1. 研究目的与意义（文献综述）

研究背景

随着人们对“低碳经济”问题的深入关注，节能和环保已成为热门的课题。由于船舶保有量的不断增加，船舶排放已成为环境污染的重要源头之一，越来越多的船用发动机将不得不采用或采用更多的电子控制系统。随着电子控制技术在发动机电子控制系统中的广泛应用，这给电子控制系统与高压共轨柴油机的标定/匹配技术带来了新课题。对于基于模型开发的电控系统，在其数学模型和硬件模式基本确定的前提下，要让其匹配的柴油机发挥出最优的性能，就取决于软件部分的最佳标定参数了，而这个取得最佳标定参数的过程，就是标定/匹配。

为了对发动机的控制参数和相关脉谱进行标定，需要设置不同的控制参数，再考察发动机在这些控制参数下工作时具有的性能，并进行相关的判定，按照一定的标准选择到最适合的控制参数。

2. 研究的基本内容与方案

标定技术的发展及趋势

自上世纪 70 年代以来，依托电子技术和计算机技术的高速发展，标定技术也取得了极大的提高，主要的发展趋势是：低效的传统手工标定发展到高效的自动标定，参数局部优化发展到参数全局优化，离线标定发展到在线标定，以及稳态标定发展到瞬态标定。

手工标定与自动标定

早期发动机电控单元控制参数较少，标定的工作量也较小。在这种情况下，只需要一位有经验的标定工程师就可以通过手工标定方法完成标定工作。然而，电子控制技术的发展直接导致 ECU 的控制目标不断增多，与此同时控制参数的数量也日益庞大，普通发动机 ECU 也有多达成千上万的标定参数。鉴于手工标定技术渐渐地不能达到标定要求，发动机标定技术正在向自动标定技术发展。自上世纪70年代末以来，国外工程师们就开始对基于模型的标定技术展开研究：标定工程师们一方面致力于将标定实践经验转化为数学过程，应用统计回归分析建立标定参数与发动机性能的分析模型，用于预测发动机在整个控制范围内的工作状态和性能，另一方面致力于设计复杂的标定参数优化算法对标定参数进行优化。

在线标定

所谓在线标定，即在进行标定的工作时，参数的设定和优化是在实验进行的过程中来进行的。由预先的实验，就可以获取大概的参数值，得到控制参数就可以下一步的实验，从而获得进一步的控制参数。在整个的实验工作中，标定的内容是根据发动机的需求，按照一定的优化算法来确定的。整个的标定任务在对参数的选取和优化的轮流进行的过程中就可以完成。这样进行在线标定出来的控制「参数就能够与发动机进行完美的匹配，使发动机性能更好。

稳态标定和瞬态标定

发动机的实际工作过程是动态、复杂、非线性、滞后的混合时变系统，很难用数学模型精确地计算，于是实际标定过程中往往将它简化为由纵多独立工况点组成的线性稳态模型。稳态标定方法基于合理选取的测试点进行，其中每个测试点都代表邻近区域的工况，并根据发动机在其代表的工作区域运转的时间占整个标定试验时间的比例匹配1个时间比例系数，任一工况点的控制参数数值由与之邻近的试验工况点的控制参数基于线性差值获取。控制参数的精度与测试点的数量有关，标定的精度随着测试点的数量增多而增多。在稳态标定过程中，测试点的选取直接决定了标定工作的效率和精度。

稳态是一种比较理想的状态，实际发动机运行过程中，常常运行于非稳态的瞬态工况。考虑到稳态标定只能近似表征发动机工作过程，与实际运行工况存在不可避免的偏差，导致稳态标定难以满足ECU控制参数日益严格的精确度要求，此时需要应用瞬态标定技术提高发动机的整体性能。瞬态标定既可以依托基于模型的标定技术在稳态标定的基础上搭建全局优化模型实现，也可以运用Simulink和 GT-Power 搭建的发动机瞬态模型实现。

标定流程的主要步骤

自动标定流程包含的主要步骤如下：

(1)基于目标控制参数设计合适的稳态标定试验

(2)稳态标定试验过程中正确地采集试验数据

(3)基于采集得到的测量数据评估是否达到预期标定目标

(4)基于采集得到的测量数据建立控制参数优化模型

(5)基于控制参数优化模型完成参数优化，并为下一标定循环做准备

柴油机的控制参数及其脉谱的台架的标定工作是整个发动机进行标定工作的基础。而进行柴油机标定工作的前提是有着一个功能齐全、控制方便以及工作上稳定可靠的标定系统。本文使用的发动机台架实验在线标定系统的简易示意图如下。

在本文的实验中，运用在线标定方法对相关的控制参数及其脉谱进行标定。实验标定系统是以INCA软件、ES590及ETK等为核心组成的实时在线标定系统。

ETK是一种特殊制作的ECU，又可以叫做开发ECU，专门在幵发阶段的标定匹配工作中使用。带ETK的ECU只有跟相应匹配的电控系统才可以使用。

以INCA为核心的实时在线标定系统可以在不干扰发动机正常运行的情况下对发动机的控制参数及其脉谱数据的进行实时的动态修改。在台架标定进行的过程中，发动机的相关测试设备将测量到的发动机的相关信息以数值的方式在控制台的操作的界面上呈现出来。标定工程师通过识别和更改相应的参数值，从而就对相应的独立数据或者是脉谱数据进行在线标定，最终得到相应的控制参数来使得发动机对应的执行机构进行相应的动作。

船用中速高压共轨电控发动机为研究对象，分析高压共轨电控系统中喷油正时和喷油量等变量等参数的控制方法，采用台架试验的方法，介绍柴油机标定的步骤，利用INCA软件实现对ECU变量的调试与标定，建立能够显示和操作ECU变量的工作界面，并进行试验。本文的主要研究工作如下：

(1) 分析在高压共轨电控系统中喷油正时和喷油量等变量等参数的控制方法，并在此基础上对各变量的控制参数及其脉谱的关系进行分析。

(2) 完成船用中速高压共轨电控发动机标定系统需求分析，并进行标定系统的结构设计。

(3) 介绍柴油机标定的步骤，利用INCA软件对ECU变量进行调试与标定，并通过台架试验的方法予以验证。

技术路线

(1) 掌握电控系统的组成以及其工作原理，分析ECU中如喷油量、喷油定时、轨压等变量的控制方法及脉谱图之间的联系

(2) 建立INCA软件与ECU之间的联系，并开发相应的标定界面，实现对控制变量的调试与标定

(3) 通过台架试验将最优脉谱图输入进ECU，实现发动机性能的优化

3. 研究计划与安排

设计时间：2017年2月13日至2017年6月4日 共15周

(1) 第1～3周：英译汉，阅读文献，设计调查。

(2) 第4周：完成译文、文献综述报告和开题报告，进行方案论证。

4. 参考文献（12篇以上）

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