欧3发动机的电控系统匹配技术(玉柴)-基于实验和模型的标定-4

课程编号：PX_YC_YFY_2007玉柴电控柴油机技术培训1基于模型的标定技术课程编号：PX_YC_YFY_20072机液电磁强力电磁阀系统发动机管理软件ECU硬件及驱动匹配标定工具整机性能开发柴油机电子控制领域核心关键技术及行业分工•电控发动机匹配标定技术（对整机制造商）•发动机控制软件（对整机制造商、系统供应商）•集成了机液电磁综合控制的高速强力电磁阀系统（系统供应商）系统供应商整机制造商ECU硬件设计制造商标定软件设计制造商课程编号：PX_YC_YFY_20073电控柴油机技术体系发动机匹配标定电控系统发动机管理（电子控制）电控燃油喷射系统{底层喷射控制}{电控系统硬件}整机{燃烧系统匹配}{电控系统标定}{发动机匹配标定用户程序}{发动机管理程序}课程编号：PX_YC_YFY_20074电控柴油机实验标定系统课程编号：PX_YC_YFY_20075标定内容电控柴油机匹配标定关键环节电控系统标定燃烧系统匹配课程编号：PX_YC_YFY_20076对标定内容进行分解电控系统MAP的标定法规工况的标定非法规工况的标定+参数优化问题•起动•怠速•状态修正•瞬态过程……课程编号：PX_YC_YFY_20077关于多段喷射Pilot(预)•降低躁声•PM•油耗恶化Pre-(前)•NOx•降低躁声•颗粒Post(副)•减少颗粒•油耗恶化After(后)•颗粒•后处理•油耗严重恶化Main(主)•动力性•降低躁声预混合燃烧降低噪声和PM缩短主喷的着火延迟，降低燃烧噪声和NOx活化扩散燃烧，减少PM活化后处理装置的催化剂课程编号：PX_YC_YFY_20078各个工况下柴油机的理想喷油规律课程编号：PX_YC_YFY_20079参数优化问题的数学描述是一个带约束的优化问题优化对象：发动机的控制参数，如喷油压力、喷油定时、多次喷射时的油量分配比例、EGR率等；目标：发动机性能，如燃油经济性最佳；约束：排放课程编号：PX_YC_YFY_200710基于实验的标定课程编号：PX_YC_YFY_200711基于实验的标定方法概要•针对优化参数较少的电控柴油机•以实验为基础,将建模优化的数学计算，通过实验方法实现课程编号：PX_YC_YFY_20071213工况排放中存在的实际比例与法规权重不同的现象00.020.040.060.080.10.120.140.16在13工况加权结果中的比例1234567891011121313工况号实际比例法规权重课程编号：PX_YC_YFY_200713条件将数学上的优化问题，分解到实验步骤上，在已知实验测试结果中：–在已完成的实验中包含最优解；–每个工况下都存在经济性最佳的喷油定时ib,i,minbe；（i=1，……，13）；–在每个工况点下都存在NOx排放随喷油定时减小而减小的变化规律；–HC和CO排放足够低，可以忽略不计；–排气烟度足够低（如最大转矩点排气烟度0.3FSN）课程编号：PX_YC_YFY_200714首先调节喷油定时实现无约束下的经济性最佳150170190210230250270-100102030喷射定时[CA,BTDC]be[g/kw.h]课程编号：PX_YC_YFY_200715得到基本定时MAP100015002000020040060010.610.81111.2转速[1/m]转矩[Nm]主喷提前[CA]14161820100704010160022001000油门[%]课程编号：PX_YC_YFY_200716参照法规权重进行调整（NOx）00.020.040.060.080.10.120.140.16在13工况加权结果中的比例1234567891011121313工况号实际比例法规权重减小喷油提前角进行调整课程编号：PX_YC_YFY_200717参照法规权重进行调整010002000300002040608010001020转速r/min主定时MAP油门％喷射定