CN111487062A - 基于硬件在环的节气门自动标定系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于硬件在环的节气门自动标定系统，它的发动机HIL测试平台用于给ECU和节气门提供PID标定参数标定环境；自动标定上位机通过发动机HIL测试平台向ECU发送节气门目标开度位置区间控制指令，ECU根据节气门目标开度位置区间控制指令控制节气门的开度位置区间，自动标定上位机还用于通过发动机HIL测试平台采集节气门反馈的实际开度位置区间信息，自动标定上位机通过节气门反馈的实际开度位置区间信息并利用预设ECU标定协议，进行当前节气门目标开度位置区间下ECU的PID标定参数的标定。本发明在满足参数标定准确性的前提下，能够实现节气门控制参数的自动标定，解决了手动标定工作量大，标定周期长、技术要求高的问题。

Description

基于硬件在环的节气门自动标定系统及方法

技术领域

本发明属于汽车电控测试技术领域，具体涉及一种基于硬件在环的节气门自动标定系统及方法。

技术背景

节气门是汽车发动机的重要控制部件，节气门标定是发动机标定的重要环节，它直接影响汽车行驶的安全性、动力性、平稳性及经济性。目前发动机节气门的标定都是通过人工方式在台架上完成，即在不同工况下，通过手动改变输入，人工分析节气门响应，修改标定参数。现有的技术有两方面弊端，一方面是这种人工标定的方法完全依赖标定工程师的经验，标定过程存在工作重复和机械等问题，工作量繁琐，效率较低。另一方面是标定环境的搭建复杂。节点门标定在实物台架上完成，搭建实物台架是一个复杂的系统工程，工程量大。

针对现有技术的多方面不足，本发明提出一种基于硬件在环的节气门自动标定系统及方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种基于硬件在环的节气门自动标定系统及方法，本发明一方面能够实现节气门控制参数的自动标定，解决了手动标定工作量大，标定周期长、技术要求高的问题；另一方面本发明基于HIL(硬件在环)测试平台，不需实物台架，避免了原有技术标定环境搭建复杂的问题。

为实现此目的，本发明所设计的一种基于硬件在环的节气门自动标定系统，其特征在于：它包括自动标定上位机、发动机HIL测试平台、ECU和节气门，其中，所述发动机HIL测试平台用于给ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)和节气门提供PID(比例积分微分)标定参数标定环境；

自动标定上位机通过发动机HIL测试平台向ECU发送节气门目标开度位置区间控制指令，ECU根据节气门目标开度位置区间控制指令控制节气门的开度位置区间，自动标定上位机还用于通过发动机HIL测试平台采集节气门反馈的实际开度位置区间信息，自动标定上位机通过节气门反馈的实际开度位置区间信息并利用预设ECU标定协议，进行当前节气门目标开度位置区间下ECU的PID(比例、积分和微分)标定参数的标定。

本发明提出一种基于硬件在环的节气门自动标定系统及方法，一方面在能达到参数标定准确性和可靠性的同时，实现节气门控制参数的自动标定，解决了手动标定工作量大，标定周期长、技术要求高的问题；另一方面本发明基于HIL测试平台，不需实物台架，避免了原有技术标定环境搭建复杂的问题。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明自动标定上位机软件的界面示意图；

图3是本发明的逻辑流程图；

图4是本发明的节气门P项控制参数自动标定的流程图

图5是本发明的节气门I项控制参数自动标定的流程图

图6是本发明的节气门D项控制参数自动标定的流程图

其中，11—自动标定上位机、12—CAN板卡、13—发动机HIL测试平台、14—ECU、15—节气门。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图1所示的一种基于硬件在环的节气门自动标定系统，它包括自动标定上位机11、发动机HIL测试平台13、ECU14和节气门15，其中，所述自动标定上位机11通过USB接口与CAN板卡12相连，所述发动机HIL测试平台13用于给ECU14和节气门15提供PID标定参数标定环境(发动机HIL测试平台13给ECU14提供的整车电气环境，如电源，工况等)；发动机HIL测试平台13通过线束与ECU14连接，ECU14通过线束与节气门13连接。

自动标定上位机11通过发动机HIL测试平台13向ECU14发送节气门目标开度位置区间控制指令，ECU14根据节气门目标开度位置区间控制指令控制节气门15的开度位置区间，自动标定上位机11还用于通过发动机HIL测试平台13采集节气门15反馈的实际开度位置区间信息，自动标定上位机11通过节气门15反馈的实际开度位置区间信息并利用预设ECU标定协议，进行当前节气门目标开度位置区间下ECU14的PID标定参数的标定，直至标定参数达到目标值，上述技术方案中，自主开发的自动标定上位机11利用发动机HIL测试平台13给ECU14提供的整车电气环境，可以最大程度利用HIL测试平台的模拟环境，减少标定环境的搭建成本。将标定对象实物连接其中，可以对标定对象进行直接标定，提高标定准确度。

