biāo)定技術(shù)的定

25、義以及其具體的工作內(nèi)容。-ii -武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)論文2發(fā)動機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)發(fā)動機(jī)標(biāo)定技術(shù)的發(fā)展是與電控技術(shù)的進(jìn)步相關(guān)的。在上個(gè)世紀(jì)七十年代末期，已 經(jīng)有學(xué)者開始研究使發(fā)動機(jī)性能達(dá)到綜合最佳的優(yōu)化策略和方法，提出了一些控制算法求解約束優(yōu)化問題。八十年代以后，進(jìn)一步明確了發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定工作的內(nèi)容， 提出了標(biāo)定優(yōu)化工作需要一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境。即將進(jìn)入 21世紀(jì)時(shí)，發(fā)動機(jī)電控技術(shù)取得 了飛躍發(fā)展，國外已經(jīng)開始研究自動優(yōu)化技術(shù)。標(biāo)定工作取得質(zhì)的飛躍是在局部優(yōu)化和 全局優(yōu)化的概念被提出來之后。隨著排放法規(guī)不斷嚴(yán)格，以及對發(fā)動機(jī)動力性能、燃油 經(jīng)濟(jì)性的要求不斷提高，電控系統(tǒng)的功能不斷增強(qiáng)，控制參數(shù)不斷

26、增多，控制方法越來 越復(fù)雜，對控制精度的要求也越來越高，因此對標(biāo)定系統(tǒng)的要求也越來越高5。2.1電控發(fā)動機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)的組成發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)主要由傳感器、電控單元（ECU）和執(zhí)行器組成。發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的 開發(fā)一般可分為研制開發(fā)和應(yīng)用開發(fā)兩個(gè)階段。研制開發(fā)主要包括傳感器的研制（或選型）、電控單元的軟硬件的設(shè)計(jì)、執(zhí)行器的研制；應(yīng)用開發(fā)主要將電控系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)及 整車相匹配，并通過調(diào)試和優(yōu)化使發(fā)動機(jī)和整車性能達(dá)到最佳。應(yīng)用開發(fā)階段是整個(gè)電 控系統(tǒng)研制的最終階段，也是工作量最大、最困難的階段。這個(gè)階段的工作目標(biāo)就是保 證發(fā)動機(jī)和汽車的性能指標(biāo)滿足當(dāng)前排放法規(guī)和使用要求的情況下，獲得最佳的汽車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性

27、。運(yùn)用發(fā)動機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)對安裝了 ECU勺發(fā)動機(jī)進(jìn)行噴油特性、點(diǎn)火特 性、怠速特性及瞬態(tài)過渡工況的綜合實(shí)驗(yàn)，使 ECUt實(shí)際應(yīng)用中獲得理想效果，讓發(fā)動 機(jī)具有較大的柔性，可以對應(yīng)各種工況、環(huán)境和狀態(tài)，讓發(fā)動機(jī)在最優(yōu)狀態(tài)下運(yùn)行，獲 得最佳動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性6o電控系統(tǒng)性能的發(fā)揮主要依賴于各種脈譜圖（MAPb數(shù)據(jù)表和常數(shù)的質(zhì)量，獲得這 些ECUJ部參數(shù)的標(biāo)定上作是相當(dāng)煩瑣的。標(biāo)定工作需要反復(fù)進(jìn)行發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)和道 路試驗(yàn)，反復(fù)修改電控單元（ECU）J數(shù)據(jù)，而且，發(fā)動機(jī)的許多指標(biāo)是相互矛盾的，尋 求一種良好的全局優(yōu)化，最終確定ECU勺各種內(nèi)部參數(shù)，需要性能優(yōu)良的標(biāo)定系統(tǒng)的支 持。一般來說，要求標(biāo)定系統(tǒng)能

28、夠?qū)崿F(xiàn)對發(fā)動機(jī)運(yùn)行參數(shù)和電控單元控制參數(shù)的實(shí)時(shí)采 集和數(shù)字方式顯示，能夠?qū)刂茀?shù)進(jìn)行離線或者在線優(yōu)化，同時(shí)還可以對數(shù)據(jù)結(jié)果以 一定的格式保存等7。電控系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)， 具復(fù)雜性主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：第一, 電控系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)眾多的控制項(xiàng)目，如啟動控制、怠速、部分負(fù)荷、全負(fù)荷、加速、減 速等；第二，電控系統(tǒng)的控制應(yīng)能使發(fā)動機(jī)的潛力充分發(fā)揮，使功率、油耗、排放和汽 車的操縱性等多方面性能達(dá)到綜合最佳狀態(tài)；第三，影響發(fā)動機(jī)上作的因素眾多，除一 些典型的參數(shù)如轉(zhuǎn)速、油門開度、噴油正時(shí)、點(diǎn)火提前角、曲軸位置外，還包括一些附 加參數(shù)如油溫、廢氣再循環(huán)率等，電控系統(tǒng)需要綜合考慮這些因素才能

