EQ1126K底盤配ISDe185-30發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車萬(wàn)有特性繪制

1、湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文摘要發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性作為產(chǎn)品檢測(cè)、定型和選型的重要依據(jù)，而汽車整車萬(wàn)有特性能更加直觀地反映發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系匹配的優(yōu)劣。在實(shí)際情況下汽車試驗(yàn)工況往往是有限的，故通過(guò)對(duì)有限的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并繪制出汽車萬(wàn)有特性顯得至關(guān)重要。本課題以EQ1126K底盤配ISDe185_30發(fā)動(dòng)機(jī)及DF6S650(1)變速器為模型，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的泛函功能對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并采用MATLAB語(yǔ)言編程繪制整車萬(wàn)有特性。文章旨在運(yùn)用實(shí)測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性、底盤傳動(dòng)系參數(shù)和行駛阻力特性三者與汽車整車性能之間的內(nèi)在聯(lián)系, 研究出能綜合反映各項(xiàng)汽車參數(shù)的性能和綜合反映各項(xiàng)汽車參數(shù)的萬(wàn)有特

2、性圖。借此來(lái)分析發(fā)動(dòng)機(jī)性能與底盤參數(shù)的匹配情況, 提出其改進(jìn)措施。主要研究工作如下：(1)研究了發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性的繪制方法，在此基礎(chǔ)上拓展到整車萬(wàn)有萬(wàn)有特性上。其思想是在結(jié)合各種使用條件下的驅(qū)動(dòng)功率線、等百公里油耗線以及車速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)汽車全工況在一個(gè)圖形中清晰的顯現(xiàn)。(2)了解了用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立汽車萬(wàn)有特性的模型及技術(shù)。(3)學(xué)習(xí)了MATALB的相關(guān)知識(shí)，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)編寫程序繪制出汽車萬(wàn)有特性圖。(4)分析汽車萬(wàn)有特性圖。關(guān)鍵詞：汽車萬(wàn)有特性；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法；匹配現(xiàn)狀A(yù)bstractThe engine universal characteristics as product t

3、esting, stereotypes and important basis for selection, automobile universal characteristics more directly reflects the pros and cons of the match the engine and transmission. Car in the actual test conditions is often limited, so by the limited data processing and draw the car universal characterist

4、ic is particularly important. EQ1126K the chassis with ISDe185_30 engine and DF6S650 Transmission model, functional neural network algorithm for processing the experimental data, and the use of MATLAB programming language drawn vehicle universal characteristics. The article aims to use the measured

5、engine 000 sexual, the intrinsic link between the chassis driveline parameters and driving resistance characteristics of the three automobile performance, developed a comprehensive reflection of various vehicle parameters are universal characteristics comprehensive reflection of various vehicle para

6、meters are universal characteristics Figure. To take to analyze the matching status of engine performance and chassis number of volumes, proposed improvements. The main research works are as follows:(1)study the engine universal characteristics rendering method,based on the engine universal characte

7、ristic drawing method extended to the vehicle have universal characteristics on. The idea is to drive power line under the combination of a variety of conditions, such as correspondence between the hundred kilometers lines as well as vehicle speed and engine speed car conditions can also be achieved

8、 in a graphical clearly (2)Understanding of the neural network Motor million models and technical.(3)Knowledge of learning MATALB Motor million characteristic diagrams drawn by.(4)Analysis of automotive universal characteristics Figure.Keywords: Car universal characteristics; neural network algorith

9、m; matching status目錄摘要IAbstractII目錄III1 緒論11.1 課題背景11.2 國(guó)內(nèi)整車匹配的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)21.3 國(guó)外整車匹配的研究現(xiàn)狀21.4 本文研究的主要內(nèi)容31.5 整車匹配的過(guò)程分析32 汽車行駛方程及整車性能評(píng)價(jià)52.1 整車行駛平衡方程52.2 汽車動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)72.3 燃油經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)82.4 本章小結(jié)93 發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性103.1 發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性工況數(shù)據(jù)的測(cè)定103.2 發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性的概念103.3 發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性建模方法113.3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性傳統(tǒng)繪制方法113.3.2 用曲面擬合的方法繪制發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性123.3.3 基

