基于模型的电控柴油机标定技术(2)

车用发动机２００５年第６期

性、动力性以及排放性能的进一步严格要求导致了控制变量的增加和控制逻辑的进一步复杂。这就需要提出新的测试方法和分析方法，同时也意味着试验设计在发动机研究中具有更大的意义。

试验设计是柴油机标定试验的第一个环节。通过试验设计，能够用尽可能少的试验，充分获得柴油机的性能。试验设计技术已经广泛地应用于最佳参数的辨识中。将发动机工程师经验引入传统试验方法之中可以提高试验设计的水平。用于柴油机标定试验的传统方法以正交试验为代表，其缺点是没有充分考虑柴油机自身的特点及已有的知识。

柴油机的控制ＭＡＰ本质上具有试验特性，所以其制取过程对统计方法具有很强的依赖性。按照统计的角度，柴油机输出测量量可以看作是在不同的试验条件下，反复测量一系列响应的输出数据，并假设这些响应输出是感兴趣的柴油机特征输出中的随机样本。目前，柴油机标定新的发展趋势是应用统计方法来减少标定的时间（如随机概率方法），采用统计方法可以在不增加成本的前提下获得更多的试验模型信息。

采用传统的基于统计方法的试验设计，在试验次数相对于模型参数较少时，直到所有的试验都完成后才能得到拟合模型，不可能采用初始试验结果来修改试验程式，以获得更大的可信度。由于在试验过程中缺乏反馈，对整个试验项目无法进行很好的管理。有经验的工程师对发动机的响应和因素之间的关系有着相对准确的定量理解，并希望将其经验应用在发动机标定过程中。经典的基于统计的方法没有充分考虑以前的发动机知识，只将其用在设计试验变量和变量设计的水平上。

贝叶斯统计法可以解决经典统计法难以解决的问题［９］。在测量试验过程中，贝叶斯统计法更充分地考虑以前的知识并实时地反馈到模型中。同时该统计法可以用数学方程来表达整个试验过程。贝叶斯法的主要特点是可以根据以前的知识，采用可能的分布建立清楚的模型。目前，该方法正在成为柴油机试验设计新的研究热点。

２．２

自动化试验

随着电控单元的日益复杂和电子管理技术应用

的日益广泛，对标定工作效率的要求也日益提高，自动试验技术的发展为标定工作的改进提供了新的发展空间。自动化试验可以大大降低整个试验时间并可以获得大量的试验点，使工程师能够得到一个清晰的图像以理解发动机的特性［１”Ⅲ。

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方数据国外在进行柴油机电控系统优化匹配时，基本上依赖于功能强大、技术先进的试验设备，按照规定的测试循环工况进行大量的试验。自动化试验系统成为各种柴油机研制和测试生产过程中一套必不可少的设备，是柴油机标定的试验基础，其作用是自动完成台架试验，获得有效的试验数据。为了完成柴油机标定试验，自动化试验系统必须具有以下功能：

ａ）按照程序自动设定柴油机运行工况；ｂ）实时在线修改电控系统中的控制参数，使柴油机能够按照不同的控制数据运行；

ｃ）实时监测柴油机运行状况，获得柴油机的排放、燃油经济性、动力性等数据；

ｄ）根据已经获得的试验数据指导进一步试验。国外已经有能够完成自动化试验的系统［１２＿１３］，如ＡＶＬ公司的ＣＡＥＭＯ和ＳＨＥＮＣＫ公司的ＶＥ—

ＧＡ。

２．３试验数据建模

基于模型的标定中，用来预测不同标定参数下柴油机性能的模型具有十分重要的意义。建立这个模型的目的是模拟柴油机运行过程，以量的形式预测柴油机的输出，模型的好坏将决定各种控制参数下的预测性能，并最终决定控制参数优化的效果。

基于准确的物理模型进行柴油机参数的标定，可使燃油消耗和扭矩的标定得到令人满意的结果；而对气体排放优化标定时，由于从物理和化学上还没有对整个柴油机的排放机理完全理解，基于物理模型的ＭＢＣ就力不从心。

采用试验基础上建立的输入输出模型能够有效地描述出试验变量（进气压力和喷射时间等）与需要优化的响应（扭矩、燃油消耗、排放以及噪声等）之间的关系。这时的模型是在部分试验数据的基础上，通过回归方法得到的拟合模型，表示为柴油机状态量和执行器的函数，响应可以是排放、排气温度、指示压力、指示扭矩以及有效扭矩等。

传统的多项式建模方法在模型的复杂性和计算效率上具有很好的折衷，广泛用于柴油机标定的拟合模型，经验模型一般限制为二阶多项式［２

０】。

柴油机的发展导致需要标定的参数增加，精度提高，因此，使得用于建立模型的多项式系数越来越多，这必然导致采用传统的多项式建立的模型不会简洁明了，难于理解和解释；同时由于模型的复杂，不可能得到对潜在趋势进行充分的理解，也不能考虑参数之间的交互作用和参数的敏感性，其后果是对模型的进一步研究造成困难，难以达到标定模型