29、使發(fā)動機(jī)運(yùn)行在1.1 -武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)論文最佳狀態(tài)；第四，電控系統(tǒng)如何調(diào)整才能更好的適應(yīng)外界環(huán)境的變化,如大氣溫度變化、蓄電池電壓波動、海拔位置改變等。借助電控發(fā)動機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)及其臺架試驗(yàn)，可以幫助 我們找到發(fā)動機(jī)的最佳控制參數(shù)，得到發(fā)動機(jī)的控制規(guī)律。1.2 電控標(biāo)定系統(tǒng)的功能由于發(fā)動機(jī)在排放性能、動力性能和經(jīng)濟(jì)性能之間相互制約，因此，要想發(fā)動機(jī)工 作在全局最優(yōu)狀態(tài)下是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，這要求要求標(biāo)定系統(tǒng)可以對各個(gè)參數(shù)進(jìn)行 同時(shí)監(jiān)測，進(jìn)行大量的試驗(yàn)，然后利用算法，在各種相互矛盾的參數(shù)中尋找最優(yōu)的控制 參數(shù)。根據(jù)對任務(wù)評價(jià)準(zhǔn)則的不同，其結(jié)果取舍各異，一般是在一個(gè)或幾個(gè)容易測量的 參數(shù)引導(dǎo)之

30、下，進(jìn)行發(fā)動機(jī)的噴油特性及點(diǎn)火特性的匹配試驗(yàn)，提高匹配效率，節(jié)省匹 配時(shí)間8。一般發(fā)動機(jī)標(biāo)定的目標(biāo)是在發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性上進(jìn)行折衷，取 得良好的整體性能。在中小負(fù)荷下，噴油量的設(shè)定應(yīng)該首先注重其對經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)的影響， 同時(shí)注意其他目標(biāo)；而在怠速區(qū)域內(nèi)，以減小排放污染和獲得穩(wěn)定怠速為首要目標(biāo)；在 大負(fù)荷區(qū)域，動力性成為噴油量標(biāo)定的首要目標(biāo)9。隨著電子技術(shù)在汽車上的日益廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在的汽車與傳統(tǒng)的汽車相比，在控制 方法上己經(jīng)有本質(zhì)的區(qū)別，當(dāng)今的汽車已經(jīng)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的機(jī)電一體化的綜合系統(tǒng)。 就發(fā)動機(jī)來講，隨著日益嚴(yán)格的排放和燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)的施行，使發(fā)動機(jī)電子控制技術(shù) 得到更廣泛應(yīng)用的同時(shí)

31、，也給ECUT發(fā)動機(jī)的匹配帶來了一些新的課題。由于發(fā)動機(jī)在 排放性能、動力性能和經(jīng)濟(jì)性能之間相互制約，因此要想讓發(fā)動機(jī)工作在全局最優(yōu)狀態(tài) 下是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，要求標(biāo)定系統(tǒng)能夠?qū)υS多參數(shù)進(jìn)行同時(shí)監(jiān)測，進(jìn)行一系列大 量的匹配試驗(yàn)，然后規(guī)劃優(yōu)化方法，在各種矛盾的要求目標(biāo)中尋求最優(yōu)。根據(jù)對任務(wù)評 價(jià)的準(zhǔn)則不同，其結(jié)果取舍各異，一般是在一個(gè)或幾個(gè)容易測量的參數(shù)引導(dǎo)之下進(jìn)行發(fā) 動機(jī)的噴油特性及點(diǎn)火特性的匹配試驗(yàn)，提高匹配效率，節(jié)省匹配時(shí)間10 o標(biāo)定系統(tǒng)保證在臺架試驗(yàn)條件下，實(shí)現(xiàn)對開發(fā)標(biāo)定用ECUE制參數(shù)的實(shí)時(shí)在線調(diào)整， 滿足發(fā)動機(jī)與電控優(yōu)化標(biāo)定的需要,為ECUE制參數(shù)優(yōu)化MA的確定,提供標(biāo)定工作平臺

32、。 除此之外，還應(yīng)該盡可能使標(biāo)定系統(tǒng)成為一個(gè)通用型的發(fā)動機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)。具體說來，標(biāo) 定系統(tǒng)應(yīng)具有以下基本功能：1）控制電控單元（ECU）工作在標(biāo)定過程中，ECU目當(dāng)于標(biāo)定系統(tǒng)的執(zhí)行器。標(biāo)定系統(tǒng)通過通訊單元向 ECUg出各 種控制指令，由EC廉實(shí)時(shí)控制發(fā)動機(jī)運(yùn)行。2）完成數(shù)據(jù)采集標(biāo)定系統(tǒng)通過通訊單元接收來自傳感器的信息，監(jiān)視 ECU5發(fā)動機(jī)的工作狀況；并 能夠接收發(fā)動機(jī)測試設(shè)備的信息，評價(jià)發(fā)動機(jī)的工作，作為標(biāo)定的依據(jù)。3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示為了使試驗(yàn)人員及時(shí)掌握試驗(yàn)進(jìn)程，系統(tǒng)應(yīng)該提供能及時(shí)觀察和分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)的人機(jī)界面?，F(xiàn)場采集的狀態(tài)參數(shù)、控制參數(shù)、計(jì)算結(jié)果以及標(biāo)定結(jié)果都可以通過標(biāo)定界面 以數(shù)字或圖

