国Ⅳ排放标准柴油机标定需求分析及其软件设计-XXXX0706

附件2中重型柴油机国IV排放关键技术的应用研究ECU标定系统研发编制：罗素云校对：吴长水审核：龚元明上海工程技术大学2013年06月25日目录1柴油机标定技术及其发展现状.....................................................................................................11.1电控柴油机标定系统............................................................................................................11.2柴油机标定技术的发展........................................................................................................42标定系统需求分析.........................................................................................................................62.1柴油机标定常见标定内容....................................................................................................62.2柴油机标定参数确定..........................................................................................................113标定系统总体设计.......................................................................................................................163.1标定系统的基本组成..........................................................................................................163.2标定系统总体设计..............................................................................................................164CCP协议........................................................................................................................................195基于CCP协议的标定系统驱动程序开发...................................................................................225.1CAN驱动程序设计...............................................................................................................245.2CCP驱动程序设计...............................................................................................................296标定系统软件设计.......................................................................................................................366.1标定系统开发工具Labview...............................................................................................366.2软件流程设计......................................................................................................................406.3标定系统界面......................................................................................................................437总结...............................................................................................................................................52中重型柴油机国IV排放关键技术的应用研究—ECU标定系统研发11柴油机标定技术及其发展现状1.1电控柴油机标定系统1.1.1标定的概念标定是在系统的算法和外围器件确定以后，为了得到满意的整车性能，对软件数据进行优化的过程。整车性能包括：驾驶性、动力性、经济性、耐久性、环境适应性、排放。