自动标定上位机11标定的过程如下：

自动标定上位机11给出目标位置指令(目标位置应在位置区间1；将0～100的节气门开度位置差分为若干个开度位置区间，如开度位置区间1、开度位置区间2…，则开度位置区间1代表0～5的节气门开度位置差，位置区间2代表5～10的节气门开度位置差…)，自动标定上位机11根据HIL测试平台13反馈的节气门响应，调整P项标定参数，使得P项标定参数在误差允许范围内满足要求，再标定I项标定参数，等I项标定参数在误差允许范围内满足要求后，标定D项标定参数；

通过同样的方法，标定位置区间2、位置区间3等各区间的PID各项标定参数。

上述技术方案中，它还包括CAN板卡12，CAN板卡12用以将自动标定上位机11与发动机HIL测试平台13之间的上位机通信信号与CAN信号之间的转换。CAN板卡12用于将上位机指令转化为CAN信号对ECU14进行标定。优先地，CAN板卡12为Kvaser公司产品Kvaser，也可以为其他CAN板卡。

发动机HIL测试平台13用于提供标定环境及反馈响应。优先地，所述发动机HIL测试平台13为dspaceHIL。

上述技术方案中，所述自动标定上位机11通过节气门15反馈的实际开度位置区间信息并利用预设ECU标定协议，进行当前节气门目标开度位置区间下ECU14的比例项标定参数的标定，使得比例项标定参数在预设比例项标定参数误差范围内，自动标定上位机11通过节气门15反馈的实际开度位置区间信息并利用比例项标定参数和预设ECU标定协议，进行当前节气门目标开度位置区间下ECU14的积分项标定参数的标定，使得积分项标定参数在预设积分项标定参数误差范围内，自动标定上位机11通过节气门15反馈的实际开度位置区间信息并利用积分项标定参数和预设ECU标定协议，进行当前节气门目标开度位置区间下ECU14的微分项标定参数的标定，使得微分项标定参数在预设微分项标定参数误差范围内。本发明只对三个参数进行标定：比例项标定参数、积分项标定参数、微分项标定参数。每个开度位置区间都有一个比例项标定参数、积分项标定参数、微分项标定参数。对比例项标定参数、积分项标定参数、微分项标定参数进行标定可以最大程度满足控制算法的准确性和稳定性，分区间进行标定可以使整个区间的参数都达到标定要求。

上述技术方案中，所述自动标定上位机11与CAN板卡12通过USB接口连接，CAN板卡12与发动机HIL测试平台13通过CAN_H与CAN_L连接，ECU14和节气门15的信号通信端分别连接至发动机HIL测试平台13对应的通信接口。

上述技术方案中，自动标定上位机11通过Python+Qt编程设计，集成HIL平台接口调用模块和XCP标定协议，用来调用和控制HIL平台通过标定协议对ECU进行标定。自动标定上位机有上位机界面，自动标定上位机软件的界面包括：标定文件输入区、标定参数输入区、标定控制区和显示区，如图2所示。标定文件输入区，用于输入标定用的文件，如A2l文件、S19文件等。标定参数输入区用于输入标定参数的初始值及手动标定时的标定值输入。标定控制区用于标定模式的选择、开始、暂停等操作控制。自动标定上位机11可以为PC机，也可以为其它操作系统的终端。自动标定上位机11通过Python+Qt编程设计，python编程有利于数据分析和处理，Qt编程有利于界面简单友好。

上述技术方案中，所述预设ECU标定协议为XCP(UniversalMeasurement andCalibration Protocol，通过测量与标定协议)标定协议。

一种利用上述系统的节气门自动标定方法，如图3所示，它包括如下步骤：

步骤1：控制发动机HIL测试平台13给ECU14和节气门15提供PID标定参数标定环境，在自动标定上位机11中，导入S19文件和A2l文件(S19文件是ECU的软件文件，A2l文件是用于描述ECU内部数据单元的数据库文件)，并填入PID标定参数的初始值；

步骤2：自动标定上位机11通过发动机HIL测试平台13向ECU14发送节气门第一目标开度位置区间控制指令，ECU14根据第一节气门目标开度位置区间控制指令控制节气门15的开度位置区间；

步骤3：自动标定上位机11通过发动机HIL测试平台13采集节气门15反馈的实际开度位置区间信息，自动标定上位机11通过节气门15反馈的实际开度位置区间信息并利用预设ECU标定协议，进行当前节气门目标开度位置区间下ECU14的PID标定参数的标定，直至标定参数达到目标值；

