ECU標定那點事！

05-28

ECU標定那點事！

ECU標定那些事
標定好比磨刀，基於這把刀的材質、硬度、形狀，功能來打造一把合適的刀，完美的標定是發揮出刀的最佳性能，突出重點！
一、發動機匹配工作的目標：
1 通過發動機台架的匹配，使發動機具有良好的穩態性能，在保證發動機工作可靠性（無爆震，無過熱）的情況下，達到發動機的設計功率，扭矩和油耗性能。
2 通過對發動機在車輛上的匹配，使發動機與車輛其他系統（各種電器負載，傳動系統，制動系統，三元催化轉化器等等）協調工作，保證發動機在各種環境和工作條件下，都具有良好的起動怠速性能，良好的駕駛舒適性和排放性能。同時還要進行完善的車載診斷系統（OBD）的匹配。

3 通過高溫，高寒和高原等道路環境試驗，對匹配好的各種性能進行全方位地驗證，保證發動機和車輛在各種情況下都能達到既定的安全，環保和駕駛舒適性等嚴格的指標。
對於汽油機來說，技術上就是控制進氣（合理的配氣相位，節氣門開度等）、噴油（最佳的空燃比）及點火（合適的點火提前角）三者的配合。
需要加以說明的是，發動機的動力性能和經濟性能的最大潛力取決於發動機的本體設計，發動機匹配工作只不過是努力使這些潛力得到挖掘或協調。例如，汽油機通過改變進氣量來改變輸出的扭矩和功率，進排氣系統的設計決定了發動機的充氣效率，因此當發動機結構確定時，一定工況下發動機的最大充氣量就已確定，發動機的動力性能也就確定；又如，發動機的工作效率，即燃油經濟性，決定於燃燒效率及機械效率，通過改變噴油時間、噴油量以及點火提前角可以改善燃油經濟性，但是不能突破由於發動機設計限定的燃油經濟性極限。
二.發動機管理系統（EMS）和電子控制單元（ECU）
發動機管理系統（EngineManagement System, 縮寫為EMS）：1979年，BOSCH公司將點火提前角電子控制與燃油定量電子控制融為一體，開發出Motronic,並引入爆震控制、排氣再循環等，以滿足更趨嚴格的性能和排放要求，其電子控制範圍覆蓋整個發動機，稱為發動機電子管理系統，其核心是燃油定量和點火正時電子控制。
目前，各種發動機電子管理系統已經成為提高燃油經濟性和滿足更為嚴格的排放法規的決定性因素。
發動機管理系統以電子控制單元（ElectronicControl Unit,以下簡稱ECU）為中心，ECU接受來自感測器的各種信息，經過處理、分析以後，發出控制信號給各種執行器。在發動機匹配工作中，就是通過各種匹配實驗，對ECU各種參數進行設置，從而達到發動機匹配工作的目標。
三.發動機匹配工作
發動機匹配工作就是在某個確定的發動機管理系統（EMS）下，通過各種項目匹配，為發動機控制器（ECU）各類參數設置合適的值，以達到汽車的動力性、經濟性、可靠性、安全性、排污性而確定的各工況最佳空燃比、最佳點火提前角的要求。
發動機匹配工作是為眾多的匹配參數設置合適的值，匹配參數的數量隨著系統的複雜程度、控制軟體的先進程度的變化而變化的。這些匹配參數有些是特性值，有些是一條二維特性曲線，有些則是矩陣（三維特性圖），匹配參數的確定需要通過大量的試驗和數據分析而得。

四. 發動機匹配的標準流程
一般來說，在項目確定後，發動機匹配工作可以分為四個階段，即：項目準備階段、基本匹配階段、精細匹配階段和認可階段，直至對最終匹配數據認可（SOP 階段），一般需要18個月左右（完成三高試驗）。
二.發動機匹配工作主要內容：
一.匹配準備
在台架上安裝發動機及其相關附件。
匹配車匹配檢查和準備：為了使匹配數據能覆蓋製造上的公差，每一種狀態的車型必須有兩輛以上的匹配車。
二.發動機台架基本匹配（約40工作日）

感測器信號檢查（約3 天）

確定所有感測器（水溫感測器，空氣溫度感測器，HFM等）輸入和輸出信號準確。ECU通過A/D轉換能正確接受信號，各執行器工作正常（炭罐電磁閥，噴油嘴，點火線圈等）。確保系統正常工作。
2.標定噴油結束時間（約2天）

