楊　坤,董秀輝,王　杰,唐玉強(qiáng),武　哲

(1.山東理工大學(xué) 交通與車輛工程學(xué)院，山東 淄博 255049；2.中國(guó)第一汽車股份有限公司 技術(shù)中心，吉林 長(zhǎng)春 130011；3.一汽解放青島汽車有限公司，山東 青島 266043)

?

某重型商用車?yán)淦饎?dòng)試驗(yàn)

楊坤1,董秀輝2,王杰1,唐玉強(qiáng)3,武哲1

(1.山東理工大學(xué) 交通與車輛工程學(xué)院，山東 淄博 255049；2.中國(guó)第一汽車股份有限公司 技術(shù)中心，吉林 長(zhǎng)春 130011；3.一汽解放青島汽車有限公司，山東 青島 266043)

針對(duì)某重型商用車?yán)淦饎?dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集不同步、試驗(yàn)效率低、后續(xù)數(shù)據(jù)分析困難且不宜保存的技術(shù)現(xiàn)狀，提出了商用車?yán)淦饎?dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)方案，搭建了整車?yán)淦饎?dòng)測(cè)試平臺(tái)。并以該平臺(tái)為基礎(chǔ)，針對(duì)某重型商用車?yán)淦饎?dòng)過(guò)程中存在的-35 ℃左右起動(dòng)困難，低溫起動(dòng)過(guò)程中油耗及排放過(guò)高的問(wèn)題，開展了-25～-35 ℃的冷起動(dòng)試驗(yàn)。采集了多個(gè)溫度下的冷起動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并基于試驗(yàn)結(jié)果，以溫度為門限，通過(guò)對(duì)燃油加熱器的控制，優(yōu)化了目標(biāo)商用車?yán)淦饎?dòng)控制策略。通過(guò)為期1年的用戶實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了優(yōu)化策略的有效性以及該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)用性。

重型商用車；冷起動(dòng)；數(shù)據(jù)采集分析；整車試驗(yàn)

0　引言

冷起動(dòng)性能是重型商用車的一個(gè)重要指標(biāo)[1-3]。重型商用車的工作區(qū)域跨度非常大，如果不進(jìn)行專項(xiàng)冷起動(dòng)匹配試驗(yàn)，將會(huì)嚴(yán)重影響其在中國(guó)北方地區(qū)冬季(-20 ℃以下環(huán)境)的使用[3-5]。發(fā)動(dòng)機(jī)的冷起動(dòng)特性對(duì)整車可靠性的影響非常大，在-18 ℃條件下，強(qiáng)行起動(dòng)1次，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的磨損量相當(dāng)于車輛行駛200 km左右的磨損量[6]。而且，車用發(fā)動(dòng)機(jī)的排放法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)苛[7]，排放測(cè)試表明：大部分碳?xì)浠衔?、一氧化碳及顆粒物都是在冷起動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的[8-11]。

本文研究對(duì)象為某配置8.6 L發(fā)動(dòng)機(jī)、直驅(qū)起動(dòng)機(jī)、法蘭式空氣預(yù)熱系統(tǒng)和燃油加熱器的重型商用車，其整車?yán)淦饎?dòng)系統(tǒng)滿足相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但根據(jù)用戶反饋，該重型商用車在-35 ℃左右起動(dòng)困難，存在低溫起動(dòng)油耗過(guò)高的現(xiàn)象。同時(shí)，企業(yè)市場(chǎng)部門反饋該類型的商用車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，對(duì)整車成本十分敏感。因此，必須在兼顧成本要求的前提下解決整車?yán)淦饎?dòng)問(wèn)題。目前，中國(guó)整車廠冷起動(dòng)試驗(yàn)存在如下問(wèn)題：主要通過(guò)主觀試驗(yàn)驗(yàn)證冷起動(dòng)是否成功，且無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)；相關(guān)總成特性數(shù)據(jù)采集不同步，試驗(yàn)效率低，后續(xù)分析困難且不宜保存，因而數(shù)據(jù)積累困難且很難對(duì)冷起動(dòng)系統(tǒng)開展精細(xì)設(shè)計(jì)。因此，本文開發(fā)了一套針對(duì)商用車?yán)淦饎?dòng)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，并進(jìn)行了試驗(yàn)，基于試驗(yàn)結(jié)果，以溫度為門限，通過(guò)對(duì)燃油加熱器的控制，優(yōu)化了目標(biāo)車型冷起動(dòng)策略，驗(yàn)證了該平臺(tái)的實(shí)用性。