时°CA主控制稳态定时MAP课程编号：PX_YC_YFY_200718对标定内容进行分解电控系统MAP的标定法规工况的标定非法规工况的标定+参数优化问题（2）•起动•怠速•状态修正•瞬态过程……课程编号：PX_YC_YFY_200719基于模型的标定课程编号：PX_YC_YFY_200720参数优化问题的数学描述是一个带约束的优化问题优化对象：发动机的控制参数，如喷油压力、喷油定时、多次喷射时的油量分配比例、EGR率等；目标：发动机性能，如燃油经济性最佳；约束：排放课程编号：PX_YC_YFY_200721基于模型的电控系统标定概念实验验证实验及重复实验实验设计构建模型寻优建模方法优化算法课程编号：PX_YC_YFY_200722共轨系统标定技术现状－自动标定技术CAMEO（ComputerAidedManagementofEngineOptimization）是以Matlab为核心的一个开放系统，允许用户自己能够开拓和发展CAMEO。发动机测试和标定开发系统运行在三个PC机上。优化PC机运行三个软件，一是CAMEO，用于测试和优化定义以及结果分析，CAMEO采用微软的ACCESS数据库；二是Matlab，用于试验调度、建模、优化和MAP计算；三是ACSI，用于测试台架及应用系统通信接口处理。测试台架控制PC运行POI和PAM。前者是用户界面，包括应用系统界面MEI；后者是测试台架控制系统参数管理器。应用系统PC运行的软件用于在线标定编辑、显示及与ECU传输数据。由于自动标定试验台价格昂贵且使用成本较高，所以即使在国外，对欧3柴油机标定也是尽可能不用或少用该系统。但对欧4、欧5柴油机，由于电控系统复杂，变量较多，此时适时采用自动标定系统可以达到事半功倍的效果。课程编号：PX_YC_YFY_200723共轨系统标定技术现状－高级人工标定技术课程编号：PX_YC_YFY_200724基于模型标定方法－概述减少台架试验时间降低开发成本和缩短开发周期试验设计问题：1.在选定的工况点上并没有测试所有变量的组合情形；2.只选定了部分工况点，还有许多工况点没有测量。发动机建模优化半物理半经验模型：WAVE，BOOST。数学模型：神经网络模型，统计回归模型发动机试验课程编号：PX_YC_YFY_200725基于模型标定方法－发动机经济性优化问题),,,(minisCRePqnb;_;_;_maxLimSmokeSmokeLimPPLimTTexexbe—燃油消耗率(g/kW.h)；n—发动机转速(r/min)；q—循环供油量(mg/cyc)；PCR—油轨压力(hPa);—主喷喷油正时(℃A)Tex—排气温度(℃)；Pmax—缸内气体最高压力(bar)；Smoke—排气烟度(FSN)；Tex_Lim—排气温度限值(℃)；P_Lim—最高爆发压力限值(bar)；Smoke_Lim—排气烟度的限值(FSN)。问题定义：约束条件：is其中：主喷正时MAP：油轨压力MAP：课程编号：PX_YC_YFY_200726随着现代发动机可控参数数目的增加，台架试验时间呈指数增长，而试验台架时间非常昂贵，因此大幅度减少试验时间变得越来越重要。采用试验设计方法采集最有用的数据，则可以节约大量的时间和金钱。试验设计－意义课程编号：PX_YC_YFY_200727试验设计－方法概述试验设计方法包括：古典设计、空间填充设计和优化设计。优化设计适应于模型类型和约束条件确定的情形且只适用于线性模型。这一点在工程中难以做到，所以这里不作详细叙述。课程编号：PX_YC_YFY_200728试验设计－古典设计：全因子试验设计全因子试验设计产生工况点的n维网格。如图所示。在该图中，试验设计因子分别为发动机转速、循环供油量和油轨压力，每个因子水平数均为3。为便于对比，后述古典试验设计方法均采用同样的因子和水平数。27个工况点课程编号：PX_YC_YFY_200729试验设计－古典设计：中心复合法试验设计中心复合法产生的设计包括一个中心点、每一设计空间角上的点和每一设计空间面上的中心点。