噴油結束時間決定了燃油的霧化即混合氣形成的好壞，這將直接影響到發動機的燃燒情況。標定噴油結束時間主要以尾氣中的HC排放含量為指標。確定最合適的噴油結束時間。
（a）空燃比脈譜圖（b）點火定時脈譜圖
3.標定負荷模型（約15天）
精確地判斷進入汽缸的新鮮空氣量是發動機控制的基礎，由於進氣脈動和汽缸中殘餘廢氣的存在，以及如廢氣再循環，曲軸箱通風和油箱通風等導致的進氣量變化，使得完全依靠感測器來精確判斷進氣量已不可能。負荷模型通過測量進氣壓力，燃油消耗量，原始排放和空燃比，以及各種環境和發動機參數，並通過一系列的數學模型和函數對各種工況下的進氣特性進行計算和模擬，最終達到精確地判斷進入汽缸的新鮮空氣量的目的。
標定負荷模型所需的工作量隨系統配置的複雜程度變化，如可變進氣系統（進氣長短管切換），可變氣門正時系統，廢氣再循環系統廢氣渦輪增壓系統等都會大大地增加負荷模型的匹配時間。
4.標定噴油量（約2天）
在負荷模型匹配好以後，按照理論計算可以得到在各工況點讓空燃比λ=1的噴油量，但是由於供油系統也存在偏差，導致在某些情況下空燃比偏離1，這需要在這裡得到修正。
5.扭矩模型（約15 天）
發動機的扭矩是發動機控制系統的中心變數，因此首先要匹配發動機在各種轉速和節氣門開度下，在空燃比等於1以及各種點火提前角等條件下，發動機所能發出的最大扭矩，這是發動機扭矩控制的基礎值（對應100%的空燃比效率和100%的點火角效率）。
然後通過測量在各種空燃比（一般從1.1到0.9）和各種點火角（從最大點火提前角一直推遲到失火）情況下的扭矩，可以得到關於空燃比的效率特性和關於點火角的效率特性。這樣以後在發動機控制中，只需要提到發動機的扭矩以及實現該扭矩的空燃比和點火提前角效率，發動機控制系統就可以計算出相應的進氣量（節氣門開度），噴油量和點火提前角。

6.標定點火提前角（約4天）
在進行點火提前角標定前，一般應完成爆震控制的爆震識別部分的初步匹配（見三爆震控制匹配）。
匹配原則：在不同的轉速和負荷點，控制λ=1，在不發生爆震的前提下尋找使輸出扭矩最大的點火提前角。
7.匹配數據校驗（約2 天）
對試驗數據進行分析，把相關的匹配數據填入模型，最後把數據模型的輸出與實際發動機台架輸出進行比較。校正偏差。
8.外特性（約2 天）
完成了爆震和三元催化器過熱保護的匹配後，在節氣門全開的條件下，在每個轉速點通過調節λ（調節全負荷加濃係數），使發動機達到設計最大的功率和輸出扭矩，同時儘可能地降低比油耗。
三.爆震控制匹配（約20工作日）
爆震是一種非正常燃燒，強烈爆震會損壞發動機，而現代高壓縮比的發動機導致更多的爆震傾向，因此爆震匹配是發動機匹配過程中必不可少的一個工作環節，為此發動機控制器中有一塊專用的晶元用於爆震感測器信號的分析和處理。爆震控制的匹配是一項非常複雜的工作，需要應用大量的專用工具和設備（如帶燃燒壓力感測器的火花塞，專用的爆震匹配控制器，爆震測量分析儀等等）。
1.爆震識別（約15 天）

在台架上測量汽缸內的燃燒壓力並應用爆震測量分析儀，可以準確地識別和判斷爆震是否發生。同時爆震感測器的信號輸入到ECU，經過信號放大，帶通濾波，整流，積分等一系列處理，最後的積分信號由ECU用來判斷是否發生爆震，同時該信號還被用來確定信號放大倍數和帶通濾波的中心頻率。
2.動態爆震（約5 天）
動態爆震指加速爆震、高速爆震，其識別的複雜性在於發動機轉速、負荷的變化產生的振動和噪音會使其不易被識別出。
匹配方法：在各種動態工況點，如Tipin,急加速情況等震動和噪音較大的情況下識別爆震，通過推遲點火提前角避免發生爆震。
3.爆震功能診斷（約2 天）
測試在故障狀態和正常工作狀態下感測器的輸出，存儲在控制器中用於診斷感測器的開路和短路
四.熱車性能匹配（約40工作日）
1.氧感測器閉環控制（約10 天）
氧感測器用於測定廢氣中的過量空氣係數λ。
λ表示實際混合氣空燃比與理論值（14.7:1）的偏離程度。

