起停功能油耗優(yōu)化效果臺(tái)架模擬測(cè)試研究

辛海霞，盧洪英，馬靜，關(guān)崴，嚴(yán)麗麗（哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

起停功能油耗優(yōu)化效果臺(tái)架模擬測(cè)試研究

辛海霞，盧洪英，馬靜，關(guān)崴，嚴(yán)麗麗
（哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

怠速起停技術(shù)由于匹配方便、成本較低、節(jié)油效果較為明顯，獲得了很多車企的青睞。但起停技術(shù)應(yīng)用到不同的發(fā)動(dòng)機(jī)和整車項(xiàng)目上，產(chǎn)生的節(jié)油效果會(huì)有一定差異，因此在技術(shù)投入實(shí)施之前，如果能通過(guò)模擬測(cè)試對(duì)油耗情況進(jìn)行摸底，對(duì)于輔助項(xiàng)目決策以及節(jié)約項(xiàng)目成本有很大幫助。文章以我公司某款1.5L排量發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)其在動(dòng)力總成臺(tái)架上進(jìn)行的模擬起停功能油耗測(cè)試方法，和實(shí)際測(cè)試效果進(jìn)行了說(shuō)明。

起停功能；整車油耗；模擬測(cè)試

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.035

CLC NO.: U467.2Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2015)12-96-03

引言

汽車作為一種交通運(yùn)輸工具，一方

面給人們的生活和生產(chǎn)帶來(lái)了極大的方便，另一方面也帶來(lái)了環(huán)境污染和能源緊缺。因此，研究汽車的燃油消耗和降低排放污染就成為該研究領(lǐng)域的重點(diǎn)內(nèi)容之一。目前，隨著國(guó)內(nèi)汽車的日益普及，城市交通擁堵問(wèn)題已經(jīng)成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。汽車低速行駛，特別是交通堵塞，不僅產(chǎn)生較高的燃油消耗，更帶來(lái)排放污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在一般城市工況中，怠速工況高達(dá)30%～40%左右。將怠速工況的能量節(jié)省下來(lái)，既可節(jié)省怠速時(shí)的燃油消耗，又可降低排放污染。發(fā)動(dòng)機(jī)啟停系統(tǒng)就是在車輛行駛過(guò)程中臨時(shí)停車（例如等紅燈）的時(shí)候，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)熄火。當(dāng)需要繼續(xù)前進(jìn)的時(shí)候，系統(tǒng)自動(dòng)重啟發(fā)動(dòng)機(jī)的一套系統(tǒng)。

本項(xiàng)目動(dòng)力總成臺(tái)架模擬測(cè)試，使用不帶起停功能的發(fā)動(dòng)機(jī)及ECU控制器，利用快速原型控制器控制發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火和啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)起停功能，測(cè)試起停功能對(duì)油耗的貢獻(xiàn)度。同時(shí)為了修正臺(tái)架測(cè)試與整車測(cè)試差異，對(duì)兩種可以進(jìn)行整車搭載測(cè)試的動(dòng)力總成進(jìn)行了臺(tái)架和整車測(cè)試，摸索出臺(tái)架和整車測(cè)試差值規(guī)律，應(yīng)用于本試驗(yàn)項(xiàng)目給出本款發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用于目標(biāo)車型的整車油耗。

1、測(cè)試方案及方法詳解

1.1臺(tái)架電器和機(jī)械連接狀態(tài)

臺(tái)架電器和機(jī)械連接狀態(tài)如圖1所示，試驗(yàn)時(shí)由4測(cè)功機(jī)和7臺(tái)架控制器構(gòu)成的臺(tái)架系統(tǒng)進(jìn)行整車、駕駛員、道路模擬，由1快速原型控制器、2繼電器構(gòu)成的起停控制系統(tǒng)，控制3起動(dòng)機(jī)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并控制6發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火，點(diǎn)火啟動(dòng)指令仍然從臺(tái)架控制器7發(fā)出，除用于臺(tái)架自身控制外，還需要發(fā)給1快速原型控制器，由其最終連通相關(guān)電器控制回路，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火啟動(dòng)的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)起停功能。

