對基于FSC賽車行駛工況的發動機匹配標定分析

梁毅 陳元華

摘 要：FSC賽車簡稱方程式汽車，作為參賽賽車，對FSC賽車在不同行駛工況的發動機研究尤為重要。基于此，本文以FSC賽車作為研究對象，分析FSC賽車發動機的基本控制原理，分別從直線加速工況與8字環繞工況兩方面詳細闡述FSC賽車發動機電控標定情況，進一步對FSC賽車行駛工況下發動機展開匹配標定分析。

關鍵詞：FSC賽車；行駛工況；發動機

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.007

1 基于FSC賽車發動機的控制原理研究

分析FSC賽車的發動機控制原理，可以從以下幾個角度進行分析：（1）燃油噴射控制方面，可以使用速度密度法得出FSC賽車發動機循環進氣量，匹配出相應的噴油脈寬，隨后進行噴油器標定和初始脈寬計算，預先設置燃油噴射時間，結合多種參數確定時間，測定燃油壓力；（2）空燃比控制，當FSC賽車發動機在不同的工況之下會面臨著不同的空燃比要求，賽車發動機運行的時候很少處于穩定工作狀態，大多數時間都在進行瞬態變化，FSC賽車發動機進行冷啟動與暖機工況的時候，溫度比較低，燃油缺乏霧化效果，導致FSC賽車發動機在那時的進氣量比較少，需要進一步維持發動機穩定，提供足夠的混合氣，混合氣濃度會隨著FSC賽車運行時間的增長而增長，溫度提升時也會發生變化。當FSC賽車面臨加速工況的時候，賽車節氣門開度會立刻加大，進氣時壓力提升，進氣量加大，由于傳感器與控制信號存在遲滯，導致燃油與空氣比例失調，燃油空氣比也會更加稀化。

2 基于FSC賽車發動機電控標定研究

2.1 FSC直線加速工況的賽車發動機電控標定研究

FSC賽車在直線加速比賽中可以有效測試FSC賽車的平地直線加速能力，一般情況下賽道起點到終點之間的直線距離為75米，寬度從路標樁桶內邊緣計算最少有4.9米，這種競技要求FSC賽車有足夠的驅動力，可以最大程度上完成加速度，賽車起步的時候，FSC賽車發動機轉速在每分鐘10000r-12000r內，控制好賽車離合器，瞬間結合以后能夠將FSC賽車節氣門開度達到最大，讓FSC賽車實現彈射起步，得到FSC賽車行駛的車速達到一檔內最高速度時可以換成二檔，達到二檔內最高車速的時候開始換入三擋，以同樣的方式進行，當FSC賽車經過終點的時候，一般汽車變速箱只能夠換到三擋。可見FSC賽車發動機在直線競技比賽中節氣門開度經常位于百分之百，這對FSC賽車發動機外特性輸出提出了較高的要求，本文對FSC賽車節氣門開度達到百分之百時發動機外特性進行研究，進一步完成電控標定匹配研究[1]。

通過對不同混合氣濃度分析，了解FSC賽車發動機動力性能的影響因素，同時進行FSC賽車直線加速狀態下的理論耗時計算，在標定FSC賽車發動機噴油量的時候，設定過量空氣系數為0.9，使用相應的標定軟件，了解表格內數據無法直接填寫噴油器開啟時間，而是提前設置噴油時間，數據是占基本噴油時間的百分比，本次設定中設置基本噴油時間為八毫秒。當FSC賽車氣節門開度從0%-50%變化的時候，FSC賽車發動機輸出扭矩就會增大，當FSC賽車氣節門度變化處于在50%-100%之間的時候，發送機的輸出扭矩就會在最短時間內增加到最大，為FSC賽車提供充足加速度，將加速時間縮短，有利于提高FSC賽車在比賽中的成績。

2.2 基于8字環繞工況下的FSC賽車發動機電控標定研究

8字環繞賽道呈現出兩組同心圓形式，比賽的時候FSC賽車從入口進入8字賽道，繞右圓行駛一圈后轉向，然后第二圈繞著右圓計時，結束以后FSC賽車需要進入左圓進行第三圈建立轉向，第四圈的時候也需要計時，完成以后FSC賽車需要與進入的時候同一個方向，從交叉點離開賽道。FSC賽車曲線行駛的時候，車輪中心在力的作用下會產生側偏力，當FSC賽車在側向傾斜或者曲線行駛的時候，FSC賽車輪胎會受到側向力與切向力影響。經過研究得知，在一定側偏角之下，FSC賽車輪胎驅動力會增加，側偏力會減小，二者之間相互關聯，包絡線類似一個橢圓，根據FSC賽車輪胎側偏特性不同，某些賽車輪胎的驅動力和側偏力之間的包絡線很像一個圓。因此，實際情況需要根據FSC賽車輪胎側偏特性決定。FSC賽車競賽項目的重點在于衡量FSC賽車平地上做定半徑轉向能力，要想在比賽中得到優異成績，不僅要求FSC賽車自身有著良好的轉向操控能力，還要讓FSC賽車盡可能的提升行駛速度，直到側滑極限速度，如果FSC賽車速度提升，發動機需要為賽車帶來更大的驅動力，但是如果驅動力增加，側偏力就會減小，導致FSC賽車在進行圓周行駛的時候受到的側偏力無法克服離心力。因此，當FSC賽車在8字環繞比賽當中，建議保證FSC賽車受到的驅動力不要超過一定范圍，發動機扭矩輸出不能超過一定限值。

8字環繞下，FSC賽車發送機匹配標定與上文提到的直線加速FSC賽車發動機匹配標定的目標不同，直線加速狀態下需要FSC賽車發動機輸出最大扭矩，而8字環繞中這樣做會導致驅動力過大，容易引起輪胎側滑，因此發動機輸出扭矩不建議過大。在標定FSC賽車發動機噴油MVP的時候，根據FSC賽車的全工況加以分析，目標過量空氣系數不再選擇固定值，而是根據輸出扭矩極限值決定，FSC賽車發動機空燃比控制在功率空燃比與理論空燃比附近時，FSC賽車發動機輸出扭矩就會比極限扭矩稍高，達到每分鐘2000r-4000r區間內是FSC賽車在8字環繞比賽當中比較常見的發動機轉速區間，因此，為了滿足FSC賽車發動機輸出扭矩需求，要特別注重調整匹配標定常用轉速區間的FSC賽車發動機噴油量[2]。

3 總結

總而言之，本文對FSC賽車發動機在直線加速和8字環繞兩個競技項目中展開研究，對發動機進行電控匹配標定，通過科學調整FSC賽車發動機電控標定的關鍵參數，定制其輸出扭矩，進一步滿足FSC賽車在競技項目中的不同需求，從而保證FSC賽車發動機的使用性能。

參考文獻：

[1]閻力.FSC賽車車架的結構分析與優化設計[D].太原科技大學，

2016.

[2]譚正平.基于FSC賽車行駛工況的發動機匹配標定研究[D].西華大學，2014.