λ =吸入空氣量/化學當量燃燒所需空氣量
λ =1：表示吸入空氣量相當於理論要求量。
三元催化器在λ =1附近對HC，NOx和CO的轉化效率最高。
氧感測器閉環控制的目標就是把λ精確控制在1±0.03，保證三元催化器有最高的催化轉化效率，補償λ預控偏差，補償混合氣濃度的動態偏移。
通過λ自學習，消除由於零件製造和燃油品質等造成的λ偏移。
若有下游感測器，其作用a)對KAT老化進行監測，b)提高氧感測器閉環控制的精度。匹配時間也相應增加約10天。
2.排氣溫度模型和三元催化器保護（約10 天）
排氣溫度模型用於模擬氧感測器周圍（催化器前後）和催化器內部的溫度在不同環境和發動機工作條件下隨發動機負荷和轉速變化而變化的情況。通過實際測量，建立各工況點的排氣系統溫度模型。
高速大負荷，如發現三元催化器溫度大於其溫度限值，通過加濃混合氣降低排氣溫度，保護三元催化器不受損壞。
同時與氧感測器加熱控制結合，模擬排氣系統露點階段結束的條件，以保護氧感測器。

3.氧感測器加熱控制（約5天）
主要是為了防止氧感測器陶瓷體裂碎。發動機起動後，排氣系統管壁和氧感測器護套上會有水珠形成，這些水珠有可能隨著廢氣而飛濺到氧感測器的陶瓷體上，如果氧感測器陶瓷體溫度過高，則容易發生裂碎。因此，此試驗的要求是在排氣管壁面溫度達到60度時，氧感測器陶瓷體溫度不能超過350度。
4.過渡工況（約10天）
當節氣門開度變動時，由於負荷測量和相應的噴油量計算與實際的噴油時刻不同步，導致實際的空燃比過濃或過稀，嚴重地影響了發動機的排放性能和駕駛性能。這種現象可以通過在不同負荷情況下在進氣歧管上形成的不同燃油膜厚度來得到很好的解釋，過渡工況匹配的目的就是要補償這些變化，使得空燃比控制在一個合理的範圍之內。匹配的基本原則：加速加濃，減速減稀。
先在轉鼓台上用踏板位置模擬器改變負荷。模擬加速和減速的情況，增加和減少噴油以使得空燃比在一個合理的範圍內（主要考慮排放和駕駛舒適性）。然後在實際道路上進行加減速試驗，進行匹配數據修正。
5.炭罐控制（10—30 天）
炭罐控制的匹配目的：為防止燃油蒸汽從油箱逸出造成污染，要使炭罐有足夠的通風，同時維持λ的偏差在最小值。
在不同的工況點，設定炭罐開啟時間（TEP），通過控制λ反饋控制，對噴油量進行修正。在炭罐工作時，λ自學習停止。
五.起動怠速匹配（約40工作日）
1.怠速控制（約10 天）

匹配目的：控制λ=1，發動機轉速穩定在怠速±20轉。在突加電器負載，空調開關以及動力轉向機工作時，不允許出現明顯的轉速震蕩和發動機抖動。
通常在怠速情況下不把點火提前角調節到最大，為了有一定的扭矩儲備。突加負載通過調節點火提前角（快速）和增加進氣量（慢速）來維持怠速穩定。
2.冷起動（-30度—40度）
冷起動是指當發動機和車輛經過較長時間的停放，給部件與所處的環境溫度達到一致情況下進行的起動，其溫度範圍大約從-30度到+40度。
造成冷起動困難的原因主要有：1低溫下燃油不易蒸發，霧化不良，導致不易點火；2 一部分噴油附著在進氣管壁和閥門上；3 發動機的潤滑尚未形成以及潤滑油的粘度增加導致發動機阻力增大等等。
匹配目的：1確保安全起動，在各種燃油品質，溫度及海拔情況下，確保發動機能夠安全起動；2 舒適的起動，發動機能夠快速安靜地起動；3 低排放的起動，起動過程中HC和CO的排放需要得到優化，尤其是在20度和-7度附近。
試驗溫度：從-30度到10度，每5度進行一次試驗。試驗用油必須覆蓋整個中國的汽油品質。（燃油蒸發壓力40—80 kpa）
3.熱起動（>95度）
匹配目的：由於高溫汽油蒸汽出現在燃油管內，或由於噴油嘴溫度過高，噴出的不是汽油是汽油蒸汽（氣阻）而造成混合氣過稀，必須進行加濃補償。
此試驗在40度高溫室進行。