步骤4，自动标定上位机11通过发动机HIL测试平台13依次向ECU14发送余下各个目标开度位置区间的控制指令，并利用步骤2和步骤3的方法依次进行余下各个节气门目标开度位置区间下ECU14的PID标定参数的标定，最后利用所有节气门目标开度位置区间下ECU14的PID标定参数即可生成PID标定参数MAP图。

上述技术方案的步骤3中，PID标定参数中比例项标定参数的标定方法为，如图4所示：

步骤301：将PID标定参数中的积分项标定参数和微分项标定参数都设为0，用纯比例控制整定比例项标定参数：

步骤302：对当前节气门开度位置区间给出任一节气门目标开度位置区间的阶跃信号(即输入命令，以阶跃信号的形式输入，以便计算各种控制性能参数，如响应时间)，将比例项标定参数由小到大进行调节，直到节气门产生等幅振荡；

步骤303：记录节气门软件对节气门输出控制信号的周期t1、产生等幅振荡时的比例项标定参数P1和等幅振荡周期t2；

步骤304：根据以下公式计算出PID标定参数中的比例项标定参数P，P＝a*P1；其中a为系数，取值范围0.5～0.7；

步骤305：对当前节气门开度位置区间给出任一节气门目标开度位置区间的阶跃信号，根据节气门15反馈的节气门响应时间(从输入信号发出到节气门第一次到达目标位置的时间)和超调量(节气门在稳定前超过目标位置的最大偏差)，确定节气门响应时间最小，且超调量最小对应的a值从而确定PID标定参数中的比例项标定参数P并标定。

上述技术方案的步骤3中，PID标定参数中积分项标定参数的标定方法为，如图5所示：

步骤311，根据节气门软件对节气门输出控制信号的周期t1、PID标定参数中的比例项标定参数P及等幅振荡周期t2，按以下公式计算积分项标定参数I：I＝b*P*t1/t2；其中b为系数，取值范围1.8～2.2；

步骤312，对当前节气门开度位置区间给出任一节气门目标开度位置区间的阶跃信号，根据节气门15反馈的节气门响应时间和静差(节气门最后稳定的位置与目标位置的偏差)，确定节气门响应时间最小，且静差最小对应的b值，从而确定积分项标定参数I并标定。

上述技术方案的步骤3中，PID标定参数中微分项标定参数的标定方法为，如图6所示：

步骤321：根据节气门软件对节气门输出控制信号的周期t1、PID标定参数中的比例项标定参数P及等幅振荡周期t2，按以下公式计算微分项标定参数D：D＝c*P*t2/t1；其中c为系数，取值范围1～1.5；

步骤322：对当前节气门开度位置区间给出任一节气门目标开度位置区间的阶跃信号，根据节气门15反馈的节气门响应时间和静差，确定节气门响应时间最小，且静差最小对应的系数c值从而确定微分项标定参数D并标定。

上述技术方案中，对比例项标定参数的标定只引入比例控制环节，可以直接快速的标定到最优参数。

对积分项标定参数的标定只引入比例积分控制环节，并同时修正比例项标定参数。可以快速准确对积分项标定参数进行标定。

对微分项标定参数标定的同时修正比例项标定参数和积分项标定参数。可以消除微分项控制模块对比例项控制模块和积分项控制模块的影响，提高标定准确性。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种基于硬件在环的节气门自动标定系统，其特征在于：它包括自动标定上位机(11)、发动机HIL测试平台(13)、ECU(14)和节气门(15)，其中，所述发动机HIL测试平台(13)用于给ECU(14)和节气门(15)提供PID标定参数标定环境；

自动标定上位机(11)通过发动机HIL测试平台(13)向ECU(14)发送节气门目标开度位置区间控制指令，ECU(14)根据节气门目标开度位置区间控制指令控制节气门(15)的开度位置区间，自动标定上位机(11)还用于通过发动机HIL测试平台(13)采集节气门(15)反馈的实际开度位置区间信息，自动标定上位机(11)通过节气门(15)反馈的实际开度位置区间信息并利用预设ECU标定协议，进行当前节气门目标开度位置区间下ECU(14)的PID标定参数的标定。

2.根据权利要求1所述的基于硬件在环的节气门自动标定系统，其特征在于：它还包括CAN板卡(12)，CAN板卡(12)用以将自动标定上位机(11)与发动机HIL测试平台(13)之间的上位机通信信号与CAN信号之间的转换。