33、表的方式顯示。4）控制參數(shù)的在線調(diào)整根據(jù)標(biāo)定的需要，標(biāo)定人員通過標(biāo)定界面在線修改電控系統(tǒng)的控制參數(shù)，修改完成 后標(biāo)定系統(tǒng)通過通訊單元向ECUg出指令，由EC廉改變噴氣脈寬和點(diǎn)火提前角等控制參 數(shù)，以適應(yīng)不同標(biāo)定目的和要求的需要。5）試驗(yàn)數(shù)據(jù)的存儲系統(tǒng)能夠?qū)l(fā)動機(jī)的所有狀態(tài)參數(shù)、控制參數(shù)以及性能參數(shù)和部分環(huán)境參數(shù)以一定 的數(shù)據(jù)格式保存下來。本文開發(fā)的標(biāo)定系統(tǒng)將這些數(shù)據(jù)保存到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中。6）試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理為了到達(dá)匹配的目的，需要對采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比較、計(jì)算等處理。7）MAFS的生成與存儲根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及優(yōu)化方法，生成實(shí)際需要的 MA圖，最后生成的MA圖將以數(shù)據(jù)形 式自動存儲到ECUMA顫

34、據(jù)存儲區(qū)中，或者以文件形式存于上位機(jī)中90止匕外，目前國內(nèi)的標(biāo)定系統(tǒng)大多數(shù)是作為電控系統(tǒng)研發(fā)的輔助工具出現(xiàn)的。由于國 外先進(jìn)的標(biāo)定系統(tǒng)非常昂貴，因此在為某特定型號發(fā)動機(jī)開發(fā)電控系統(tǒng)時(shí)，也配套開發(fā) 了用于電控系統(tǒng)后期匹配優(yōu)化工作的標(biāo)定系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的通信協(xié)議應(yīng)用層均為自定 義，當(dāng)機(jī)型更換時(shí)，標(biāo)定系統(tǒng)必須作較大的改動，使得系統(tǒng)無法通用，具有局限性。因 此，標(biāo)定系統(tǒng)還應(yīng)具有通用性的特點(diǎn)。標(biāo)定系統(tǒng)的通用性主要體現(xiàn)在系統(tǒng)的可復(fù)用性、可擴(kuò)展性和可互換性上?？蓮?fù)用性 指的是標(biāo)定系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)能夠在不同的平臺和系統(tǒng)上移植使用；可拓展性指的是標(biāo)定系統(tǒng)的控制策略、通信方式、傳感器、微控制器等方面的技術(shù)在不斷的發(fā)展

35、，可以在不 改變已有模塊的前提下，將最新的技術(shù)應(yīng)用到標(biāo)定系統(tǒng)中來；可互換性指的是標(biāo)定系統(tǒng) 各功能模塊相互之間獨(dú)立，相互之間的訪問通過標(biāo)準(zhǔn)的接口，每一個(gè)功能模塊都可以被 相同接口的模塊替換，方便對系統(tǒng)進(jìn)行更新以及升級。1.3 國內(nèi)外電控發(fā)動機(jī)標(biāo)定技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀1.3.1 國外標(biāo)定技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀近年來，電控柴油發(fā)動機(jī)的發(fā)展有點(diǎn)跟不上時(shí)代發(fā)展所提出的要求。解決這些問題 的一個(gè)有效的方法就是將電子控制技術(shù)應(yīng)用到汽車和發(fā)動機(jī)上。目前在國外，發(fā)動機(jī)電 控系統(tǒng)優(yōu)化匹配的研究正在成為熱點(diǎn)研究問題。在國外，各大汽車生產(chǎn)廠家，研究單位 都十分重視在線標(biāo)定系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)工作，用了很大的精力去完善和改進(jìn)在線標(biāo)定系統(tǒng) 的