六.排放匹配（約30工作日）
標定三元催化轉化器窗口（5 天）
通常每個三元催化器都有轉化效率最佳的點，通常是在λ=1附近。
匹配目標就是尋找三元催化轉化器最佳轉化效率的區域，調節λ控制閉環修正係數，儘可能把λ控制在這個工作區域。
2.優化起動、怠速、暖機和過渡工況（>20度）（5天）
為了滿足排放要求，使λ儘可能控制在1附近。
3.標定三元催化轉化器加熱功能（10 天）
起動後通過推遲點火提前角，讓混合氣在排氣管內燃燒，讓三元催化轉化器儘快達到工作溫度。
4.新鮮、快速老化和實車老化催化器排放測試（10 天）
分別用新的三元催化器、爐子高溫老化後的三元催化器及八萬公里耐久車上的三元催化器進行試驗，都必須滿足排放要求。
七.道路試驗（約37工作日）
1.高原試驗（約8 天）（高達4700米）
高原地區氣壓較低，空氣稀薄，燃燒所需要的燃油量和平原不同。必須讓控制器能夠識別進行修正。在高原地區系統考核的重點是：對高度修正因子的調節，斷油轉速，冷起動、熱起動和暖機起動，熱怠速，混合氣預調節，行駛性能，爆震控制，在高負荷通過推遲點火提前角調節排氣溫度和催化器溫度，炭罐控制。
2.夏季試驗（約15 天）（40℃）
在炎熱地區系統考核的重點是：熱起動和重複熱起動，熱怠速，混合氣預調節，冷機行駛，行駛性能，爆震控制及其自學習，對差的燃油品質切換到中國特定的點火提前角區域，在高負荷通過噴油加濃調節排氣溫度和催化器溫度，炭罐控制。
3.冬季試驗（15 天）（最低-30℃）
主要試驗重點是冷起動和冷行駛性能。
（1）冷起動：低溫下汽油蒸發惡化，必須進行起動加濃。試驗分別在-30℃、-25℃、-20℃等不同溫度下進行起動。
（2）冷行駛性能：由於低溫下機油的黏度變大影響潤滑，汽油霧化變差，冷態行駛要克服更大的阻力。
八.駕駛性匹配（約30工作日）
1.優化加速性能,減速性能，優化斷油和恢復供油（約20 天）
防止加速抖動，通過調節點火角，使轉速平穩上升，避免波動。
防止減氣太快造成減速抖動，在駕駛員松油門後讓節氣門持續打開一段時間。然後進入斷油階段，在接近怠速時為了平穩過渡到怠速，在1400rpm左右時恢復噴油。（恢復噴油的轉速點各個車型上是不同的。
2.標定發動機和整車限速功能（約5 天）
為了保護髮動機，在接近最高轉速時通過推遲點火提前角和斷油的方式限制轉速。（E-GAS通過關節氣門）
整車限速是為了保護輪胎等車輛零部件，控制方法同上。
3.優化動態怠速：（約5天）
怠速點踩油門、帶檔滑行看轉速控制。
九.OBD診斷功能（40—60工作日）和監控功能匹配（40工作日）
電噴發動機的控制系統十分複雜，系統中的任何一個元件出現了故障，或者出現導線折斷、引腳鬆脫或接觸不良等，都會導致整個系統出現故障。車載故障診斷（On Board Diagnosis,縮寫為OBD）系統的功能有兩個：一是不斷檢測系統的異常之處，在需要時以故障代碼的行駛記錄下出現的故障，便於進行檢修；二是採取臨時補救措施，使車輛勉強跑到維修站點。
1.合理性檢查
合理性檢查功能用於對電控系統的硬體進行監測，包括監測各種感測器和執行器是否有故障，感測器信號是否可信，是否有電路短路、開路等現象。此功能的開發必須為每個感測器和執行器設置合理的故障判斷閥值，要避免由於誤判斷造成發動機不能正常工作。
2.ECU驅動級監視
用於檢測ECU本身工作的是否正常。
3.緊急回家功能
使車輛在發生某些故障後勉強地把車開到維修站去，主要是爭取兩項最基本的控制功能即燃油定量和點火正時能夠實施。
故障應急分為兩大部分：ECU的輸入部分故障和輸出部分故障。
輸入部分故障可用信號替代法、信號設定法、程序切換法進行處理。輸出部分故障則應針對不同問題採取特定的應急措施，如某缸噴油器驅動電路發生故障時，應使該缸噴油器關閉，停止噴油。