1　整車?yán)淦饎?dòng)檢測(cè)系統(tǒng)原理

本文提出的整車?yán)淦饎?dòng)檢測(cè)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、軟硬件濾波、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果輸出4個(gè)部分。其中，軟硬件濾波部分和結(jié)果輸出部分均采用了現(xiàn)有成熟技術(shù)[12-14]，因此，本文重點(diǎn)介紹數(shù)據(jù)采集部分和數(shù)據(jù)處理部分。

1.1數(shù)據(jù)采集

根據(jù)汽車起動(dòng)系統(tǒng)的工作原理[15-16]，本文設(shè)計(jì)了如下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：

(Ⅰ)蓄電池正負(fù)極電勢(shì)，主要用于考核蓄電池電壓降，再結(jié)合電流，即可核算出蓄電池內(nèi)阻，從而綜合判斷蓄電池性能能否滿足整車?yán)淦饎?dòng)需求，并得到蓄電池低溫阻抗特性。

(Ⅲ)總電流，用于判斷起動(dòng)系統(tǒng)電氣線路的匹配是否合理。

(Ⅳ)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，用于判斷起動(dòng)是否成功，同時(shí)結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)特性可得到發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)阻力，從而為起動(dòng)系統(tǒng)精細(xì)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。雖然發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以通過(guò)控制器局域網(wǎng)(controller area network,CAN)總線由發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元(electronic control unit，ECU)獲得，但通過(guò)前期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如何實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與其他信號(hào)的同步成為關(guān)鍵。

1.2數(shù)據(jù)處理

由發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)的工作原理及相關(guān)電氣特性可知：發(fā)動(dòng)機(jī)與起動(dòng)機(jī)之間通過(guò)齒輪連接，起動(dòng)機(jī)的電壓波動(dòng)頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速呈比例關(guān)系。因此，通過(guò)起動(dòng)機(jī)電壓波動(dòng)頻率即可計(jì)算得到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，兩者之間存在如下關(guān)系[17-19]：

(1)

其中：ne為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；f為起動(dòng)機(jī)的電壓波動(dòng)頻率，Hz；i為發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù),i=6。

為了保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，本文選取n個(gè)采樣點(diǎn)，蓄電池的內(nèi)阻RBATT計(jì)算方法為：

(2)其中：U為開路狀態(tài)下蓄電池正極電勢(shì)，V，為保證計(jì)算準(zhǔn)確性，取短時(shí)間小電流放電后的讀數(shù)；UBATTi為蓄電池正極電勢(shì)在第i采樣點(diǎn)的數(shù)值，V；Ii為蓄電池輸出電流在第i采樣點(diǎn)的數(shù)值，A。其他變量含義同上。

起動(dòng)系統(tǒng)線路電阻的計(jì)算方法如下：

RST+=(UBATT-USTB+)/I ；

(3)

(4)

(5)

(6)

其中：RST+為起動(dòng)機(jī)電源線電阻，Ω；UBATT為有電流輸出時(shí)蓄電池的正極電勢(shì)，V；USTB+為起動(dòng)機(jī)正極接線端的電勢(shì)，V；I為蓄電池輸出電流，A；UBATTi為蓄電池正極電勢(shì)在第i采樣點(diǎn)的數(shù)值，V；USTB+i為起動(dòng)機(jī)正極接線端電勢(shì)在第i采樣點(diǎn)的數(shù)值，V；Ii為蓄電池輸出電流在第i采樣點(diǎn)的數(shù)值，A；RST-為起動(dòng)機(jī)搭鐵線線路電阻，Ω；USTB-為起動(dòng)機(jī)搭鐵點(diǎn)電勢(shì)，V；USTB-i為起動(dòng)機(jī)搭鐵點(diǎn)的電勢(shì)在第i采樣點(diǎn)的數(shù)值，V。