36、功能，提高實(shí)驗(yàn)的自動化水平和實(shí)驗(yàn)精度，縮短電控系統(tǒng)開發(fā)周期，最終提高了產(chǎn)品 的競爭力。國外針對電控發(fā)動機(jī)臺架匹配標(biāo)定試驗(yàn)專門設(shè)計(jì)了試驗(yàn)臺、試驗(yàn)測試系統(tǒng)及試驗(yàn)設(shè)備，并且每種類型的發(fā)動機(jī)都配以專用的電控系統(tǒng)，為實(shí)驗(yàn)周期長的專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)做好了準(zhǔn) 備。目前，歐美國家對匹配標(biāo)定的研究已發(fā)展得比較完備，而且不斷有新的標(biāo)定軟件問 世，比如大眾公司的vsloo以及通用公司的CalTool均為目前較為先進(jìn)的標(biāo)定系統(tǒng)。國際上在電控發(fā)動機(jī)標(biāo)定技術(shù)上處于領(lǐng)先地位的是德國的SCHENCK司和奧地利的AV公司。以SCHENCK司的系統(tǒng)為代表，如圖2. 1所示，該系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上看屬于多機(jī)控 制標(biāo)定系統(tǒng)，自動化程度高，系統(tǒng)包括三個(gè)

37、層次。標(biāo)定系統(tǒng)主機(jī)通過專用接口卡與試驗(yàn) 臺自動控制計(jì)算機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)-N功機(jī)系統(tǒng)和標(biāo)定控制臺的控制，完成工況點(diǎn)設(shè) 定、控制參數(shù)設(shè)定、發(fā)動機(jī)性能參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)采集等功能世，比如大眾公司的vslooV標(biāo)定l 控制臺以及通用公司的CalTool均為目前較為先進(jìn)的標(biāo)定系統(tǒng)10 o!發(fā)動機(jī)測動機(jī)圖2.1 SCHENCKS司的發(fā)動機(jī)自動化標(biāo)定系統(tǒng)SCHENCKS的發(fā)動機(jī)基本控制參數(shù)試驗(yàn)標(biāo)定軟件包叫 VEGA它基于微軟公司的 WINDOWS操作系統(tǒng)。該軟件包除了具有進(jìn)行控制參數(shù)標(biāo)定所必需的控制、測量、優(yōu)化 等功能，還具有對測試循環(huán)進(jìn)行分析的功能，可以計(jì)算代表工況點(diǎn)。其基本原理是基于 擴(kuò)展目標(biāo)函數(shù)法，完

38、成一個(gè)帶有噴油定時(shí)自動控制裝置的直列泵的優(yōu)化匹配，只需進(jìn)行 7輪迭代試驗(yàn)，與單參數(shù)試驗(yàn)和手工優(yōu)化方法相比，大大地節(jié)約了時(shí)間，提高了精密度。AV公司的自動化標(biāo)定系統(tǒng)CAMEO圖2. 2所示，其在結(jié)構(gòu)和功能上有與VEGA（統(tǒng)相 似之處，但CAMEO統(tǒng)集成的數(shù)據(jù)庫，并不作為標(biāo)定對象模型，而是單純的數(shù)據(jù)存儲功 能。CAMEO特點(diǎn)是它能與MATLAB件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)建模、優(yōu)化算法 及MA生成等功能。-37 -后匕機(jī)試驗(yàn)臺控制計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)計(jì)舞機(jī)圖2.2 CAMEO自動優(yōu)化標(biāo)定系統(tǒng)我們可以看出來，把兩種優(yōu)化方法結(jié)合結(jié)合起來是SCHENCK司和AV公司的自動化 標(biāo)定系統(tǒng)的特點(diǎn)。另外采用不同的方

39、法求解全局優(yōu)化問題對整個(gè)優(yōu)化試驗(yàn)過程和優(yōu)化試 驗(yàn)結(jié)果有直接影響。從很多文獻(xiàn)中看，國外普遍采用 Lagrange乘子法和遺傳算法進(jìn)行求 解 11。1.3.2 國內(nèi)標(biāo)定技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)目前的標(biāo)定技術(shù)基本是借鑒國外的經(jīng)驗(yàn)并根據(jù)自身的實(shí)際情況進(jìn)行探索性試 驗(yàn)。我國在標(biāo)定方面和發(fā)達(dá)國家的差距較大，尤其是在自動標(biāo)定和優(yōu)化控制軟件方面， 要發(fā)展民族汽車工業(yè)，就必須建立自己的標(biāo)定系統(tǒng)。國內(nèi)標(biāo)定系統(tǒng)研究雖然己經(jīng)取得些 進(jìn)展，但大多采用人工在線標(biāo)定方法，存在標(biāo)定成本較高且標(biāo)定質(zhì)量難以保證的不足， 不能滿足工程實(shí)踐的要求；購置國外自動標(biāo)定系統(tǒng)價(jià)格又過于昂貴。我國汽車工業(yè)比較落后，但在，“八五”期間和“九五”期間，汽

