ems发动机管理系统中智能标定系统的研究

1、摘要：发动机管理系统（ems）已经在车川汽汕及柴汕发动机上普遍应川。传统的标定经历的 吋间较长，成本高，关键应用技术较低。这将不适应现代发动机及整车开发周期、成本等要 求。本文提出智1能标定系统的基本概念，并作简要分析，同时对判缸、确定充气效率等关键 技术进行简要论述。关键词：发动机管理系统智能标定系统判缸技术充气效率1概述发动机管理系统（ems）ll经在车用汽汕及柴汕发动机上普遍应用，电喷系统及零部件在不断 优化，在ems中，一些硬件如ecm、氧传感器、压力/温度传感器、上止点/转速传感器等 已为许多人熟知，相比z下，研究ecm如何通过传感器釆样及控制发动机运转却是一项深 入、细致的工作。e

2、cm屮的程序控制着发动机运转，这种程序是如何控制的呢？应该怎样 更合理的控制呢？显然，依据来源于各种白然环境和各种工况的发动机及整车人最的试验数 据，ecm中的程序根据这些数据控制发动机运转。确定ecm中人量数据的过程即标定。通过标定要求达到以下目标：整车在环境温度条件（-30-45 °c）的起动性能，驾驶性能良好，不出现爆燃、回火等异 常情况，低温条件下节气门体无结冰现象；整车在高海拔地区的起动性和驾驶性能良好；各 种温度保护（三元催化器保护、发动机过热等）状态良好；各种条件下加减速及换档等过渡 工况过渡平稳，不出现熄火等异常现象；动力性及经济性达到设计要求；排放达到国家规定 的限

3、值；故障码显示正常等。不同的ems系统标定方法、工作内容、经历吋间、采用的技术及其难度也各界。要精确的控制发动机及整车的运行，ecm各种控制参数均需要准确的确定，而这些参数中, 许多需要在特殊的白然坏境卜试验，如高原（海拔4500米以上）、高温（坏境温度45°c 以上）、高寒（环境温度-30°c以下）等，这样，确定的周期较长，成本也高，而且，绝大 多数试验仅仅是一两台样年试验数据，因此，由于个体差弄，控制参数对批量产品来说不是 最优。可见，传统的ems标定系统存在着诸多缺陷，而当今，新发动机、新车型的开发周期要求 越来越煎，冇必要对传统的ems标定系统及方法进行提升，为此，

4、我们提出智能标定系统 的研究。2智能标定系统的概念在ems系统中，以常规试验数据及理论数据为初始数据，ecm通过不同条件卜的反馈信 号白动调整控制参数，同时智能积累并优化控制参数的标定系统定义为智能标定系统。ems智能标定系统的组成包括：动态数据处理设备（含数据采集和处理的软件）、数据采 集传感器、笔记木电脑（带智能数据分析处理软件）、智能型ecm、通信联线、电源等。按现在芯片技术，动态数据处理设备体积可以做的很小（-本教科书人小），人量的工作由 笔记本电脑的软件完成，当基础数据确定后，智能型ecm将代替笔记本电脑工作，直接按 相应的软件控制模式控制发动机和整午运转，智能型ecm与一般的发动机

5、ecm不同的 是，它具有强大的软件系统和更快的运算速度。ems智能标定系统基于软、硬件技术的发展。软件技术的发展使得如判缸、数据分析和处 理等复杂控制逻辑人人简化；随着传感器技术及电子技术的发展，信号采集很准确，能够通 过不同方式的滤波分析，如通过对爆燃传感器反馈信号不同方式处理，可以较好地排除无关 的噪声，从而准确辨析发动机工作粗暴情况，动态调整点火提前角等控制参数；常规芯片技 术发展，ecm能够高速进行大量的复杂运算，从而适应高速内燃机精确控制要求。3智能标定系统的组成ems智能标定系统开发流程如下图。确定发动机或车型目标状态与传统的ems标定系统标定过程相比，流程大大简化了。发动机基础标

6、定时间对以很短， 在整车标定中，试验涉及到的工况，特征数据将被记录，在试验屮根据数学规则进行调整, 经过反馈和对比确定一个默认值，以示的调整将在默认值附近调整。因此，通过试验室能够 対绝大部分控制数据确定出一个较准确的值（除高原标定外，因为受试验地点限制，目前无 法准确模拟髙海拔条件），传统的ems标定系统经过初次标定后，需要进行至少一次验证, 并需要客户确认，这个周期将很长，h.受样车个体差界影响较大。智能标定系统开发流程中， 在进行首次标定，如高温、高寒、高原等标定时，由于ecm能够智能积累数据并调整控制, 只要得到一个相对准确的值即可达到目标，因此，不在需要多次验证，在标定过程屮，客户