表1　起動(dòng)過(guò)程采集數(shù)據(jù)表

起動(dòng)系統(tǒng)的線路電阻理論上可由式(3)和式(5)計(jì)算得到，但為了保證計(jì)算準(zhǔn)確性，本文選取n個(gè)采樣點(diǎn)，由式(4)和式(6)計(jì)算得到。表1為起動(dòng)過(guò)程采集數(shù)據(jù)表。以-25 ℃冷起動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果為例，由萬(wàn)用表測(cè)量UBATT=24.1 V，再截取n個(gè)采樣點(diǎn)(見表1)，由式(4)和式(6)可計(jì)算出：RBATT=10.442 mΩ；RST+=1.460 mΩ；RST-=0.532 mΩ，相關(guān)數(shù)據(jù)與萬(wàn)用表測(cè)量值基本一致，從而驗(yàn)證了本文數(shù)據(jù)處理方法的實(shí)用性。

1109 單純皰疹病毒Ⅰ型誘導(dǎo)人成神經(jīng)細(xì)胞瘤細(xì)胞 SH-SY5Y 表達(dá) β-淀粉樣蛋白 徐 娟，張力航，高金超，趙文娟，殷 明

2　整車?yán)淦饎?dòng)試驗(yàn)

2.1整車?yán)淦饎?dòng)試驗(yàn)平臺(tái)搭建

圖1　整車?yán)淦饎?dòng)檢測(cè)平臺(tái)接線原理圖

根據(jù)上文提出的整車?yán)淦饎?dòng)檢測(cè)系統(tǒng)原理，設(shè)計(jì)開發(fā)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集及處理設(shè)備，搭建了整車?yán)淦饎?dòng)檢測(cè)平臺(tái)，其接線原理如圖1所示。該系統(tǒng)以蓄電池負(fù)極接線柱為測(cè)試基準(zhǔn)點(diǎn)，分別對(duì)蓄電池正極接線柱電勢(shì)、起動(dòng)機(jī)正極接線端電勢(shì)和起動(dòng)機(jī)搭鐵點(diǎn)電勢(shì)進(jìn)行采集，同時(shí)采集總電流。系統(tǒng)設(shè)有8路信號(hào)采集通道，通道1為蓄電池正極電勢(shì)，通道2為起動(dòng)機(jī)正極接線端電勢(shì)，通道3為起動(dòng)機(jī)搭鐵點(diǎn)電勢(shì)，通道4為總電流。

2.2-25 ℃冷起動(dòng)試驗(yàn)

為了保證整車溫度達(dá)到-25 ℃，將環(huán)境溫度設(shè)為-26 ℃，整車在環(huán)境倉(cāng)中放置時(shí)間不小于8 h。蓄電池滿電，進(jìn)氣預(yù)熱50 s，穩(wěn)態(tài)預(yù)熱電流80 A。預(yù)熱停止后，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，起動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)約2 s后發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功。起動(dòng)過(guò)程中燃油加熱器不工作。該項(xiàng)試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行6次，每次時(shí)間間隔大于8 h，其中某次起動(dòng)試驗(yàn)的結(jié)果如圖2所示。

2.3-30 ℃冷起動(dòng)試驗(yàn)

為了保證整車溫度達(dá)到-30 ℃，將環(huán)境溫度設(shè)為-31 ℃，整車在環(huán)境倉(cāng)中放置時(shí)間不小于8 h。蓄電池滿電，進(jìn)氣預(yù)熱50 s，穩(wěn)態(tài)預(yù)熱電流80 A。預(yù)熱停止后，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，試驗(yàn)結(jié)果顯示無(wú)法起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。該項(xiàng)試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行6次，每次時(shí)間間隔大于8 h，均無(wú)法起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。其中某次起動(dòng)試驗(yàn)的結(jié)果如圖3所示，由圖3可知起動(dòng)機(jī)未能克服發(fā)動(dòng)機(jī)阻力。

圖2 -25℃發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果 圖3 -30℃發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果1