40、車電子控制技術(shù) 國家科技攻關(guān)項(xiàng)目為發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)標(biāo)定技術(shù)打下了良好的基礎(chǔ)。電控發(fā)動機(jī)真正走向產(chǎn)業(yè)化的任務(wù)己刻不容緩，發(fā)動機(jī)電控標(biāo)定技術(shù)在這個(gè)過程中起著關(guān)鍵性作用。 近年來， 清華大學(xué)與北京吉普車有限公司合作進(jìn)行了切諾基吉普車配裝電控系統(tǒng)的標(biāo)定試驗(yàn)；上海交通大學(xué)利用引進(jìn)的vsloo優(yōu)化標(biāo)定軟件進(jìn)行了電控汽油機(jī)的標(biāo)定試驗(yàn)；北京理工大 學(xué)開發(fā)了在線標(biāo)定匹配系統(tǒng)與采用Intell96單片機(jī)的JSl25汽油機(jī)電控單元在實(shí)驗(yàn)臺上 進(jìn)行了標(biāo)定實(shí)驗(yàn)：吉林大學(xué)與長春汽車研究所研制了基于計(jì)算機(jī)控制的柴油機(jī)電控標(biāo)定 系統(tǒng),圖2. 3所示為開發(fā)的6110電控柴油機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)。監(jiān)控PCU!過鍵盤和鼠標(biāo)接受命 令，EC敬照

41、接受到的PCL命令控制執(zhí)行器動作，采集發(fā)送數(shù)據(jù)。ECU巴傳感器采集的信 號作為發(fā)動機(jī)運(yùn)行參數(shù)傳給PCL,通過顯示器監(jiān)視發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。專用 CP地用 M68HC05片機(jī)。串行通信接口電路完成PCIRS 232串行通信接口和單片機(jī)串行通信接 口 SCI間的電平轉(zhuǎn)換。該系統(tǒng)針對 MD TICSM和6110柴油機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化匹配，尋找不同 工況下滿足要求的供油量和供油提前角，以改善柴油機(jī)的性能。標(biāo)定系統(tǒng)的應(yīng)用試驗(yàn)， 獲得了圓滑豐滿的扭矩特性和最佳經(jīng)濟(jì)性，提高了發(fā)動機(jī)控制的靈活性。這些都推進(jìn)了 我國電控發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程12 0圖2.3柴油機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)國內(nèi)發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的研究起步比較晚，但到目前為止，已經(jīng)

42、取得了較大進(jìn)展，已研制成功了適用于各種發(fā)動機(jī)機(jī)型的不同控制模式的電控系統(tǒng)，但距離實(shí)用仍有相當(dāng)大的差距。除了可靠性、工藝性等原因外，關(guān)鍵是電控系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)優(yōu)化匹配的工作沒有 開展起來，而不經(jīng)過優(yōu)化匹配，就無法獲得良好的性能，也就無法體現(xiàn)出電子控制相對 于機(jī)械控制的優(yōu)勢，實(shí)用推廣也就無從談起。解決優(yōu)化匹配問題，切實(shí)提高電控發(fā)動機(jī) 的各項(xiàng)性能是國內(nèi)發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)應(yīng)用的關(guān)鍵。發(fā)動機(jī)匹配(Matching)是指為某型發(fā)動機(jī)配用電控系統(tǒng)，使之實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)及整車的各種性能要求， 而對整車、發(fā)動機(jī)、電控系統(tǒng)進(jìn)行選型、配套設(shè)計(jì)、部件適配、標(biāo)定以及為此進(jìn)行的各 種試驗(yàn)與開發(fā)的整個(gè)過程。其中難度最高、

43、工作量最大的就是標(biāo)定工作，而且最終整車 的各項(xiàng)性能的優(yōu)劣在很大程度上取決于標(biāo)定工作的水平。我國的汽車產(chǎn)業(yè)正在迅猛發(fā)展，電控發(fā)動機(jī)已經(jīng)從引進(jìn)國外的產(chǎn)品逐漸轉(zhuǎn)為自主研 發(fā)，電控發(fā)動機(jī)標(biāo)定技術(shù)在這個(gè)過程中起著關(guān)鍵性作用。近年來，國內(nèi)企業(yè)和大專院校、科研院所在發(fā)動機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)的研究方面已經(jīng)做了許多有意義的探索，并取得了一些階段性的成果。雖然國內(nèi)對電控發(fā)動機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)的研究取得了以上成果，但是這與國際先進(jìn)水平相比，還存在以下問題：1)參數(shù)標(biāo)定處于手工與自動化之間的狀態(tài)目前，國內(nèi)標(biāo)定系統(tǒng)中ECU測功機(jī)、油耗儀、廢氣分析儀之間是相互獨(dú)立的，不 能共享數(shù)據(jù)。在進(jìn)行電控系統(tǒng)控制參數(shù)臺架標(biāo)定時(shí)，發(fā)動機(jī)工況的設(shè)置和發(fā)動