10、于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性建模方法143.4 MATLAB軟件簡(jiǎn)介203.5 本章小結(jié)214 汽車萬(wàn)有特性234.1 汽車萬(wàn)有特性的概念234.2 汽車萬(wàn)有特性的建模方法234.3 以EQ1126K底盤配ISDe185_30發(fā)動(dòng)機(jī)及DF6S650(1)變速器為模型的整車萬(wàn)有特性模型的建立及分析244.3.1 模型相關(guān)參數(shù)244.3.2 整車萬(wàn)有特性的繪制254.3.3 發(fā)動(dòng)機(jī)與底盤匹配效果的分析及性能優(yōu)化294.3.4 整車燃油經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)力性關(guān)系論證及改進(jìn)措施304.4 本章小結(jié)325 總結(jié)與展望335.1 總結(jié)335.2 展望34參考文獻(xiàn)35致謝37附錄:汽車萬(wàn)有特性程序與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)383

11、51 緒論1.1 課題背景當(dāng)今世界，還沒(méi)有一個(gè)工業(yè)部門所涉及的范圍比汽車工業(yè)更廣泛更普遍，汽車工業(yè)在某種意義上可以說(shuō)是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)化水平和科技水平的一個(gè)重要標(biāo)志。汽車工業(yè)也是其它產(chǎn)業(yè)不可比擬更不可替代的綜合性產(chǎn)業(yè)。就以往的歷史發(fā)展而論，現(xiàn)在的世界大國(guó)無(wú)不是靠汽車工業(yè)的高速發(fā)展來(lái)完成工業(yè)化與現(xiàn)代化的歷程。汽車工業(yè)可以創(chuàng)造巨大的財(cái)富價(jià)值、給人們提供更多的就業(yè)機(jī)會(huì)以及謀生手段，促進(jìn)交通運(yùn)輸物流和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。新技術(shù)、新能源應(yīng)用、創(chuàng)造出口和外匯儲(chǔ)備、增加就業(yè)和財(cái)政收入多方面體現(xiàn)了汽車產(chǎn)業(yè)的巨大推動(dòng)作用。然而發(fā)展汽車工業(yè)的目的是不斷改善人類的生活水平和推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步，進(jìn)而建立一個(gè)強(qiáng)大的工業(yè)體系，帶動(dòng)

12、其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的同步發(fā)展。目前中國(guó)汽車消費(fèi)總量已躍居世界第一位，從2001年占全球消費(fèi)量的4.3%攀升至全球第一的份額比例。中國(guó)已成為世界最大的汽車生產(chǎn)和銷售基地。中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)以現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)形式迅速發(fā)展，已經(jīng)成為國(guó)家機(jī)構(gòu)的主體，也必然引起國(guó)際的重視。隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，汽車制造產(chǎn)業(yè)面臨的市場(chǎng)也是異常激烈的并朝著多元化的方向發(fā)展。這對(duì)于汽車制造產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)也是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。如何提高汽車制造產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平，提高新產(chǎn)品、新車型的開(kāi)發(fā)能力這是需要解決的問(wèn)題。整車的開(kāi)發(fā)是汽車制造產(chǎn)業(yè)的靈魂，整車的配置是基于這些特征的一種整車開(kāi)發(fā)方法。以科學(xué)的手段摸索出一套理論和方法來(lái)研究出滿足不同客戶需要的車型一定會(huì)贏得市場(chǎng)，

13、具體來(lái)說(shuō)整車性能的優(yōu)化配置、差異化是可行性的路徑。而這些方面的實(shí)現(xiàn)需要實(shí)際的工況數(shù)據(jù)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撚?jì)算，來(lái)建立整車特性的模型來(lái)評(píng)價(jià)其動(dòng)力性以及經(jīng)濟(jì)性。再者可根據(jù)整車性能的反應(yīng)來(lái)提出改進(jìn)措施，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)差異化的調(diào)整匹配來(lái)定型產(chǎn)品選型產(chǎn)品最終滿足客戶的需要。本文即在前人和基礎(chǔ)性知識(shí)上運(yùn)用MALAB軟件這一重要工具來(lái)繪制汽車萬(wàn)有特性并淺談?wù)嚻ヅ浜托阅軆?yōu)化。1.2 國(guó)內(nèi)整車匹配的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)我國(guó)在整車動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化匹配方面的研究工作起步較晚，進(jìn)入80年代后雖說(shuō)國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)和高校開(kāi)展了部分研究工作，也取得了不可小覷的成績(jī)。然而受各方面原因的限制諸如體制的限制與傳統(tǒng)思想的影響，汽車方面專業(yè)劃分顯得過(guò)細(xì)，