在上述試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，打開燃油加熱器對(duì)循環(huán)水進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱時(shí)間為30 min，其他試驗(yàn)設(shè)置均不變，起動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)約7 s后發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功。連續(xù)進(jìn)行6次，每次時(shí)間間隔大于8 h，每次均能起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，其中某次起動(dòng)試驗(yàn)的結(jié)果如圖4所示。

2.4-35 ℃冷起動(dòng)試驗(yàn)

為了保證整車溫度達(dá)到-35 ℃，將環(huán)境溫度設(shè)為-36 ℃，整車在環(huán)境倉(cāng)中放置時(shí)間不小于8 h。蓄電池滿電，打開燃油加熱器對(duì)循環(huán)水進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱時(shí)間為30 min，進(jìn)氣預(yù)熱50 s，穩(wěn)態(tài)預(yù)熱電流80 A，預(yù)熱停止后，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，試驗(yàn)結(jié)果顯示無(wú)法起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。該項(xiàng)試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行6次，每次時(shí)間間隔大于8 h，均無(wú)法起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

為了解決該問(wèn)題，同時(shí)兼顧整車成本，本文對(duì)燃油加熱系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)燃油加熱器的尾氣對(duì)油底殼進(jìn)行預(yù)熱，以減小發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)阻力[20]。連續(xù)進(jìn)行6次試驗(yàn)，每次時(shí)間間隔大于8 h，均能起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，其中某次起動(dòng)試驗(yàn)的結(jié)果如圖5所示。

圖4-30 ℃發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果2圖5-35 ℃發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果

基于上述試驗(yàn)結(jié)果，本文繼續(xù)開展了-26 ℃冷起動(dòng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該溫度下也必須打開燃油加熱器，這為目標(biāo)車型冷起動(dòng)系統(tǒng)的精細(xì)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)?；谠囼?yàn)結(jié)果，以溫度為門限，通過(guò)對(duì)燃油加熱器的控制，優(yōu)化了目標(biāo)車型冷起動(dòng)控制策略：-25 ℃以上，關(guān)閉燃油加熱器；-25 ℃以下，打開燃油加熱器。該策略兼顧了整車廠對(duì)排放、成本及整車?yán)淦饎?dòng)能力的需求，具體體現(xiàn)在3個(gè)方面：-25 ℃以上不再開啟燃油加熱器，從而可降低冷起動(dòng)過(guò)程中的油耗和排放；在部分使用溫度高于-25 ℃的地區(qū)，可以取消燃油加熱器，從而可降低整車成本，增加產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力；滿足了-35 ℃環(huán)境的整車?yán)淦饎?dòng)能力。通過(guò)中國(guó)東北地區(qū)6個(gè)客戶為期1年的用戶試驗(yàn)，驗(yàn)證了優(yōu)化策略的有效性，從而驗(yàn)證了該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)用性。

3　結(jié)論

(1)冷起動(dòng)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，能夠滿足整車?yán)淦饎?dòng)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集需求，提高了整車?yán)淦饎?dòng)試驗(yàn)的效率。

(2)冷起動(dòng)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)解決了冷起動(dòng)過(guò)程中數(shù)據(jù)采集不同步的問(wèn)題，為冷起動(dòng)系統(tǒng)研究的數(shù)據(jù)積累及精細(xì)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

(3)基于冷起動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)目標(biāo)車型冷起動(dòng)控制策略進(jìn)行了優(yōu)化，可滿足整車廠對(duì)排放、成本及整車?yán)淦饎?dòng)能力的需求，并通過(guò)了為期1年的用戶試驗(yàn)驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)該系統(tǒng)測(cè)試?yán)淦饎?dòng)性能合格的車輛，能夠完全滿足中國(guó)北方冬季的冷起動(dòng)要求，驗(yàn)證了冷起動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可用性。

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國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51508315,51575325);山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(ZR2015PE020);山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃基金項(xiàng)目(2015GGX105099)

楊坤(1981-),男,山東淄博人,副教授,博士,主要研究方向?yàn)槠囯娮与娍丶靶履茉雌囮P(guān)鍵技術(shù).

2016-04-05

1672-6871(2016)06-0028-05

10.15926/j.cnki.issn1672-6871.2016.06.006

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