基于等速油耗測量的車用發動機匹配優化試驗分析方法

黎 程，張 有，杜志良，王念申，周海寧

（1.同濟大學，上海2000921；2.濰柴動力上海研發中心，上海201315）

基于等速油耗測量的車用發動機匹配優化試驗分析方法

黎 程1,2，張 有2，杜志良2，王念申2，周海寧2

（1.同濟大學，上海2000921；2.濰柴動力上海研發中心，上海201315）

基于一臺公路運輸車輛在試驗場內的油耗試驗，通過采集發動機電控數據信息和發動機臺架試驗數據，結合試驗場內的整車路試試驗方法，得到平均車速、等速百公里油耗、等效整車運行工況在發動機萬有特性上的分布等結果，提出了車用發動機在整車上匹配優化的一種新的試驗分析方法。

車用發動機優化匹配試驗分析方法

1 引言

從發動機到車輪，汽車整個動力傳動系統的匹配優化，一直是業內研究的重要課題。各種設計、試驗、分析的方法和手段，都已相當成熟。但是，發動機的動力性與經濟性，相對于汽車的車速和負荷，是一個非線性系統；用戶的使用狀態千差萬別，難以針對所有汽車、甚至于某一個車型，開發出一個完善的、普遍適用的系統。在乘用車領域，大城市家庭用車、出租車和郊區鄉鎮地區用車之間，在商用貨車領域，城市間高速運輸車輛、市區與郊區間的貨物接駁車量之間，在商用客車領域，公交車與長途大巴之間，都有很大的使用差異。這種差異，通常通過折衷標定的辦法解決。

近年來，隨著對細分市場產品的要求不斷提高，汽車廠家也在根據不同地區用戶的使用需要，推出高原版、出租版、公交版、公路運輸版等特定車輛，改善了汽車的實際使用性能，受到用戶歡迎[1]。

本文以某車型配套的發動機為例，詳細地說明了基于等速油耗測量的車用發動機匹配試驗分析方法。可以驗證發動機與整車匹配的合理性，尋找動力總成優化的節油潛力，指導整車匹配的開發方向。

2 試驗分析體系的總體構思

以試驗場試驗為基礎平臺，完整采集樣車各檔等速運行狀態下的行駛時間、行駛里程、燃油消耗量等數據。在臺架上完成發動機萬有特性試驗，獲得發動機全工況運行參數。

為了使車輛具有良好的油耗，開發設計時盡量使車輛在實際常用行駛狀態下，發動機處于低油耗區。為此必須根據用戶可能的實際使用情況，對動力系統進行優化匹配，合理地選擇后橋（驅動橋）減速比及變速箱檔位數、速比等，以使車輛獲得良好的動力性和經濟性。

通過近年來對發動機優化匹配的研究，有必要將整車試驗與發動機臺架試驗結合起來整體分析。通過引入變速箱速比、后橋速比、輪胎滾動半徑等參數，將發動機萬有特性數據進行換算，可以分析車輛在不同檔位下發動機的百公里油耗表現。

在發動機電控系統上建立移動數據采集系統，其連接簡圖如圖1所示。通過數據讀取單元，將ECU與電腦相連，讀取ECU內的發動機運行數據，實時顯示并記錄下來供分析研究。

圖1 數據采集系統簡圖

3 整車等速運行試驗

為研究發動機在車輛動力系統總成上的表現，使用某型號電控發動機所配牽引車進行試驗場內等速油耗試驗，主要動力總成配置見表1。試驗道路選擇東風襄樊試驗場高環。

表1 試驗車輛主要動力總成配置

試驗記錄的主要參數有：車速、行駛時間、行駛里程、燃油消耗量、發動機轉速等。結合發動機臺架試驗數據，可以得到以下分析結果。

4 試驗結果處理分析

4.1 發動機萬有特性數據

通過對發動機臺架測量的小時耗油量數據進行處理，繪制出最高檔及次高檔以百公里油耗為等高線的發動機萬有特性數據，如圖2和圖3所示。

圖2 最高檔百公里油耗萬有特性曲線

圖3 次高檔百公里油耗萬有特性曲線

通過對最高檔及次高檔不同檔位下百公里油耗萬有特性數據的對比分析得到：當輸出扭矩不變時，發動機轉速升高，百公里油耗變化很小；當發動機轉速不變，百公里油耗隨輸出扭矩增大而增加；當發動機轉速及輸出扭矩相同時，最高檔的百公里油耗較次高檔的百公里油耗要低。

以百公里油耗為縱坐標、車速為橫坐標繪制發動機等功率線。通過對最高檔及次高檔的對比分析，整車車速相同及發動機輸出功率相同的條件下，圖4中在點劃線左上方，次高檔耗油較最高檔的低；在點劃線右下方，最高檔耗油較次高檔的低。

圖4 最高檔及次高檔狀態發動機功率等高線

4.2 結合整車試驗數據采用Matlab軟件插值計算

對表1樣車通過測量整車等速油耗數據，結合最高檔及次高檔以百公里油耗為縱坐標的發動機扭矩、功率等高線的發動機萬有特性數據，采用Matlab軟件插值計算發動機等效扭矩。具體數據見表2和表3。

表2 最高檔時試驗車輛的等速油耗數據

表3 次高檔時試驗車輛的等速油耗數據

4.3 結果分析

從圖5最高檔與次高檔等速運行工況在萬有特性圖上的分布圖可以發現，在整車等速運行過程中，最高檔各車速下發動機等效運行點所處位置并非油耗率最低區域。可使用調整速比及優化發動機經濟區位置實現節油。

圖5 最高檔及次高檔運行工況在萬有特性圖上的分布圖

從圖6最高檔及次高檔等速油耗試驗數據在等功率圖上的分布可以看出，等速50 km/h時最高檔與次高檔油耗測試值相當，而高于50 km/h車速的最高檔油耗較次高檔低，而且隨著車速的提高越來越低，符合對最高檔及次高檔以百公里油耗為縱坐標，車速為橫坐標的發動機等功率線的對比分析結果。

圖6 最高檔及次高檔等速油耗曲線分布圖

5 結論

（1）通過對發動機臺架測量的小時耗油量數據進行處理，繪制出最高檔及次高檔以百公里油耗為等高線的發動機萬有特性數據，結合最高檔與次高檔的功率變化關系可簡單分析動力系統的節油潛力。

（2）結合發動機臺架試驗數據，可以更精確地做出發動機運行等效狀態在萬有特性圖上的分布規律。

1杜志良.車用發動機匹配優化的一種試驗分析方法[J].柴油機設計與制造，2010（1）.

An Experimental Analysis Method of Engine Matching Optimization Based on Constant Speed Fuel Consumption Test

Li Cheng1,2,Zhang You2,Du Zhiliang2,Wang Niansheng2,Zhou Haining2
（1.Tongji University,Shanghai,200092,China;2.Weichai Power Co.,Ltd.,Shanghai 201315,China）

Based on a vehicle fuel consumption test in test field,a new experimental analysis method of matching optimization is developed.The distributions of fuel consumption,average speed,vehicle operation conditions on universal characteristics are obtained from the information of the engine control system collected in the field test and from the engine performance data in a test bench.As a result,the new method is formulated based on the distributions result with combination of the vehicle road test method.

engine,matching optimization,experimental analysis method

10.3969/j.issn.1671-0614.2014.01.008

來稿日期：2013-09-21

黎程（1985-），男，試驗工程師，主要研究方向為汽車測試技術。