車用發(fā)動機匹配優(yōu)化的一種試驗分析方法

杜志良，張有，黎程

（上海柴油機股份有限公司，上海200438）

1 引言

從發(fā)動機到車輪，汽車整個動力傳動系統(tǒng)的匹配優(yōu)化，一直是業(yè)內(nèi)研究的重要課題。各種設(shè)計、試驗、分析的方法和手段，都已相當(dāng)成熟。但是，發(fā)動機的動力性與經(jīng)濟性，相對于汽車的車速、負荷，是一個非線性系統(tǒng)，用戶的使用狀態(tài)千差萬別，難以針對所有汽車、甚至于某一個車型，開發(fā)出一個完善的、普遍適用的系統(tǒng)[1]。在乘用車領(lǐng)域，大城市家庭用車、出租車和郊區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)用車之間；在商用貨車領(lǐng)域，城市間高速運輸車輛、市區(qū)與郊區(qū)間的貨物接駁車量之間；在商用客車領(lǐng)域，公交車與長途大巴之間，都有很大的使用差異[2]。這種差異，通常通過對油量和提前角折衷標(biāo)定的辦法解決。

近年來，隨著對細分市場產(chǎn)品的要求不斷提高，汽車廠家也根據(jù)不同地區(qū)用戶的使用需要，推出適合用于高原、出租、公交、公路運輸?shù)忍囟ㄜ囕v，改善了汽車的實際使用性能，受到用戶歡迎[3]。

本文以某車型配套的發(fā)動機為例，詳細地說明了基于用戶實車使用試驗的一種匹配試驗分析方法?？梢则炞C發(fā)動機與整車匹配的合理性，指導(dǎo)整車匹配的開發(fā)方向。

2 試驗分析體系的總體構(gòu)思

2.1 基于用戶實際使用狀態(tài)

以最典型的用戶使用工況為試驗基礎(chǔ)平臺，完整采集、獲得最能體現(xiàn)樣車實際狀態(tài)的數(shù)據(jù)。

2.2 發(fā)動機基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取

在臺架上完成發(fā)動機萬有特性試驗，獲得發(fā)動機全工況運行參數(shù)。

2.3 從電控單元采集數(shù)據(jù)

為了使車輛具有良好的油耗，開發(fā)設(shè)計時盡量使車輛在實際常用行駛狀態(tài)下，發(fā)動機處于低油耗區(qū)。為此必須根據(jù)用戶的可能實際使用情況，對動力系統(tǒng)進行優(yōu)化匹配，合理地選擇后橋 （驅(qū)動橋）減速比及變速箱檔位數(shù)、速比等，以使車輛獲得良好的動力性和經(jīng)濟性。

近年來，隨著國家節(jié)能、減排法規(guī)的不斷升級，電控發(fā)動機在整車上已獲得了廣泛使用。電控單元的應(yīng)用為監(jiān)控與測量發(fā)動機運行參數(shù)提供了一個新的平臺，我們可以擴展發(fā)動機電控系統(tǒng)信息的應(yīng)用范圍，為整車匹配試驗提供服務(wù)。

在發(fā)動機電控系統(tǒng)上建立移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其連接簡圖如圖1所示。

通過數(shù)據(jù)讀取單元故障診斷儀，將ECU與電腦相連，使用編制好的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將ECU內(nèi)的發(fā)動機運行數(shù)據(jù)實時顯示并記錄下來供分析研究。

2.4 整車運行宏觀數(shù)據(jù)

記錄行駛時間、行駛里程、燃油消耗量等。

3 實車使用試驗

為研究用戶在實車運輸過程中發(fā)動機運行工況的匹配分布狀態(tài)，使用某型號電控發(fā)動機所配牽引車進行高速路況實車運輸試驗。試驗道路選擇上海－北京段，全長約1 400 km，是比較典型的公路運輸線路。試驗安排如表1所示。

試驗記錄的主要參數(shù)有：車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、每循環(huán)噴油量、行駛里程、總?cè)加拖牧康?。試驗采樣頻率4 Hz。結(jié)合發(fā)動機臺架試驗數(shù)據(jù)，可以得到以下分析結(jié)果。

4 試驗結(jié)果處理分析

4.1 整車運行宏觀數(shù)據(jù)

用傳統(tǒng)的整車路試試驗統(tǒng)計方法，得到行駛時間、行駛里程、平均車速、百公里油耗等試驗結(jié)果，見表2。

4.2 試驗數(shù)據(jù)分項處理結(jié)果

通過對ECU數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所收集數(shù)據(jù)的分析計算，得到檔位利用率、車速分布、發(fā)動機運行工況在萬有特性上的分布等對匹配優(yōu)化非常有價值的數(shù)據(jù)。圖2、圖3分別為滿載和空載情況下整車變速箱速比－車速分布圖，從圖中工況點的分布情況可以看出，滿載狀態(tài)下速比分布較均勻，而空載狀態(tài)下速比分布較集中，其統(tǒng)計結(jié)果如圖4和圖6所示。圖5和圖7分別為實車運輸試驗中車速分布的統(tǒng)計結(jié)果。

4.3 結(jié)果分析

從圖8滿載運行狀態(tài)在萬有特性圖上的分布可以發(fā)現(xiàn)，該發(fā)動機最經(jīng)濟的運行區(qū)域在1 300～1 700 r/m in之間。而用戶使用過程中轉(zhuǎn)速主要運行在900～1 400 r/m in區(qū)間，為適應(yīng)用戶使用需求，發(fā)動機與整車的優(yōu)化匹配還有一定的調(diào)整空間。從圖9空載運行狀態(tài)在萬有特性圖上的分布情況可以發(fā)現(xiàn)，用戶空車運行過程中發(fā)動機轉(zhuǎn)速雖然已經(jīng)基本處于最經(jīng)濟運行轉(zhuǎn)速區(qū)域，但是負荷偏低，如果設(shè)置空載版本ECU，將外特性曲線壓低，優(yōu)化萬有特性曲線，油耗仍有下降的潛力。

5 結(jié)束語

（1）實車使用試驗可得到量化的平均車速、平均燃油耗、檔位利用率分布、車速分布、整車運行工況在發(fā)動機萬有特性上的分布等結(jié)果。

（2）以用戶實車使用試驗為平臺，綜合發(fā)動機臺架試驗、發(fā)動機電控單元數(shù)據(jù)采集和車輛宏觀運行數(shù)據(jù)記錄三個方面的結(jié)果所建立的試驗分析體系，可以比較全面地分析發(fā)動機與整車之間的匹配狀態(tài)，是評價與優(yōu)化匹配設(shè)計的一個有效方法。

（3）可加入駕駛?cè)藛T主觀評價，綜合評定整車的操控性能。

1劉潔浩.發(fā)動機性能曲線設(shè)置對整車性能的影響[C]//2007中國汽車工程學(xué)會年會論文集.北京，機械工業(yè)出版社，2007.

2楊連生.內(nèi)燃機性能及其與傳動裝置的優(yōu)化匹配[M].北京：學(xué)術(shù)期刊出版社，1988：39-45.

3楊俊武.動力系統(tǒng)的優(yōu)化匹配及車輛的使用保養(yǎng)對油耗的影響.柴油機設(shè)計與制造，2009(1)：29-32.