ETC試驗工況回歸分析算法影響因素的探討

楊衛(wèi)東，孫 妙，李同強(qiáng)，陳文杰

（上海柴油機(jī)股份有限公司，上海200438）

ETC試驗工況回歸分析算法影響因素的探討

楊衛(wèi)東，孫 妙，李同強(qiáng)，陳文杰

（上海柴油機(jī)股份有限公司，上海200438）

在GB17691－2005國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)中對ETC試驗工況回歸分析算法允差進(jìn)行了定義，對各種可以影響因素進(jìn)行了說明，但沒有給出對評價結(jié)果的影響，通過一個實例從時間偏移和扭矩可刪點兩個方面試圖說明其潛在影響的大小。

ETC試驗回歸分析算法影響因素

1 前言

不斷降低發(fā)動機(jī)的排放和噪聲污染，滿足人們對環(huán)保的需求，并不斷降低油耗，滿足人們降低使用成本的目標(biāo)，一直是發(fā)動機(jī)研究者和制造商們的追求。特別是隨著國Ⅲ排放法規(guī)和限值的實施，研發(fā)人員除繼續(xù)改進(jìn)發(fā)動機(jī)排放性能外，對于其他影響發(fā)動機(jī)排放水平的諸多因素，也給予極大的關(guān)注，如測試環(huán)境條件和儀器的一致性等，今年我們與國內(nèi)某檢測機(jī)構(gòu)就同一臺發(fā)動機(jī)進(jìn)行國Ⅲ顆粒測試后，對顆粒重、稀釋排氣質(zhì)量流量（Gtotw）、功率、系統(tǒng)以及其它通過顆粒物取樣過濾器的稀釋排氣質(zhì)量（Wsam）影響因素進(jìn)行貢獻(xiàn)率分布的分析，結(jié)果如圖1所示。ETC試驗的影響因素也非常多，涉及測功器的PID控制參數(shù)，發(fā)動機(jī)的控制與響應(yīng)，分析中所用的算法等等，本文就針對發(fā)動機(jī)污染物排放測試技術(shù)中，對ETC試驗工況回歸分析算法影響作一淺顯的分析，以饗讀者。

圖1 影響顆粒測試結(jié)果的各因素貢獻(xiàn)率

2 ETC試驗程序介紹

ETC是European Transient Cycle的簡寫，對于采用先進(jìn)的排氣后處理技術(shù)（如降氮氧化物催化系統(tǒng)或顆粒捕集器）的重型車用柴油機(jī)以及氣體燃料發(fā)動機(jī)要求通過ETC瞬態(tài)循環(huán)測定排放。整個循環(huán)歷時1 800 s，并逐秒改變發(fā)動機(jī)扭矩和轉(zhuǎn)速工況。該工況與卡車、公交車上的重載發(fā)動機(jī)預(yù)熱后，與規(guī)定的道路駕駛模式下的工作狀況接近。在試驗循環(huán)開始之前要先繪制從最低曲線轉(zhuǎn)速到最高曲線轉(zhuǎn)速下的扭矩-轉(zhuǎn)速曲線。

圖2 ETC試驗轉(zhuǎn)速曲線

2.1 MAP圖的確定

2.1.1 MAP圖轉(zhuǎn)速范圍的測定

要在試驗室進(jìn)行ETC試驗，試驗之前必須對發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩進(jìn)行MAP化，以確定轉(zhuǎn)速和扭矩曲線，其中最小、最大MAP轉(zhuǎn)速按下式?jīng)Q定：

最小MAP轉(zhuǎn)速：怠速

最大MAP轉(zhuǎn)速：1.02 nhi或最高空車轉(zhuǎn)速，二者中取低值。

2.1.2 完成發(fā)動機(jī)功率MAP圖

發(fā)動機(jī)暖機(jī)至最大功率，以使發(fā)動機(jī)運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，這些參數(shù)可由發(fā)動機(jī)制造廠確定或發(fā)動機(jī)配套應(yīng)用單位來確認(rèn)。當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況穩(wěn)定后，發(fā)動機(jī)功率圖根據(jù)如下步驟完成。