緊急回家功能的實現必須對所有感測器發生故障時的處理方式進行考慮。
4.故障代碼管理
故障代碼管理的實質是進行FMEA分析，即設定故障代碼產生的條件，完善的故障代碼管理便於ECU根據情況採取措施，也便於用戶在車輛發生問題時快速地找到問題產生的原因。
5.檢查診斷儀通訊
用戶通常通過VAG1552、VAS5051等發動機診斷儀讀取電噴系統故障信息及工況信息，檢查診斷儀通訊的工作即首先設定各個診斷塊的輸出的定義，然後對診斷儀與ECU的通訊情況進行檢查。
6.電子油門監控
電子油門監控包括性能監控和安全性監控，監控對象包括油門踏板和電子節氣門體。首先必須確保油門踏板輸出的信號如實地反映了駕駛員的要求，然後要保證電子節氣門體正確地執行了油門開度的要求。當信號不可信時必須進行斷油控制以保證車輛行駛的安全性能。
十.在部分車型上還存在的匹配項目
1.EGR匹配
廢氣再循環通過使混合氣稀釋降低了最高燃燒溫度，由此在優化燃燒過程降低油耗的同時降低了NOx排放的產生。進氣管與排氣管中CO2濃度之比稱為排氣再循環率（EGR率）。EGR一般在中高轉速中等負荷時工作，起動和怠速不工作。在大負荷區域工作受到限制。
2.二次空氣泵的匹配
二次空氣就是在每缸排氣門後面緊挨著排氣門的地方輸入空氣，一方面，可使高溫廢氣中所含的HC和CO在排氣管補氧燃燒；另一方面，廢氣中的HC和CO燃燒產生的熱量又使催化轉化器升溫到工作溫度。二次空氣泵一般在冷起動，發動機水溫小於60度時工作。
3.長短進氣管切換的匹配（約10工作日）
進氣管切換的基本概念是在發動機高速運轉時用短進氣管、低速運轉時用長進氣管的方式來利用進氣波動效應提高各種工況下的充氣效率。長短進氣管切換的匹配工作主要是指確定各種負荷時長短管切換的發動機轉速。其進行的方法是在某一負荷下分別拉僅使用長管或短管時的速度特性，分析數據選擇合理的轉速切換點保證較好的扭矩線型。
4.定速巡航的匹配
對於使用E-GAS系統的車輛由於節氣門開度可由發動機控制器直接進行控制，因此可以較方便地實現定速巡航控制。其匹配的重點與怠速控制相似，主要是保證負荷變化時候發動機轉速變化的穩定性。
5.可變氣門系統的匹配
進排氣系統的控制決定了發動機充量的交換過程。對於可變氣門系統，需匹配的參數包括：氣門開啟相位、氣門開啟持續角度和氣門升程。可變氣門系統根據可調節的氣門數量、可調節自由度等可以分成很多種類，對於一定的工況點，必須進行多次正交試驗後才能確定該點氣門系統的匹配參數，如果在全工況內進行標定，工作量十分浩大。
另.相關更改對匹配的影響
與發動機燃燒有關的零件：如缸體、缸蓋、活塞，進氣歧管、排氣歧管等原則上不允許改變，更改結構將導致所有項目重新匹配。風阻、車重等因素對匹配工作基本無影響，但會影響整車的動力性和經濟性指標。此外，以下零部件的更改也會對匹配造成不同程度的影響：
1.三元催化轉化器
2.排氣消音器、空氣濾清器等
3.發動機附件：如空調壓縮機、動力轉向泵等
4.傳動系統：如變速箱、車橋、輪胎規格等。
5.空調壓縮機支架和發電機支架。
6.發動機和變速箱支撐
總之，作為現代汽車中最主要的電控模塊之一，ECU標定起著至關重要的作用，但也不能全部依賴於標定，比如油耗、最大功率扭矩等性能主要還是取決於發動機本身的效率，標定的作用是將最佳性能發揮出來。
《車界動力精英圈》
技術|焦點|車型|職場
《車界動力精英圈》由一群專業汽車行業人士精心打造，專註前沿汽車技術、行業焦點、車型分析、職場心得！海量精華資料庫，為廣大同行及汽車愛好者分享最前沿汽車乾貨！
中國汽車人第一聚集平台！
微信搜索公眾號《車界動力精英圈》AutoPowerElites