设计空间包括立方体、球体、旋转体以及用户自定义空间。15个工况点课程编号：PX_YC_YFY_200730试验设计－古典设计：Box－Behnken法试验设计Box-Behnken法类似中心复合法，但每一因子只需三个水平，且设计空间总是球面空间。13个工况点课程编号：PX_YC_YFY_200731试验设计－古典设计：Plackett－Burman法试验设计PlackettBurman法是二水平设计，可以用最少的试验来测试因子对模型的影响。试验点构造自阿达玛（Hadamard）矩阵，且属于二水平正交矩阵[L4(23)]。4个工况点课程编号：PX_YC_YFY_200732试验设计－古典设计：正则单行体法试验设计正则单形体法的试验点取自k（k＝因子数目）维正则单形体的顶点。对于两因子（二维空间），单形体为三角形，三因子（三维空间）是四面体，四因子及四因子以上是多维单形体。5个工况点课程编号：PX_YC_YFY_200733试验设计－古典设计总结不同古典试验设计方法得到的试验点数对比试验设计方法试验点数全因子中心复合法Box-Behnken法PlackettBurman法正则单形体法27151345除了全因子试验设计外，其他设计方法得到的试验点较少，且试验点在试验空间内分布比较规则，因此古典设计不能满足发动机的复杂建模的需要。课程编号：PX_YC_YFY_200734试验设计－空间填充设计：拉丁超立方取样假如要产生N个试验点，拉丁超立方取样方法是在每一个因子上投影N个不同水平，而试验点的产生是随机的。因此，可以在若干组随机产生的试验点集中选择一组满足要求的试验点集。课程编号：PX_YC_YFY_200735试验设计－空间填充设计：格子法格子法同样是在每个因子上投影N个不同水平，但试验点的产生不是随机的，而是通过一种算法来选择，该算法使用每个因子的质数。因此，如果给一个好的质数，则将试验点均匀地分布在试验空间内；反之，如果质数选择不好，则在设计投影面上可以明显地看到线或平面，如图所示。如果所有的试验点都簇拥在一个或两个平面上，则意味着在复杂模型中不能评估所有效果。。课程编号：PX_YC_YFY_200736试验设计－空间填充设计：分层拉丁超立方分层拉丁超立方法则是把一般的超立方分割为指定因子的N个不同水平。这对于已知某些特定因子的水平以及与其他因子相比，某些因子需要更多细节来建模的情形特别有用。该方法同样对于某些只能测试特定水平的情形也非常有用。课程编号：PX_YC_YFY_200737试验设计－空间填充设计总结空间填充设计不需要事先确定模型类型，且空间填充设计用尽可能覆盖因子空间的方式来选择试验点。因此该方法适合共轨柴油机建模需要。这里将采用拉丁超立方取样方来进行试验设计。课程编号：PX_YC_YFY_200738试验设计－工程应用试验设计变量的范围变量名称最小值最大值间隔值发动机转速(r/min)循环供油量(mg/cyc)油轨压力(bar)10002040024001201600100101002145个工况点工况由发动机转速、循环供油量、油轨压力三个参数定义，不包括提前角69个工况点空间填充法最小工况点数目取决于模型需要；最大工况点数目取决于试验资源。课程编号：PX_YC_YFY_200739发动机建模－二级模型固定转速n，循环供油量q和油轨压力Pcr调节主喷正时，得到一条随主喷正时变化的燃油消耗率曲线曲线改变转速n，循环供油量q和油轨压力Pcr三个变量中的任何一个、两个或全部改变试验过程局部模型:主喷提前角为回归系数isisiscbacbaBSFC,,2a1,a2,a3,…,anb1,b2,b3,…,bnc1,c2,c3,…,cn),,(),,,();,,(321CRCRCRPqnfcPqnfbPqnfa全局模型：二级模型课程编号：PX_YC_YFY_200740发动机建模－数学模型：多项式函数模型n阶多项式模型形式如下：nnxxx