電控發(fā)動(dòng)機(jī)基于模型標(biāo)定的關(guān)鍵技術(shù)研究

王冬 張順 劉仁龍 石月

摘要：參數(shù)標(biāo)定質(zhì)量很大程度上決定了電動(dòng)機(jī)的電控系統(tǒng)的性能，本文所介紹的基于模型的標(biāo)定是較為有效的一種標(biāo)定方法。本文詳細(xì)闡述了發(fā)動(dòng)機(jī)基于模型標(biāo)定的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)比如設(shè)計(jì)試驗(yàn)，基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的建模，參數(shù)優(yōu)化以及MAP的生成技術(shù)。本文還對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)基于模型標(biāo)定的關(guān)鍵技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

關(guān)鍵詞：電控發(fā)動(dòng)機(jī)；模型；標(biāo)定

1引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)汽車性能的要求日益增加，相應(yīng)的，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)標(biāo)定的重要性越來(lái)越凸現(xiàn)出來(lái)。然而參數(shù)標(biāo)定是一項(xiàng)十分復(fù)雜而且繁瑣的任務(wù)，1998年，發(fā)動(dòng)機(jī)電控需要標(biāo)定兩個(gè)參數(shù)，到2016年參數(shù)標(biāo)定的量已經(jīng)增加到7個(gè)以上；1980年需要標(biāo)定的MAP是8張，到2015年需要標(biāo)定的MAP的量增加了100倍以上，按照這種發(fā)展形勢(shì)，下一代發(fā)動(dòng)機(jī)需要標(biāo)定的MAP將會(huì)更多，甚至達(dá)到目前的十倍百倍。在傳統(tǒng)研發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)程中，相當(dāng)一部分的研究人員研究發(fā)動(dòng)機(jī)的一般首先是電控硬件系統(tǒng)，接下來(lái)是臺(tái)架測(cè)試，最后記性參數(shù)標(biāo)定優(yōu)化，這樣的一種研究順序存在著成本高，工作復(fù)雜的弊端。隨著標(biāo)定的數(shù)量越來(lái)越多，固有的參數(shù)標(biāo)定方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)際需要的標(biāo)定需要，應(yīng)對(duì)這樣的情況，目前較為有效的一種解決方法就是基于模型的標(biāo)定技術(shù)。

2國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況

發(fā)動(dòng)機(jī)基于模型的標(biāo)定技術(shù)是一種基于模型得到最佳控制參數(shù)的技術(shù)，這些模型往往是在發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建立起來(lái)的與輸出響應(yīng)參數(shù)有關(guān)的模型。1970年，相關(guān)研究人員開(kāi)始不再僅僅憑借自己的經(jīng)驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而開(kāi)始基于傳統(tǒng)手工標(biāo)定利用精確度更高的數(shù)學(xué)過(guò)程來(lái)分析得到相應(yīng)的回歸模型，從而更加直觀的了解到了數(shù)據(jù)變化的整體趨勢(shì)。在歐美國(guó)家，基于模型的標(biāo)定技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛。20世紀(jì)末期，MathWorks公司研發(fā)了一款基于模型標(biāo)定的工具箱，為基于模型標(biāo)定技術(shù)的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。Rask E將基于模型的標(biāo)定技術(shù)應(yīng)用到汽車的環(huán)保性以及節(jié)能性問(wèn)題的研究當(dāng)中，可對(duì)汽車的氮氧化物的排放以及燃油情況進(jìn)行評(píng)估。將基于模型的標(biāo)定技術(shù)擴(kuò)展應(yīng)用到發(fā)動(dòng)機(jī)的控制操作中。

3基于模型標(biāo)定的關(guān)鍵技術(shù)

3.1設(shè)計(jì)試驗(yàn)

發(fā)動(dòng)機(jī)性能與控制參數(shù)間的相互作用是緊密相關(guān)的，傳統(tǒng)的標(biāo)定方案是基于變量間的相互組合的試驗(yàn)方法，即將所有的變量都測(cè)試一遍，這是不可能實(shí)現(xiàn)的，再加上試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的一些不可控因素會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致結(jié)果的復(fù)雜性。

設(shè)計(jì)試驗(yàn)是標(biāo)定的第一步，其目的是盡可能地減少試驗(yàn)的次數(shù)。在發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定的過(guò)程中，試驗(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)該根據(jù)不同的實(shí)際情況來(lái)考慮。若不太了解發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)對(duì)相應(yīng)產(chǎn)生的影響比如新型發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU標(biāo)定過(guò)程或者是無(wú)參數(shù)模型中，一般采用空間填充設(shè)計(jì)；相反的，若對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的了解比較深刻，并且已經(jīng)選擇好了最佳模型，則一般采用最優(yōu)設(shè)計(jì)。當(dāng)然，針對(duì)一個(gè)試驗(yàn)我們可以將數(shù)種不同的設(shè)計(jì)方法相關(guān)結(jié)合，比如在文獻(xiàn)中，為了增強(qiáng)模型的預(yù)測(cè)功能和置信水平，采用了最優(yōu)設(shè)計(jì)與空間填充法相結(jié)合，也取得了不錯(cuò)的效果。隨著科技的發(fā)展，越來(lái)越多的研究應(yīng)用到了動(dòng)態(tài)試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)，該技術(shù)可以充分考慮振幅，頻率干擾等一些隨時(shí)間變化的因素。

3.2基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的建模過(guò)程

目前最常用的模型主要類型有兩種：（1）數(shù)據(jù)建模；（2）物理建模。數(shù)據(jù)建模有著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，方便實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，但是相應(yīng)的也存在一些弊端比如：效率低，有過(guò)匹配的可能性，需要參考工程經(jīng)驗(yàn)，而且并未考慮系統(tǒng)存在的一些潛在的物理性等。在數(shù)據(jù)建模中，精度取決于模型的階數(shù)，階數(shù)少，精度會(huì)低，從而導(dǎo)致質(zhì)量不好，但是階數(shù)并不是越多越好，階數(shù)過(guò)多會(huì)導(dǎo)致過(guò)度匹配，模型的階數(shù)選擇要根據(jù)函數(shù)以及自變量及其他因素綜合考慮，實(shí)際應(yīng)用中，最常見(jiàn)的是3階模型。與數(shù)據(jù)建模相比較，物理建模的最明顯的優(yōu)點(diǎn)是效率高，但是物理建模運(yùn)行緩慢，并且對(duì)使用的計(jì)算機(jī)有著很高的要求，并且還需要驗(yàn)證模型。也有相關(guān)研究采用將數(shù)據(jù)建模和物理建模相結(jié)合的方法，將兩者建模方式的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，取得最佳的效果。

隨著對(duì)研究的不斷深入，目前一些更加高級(jí)的模型比如：響應(yīng)模型，隨機(jī)過(guò)程模型等也逐漸收到關(guān)注和應(yīng)用。

4結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)基于模型的標(biāo)定技術(shù)才剛剛起步，主要的研究還僅僅只是集中在個(gè)別技術(shù)，尤其是在技術(shù)的應(yīng)用方面，還需要進(jìn)一步發(fā)展。