上海柴油机股份有限公司 (SDEC) 将柴油机微粒捕集器碳载量模型的标定自动化
“Model-Based Calibration Toolbox 帮助我们提高了标定质量，降低了标定成本，并且解决了传统手动标定过于依赖工程师经验的问题。”
挑战
开发柴油机微粒捕集器模型作为虚拟传感器，降低排放和成本
解决方案
使用 Simulink 和 Model-Based Calibration Toolbox 创建柴油机微粒捕集器碳积聚的模型并自动将其标定准确
结果
- 标定准确度提高了 90%
- 实现了一致的结果
- 缩短了标定时间
上海柴油机股份有限公司 (SDEC) 的柴油机测试
尽管电动汽车的使用量持续增加，但对于汽车制造商来说，尤其是在中国，将柴油卡车和其他车辆的排放降至最低仍是当务之急，因为严格的国 6 排放标准正在逐步实施。柴油机微粒捕集器 (DPF) 在排放管理中发挥着至关重要的作用，它可以去除柴油机尾气中的碳颗粒物。
为了使 DPF 以最高效运行，电子控制单元 (ECU) 软件使用 DPF 碳载量模型作为虚拟传感器来估计积碳情况，并确定何时需要通过主动再生过程对 DPF 进行清洁。这种碳烟模型的标定通常是一个复杂的手动过程，高度依赖于专业工程团队的专业知识。
碳载量模型之所以重要，是因为在主动再生过程中，发动机需要额外的燃料来烧掉碳烟，从而影响了整体车辆的燃料经济性。 如果碳烟模型高估了碳载量，则会多使用不必要的燃料，而低估碳载量则可能导致碳烟长时间积聚在 DPF 内。
上海柴油机股份有限公司(SDEC) 的工程师利用 MATLAB® 和 Model-Based Calibration Toolbox™ 自动标定碳烟模型。这样能够比简单但性能欠佳的手动标定模型提供更准确的估计。“Model-Based Calibration Toolbox 使我们能够提高标定准确度，满足碳烟估计的工程要求，”SDEC 负责柴油机 DPF 系统的高级工程师夏秀娟表示。“而且它能帮助我们缩短开发周期，避免对模型进行繁琐的手动调整，并实现不必严重依赖工程师经验的工作流，这些同样重要。”
挑战
SDEC 的工程师通过一系列道路驾驶测试收集标定过程的数据，在此期间记录了大量的巨大瞬态数据集。在每次测试中，工程师都会在各种工况（包括不同的发动机转速、扭矩、海拔高度和温度）下驾驶车辆之前和之后对 DPF 进行称重。所有这些数据（包括 DPF 重量和行驶工况）必须在进行清理之后才能用于标定碳载量模型中几十个查找表中的值。
过去，SDEC 手动标定查找表的值，这很难快速获得准确的结果。模型中的误差要么导致低估碳载量，使得过滤效率低下；要么导致高估碳载量，造成频繁再生和过量的燃料消耗。数据集的大小和大量的可调表也会导致内部优化器的瞬态标定等待时间很长。
对于重型运输和农业领域的许多柴油发动机公司来说，标定的质量和结果在很大程度上取决于工程经验和合适的技术。
解决方案
SDEC 工程师根据 DPF OEM 供应商提供的规格和文档，在 Simulink® 中创建了一个碳载量模型。
该团队与 MathWorks 的工程师一起开发了个 MATLAB 脚本，用于清理和预处理来自 50 个不同数据文件的车辆道路测试数据。
然后根据清理后的数据，他们使用 MATLAB 和 Model-Based Calibration Toolbox 生成了碳载量模型中查找表的最佳标定。模型的输入包括测得的发动机转速和扭矩以及其他工况；模型的输出是用 DPF 重量表示的碳烟积聚情况。此外，SDEC 现在可以通过 Model-Based Calibration Toolbox 中的专用优化技术高效地处理巨大的瞬态数据集和数量众多的表。结果就是比以前的短得多的交付时间与更好的交付结果。
为了进一步缩短标定时间，该团队还使用了 Parallel Computing Toolbox™ 在多核工作站上完成了优化。
工程师们使用 MATLAB 将标定结果可视化，以生成模型的碳载量估算值（克/升）与行驶工况测试实际测量值之间的偏差图。
之后将标定后的查找表值整合到 ECU 中。这些值现已用于生产车辆中。
SDEC 的工程师通过一系列道路驾驶测试收集标定过程的数据。
结果
- 标定准确度提高了 90%。“使用手动流程时，我们经常很难达到碳烟积聚误差小于 1 克/升的基线准确度要求，”夏工表示。“使用 Model-Based Calibration Toolbox，我们将准确度提高了 90%，并将误差降低到了 0.1 克/升以下。”
- 实现了一致的结果。“具备执行复杂标定所需专业知识的工程师人手不足，因此很难得到一致的结果，”夏工说。“利用 Model-Based Calibration Toolbox，即使是由初级工程师进行标定我们也可以一直获得同样高质量的结果。”
- 缩短了标定时间。“过去，我们在调整标定查找表时需要数周时间才能达到所需的准确度，特别是在涉及瞬态时，”夏工表示。“我们估计使用 Model-Based Calibration 自动完成这一过程后已将标定时间从数周缩短到几个小时。”
