[发明专利]一种结合遗传算法和极值搜索算法的发动机控制参数在线标定的装置及方法

说明书

本发明涉及发动机参数自动标定方法技术领域，特别涉及一种结合遗传算法和极值搜索算法的发动机控制参数在线标定的装置及方法。其装置包括发动机、测功机、发动机控制器、燃烧分析仪、MircoAutoBox快速控制原型以及测功机上位机控制系统、发动机控制器上位机、MircoAutoBox快速控制原型上位机和CAN总线通讯系统；本发明是针对发动机控制参数的在线自动标定装置，在发动机固定工况通过优化算法不断改变控制参数，并求解优化目标函数，实现控制参数的自动寻优，本发明在控制参数在线自动寻优过程中，使用了遗传算法与极值搜索算法相结合的优化算法，克服了遗传算法试验控制参数组合多、优化时间长的缺点，同时也避免了极值搜索算法只能解决凸优化问题，容易收敛到局部最优点的缺点。

技术领域

本发明涉及发动机参数自动标定方法技术领域，特别涉及一种结合遗传算法和极值搜索算法的发动机控制参数在线标定的装置及方法。

背景技术

发动机在运行过程中，依赖发动机控制器(ECU)针对发动机运行工况(转速和节气门开度确定工况)向发动机上的各种执行器，如喷油器、点火线圈等，发送执行指令。以喷油器为例，包括开启时长、开启时刻等等，将这些执行器的执行指令统一称之为控制参数。若想保证发动机能够在某一工况运行稳定，必须保证在这个工况下的控制参数设置合理。而以运行稳定为目标设置的控制参数会是一个很大的范围，随着控制参数的变化，发动机性能，如动力性、经济性和排放特性都会变化。对于发动机的整体性能，期望是动力性越好(转矩越高)、经济性越好(燃油消耗率越低)、排放特性越好(排放物浓度越低)，但这三个性能之间会存在此消彼长的趋势，因此控制参数的设置就会存在矛盾。由于发动机有很多控制参数需要标定，随着发动机电控程度的增加，控制参数的数目也越来越多，而且控制参数之间相互耦合，对于同一发动机性能，不同控制参数的影响规律不同，因此必须通过相应的方法标定控制参数，以实现对发动机性能的期望。

传统的标定方法需要综合考虑各个工况和各控制参数之间的影响关系，在不同工况下进行大量的控制参数调整试验，以找出不同工况下满足要求的最佳控制参数变量。一方面由于试验条件的变化难以校准，一般的试验台架试验系统很难提供标准的动态工况；另一方面，反复地进行动态试验对台架影响很大，使标定过程难以再现。传统的标定方法理论水平较低，进行参数试凑，工作效率较低，已经几乎不再使用。

目前有两种比较常见的标定方法，基于模型的标定和在线优化标定。

1、基于模型的标定技术是在传统的标定技术基础上发展的，将数学上的优化理论引入到发动机控制器控制参数标定当中，对试验数据进行不同形式的拟合以建立模型，同时在模型的基础上进行控制参数优化的先进方法。基于模型的优化标定方法可以灵活、方便地仿真发动机的各种运行状态，而且具有很高的可重复性。在电控系统开发过程中，可以方便地利用模拟工况对控制系统软件及控制策略进行测试，减少台架试验的次数。由于采用仿真模型代替实际系统，可以使变参数的试验次数不受限制，而且仿真结果具有可重复性；还可以进行极限状态下的测试试验，而不具破坏性，费用低，无危险。因此可以大幅度减少台架试验工作，降低了费用，明显缩短了开发、测试的时间，从而提高了标定效率。基于模型控制的标定方法的提出，使得标定技术得到了极大的发展，成为研制电控系统重要手段。

基于模型的标定技术是离线优化，不能够在发动机实时运行过程中得到合适的控制参数，而是首先通过进行大量的试验，再根据试验数据利用数学方法得到发动机的模型；之后利用优化算法针对发动机模型，建立优化目标函数，得到最优的控制参数。可以将基于模型的标定分成三个方面，第一是进行试验，得到控制参数和发动机性能的相应数据；第二是建立发动机模型，对试验数据拟合；第三是建立优化目标，离线优化控制参数。