14、使得熱能動(dòng)力專業(yè)與車輛底盤專業(yè)各自獨(dú)立，未能從整車動(dòng)力系統(tǒng)裝置匹配方面開(kāi)發(fā)研究汽車，只能依據(jù)國(guó)外的技術(shù)理論來(lái)涉及汽車，或現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)選擇某種車型應(yīng)用，或?qū)σ汛_定的車型選擇發(fā)動(dòng)機(jī)等等。目前國(guó)內(nèi)汽車業(yè)界主要是圍繞以下幾個(gè)方面開(kāi)展工作的：(1)汽車動(dòng)力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的研究；(2)汽車傳動(dòng)系參數(shù)的優(yōu)化研究；(3)按給定工況模式的模擬研究；(4)按實(shí)際道路條件隨機(jī)模擬的研究；(5)模擬程序的研究。但以上均未考慮傳動(dòng)系匹配對(duì)汽車排放的影響，在傳動(dòng)系匹配的深入研究中汽車動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性模擬計(jì)算方法在提高汽車基本性能、縮短研制試驗(yàn)周期方面將發(fā)揮巨大作用。發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的動(dòng)力源，其性能的好壞直接與整成性能的優(yōu)劣相

15、聯(lián)系。但是發(fā)動(dòng)機(jī)性能好并不是說(shuō)汽車性能就佳。車用發(fā)動(dòng)機(jī)的性能好壞最終要在整車上得以校驗(yàn)。故發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)與性能優(yōu)化要根據(jù)汽車的行駛工況來(lái)研究。不同的廠家、相異的車型、以及汽車底盤參數(shù)再到使用條件的不同，采用同一發(fā)動(dòng)機(jī)的整車性能也會(huì)大相徑庭，因此通過(guò)對(duì)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化匹配，激發(fā)出發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳性能，才可使整車性能達(dá)到最佳狀態(tài)。1.3 國(guó)外整車匹配的研究現(xiàn)狀早在上世紀(jì)七十年代，國(guó)外相當(dāng)多的科研機(jī)構(gòu)和大的汽車廠商便意識(shí)到，汽車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的好壞，很大程度上由汽車整車匹配性能的好壞程度。在國(guó)外整車設(shè)計(jì)已經(jīng)形成了以整車需求，道路特點(diǎn)為先導(dǎo)，通過(guò)精確模擬和整車性能模擬的先進(jìn)手段進(jìn)行整車匹配設(shè)計(jì)的模式。

16、此種模式配合大量的道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)大大地提升了整車匹配設(shè)計(jì)的前期相容性。國(guó)外的研究表明：動(dòng)力傳動(dòng)一體化控制在改善整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性的重要途徑，通過(guò)先期合理的整車傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)，可以降低開(kāi)發(fā)成本并整車設(shè)計(jì)的周期和最終設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量有重大意義。1.4 本文研究的主要內(nèi)容全文共分五章。第一章為緒論，主要對(duì)課題產(chǎn)生的背景進(jìn)行了闡述，比較著將國(guó)內(nèi)外整車匹配的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)做了對(duì)比及分析；第二章從燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性的評(píng)價(jià)指標(biāo)直至整車性能的指標(biāo)數(shù)據(jù)做了說(shuō)明，這些理論知識(shí)的論述也是對(duì)進(jìn)一步理論分析計(jì)算做準(zhǔn)備工作；第三章介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性幾種建模方法，基本的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)學(xué)習(xí)，將幾種方法的優(yōu)劣加以對(duì)比

