基于模型的电控发动机标定技术*
周广猛1，2 刘瑞林2 李 骏3 戈 非3 魏 冲3
【摘 要】【摘要】阐述了基于模型标定的技术国内外发展概况。论述了包括试验设计技术、模型构建技术、参数优化技术和MAP生成技术在内的基于模型标定的关键技术。指出，基于模型标定技术在国内电控发动机开发过程中的应用还不够成熟和广泛，而瞬态工况下基于模型的电控发动机标定技术、基于模型的控制技术和基于耦合模型的整车标定技术，将成为电控发动机基于模型标定技术的发展趋势。 【期刊名称】汽车技术 【年(卷),期】2011(000)001 【总页数】5
【关键词】电控发动机;标定技术;模型
1 前言
随着节能减排要求的不断严格和对汽车舒适性、驾驶性要求的不断增加，发动机电子控制技术得到越来越广泛的应用[1]。为满足排放法规要求，电控发动机标定参数由1998年的2个已增加到2007年的7～10个[2]，标定工作量由1980年的8张MAP增加到2010年的超过1千张MAP[3]。而随着新技术的应用，2010～2014年电控发动机标定工作量预计还会增加2～3幂次。如果用全因子标定方法对一个采用最新技术的发动机进行标定，可能需要99年的时间才能完成[5]，标定工作量成指数地增加[4]，使传统标定方法已无法满足标定的要求，而基于模型的标定技术成为解决该问题的一项有效手段。
2 基于模型的标定技术发展概述
基于模型的标定技术是指通过建立发动机物理模型或利用发动机试验数据建立喷油提前角、轨压等输入参数和功率、燃油消耗率等输出响应参数之间的模型，进而利用模型获得发动机的最优控制参数的一种技术[6]。早在20世纪70年代，为了提高标定品质，标定工程师采用插值建模、求导优化的方式，将基于模型的标定技术开始运用到电控发动机最优控制参数的获取中[7]。虽然模型也可能存在过匹配或者对建模数据区之外的数据预测能力不强等缺点[8]，但该技术在减少试验工作量、缩短开发周期、降低试验成本等方面所具有的优势远胜其不足。
基于模型的标定技术掌握在欧美从事该技术开发和支持的企业中，并在不断运用中得到提高。1998年，美国的MathWorks公司与福特公司合作，开发了基于模型的标定工具箱 （Model－Based Calibration Toolbox），该工具箱得到了较广泛应用[9～11]，方便了基于模型的标定技术的推广。进入本世纪，基于模型的标定技术得到了更为广泛的应用，如德国的IAV公司联合其它学院，从2001年开始每2年一次就该主题召开专题研讨会，已经连续开展了5场，吸引了越来越多的厂家、研究所和大学参加。而近年来不断严格的瞬态排放法规促进了该技术的进一步发展，并成为研究的一个重点。基于模型的标定技术一方面可以利用稳态工况的标定结果，建立不同工况下的全局优化模型，进而完成其优化工作，同时也可以直接构建发动机的瞬态模型[12，13]来完成发动机瞬态工况下的标定工作。
文献[14]将开发的发动机神经网络模型耦合到利用整车仿真软件ADVISOR建立的模型中，得到了动力传动系统模型，实现了车载EMS基于模型标定。该方法也成为研究的焦点之一。文献[15]利用GT－Power仿真软件，通过有限的发
动机测试点确定发动机模型，实现发动机标定后，对标定结果利用ADVISOR软件进行处理，来评估整车在驾驶循环中的燃油经济性和NOx排放。
从长远上看，传统的发动机控制方法已不能满足将来发动机控制的需要。基于模型的标定技术在离线发动机优化过程中已经表现了其高效性，还可以继续扩展到在线、实时发动机控制上[2，16]。该技术面临的最大的问题是模型的运算速度问题，如文献[17]利用GT－Power软件构建的发动机瞬态响应模型虽然准确，但不具有实时性，比实时的发动机处理速度要慢上千倍。而简化发动机模型，提高ECU的处理速度成为解决该问题的有效途径。在此背景下，传统基于静态脉谱的发动机控制技术可以发展为基于模型的控制技术。
基于模型的电控发动机标定技术在国外已经得到了比较广泛地应用。但在国内，电控发动机开发较晚，基于模型的标定技术起步也较晚。20世纪90年代始有基于模型的标定技术研究见诸文献 [18]，近10多年来国内部分高校开展了相关的技术研究，天津大学、清华大学、北京理工大学、同济大学等高校及一些企业开展了大量的研究工作，采用了多项式模型、遗传算法模型、神经网络模型等发动机模型[19～22]，推进了基于模型的标定技术的发展。不断严格的节能减排要求会进一步推动电控发动机标定技术的发展，但在基于模型的标定技术已经成为国际上标定技术研究的重要内容，并已经大量应用于产品开发过程的背景下，中国基于模型标定技术的应用仍然不够广泛和成熟，特别是需要进一步促进该技术在企业产品开发中的应用。而瞬态工况等基于模型的新的标定技术的应用也对中国提出了更高的挑战。
3 基于模型标定的主要技术
3.1 试验设计技术
基于模型的电控发动机标定技术