圖1　系統(tǒng)機(jī)械、電器連接示意圖

1.2控制策略

起停功能基本控制邏輯框圖如圖2所示。

圖2　起停功能控制邏輯圖

由于本次測(cè)試的目的是摸索某 1.5L發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用起停技術(shù)后對(duì)整車油耗的最大貢獻(xiàn)度，因此在設(shè)計(jì)NEDC試驗(yàn)過(guò)程中的起停策略時(shí)，在所有怠速工況均采取停機(jī)策略，具體如下圖3所示，其中啟動(dòng)第一個(gè)怠速不停機(jī)，這樣在整個(gè)循環(huán)中可以用于增加起停控制的怠速工況共 13次，時(shí)間合計(jì) 269秒。由于在模擬控制時(shí)沒(méi)有剎車踏板信號(hào)等輔助啟動(dòng)信號(hào)，采用了計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)的方式來(lái)控制停機(jī)時(shí)間，而且由于本次模擬使用的仍是原狀態(tài)起動(dòng)機(jī)，考慮到起動(dòng)需要的時(shí)間略長(zhǎng)，因此采用提前1S啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的策略，保證與后續(xù)行車工況能夠平順銜接。停機(jī)以車速到零為判斷目標(biāo)。因此在本次模擬試驗(yàn)中，實(shí)際停機(jī)時(shí)間約250秒。本機(jī)型NEDC循環(huán)中的怠速停機(jī)節(jié)省的總油量約27g，占總油耗的5%左右。

圖3　NEDC循環(huán)中停機(jī)位置

2、測(cè)試過(guò)程及測(cè)試結(jié)果

2.1試驗(yàn)條件控制

動(dòng)力總成臺(tái)架與整車測(cè)試相比有其優(yōu)勢(shì)也有一定的局限性。優(yōu)勢(shì)在于對(duì)于動(dòng)力總成企業(yè)來(lái)說(shuō)，在沒(méi)有整車配合的情況下也可以了解，本公司動(dòng)力總成應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，搭載到某一車型上對(duì)降低整車油耗有多大貢獻(xiàn)，局限性在于動(dòng)力總成臺(tái)架冷卻效果、環(huán)境條件控制相比環(huán)境倉(cāng)有一定差異，針對(duì)此局限性我們采取了修正措施，具體有以下幾個(gè)方面：

1）為了模擬整車試驗(yàn)時(shí)浸車狀態(tài)，在臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)也采取先跑一遍預(yù)處理工況，動(dòng)力總成在試驗(yàn)間內(nèi)靜置1晚，第二天早上進(jìn)行NEDC循環(huán)測(cè)試的方式進(jìn)行，同時(shí)對(duì)試驗(yàn)間內(nèi)的溫濕度以及空氣濾入口的溫濕度進(jìn)行控制，保證每次試驗(yàn)時(shí)都在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍之內(nèi)，并盡量接近環(huán)境倉(cāng)狀態(tài)。

2）動(dòng)力總成冷卻，整車上始終有跟隨風(fēng)機(jī)提供迎面風(fēng)冷卻，在臺(tái)架上水循環(huán)部分采用外置水冷設(shè)備進(jìn)行冷卻，冷卻溫度設(shè)置按照發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油不采用外置冷卻設(shè)備，自然升溫，變速器也不采取外置冷卻設(shè)備，自然升溫。在整車和臺(tái)架模擬NEDC測(cè)試循環(huán)中溫升情況差異見(jiàn)圖4、圖5。

圖4　整車水及機(jī)油溫升情況

圖5　臺(tái)架水及機(jī)油溫升情況

3）在動(dòng)力總成臺(tái)架進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載不同，空調(diào)壓縮機(jī)、助力轉(zhuǎn)向泵等附件在臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)不搭載，此項(xiàng)差異會(huì)導(dǎo)致臺(tái)架測(cè)試油耗比整車測(cè)試油耗略低。在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)上利用某1.8L發(fā)動(dòng)機(jī)+MT狀態(tài)動(dòng)力總成進(jìn)行了測(cè)試，影響在0.2L左右。

4）臺(tái)架模擬實(shí)車阻力與整車轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)一致，采用排放標(biāo)準(zhǔn)推薦阻力系數(shù)，推薦優(yōu)先選用目標(biāo)車實(shí)測(cè)道路阻力曲線。

