摘    要：整車VBC(Vehicle Basic Calibration)標定是指整車基礎模型標定，在發動機臺架匹配完成后，項目工程師將數據移植到整車時，需進行發動機與車輛的匹配檢查。主要包括充氣模型、排氣溫度、燃油溫度、混合氣控制、增壓控制等發動機模型。其標定形式主要包括轉轂和道路兩部分，轉轂主要以穩態工況為主，道路試驗則更側重于瞬態控制。傳統的VBC標定主要是通過在線的優化調整，需工程師攜帶通訊設備在車上開展工作。而目前計算機仿真已成為解決工程實際問題的重要手段，基于某量產車型，詳細論述了整車VBC標定的Simulink建模過程及離線標定方法。結果表明，在測試數據質量滿足要求的前提下，采用論述的方法不僅能夠獲得高精度標定結果，還能大幅度提高整車VBC標定的效率。

關鍵詞：仿真建模;離線標定;MATLAB/Simulink;VBC;

引言

整車VBC標定，簡單地講就是發動機在整車上的匹配，通過標定優化ECM中進氣模型、扭矩模型、噴油點火、增壓控制等來最大程度地發揮發動機在整車上的性能并且保證發動機不受損壞，它是整個整車標定的基礎。車輛基本匹配所得的數據對整個項目具有重要意義，因此所選的試驗車必須車況良好，進排氣系統盡量與批產狀態一致，發動機運行良好且處于合理偏差范圍之內，機油、冷卻水液位正常，輪胎狀況良好且胎壓正常。在拿到項目試驗車輛后，需根據發動機在車輛上的布置進行改造。主要包括加裝LA4 Lambda分析儀、機油熱電偶、排氣系統及GPF溫度熱電偶、燃油溫度熱電偶、電源盒等。需要注意的是熱電偶上一定要標明名稱，且安裝完畢后須檢查熱電偶處是否存在漏水、漏機油、漏氣等現象。

傳統的VBC標定，需要標定工程師和試驗工程師相互配合，花費大量時間在整車轉轂上進行穩態標定并在道路上進行瞬態標定，整個過程需要在線優化并且反復驗證。某些驗證工況涉及的路況及駕駛策略較為極端，長時間反復駕駛容易產生安全隱患。本文介紹的基于MATLAB Simulink建模的VBC離線標定方法即可用于轉轂試驗也適用于道路試驗。相對于傳統標定手段更加高效，這在行業內是突破性的標定方法，每個整車項目能節約上百小時的轉轂時間，降低項目開發費用。并且使用離線標定的方法可以使標定結果有更高的模型精度，降低售后市場故障率。

1 模型的搭建

離線標定流程如圖1所示[1,2,3,4]。

圖1 離線標定流程圖 

整車VBC離線標定的第一步也是最關鍵的一步是搭建模型。打開MATLAB軟件，進入Simulink工作界面，配置好Simulink環境，根據ECM電控系統的控制邏輯搭建相應的仿真模型。對于建模，Simulink提供了非常方便的圖形建模方式，通過單擊、拖放和連接不同模塊來完成仿真模型的建立，其本質上就是圖形化的編程。Simulink包括非常全面的模塊庫，方便用戶快速建立系統模型。在搭建模型的過程中，需正確理解ECM控制策略中各個模型符號的具體含義并能夠在Simulink Library中找到相對應模塊。

Simulink模型中的信號總是由模塊之間的連線攜帶并傳送的，建模時考慮到一些模型的復雜程度較大，可以采用從輸入到輸出或者從輸出到輸入的順序，這種建模方法思路清晰，對各模塊的相互作用和組織形式一目了然。某電控系統燃油溫度模型如圖2所示。

圖2 某電控系統燃油溫度模型

2 模型的仿真

模型仿真的意義在于確認和校驗搭建的模型是否與ECM控制策略完全一致，為離線標定做最后的準備。

在搭建好模型之后和運行仿真之前，需要將模型中用到的標定量、輸入量和輸出量導入到MATLAB Workspace中。另外為快速檢索模型中的紕漏，一些重要的中間變量也需采集并導入。標定量存在于ECU Description File中，務必將采集數據時所使用的標定數據導入到MATLAB Workspace，如圖3所示。