44、機(jī)性能變 化的監(jiān)控都需要由人工干預(yù)完成。2)未采用全局優(yōu)化思想全局優(yōu)化根據(jù)一定的汽車測試規(guī)范確定發(fā)動機(jī)若干代表工況，對他們的控制參數(shù)進(jìn)行綜合優(yōu)化，能實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)各性能指標(biāo)之間良好的折中，滿足汽車整體性能的要求。傳 統(tǒng)的標(biāo)定方法經(jīng)常是根據(jù)進(jìn)口樣本獲得發(fā)動機(jī)某些控制參數(shù)與MA敬據(jù)，無法獲得發(fā)動 機(jī)和汽車的整體最優(yōu)性能。3）未實(shí)現(xiàn)真正意義上的在線標(biāo)定一般標(biāo)定分離線標(biāo)定和在線標(biāo)定。在線標(biāo)定指在發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程中對控制參數(shù)、 MAP 數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，這是發(fā)動機(jī)標(biāo)定實(shí)時(shí)優(yōu)化的必要前提，對標(biāo)定主機(jī)通訊方式與通訊速率 提出了很高的要求，要實(shí)現(xiàn)真正的在線標(biāo)定還有待提高這方面的水平。4）未實(shí)現(xiàn)商品化國內(nèi)的標(biāo)定系統(tǒng)主要是

45、由高校，汽車研究機(jī)構(gòu)，并未實(shí)現(xiàn)真正意義上的汽車廠商通 過這些機(jī)構(gòu)的研制進(jìn)行整車試裝。汽車廠商只為有限的機(jī)型自己研制，這就決定了其不 成熟、不完善，缺乏不斷推出新版本的限制13。2.5 本章小結(jié)本章介紹了發(fā)動機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)的組成以及功能， 分析了發(fā)動機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)應(yīng)該具有的特 點(diǎn)，闡述了目前國內(nèi)外發(fā)動機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，分析了國內(nèi)發(fā)動機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)發(fā)展的 不足之處。型號型式缸徑*行程mm氣缸排量L標(biāo)定功率kW標(biāo)定轉(zhuǎn)速 r/min標(biāo)定點(diǎn)油耗率g/kW.h最大扭矩N.m最大扭矩轉(zhuǎn)速r/min900轉(zhuǎn)扭矩 N.m加速煙度Bosch怠速穩(wěn)定轉(zhuǎn)速（r/min ）3電控柴油發(fā)動機(jī)標(biāo)定試驗(yàn)準(zhǔn)備我們以以YC4112LQI

46、氣門柴油機(jī)為標(biāo)定對象。這是一款玉柴集團(tuán)生產(chǎn)的典型的電控 柴油發(fā)動機(jī)。為適應(yīng)國內(nèi)更嚴(yán)格的排放法規(guī)，根據(jù)研發(fā)歐3產(chǎn)品的發(fā)展方向，廣西玉柴機(jī)器股份有 限公司技術(shù)中心試驗(yàn)室在試驗(yàn)中采用了成飛單體泵及控制系統(tǒng) ,將原有的YC4112ZQ四 氣門渦輪增壓中冷柴油機(jī)改造為電控單體泵柴油機(jī) ，旨在將原機(jī)的歐2排放水平提高到 歐3排放水平,如表3.1為YC4112LQ：動機(jī)的各性能參數(shù)。表3.1 YC4112LQ發(fā)動機(jī)參數(shù)YC4112LQ直列、水冷、四沖程、直噴增壓112*1325.2021552200235820<=1500>=780<=2.0650-700目前我國在電控柴油機(jī)的試驗(yàn)研究方面

47、僅僅是出于起步階段。本試驗(yàn)主要研究柴油機(jī)燃油標(biāo)定、功率的標(biāo)定和高原標(biāo)定，供油提前角的變化對電控柴油機(jī)的性能和排放影 響，同時(shí)對進(jìn)排氣系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)的匹配進(jìn)行優(yōu)化，最終使得電控柴油機(jī)在性能、排放 方面達(dá)到較好的匹配效果。3.1 標(biāo)定系統(tǒng)選擇我們采用如圖3.2所示的系統(tǒng)來進(jìn)行標(biāo)定：ECU空制執(zhí)行器動作并且采集發(fā)送數(shù)據(jù)， 命令是由PCM接受并彳輸?shù)?，ECUt理完數(shù)據(jù)之后再將數(shù)據(jù)傳回給PO,PC機(jī)在顯示屏上 顯示ECU1行狀況。發(fā)動機(jī)測試設(shè)備測試各項(xiàng)性能指標(biāo)，測量值通過鍵盤輸入PO,由PC 機(jī)記錄并存儲。發(fā)動機(jī)測試設(shè)備數(shù)據(jù)便攜式PC機(jī)數(shù)據(jù)與命令K“數(shù)據(jù)行訊口串通接數(shù)據(jù)與命令電控柴油機(jī)執(zhí)行器 專用 |