17、，最后對(duì)MATLAB軟件知識(shí)做一回顧；第四章即在前面的基礎(chǔ)之上，提出汽車萬(wàn)有特性的概念、思想概括、方法論證和本客體模型的建立與圖形的解說(shuō)；第五章為總結(jié)與展望全面回顧論文的寫作思路和指導(dǎo)老師的幫助，在此基礎(chǔ)之上提出改進(jìn)型措施。簡(jiǎn)言之：核心工作在于理解汽車萬(wàn)有特性這一理論知識(shí)，并結(jié)合MALAB軟件編寫整車萬(wàn)有特性圖，能夠從圖中分析出整車匹配的一些情況。1.5 整車匹配的過(guò)程分析汽車柴油機(jī)需和車倆配套，才稱得上最終的產(chǎn)品。在匹配時(shí)需要掌握諸多方面的知識(shí)譬如：級(jí)別、種類、使用環(huán)境、用途、及使用時(shí)的相應(yīng)的排放等。接著進(jìn)行動(dòng)力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、配套是影響等方面的匹配設(shè)計(jì)。本文據(jù)車輛工況來(lái)選擇了合適的發(fā)動(dòng)機(jī)，

18、并對(duì)底盤參數(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)行優(yōu)化匹配。其一般流程如下：（1）常用工況的確定不同的車型無(wú)不是根據(jù)市場(chǎng)的需求開(kāi)發(fā)研制而成。因此，可以根據(jù)具體車型的用途和常用工況，確定其常用檔位，并用常用車速由上述發(fā)動(dòng)機(jī)性能與汽車性能的關(guān)系確定對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)使用工況。（2）制取汽車的萬(wàn)有特性在已獲得發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)汽車行駛的原理，對(duì)已給定的底盤參數(shù)和車型參數(shù)，計(jì)算各檔位下的行駛阻力隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律?？尚行苑椒ㄊ歉鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)值給定的不同車型的滾動(dòng)阻力系數(shù)和空氣阻力系數(shù)來(lái)計(jì)算。計(jì)算不同檔位下的牽引力或阻力后，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩即得出。接著根據(jù)轉(zhuǎn)矩與平均有效壓力求出與行駛阻力相對(duì)應(yīng)的平均有效壓力。由此可將各檔位下的

19、行駛阻力以另外一種方式在發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性上反應(yīng)，從而汽車萬(wàn)有特性可得。最終可以看出汽車常用工況下經(jīng)濟(jì)性水平及動(dòng)力性情況，并改進(jìn)之。另外需對(duì)汽車性能、結(jié)構(gòu)、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和排放法規(guī)等進(jìn)行綜合分析，選取能滿足其要求的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)，并確定所匹配柴油機(jī)的技術(shù)規(guī)格和結(jié)構(gòu)形式的初步方案。產(chǎn)品因顧客而生，為此需把配套定型和典型用戶使用試驗(yàn)的結(jié)果反饋給供方，供方對(duì)需方反饋的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，并載入圖樣、技術(shù)文件中。2 汽車行駛方程及整車性能評(píng)價(jià)為了正確理解汽車行駛過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)的性能怎樣得以體現(xiàn)，需了解汽車的行駛原理。2.1 整車行駛平衡方程發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力源，是前進(jìn)的驅(qū)動(dòng)力，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)傳動(dòng)系傳至驅(qū)動(dòng)輪

20、上。此時(shí)作用于驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生一對(duì)地面的圓周力，地面對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的反作用力（方向與相反）即為汽車的外力見(jiàn)圖1-1也稱之汽車的驅(qū)動(dòng)力。 圖2.1 汽車的驅(qū)動(dòng)力其數(shù)值為： （2.0)式中，為作用于驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩；r為車輪半徑。作用于驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩T來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)，則有： (2.1)式中，為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 為變速器傳動(dòng)比 后橋主減速比 傳動(dòng)系效率由以上兩式可得汽車平衡方程： (2.2)汽車行駛特性主要取決于發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的牽引力 和汽車的行駛阻力。滾動(dòng)阻力以符號(hào)表示，空氣阻力以符號(hào)表示。假若行駛在坡道上，還需克服重力沿坡道的分力以坡道阻力表示，在加速行駛時(shí)還需克服加速阻力，以符號(hào)表示。因此汽車行駛的平衡方程為：