圖3 將標定量由A2L&HEX中導入到MATLAB Workspace中   

導入的過程需使用自行開發的工具，完成后須在MATLAB中確認標定量的格式，尤其是Table及Map的坐標。要保證模型中所使用到的標定量在MATLAB Workspace中有一一對應的關系。

測量量保存在INCA采集的DAT文件中，采集數據時要注意測量量里必須包含所有模型輸入量，所有量的測量頻率最好是該模型的調度周期或者更高精度的頻率。將測量量由INCA DAT文件中導入到MATLAB Workspace中時，注意不同的導入工具生成的文件，在Workspace中格式略有不同，如圖4所示。完成后在MATLAB使用From Workspace模塊對測量量進行調用，確認數據的完整性和準確性。

完成數據的導入后，應對仿真參數進行設置，單擊Simulink菜單下面的Model Configuration Parameters項或者直接按快捷鍵“Ctrl+E”，便會彈出圖5設置界面。它包括仿真器參數（Solver）設置、工作空間數據導入/導出（Data Import/Export）設置等。

圖4 將測量量由INCA DAT文件中導入到MATLAB Workspace中  

圖5 Simulink設置窗口  

進行模型仿真時，需要重點對仿真時間及仿真步長進行設置。仿真時間起始時間默認為0，仿真終止時間則由測量文件的長短決定，本文采用的仿真終止時間是測量文件中模型輸出量的長度。仿真步長模式有Variable-Step（變步長）和Fixed-Step（固定步長）兩種方式。變步長模式的仿真過程較為復雜，在進行模型仿真時，我們采用固定步長的模式。采用定步長模式后，對Fixed-step size進行設置，這里需要注意其步長與ECM中模型的調度周期要保持一致。此外，模型中使用的Lookup Table模塊，也要進行參數設置。Lookup Method需選為InterpolationUse End Values使其外插方法與ECM邏輯中的保持相同。

Simulink中各個仿真參數完成配置后，即可運行模型。使用示波器Scope對需要標定的參數進行觀察，模型計算值與實際測量值完全重合表明搭建的模型與ECM控制邏輯一致，若兩者不重合則需尋找模型的錯誤之處進行修正。一般濾波初始值的設置以及模型中包含閉環邏輯的初始值的設置需要重點關注，另外一些模型中的中間變量無法直接測量采集，則需要計算出其初始值。不斷運行模型進行仿真，直至兩者完全重合（如圖6所示），方可開始下一步離線標定的工作。

圖6 紅色模型值與綠色測量值完全重合

3 離線標定

完成模型的仿真驗證之后，就可以開始離線標定優化工作了。用示波器（Scope）將需要標定的量顯示出來，這里需要注意標定時的測量量與模型驗證時是有區別的。前者是指實際的測量值即車輛改裝外加傳感器的值，后者是ECM策略中計算的模型值。在示波器（Scope）中可以直觀地監測不同工況下偏差的分布情況，根據策略模型找到對應的標定量雙擊進行編輯調整，然后再次運行模型查看偏差的情況，直至偏差滿足驗收標準，如圖7、8所示。

進行離線標定的優勢在于我們只需在Simulink中修改標定并運行模型即可快速驗證不同的標定思路和方法。

完成離線標定后，對模型偏差進行分析，然后將調整優化的標定參數導入到ECU Description File中進行實車驗證。如果所有工況的偏差都在標準要求范圍內則整個標定優化過程結束，凍結標定數據。

圖7 在Simulink中調整標定量 

圖8 標定完成后紅色模型值與綠色實際值的偏差情況 

值得一提的是，如果有相同電控系統的項目，則可以直接運用本文的Simulink模型進行離線標定。可省去復雜的建模及仿真過程，更高效地完成標定工作。

4 結論

基于MATLAB Simulink建模，可以對發動機控制模型進行仿真，并實現整車VBC的離線標定。本文介紹的基于MATLAB Simulink建模的整車VBC離線標定方法，在行業內是突破性的標定方法。可以應用推廣到不同電控系統的車型，大幅度提高VBC標定的精度和效率。

參考文獻

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文章來源：小型內燃機與車輛技術