48、lz CPU z _四傳感器圖3.2 標(biāo)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專用CPUS用M68HC805EB6片機(jī)。串行通訊接口電路完成 PCIRS-23珅行通訊接口 和單片機(jī)串行通訊接口 SCI間的電平轉(zhuǎn)換。監(jiān)控PCL軟件的質(zhì)量決定標(biāo)定系統(tǒng)的 能,Windows環(huán)境下開發(fā)的PCL軟彳包,以Visual Basic作為編程語言,集成了 Access、 Excel、Matlab等應(yīng)用軟件，大大提高了標(biāo)定工作的靈活性。這個(gè)電控柴油機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能有：控制ECIX作、完成數(shù)據(jù)采集、處理并且存儲試驗(yàn)數(shù)據(jù)、生成MA肝且優(yōu)化14。3.2 優(yōu)化標(biāo)定方法3.2.1 局部優(yōu)化與整體優(yōu)化柴油機(jī)燃燒室噴油霧線標(biāo)定要解決的問題是：在

49、一定的條件下，以使電控柴油機(jī)達(dá)到最佳性能為目標(biāo)的各種優(yōu)化問題1503.2.1.1 局部優(yōu)化局部優(yōu)化只在特定的發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行，與其它運(yùn)行狀態(tài)無關(guān)。這是一種比較 簡單的情況，此時(shí)目標(biāo)函數(shù)與約束的變化只與控制參量的變化有關(guān)。選擇供油量作為控 制參量，其它控制量如供油提前角不變。為保證發(fā)動機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要設(shè)置一些約束條 件如煙度限制、排溫限制、最大缸內(nèi)壓力限制等。這些約束被稱為狀態(tài)約束，它們只作用于這一特定的運(yùn)行狀態(tài)，其它運(yùn)行狀態(tài)可以有不同的定義。3.2.1.2 整體優(yōu)化整體優(yōu)化不是在某一運(yùn)行狀態(tài)下，而是在一系列發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行。最典型的 是在一個(gè)排放實(shí)驗(yàn)循環(huán)內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化，通過優(yōu)化達(dá)到在滿足排

50、放法規(guī)的前提下，追求特定性能的目標(biāo)。在YC4112m空柴油機(jī)的標(biāo)定優(yōu)化過程中，發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)由ECS歐洲穩(wěn)態(tài)循環(huán)）實(shí) 驗(yàn)決定（如圖3.3）,選擇供油提前角作為控制參量。整體優(yōu)化的結(jié)果依賴于實(shí)驗(yàn)循環(huán) 內(nèi)不同工況下控制參量的變化。由于在YC411或控柴油機(jī)應(yīng)用開發(fā)的前期工作-燃燒開 發(fā)過程中，在采用具有較高噴射壓力的電控噴油系統(tǒng)的同時(shí)，己經(jīng)對諸如進(jìn)氣渦流、燃燒 室、油嘴、高壓油管、凸輪軸、增壓器等部件進(jìn)行了匹配，從實(shí)機(jī)試驗(yàn)中得知其微粒排 放比較容易達(dá)到歐3的排放標(biāo)準(zhǔn)因此在這里主要是以氮氧化合物的排放約束作為整體約束。圖3.3 ESC13工況穩(wěn)定循環(huán)試驗(yàn)規(guī)范則 UfiD 14?01 由19，22U

51、0轉(zhuǎn)速 r/min圖3.4 YC4112電控柴油機(jī)的理想外特性曲線根據(jù)13工況穩(wěn)態(tài)循環(huán)試驗(yàn)規(guī)范YC411或控柴油機(jī)的理想外特性曲線（圖 3.4）得出 歐3排放和扭矩的設(shè)定如表3.5所示：表3.5歐3排放轉(zhuǎn)速和扭矩的設(shè)定工況號轉(zhuǎn)速負(fù)荷百加權(quán)系數(shù)扭矩設(shè)定計(jì)算(Nm)階段設(shè)定計(jì)算1怠速00. 1502A12941000.088003B1638500. 14094B1638750. 160451 A1294500.054076A1294750. 056047A129425)0.052118B16381000.098009B1638250.121310C1911000.0»700Hc19812

52、50.0518912c1981750.0553013c的500* 05360以上分析可以看出，標(biāo)定工作優(yōu)化問題可由發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、控制參量、目標(biāo)和約束 4個(gè)方面定義。3.2.2 優(yōu)化方法選擇圖3.6所示的優(yōu)化試驗(yàn)過程提供了求解上述優(yōu)化問題的具體方法。在最初始的優(yōu)化試驗(yàn)循環(huán)，控制參量取少量數(shù)據(jù)點(diǎn)粗略地覆蓋整個(gè)可變范圍，通過少量試驗(yàn)產(chǎn)生控制參量的整個(gè)變化范圍內(nèi)目標(biāo)與約束的擬合曲線。例如在某一工況下，油耗和Nox排放隨供油提前角而變化，把測得的油耗和Nox排放數(shù)據(jù) 擬合成兩條二次曲線，如圖3.7,圖上標(biāo)出了無排放約束時(shí)油耗的最優(yōu)解和有排放約束時(shí) 油耗的最優(yōu)解。選擇二次曲線作為曲線擬合函數(shù)是因?yàn)閷?shí)踐證