3.根据权利要求1所述的基于硬件在环的节气门自动标定系统，其特征在于：所述自动标定上位机(11)通过节气门(15)反馈的实际开度位置区间信息并利用预设ECU标定协议，进行当前节气门目标开度位置区间下ECU(14)的比例项标定参数的标定，使得比例项标定参数在预设比例项标定参数误差范围内，自动标定上位机(11)通过节气门(15)反馈的实际开度位置区间信息并利用比例项标定参数和预设ECU标定协议，进行当前节气门目标开度位置区间下ECU(14)的积分项标定参数的标定，使得积分项标定参数在预设积分项标定参数误差范围内，自动标定上位机(11)通过节气门(15)反馈的实际开度位置区间信息并利用积分项标定参数和预设ECU标定协议，进行当前节气门目标开度位置区间下ECU(14)的微分项标定参数的标定，使得微分项标定参数在预设微分项标定参数误差范围内。

4.根据权利要求2所述的基于硬件在环的节气门自动标定系统，其特征在于：所述自动标定上位机(11)与CAN板卡(12)通过USB接口连接，CAN板卡(12)与发动机HIL测试平台(13)通过CAN_H与CAN_L连接，ECU(14)和节气门(15)的信号通信端分别连接至发动机HIL测试平台(13)对应的通信接口。

5.根据权利要求1所述的基于硬件在环的节气门自动标定系统，其特征在于：所述预设ECU标定协议为XCP标定协议。

6.一种利用权利要求1所述系统的节气门自动标定方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：控制发动机HIL测试平台(13)给ECU(14)和节气门(15)提供PID标定参数标定环境；

步骤2：自动标定上位机(11)通过发动机HIL测试平台(13)向ECU(14)发送节气门第一目标开度位置区间控制指令，ECU(14)根据第一节气门目标开度位置区间控制指令控制节气门(15)的开度位置区间；

步骤3：自动标定上位机(11)通过发动机HIL测试平台(13)采集节气门(15)反馈的实际开度位置区间信息，自动标定上位机(11)通过节气门(15)反馈的实际开度位置区间信息并利用预设ECU标定协议，进行当前节气门目标开度位置区间下ECU(14)的PID标定参数的标定。

7.根据权利要求6所述的节气门自动标定方法，其特征在于：所述步骤3后还包括步骤4，自动标定上位机(11)通过发动机HIL测试平台(13)依次向ECU(14)发送余下各个目标开度位置区间的控制指令，并利用步骤2和步骤3的方法依次进行余下各个节气门目标开度位置区间下ECU(14)的PID标定参数的标定。

8.根据权利要求6所述的节气门自动标定方法，其特征在于：所述步骤3中，PID标定参数中比例项标定参数的标定方法为：

步骤301：将PID标定参数中的积分项标定参数和微分项标定参数都设为0，用纯比例控制整定比例项标定参数；

步骤302：对当前节气门开度位置区间给出任一节气门目标开度位置区间的阶跃信号，将比例项标定参数由小到大进行调节，直到节气门产生等幅振荡；

步骤303：记录节气门软件对节气门输出控制信号的周期t1、产生等幅振荡时的比例项标定参数P1和等幅振荡周期t2；

步骤304：根据以下公式计算出PID标定参数中的比例项标定参数P，P＝a*P1；其中a为系数，取值范围0.5～0.7；

步骤305：对当前节气门开度位置区间给出任一节气门目标开度位置区间的阶跃信号，根据节气门(15)反馈的节气门响应时间和超调量，确定节气门响应时间最小，且超调量最小对应的a值从而确定PID标定参数中的比例项标定参数P并标定。

9.根据权利要求8所述的节气门自动标定方法，其特征在于：所述步骤3中，PID标定参数中积分项标定参数的标定方法为：

步骤311，根据节气门软件对节气门输出控制信号的周期t1、PID标定参数中的比例项标定参数P及等幅振荡周期t2，按以下公式计算积分项标定参数I：I＝b*P*t1/t2，其中b为系数，取值范围1.8～2.2；

步骤312，对当前节气门开度位置区间给出任一节气门目标开度位置区间的阶跃信号，根据节气门(15)反馈的节气门响应时间和静差，确定节气门响应时间最小，且静差最小对应的b值，从而确定积分项标定参数I并标定。

10.根据权利要求9所述的节气门自动标定方法，其特征在于：

所述步骤3中，PID标定参数中微分项标定参数的标定方法为：

步骤321：根据节气门软件对节气门输出控制信号的周期t1、PID标定参数中的比例项标定参数P及等幅振荡周期t2，按以下公式计算微分项标定参数D：D＝c*P*t2/t1；其中c为系数，取值范围1～1.5；

步骤322：对当前节气门开度位置区间给出任一节气门目标开度位置区间的阶跃信号，根据节气门15反馈的节气门响应时间和静差，确定节气门响应时间最小，且静差最小对应的系数c值从而确定微分项标定参数D并标定。

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