我们的标定工作就是要针对这些性能展开工作，其中排放性能是有国家标准规定并且必须通过的硬性指标。1.1.2标定的分类根据标定的对象和标定过程，可将标定分为器件标定、台架标定、高温标定、高寒标定、高原标定和排放标定等。器件标定：通过试验的手段得到外围器件的特性参数。主要是喷油器、水温传感器、进气温传感器、进气压力传感器的特性参数。台架标定：在台架试验台上对发动机的稳态工况进行数据优化。主要有进气模型标定；基本喷油标定；怠速喷油标定；全负荷喷油修正标定等。通过这些标定实现对发动机硬件系统的验证和对发动机燃油喷射的开环控制环节的确定。整车标定：在整车上针对存在的问题进行数据优化。主要包括驾驶性，适应性，排放。详细内容如下。燃油开环控制、起动过程燃油控制闭环燃油控制、空气流量控制、大气压修正空调控制、助力转向、怠速控制瞬态燃油控制、起动-运转燃油控制基础排放标定、发动机各种状态标定热带开发标定：包括内容如下。零部件温度检验、怠速功能检验热油运行性能、热态重复起动、热态冷起动寒带开发标定：冷起动、冷态驾驶、瞬态燃油控制中重型柴油机国IV排放关键技术的应用研究—ECU标定系统研发2怠速性能验证高原开发标定：冷起动、大气压计算、高海拔燃油修正怠速控制、高原驾驶性最终标定：排放优化故障诊断故障下运行标定过程如图1.1所示：图1.1柴油机电控系统标定过程1.1.3标定系统功能柴油机电控系统是一个很复杂的控制系统，它的复杂性表现在多个方面。首先，电控系统需要实现众多的控制项目，如控制起动、怠速、部分负荷、全负荷、加速、减速等运行工况；第二，电控系统的控制应能使柴油机的潜力充分发挥，使功率、油耗、排放等多方面的性能达到综合最佳的状况；第三，影响柴油机工作的因素众多，除了一些典型的柴油机参数如转速、油门位置、滑套位置、喷油正时、喷油定时，还包括一些附加的功能参数如油温、曲轴位置、增压、废气再循环等，借助电控系统，可以达到在多中重型柴油机国IV排放关键技术的应用研究—ECU标定系统研发3种工况下柴油机运行的最佳状态；第四，电控系统需有对外界环境变化的适应性，如负荷的突变、环境温度的变化、蓄电池电压的波动；第五，电控单元ECU与不同油泵及柴油机之间的配试。这些问题都需要通过电控柴油机台架试验、整车试验、三高试验、排放试验等通过标定系统的控制参数优化和标定来解决。柴油机电控系统的控制参数以各种MAP、数据表和常数储存于电控单元ECU中，获得满足整车优化性能的ECU内部参数的标定工作是相当烦琐的。因为标定工作需要反复进行柴油机台架实验和道路实验，反复修改电控单元ECU中的数据。而且，柴油机的许多指标是相互矛盾的，需要寻求一种良好的全局优化。为了进行控制参数在线优化，系统不仅应具备实时控制各部分的能力，还应该对实验结果进行最优化处理。电控柴油机标定系统的主要功能包括：（1）数据采集。标定系统接收ECU传感器采集的信息，监视ECU和柴油机的工作情况，接收柴油机测试设备测量的信息，评价柴油机的工作，作为标定的依据。（2）与电控ECU进行通信。标定系统通过协议与柴油机电控单元（ECU）之间进行通信。（3）数据实时显示。现场采集的数据，以及计算结果与标定结果都可以用数字或图表方式显示在标定系统界面。（4）控制参数调整。向ECU传递控制参数，进而使柴油机按照不同的控制运行。（5）优化标定方法。对应各种工况，环境和状态，让柴油机在最优状态下运行。（6）生成和存储MAP。根据标定结果，生成符合柴油机电控单元（ECU）数据结构的MAP，并以数据形式自动存储到标定系统的EEPROM中，同时可以以文件的形式储存于标定系统中，随时方便的查询。标定系统结构如图1.2所示。标定界面USB口参数值标定值标定平台参数值标定值通信模块硬件参数值标定值CAN/RS232口ECU模块传感器执行机构柴油机图1.2标定系统结构图中重型柴油机国IV排放关键技术的应用研究—ECU标定系统研发41.2柴油机标定技术的发展柴油机标定技术的发展是与电控技术的进步相关的。在上个世纪七十年代末期，已经开始研究柴油机性能达到综合最佳的优化策略和方法，提出一些控制算法求解约束优化问题。八十年代以后，进一步明确了柴油机电控系统控制参数标定工作的内容，提供了标定工作所需的集成开发环境。进入九十年代，随着柴油机技术的成熟，更加深入细致地研究柴油机控制参数的多维优化和自动标定技术。在1992年的国外文献中首先引入了局部优化和全局优化的概念，标定开发技术有了十分显著的进步。1.2.1局部优化和全局优化（1）局部优化局部优化只在特定的柴油机运行状态下运行，与其它运行状态无关。这是一种比较简单的情况，此时目标函数与约束的变化只与控制参量的变化有关。选择供油量作为控制参量，其他控制量如供油提前角不变。为保证柴油机的正常运转需要设置一些约束条件如烟度限制、排温限制、最大缸内压力限制等。这些约束被称为状态约束，它们只用于这一特定的运行状态，其它运行状态可以有不同的定义。（2）整体优化整体优化不是在某一运行状态下，而是在一系列柴油机运行状态下进行。最典型的是在一个排放试验循环内进行优化，通过优化达到在满足排放法规的前提下，追求特定标定性能的目标。为了进行控制参数标定，需要考察柴油机在各工况下按照不同的控制参数运行时表现出的性能。通常将柴油机电控系统控制参数的标定分为离线标定和在线标定两种形式。1.2.2离线标定和在线标定（1）离线标定在进行离线标定时，首先由标定系统根据标定工作的需要进行相关的实验，获得在各种工况下柴油机各项性能指标随特定控制参数变化的情况，亦即确定合适的MAP，并转化为相应形式的数据文件，经由通讯接口下载至ECU的存储芯片中。管理程序通过对MAP的查找和插值操作，提供当前工况下的喷射控制参数，驱动执行器。然后以实验结果为依据进行分析，按照一定的优化目标和限制条件预测计算最优的控制参数。若ECU中的MAP存储介质为FLASH，修改数据时需要编程器或擦写软件。由于编程过程中重型柴油机国IV排放关键技术的应用研究—ECU标定系统研发5中柴油机喷射控制模块无法获得实时