53、明二次曲線與發(fā)動機(jī)性能 指標(biāo)的變化趨勢基本符合，而且標(biāo)定試驗(yàn)對模型的精度要求不高，二次曲線可以大大減 少運(yùn)算量。使用Matiba應(yīng)用程序庫中的函數(shù)POYFIT可以用最小二乘法獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)模 型16。優(yōu)彳匕過程開始圖3.6 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)流程提前 TDC遲后嘖油始點(diǎn)圖3.7有約束和無約束最優(yōu)解3.3 標(biāo)定試驗(yàn)的分析方法標(biāo)定試驗(yàn)工作量巨大，面對數(shù)以萬計(jì)的大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如何進(jìn)行分析，從而標(biāo)定出 正確的控制參數(shù)，分析方法是至關(guān)重要的。試驗(yàn)通常采用的基本分析方法大致有以下三 種。(1)工況分析法。工況分析指的是在實(shí)驗(yàn)過程中同時(shí)、均勻地采集記錄工況信息和ECUJ測控參數(shù)，收集完數(shù)據(jù)之后就要對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。這里特

54、別強(qiáng)調(diào)“同時(shí) ”的重要性，只有各測量數(shù) 據(jù)具有同樣的時(shí)間基準(zhǔn)，才便于對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的分析。工況分析法深入到發(fā)動機(jī) 的任一工況中去，可根據(jù)記錄的信息，分析 ECUT發(fā)出的控制參數(shù)是否符合我們要求的 目標(biāo)，以及數(shù)學(xué)模型的控制策略正確與否。這種方法花費(fèi)少，簡單易行，是標(biāo)定試驗(yàn)中 基本的分析手段。(2)空燃比分析法.空燃比的測量方法有兩種：一種是供給空燃比，由測量供油量和進(jìn)氣量計(jì)算得到； 另一種是實(shí)際燃燒空燃比，由排氣分析得到。前一種方法不能連續(xù)測量，只能測得平均 的空燃比，用于穩(wěn)態(tài)工況，顯然不能滿足電控系統(tǒng)標(biāo)定的要求。后一種方法響應(yīng)快，能 進(jìn)行連續(xù)分析，并直接反映氣缸內(nèi)的燃燒狀況，對動態(tài)過程分析

55、具有極大的優(yōu)越性。大 型的排氣分析設(shè)備能從排氣中分析空燃比，適用于發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)。小型專用的空燃比 分析儀，雖然精度差一些，但能隨車進(jìn)行測量，對整車道路試驗(yàn)非常有用。電控系統(tǒng)對 發(fā)動機(jī)噴油量的控制，實(shí)質(zhì)上就是對發(fā)動機(jī)不同工況所需的最佳空燃比的控制，因此對 供給空燃比和實(shí)際燃燒空燃比進(jìn)行對比分析更有助于獲取標(biāo)定試驗(yàn)中的最佳控制參數(shù)。(3)排氣分析法.排氣分析就是在試驗(yàn)過程中記錄排氣中各種氣體成分的全部分析數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行整理、計(jì)算和分析。排氣分析直接反映缸內(nèi)的燃燒狀況，是標(biāo)定試驗(yàn)中的重要判據(jù)。國外 發(fā)展電控技術(shù)的根本起因是為了解決排氣污染問題。國內(nèi)的排放法規(guī)也日趨嚴(yán)格，因此 排氣分析是標(biāo)定試驗(yàn)中必

56、不可少的手段。3.4 本章小結(jié)本章主要介紹了 YC411或控柴油發(fā)動機(jī)的性能參數(shù)以及我們所要采用的標(biāo)定方法，闡述了局部優(yōu)化和全局優(yōu)化的定義以及他們的區(qū)別，并且進(jìn)一步地介紹了標(biāo)定試驗(yàn)的分析方法，為下一章節(jié)優(yōu)化的敘述做好了準(zhǔn)備。4 YC4112電控柴油發(fā)動機(jī)標(biāo)定試驗(yàn)4.1 燃燒室內(nèi)噴霧油線的優(yōu)化標(biāo)定柴油機(jī)電控系統(tǒng)的開發(fā)一般可以分為研制開發(fā)和應(yīng)用開發(fā)兩個(gè)階段。研制開發(fā)工作主要包括傳感器、執(zhí)行器和電控單元硬件軟件的研制。系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)主要解決電控系 統(tǒng)與發(fā)動機(jī)的匹配問題，這時(shí)需要反復(fù)進(jìn)行發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)和道路試驗(yàn)，多次修改EC加 的數(shù)據(jù)，逐步完善的工作量十分巨大。在當(dāng)今各種具有分析、模擬、預(yù)測、評價(jià)、優(yōu)化 等功能的CAD/CAM/CAE術(shù)發(fā)展得紅紅火火的年代,在進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)試驗(yàn)的同時(shí),輔以計(jì) 算機(jī)仿真技術(shù)，則可以縮短產(chǎn)品開發(fā)的周期，降低成本。柴油