7、可以同时参与验收。4智能标定系统中关键技术研究ems标定系统在解决一些关键技术如判缸技术、确定充气效率、确定空燃比及点火捉询角 等方法不尽和同，这些技术的解决方法标志着响应的ems的技术水平。4.1判缸技术从冃前发动机电控燃油喷射技术的发展及国家强制指标要求上看，为了满足排放指标，抗无 线电干扰等要求，越来越多地采用多点顺序喷射，在顺序喷射的发动机中，要精确控制喷汕 及点火，首先需要判别各缸的工作状态，判缸可以通过硬件判别和软件判别，硬件判别即通 过収得凸轮轴位置信号孑以判别，如丰iii rz系列汽油机通过分电器（分电器齿轮与凸轮 轴端齿轮啮合）取得凸轮轴位置信号，这种方式判缸很可靠，但对于现

8、今普遍采用ecm控 制无分电器点火的系统來说，会增加元件及缸盖加工工序，致使成木增加。软件判缸则借助 于系统能够采集参数，通过英变化规律判别。现在应用的判缸方法冇：（1）通过进气压力判缸根据试验及研究进气压力的变化规律发现，动机气缸工作在进气行程时，进气门突然打开, 靠近进气门附近的歧管压力会有1kpa左右的急剧压降,这个急速下降的现象被进气压力传 感器检测到（见下图）。ecm通过软件对此信号通过高通滤波和低通滤波进行分离处理，高通滤波处理发动机相关 供油逻辑，而低通滤波通过软件处理实现判缸。一般情况下进气压力变化规律在一个范围内 重复出现，当进气门突然开启时，-其附近压力迅速下降，排除偶然现

9、象（如进、排气系统的影响，压力传感器偶然谋差等），当ecm检测到5次这种压降即可实现准确判缸（最迟在 发动机运行50转实现，通常在发动机运行13转以内实现）。这种技术已在delphi公 司应用，效果很好。不足的是，为实现此功能，显然进气压力传感器需安装在第1缸或第 4缸歧管靠近进气门的位置。（2）通过喷汕判缸这种方法，起动最初先不考虑顺序，向四个缸同时喷油，根据反馈参数如上止点、转速及氧 传感器特征，设定一系列的相关变最，通过检测到的变量与以前积累的相应发动机状态的参 数对比，将范围确定在1缸和4缸上，之后再选定（ecm在这两缸中任意确定一缸）1缸 或4缸，认定其为1缸，同时，仅向其喷油,这样

10、，再通过检测到的变量与以前积累的相 应发动机状态的参数对比，判別原设定是否正确，如是，则判缸成功，否则1缸实际为4缸, 仍然可由此判缸。采川判缸技术，可靠性好，压力传感器不受位置限制，可安装在进气总管 上，但软件逻辑较复杂。4.2充气效率的确定发动机工作中，不同工况及不同环境（如温度、大气压、节气门变化率等）充气效率 （volumetric efficiency,简称ve）不一样，实际上ve是与发动机的整个进排气系统（包 括从空气滤清器到消声器）密切相关的，所以任何进排气系统的改变都会引起ve的变化。多数ems系统屮，ecm屮给出各工况稳态值，再通过水温对进气量修正。节气门开度对 ve的修止，

11、对不同海拔非标准人气压的修正來控制ve。海拔高度对ve的彩响明显，即 便是通过较好的修正，仍有较大差界（见卜-图），这是今后系统需改进的地方。491q-me采用delphi公司ems系统在97kpa处采集中心伯ub|j陽草地区充肌效半亦1nt 1:的反应491q-me采用delphi公司ems系统在60kpa处采集（海拔4500m附近）为了减小因发动机运转时间的增氏而造成的缓慢变化和发动机及整车的生产散差，引入块学 习修正即blm （block learn memory） , blm的值将被存储在存储器内，通过具记录的 blm值的大小及变化对与充气效率直接相关的燃汕积分值（fuelint）的大小及变化趋势 在屮心值附近作相反的校正。5结论ems智能标定系统将作为一种新的标定系统取代传统的标定，是ems系统及相关技术发 展的必然。这种系统的的优点在于：1）适应性强，能够根据不同条件自动适应；2）能够对因加工、装配等引起的压缩比、活塞行程等差异采用不同的控制参数，使发动机 工作状态最优。一些硬件差异对发动机性能影响可能较大。比如，完全合格的零部件和装配 过程生产出的一批发动机中，仅仅按设计图样尺寸公差进行校验，压缩比差界可能超过0.6, 在传统的ems系统屮很难解决这种个体差界。由丁