2.2試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果

由于要摸索整車法規(guī)測(cè)試的油耗情況，因此只進(jìn)行了冷車工況的測(cè)試，分起停功能啟動(dòng)和關(guān)閉兩種狀態(tài)進(jìn)行，具體測(cè)試結(jié)果如表1所示。臺(tái)架跑行NEDC循環(huán)工況圖如圖6、圖7所示。

表1　臺(tái)架實(shí)測(cè)結(jié)果

圖6　不帶起停功能試驗(yàn)過(guò)程曲線

圖7　帶起停功能試驗(yàn)過(guò)程曲線

3、測(cè)試結(jié)果分析

3.1臺(tái)架與整車測(cè)試結(jié)果差異分析

為了校驗(yàn)試驗(yàn)條件差異對(duì)油耗影響比例，摸索臺(tái)架與整車測(cè)試結(jié)果差異，我們利用其他機(jī)型進(jìn)行了整車測(cè)試與臺(tái)架測(cè)試對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表2所示。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，臺(tái)架與整車轉(zhuǎn)鼓油耗差異，搭載MT機(jī)型在0.2L/百公里左右，搭載AT機(jī)型在0.4 L/百公里左右。

表2　臺(tái)架與轉(zhuǎn)鼓NEDC循環(huán)測(cè)試結(jié)果對(duì)比

3.4本次起停功能實(shí)車測(cè)試結(jié)果修正

根據(jù)上述分析，此款1.5L發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用起停技術(shù)后，工況油耗優(yōu)化最大約5.6%，實(shí)車百公里油耗結(jié)果在6.5L左右。

4、總結(jié)

本文通過(guò)動(dòng)力總成臺(tái)架模擬測(cè)試，得出此款發(fā)動(dòng)機(jī)帶與不帶起停功能NEDC循環(huán)油耗差異，并通過(guò)分析動(dòng)力總成臺(tái)架模擬測(cè)試與實(shí)車測(cè)試的偏差因素以及偏差量，最終計(jì)算出本機(jī)型搭載到目標(biāo)車上的實(shí)車油耗，實(shí)現(xiàn)測(cè)試目標(biāo)。此方法的應(yīng)用為我公司動(dòng)力總成產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了一種便捷、有效的測(cè)試方案，同時(shí)其試驗(yàn)條件控制方法以及臺(tái)架整車測(cè)試結(jié)果偏差修正，也可以作為同行業(yè)進(jìn)行類似試驗(yàn)研究的參考。

[1] 錢國(guó)剛,李箐元,陸紅雨.輕型乘用車在中國(guó)的怠速起停循環(huán)外油耗測(cè)試評(píng)價(jià)[D].汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào),2015,6(02).

[2] 裴玉嬌,紀(jì)天寶.發(fā)動(dòng)機(jī)起停技術(shù)研究[J].汽車工程師,2012(07).

[3] 郁強(qiáng),張凌霞,宋偉.起停技術(shù)在商用車上的應(yīng)用[J].汽車電器, 2015(03).

VCP body leakage fault analysis and optimization

Xin Haixia, Lu Hongying, Ma Jing, Guan Wei, Yan Lili
( Center of Technology, Harbin DongAn Automotive Engine Manufacturing Co., Ltd., Heilongjiang Harbin 150060 )

Matching simple, low cost, obvious fuel-saving effect, the idle start-stop technology won the favor of many OEM. But because start-stop technology is applied to different engine and vehicle projects, some differences in fuel-saving effect will be produced, so before technology come into effect, if mapping through a simulation test on the fuel consumption, which will have great help for project decision,and saving project costs. In this paper, we use a 1.5L displacement engine which produced by our company to make a fuel consumption simulation test on the effect of start-stop technology on the Powertrain testbed, we elaborated the test method and actual test results.

start-stop; vehicle fuel consumption; simulation test

U467.2

A

1671-7988（2015）12-96-03

辛海霞，高級(jí)工程師，就職于哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司技術(shù)中心，研究方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)變速器控制策略開(kāi)發(fā)及發(fā)動(dòng)機(jī)、AT電控系統(tǒng)標(biāo)定工作。