1）發(fā)動機(jī)在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)；

2）發(fā)動機(jī)的高壓油泵在最低MAP轉(zhuǎn)速時將油門設(shè)到100%；

3）發(fā)動機(jī)以8±1 min-1/s的平均增速率從最低至最高M(jìn)AP轉(zhuǎn)速，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩運(yùn)行點的記錄頻率至少1點/s。

2.1.3 繪制MAP圖

用線性內(nèi)插法：將2.1.2過程中記錄的數(shù)據(jù)點連接起來，產(chǎn)生的扭矩曲線即是MAP曲線，它將發(fā)動機(jī)試驗循環(huán)時的名義扭矩值轉(zhuǎn)換成實際值。

2.1.4 替代MAP化

如果制造廠認(rèn)為上述MAP技術(shù)不可靠或不能代表給定的發(fā)動機(jī)，則可用替代MAP技術(shù)，這些MAP技術(shù)必須滿足專門MAP程序的需要，以便測定發(fā)動機(jī)在各轉(zhuǎn)速下所能發(fā)出的最大有效扭矩。就其可靠性、代表性等方面而言，與上述規(guī)定的MAP技術(shù)之間的誤差及其原因，應(yīng)由專門機(jī)構(gòu)認(rèn)證并說明采用的理由。對渦輪增壓和調(diào)速器控制發(fā)動機(jī)而言，沒有必要用掃描式連續(xù)降低轉(zhuǎn)速的方法。

2.1.5 重復(fù)試驗

發(fā)動機(jī)試驗循環(huán)之前，不必每次都進(jìn)行MAP化，但若出現(xiàn)下列情況，試驗之前要重新MAP化。

1）距最近一次MAP之后有一段非正常的時間，由工程評判來決定；

2）物理性變化或重新校正已經(jīng)導(dǎo)致對發(fā)動機(jī)性能潛在的影響。

2.2 基準(zhǔn)循環(huán)的產(chǎn)生

瞬態(tài)試驗循環(huán)中扭矩、轉(zhuǎn)速的額定值應(yīng)變化為實際值，計算方法如下。

2.2.1 實際轉(zhuǎn)速

用下列等式將轉(zhuǎn)速非標(biāo)準(zhǔn)化

基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速(nref)相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的100%轉(zhuǎn)速值，由下式計算：

nref=nlo+95%（nhi-nlo）

2.2.2 實際扭矩

各個轉(zhuǎn)速下最大扭矩是標(biāo)準(zhǔn)扭矩，基準(zhǔn)循環(huán)的扭矩值應(yīng)是非標(biāo)準(zhǔn)值，它采用按2.1.3測定的MAP曲線，如下：

由2.2.1測定的實際轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的扭矩。

為生成基準(zhǔn)循環(huán)，倒拖點（“m”）的負(fù)扭矩值應(yīng)取非標(biāo)準(zhǔn)值，該非標(biāo)準(zhǔn)值可用下列任一方法：

1）在相關(guān)的轉(zhuǎn)速下，可用正扭矩的40%即為負(fù)扭矩；

2）MAP化的負(fù)扭矩，要求能從最低到最高M(jìn)AP轉(zhuǎn)速倒拖發(fā)動機(jī)；

3）拖動發(fā)動機(jī)的負(fù)扭矩測定要在怠速、基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速以及兩轉(zhuǎn)速之間按線性插值法決定的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行。

2.3 試驗循環(huán)參數(shù)

各參數(shù)的具體定義詳見GB17691-2005“車用壓燃式、氣體燃料點燃式發(fā)動機(jī)與汽車排氣污染物排放限值及測量方法”，各參數(shù)相互之間的關(guān)系見下圖3。

圖3 發(fā)動機(jī)MAP

2.4 ETC主要統(tǒng)計指標(biāo)定義

在GB17691-2005中，對ETC試驗的轉(zhuǎn)速、扭矩和功率采用最小二乘法進(jìn)行線性回歸分析，回歸線的允差定義如表1。

試驗循環(huán)的統(tǒng)計學(xué)驗證方法具體描述為，反饋值對基準(zhǔn)值的線性回歸要在轉(zhuǎn)速、扭矩、功率3個參數(shù)上進(jìn)行，尤其是反饋值發(fā)生偏移后，用最小二乘法，其最適合的表達(dá)式為：

y=mx+b

式中，

y——發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩或功率的反饋值（實際值）；

m——回歸線的斜率；

x——發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩或功率的基準(zhǔn)值；

b——回歸線y的截距。

3 影響回歸分析算法的幾個因素與分析

3.1 試驗運(yùn)行的確認(rèn)

為了將因反饋與基準(zhǔn)循環(huán)值之間時間滯后帶來的偏差影響減至最小，所有發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩反饋信號順序在時間上可以提前或滯后于對應(yīng)的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速、扭矩順序。若反饋信號偏移，則扭矩、轉(zhuǎn)速也應(yīng)向同一方向偏移同一量值。

表1 回歸線的允差

3.2 回歸分析中允許刪除的點

表2 回歸分析刪除條件

3.3 MAP化過程

為生成基準(zhǔn)循環(huán)，倒拖點（“m”）的負(fù)扭矩值應(yīng)取非標(biāo)準(zhǔn)值，該非標(biāo)準(zhǔn)值可用下列任一方法：

1）在相關(guān)的轉(zhuǎn)速下，可用正扭矩的40%即為負(fù)扭矩；

2）MAP化的負(fù)扭矩，要求能從最低到最高M(jìn)AP轉(zhuǎn)速倒拖發(fā)動機(jī)；

3）拖動發(fā)動機(jī)的負(fù)扭矩測定要在怠速、基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速以及這2個轉(zhuǎn)速之間按線性插值法決定的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行。

4 實例分析

以某中等缸徑發(fā)動機(jī)的ETC試驗數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析，由于具體數(shù)據(jù)量較大，所以文中采用發(fā)動機(jī)的實際MAP圖、發(fā)動機(jī)ETC實際轉(zhuǎn)速曲線圖和發(fā)動機(jī)ETC實際扭矩曲線圖來表示，具體參見圖4~圖6。

圖4 發(fā)動機(jī)實際MAP

圖5 發(fā)動機(jī)實際ETC扭矩曲線

圖6 發(fā)動機(jī)實際ETC轉(zhuǎn)速曲線

我們利用EXCEL中統(tǒng)計函數(shù)的功能，對ETC數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計回歸分析，具體結(jié)果如表3和表4所示。

表3 ETC轉(zhuǎn)速回歸分析結(jié)果

表4 ETC扭矩回歸分析結(jié)果

根據(jù)上述結(jié)果，然后再進(jìn)行比對計算，表5和表6是在相同時間偏移條件下對扭矩刪除點的影響，表7和表8是在扭矩點相同條件下對時間偏移的影響。

Discussion on Affecting Factors of Regression Analysis in ETC Test

Yang Weidong,Sun Miao,Li Tongqiang,Chen Wenjie
(Shanghai Diesel Engine Company Limited,Shanghai 200438,China)

GB17691-2005,China standard on StageⅢemission regulation,defines deviation to regression analysis of ECT test and describes varied factors affecting regression analysis.But the standard does not show effects of factors on evaluation.Effects of time axis and torque deleting condition on evaluation are discussed through a practical example.

regression analysis method,ETC test,affecting,factors

表5 ETC轉(zhuǎn)速回歸分析因素影響

來稿日期：2008-01-12

楊衛(wèi)東（1970－），男，高級工程師，主要研究方向為發(fā)動機(jī)測試技術(shù)。