21、 （2.3）1）.輪胎的滾動(dòng)阻力在良好的路面上，輪胎的滾動(dòng)阻力可表示為： （2.4）W為作用于輪胎上的法向載荷；為輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)其值受路面狀態(tài)、輪胎轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)與材料、氣壓及接地負(fù)荷有關(guān)。2）.空氣阻力當(dāng)汽車行駛速度為時(shí)，空氣層相對(duì)汽車的行駛阻力為： （2.5）式中，為汽車行駛速度（km/h) A為汽車正投影面積（） 為空氣阻力系數(shù)3）.坡道阻力 汽車在路面坡道角為的坡道上行駛時(shí)，汽車重力沿坡道的分力為： （2.6）4）.加速阻力汽車加速時(shí)會(huì)產(chǎn)生慣性力： （2.7）式中，為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù) m汽車質(zhì)量單位-kg行駛加速度綜合以上可得出汽車行駛的平衡方程： （2.8）功率與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系可表示

22、為： （2.9）車速表達(dá)式： （2.10）2.2 汽車動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)從獲得盡可能高的平均行駛速度的角度來(lái)看，汽車的動(dòng)力性指標(biāo)可有以下三個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)定即：汽車的最高車速。汽車的加速時(shí)間表示汽車的加速能力，在汽車行業(yè)對(duì)加速時(shí)間非常重視常用原地起步加速時(shí)間與超車加速時(shí)間來(lái)顯示加速能力。汽車最大爬坡度汽車在滿載時(shí)，所能爬上的最大坡度，一般載貨汽車要求16.7。2.3 燃油經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性常用一定運(yùn)行工況下汽車行駛百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽車行駛的里程來(lái)衡量。我國(guó)及歐洲用汽車行駛100km消耗的燃油升數(shù)來(lái)定義，其單位為L(zhǎng)/100km。我們常引入等速油耗概念來(lái)分析汽車的經(jīng)濟(jì)性。等速油

23、耗是指汽車在額定載荷下，以最高檔在良好路面上行駛100km的燃油消耗量。等速行駛工況燃油消耗量的計(jì)算：在萬(wàn)有特性圖上顯示有等燃油消耗率曲線，根據(jù)等速行駛及阻力功率P可確定與之對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速和功率點(diǎn)。進(jìn)而可得出此時(shí)的燃油消耗率b。從而計(jì)算出以該車速等速行駛時(shí)單位時(shí)間內(nèi)的燃油消耗量（ml/s)為： （2.11）整個(gè)等速過(guò)程行經(jīng)s（m）行駛的燃油消耗量（）為： （2.12）其中， 為發(fā)動(dòng)機(jī)功率單位Kw b燃油消耗率，單位g/(KW.h) 車速，單位km/h 燃油的密度，單位kg/L對(duì)于整車匹配來(lái)說(shuō)，若以經(jīng)濟(jì)性為主的話要求常用擋行駛時(shí)的道路阻力曲線盡可接近最低比油耗曲線上，或者落在最小油耗曲線范圍之內(nèi)。同

24、時(shí)在常用擋位下以常用車速（100km/h）行駛時(shí)的百公里油耗盡量和該擋位下的行駛阻力曲線，確定此時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)工況點(diǎn)（，n），定都去該工況下的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率。本文僅在等速情況測(cè)得相關(guān)工況數(shù)據(jù)并繪制萬(wàn)有特性圖，故僅考慮以上評(píng)價(jià)指標(biāo)，在此等加速工況及綜合工況不在考慮范圍內(nèi)。2.4 本章小結(jié)本章主要介紹了汽車?yán)碚摲矫娴闹R(shí)，設(shè)計(jì)汽車行駛平衡方程、為后續(xù)理論的計(jì)算工作做鋪墊，同時(shí)提出了整車性能方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)，為圖形的分析及整車匹配提供了依據(jù)。3 發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性工況數(shù)據(jù)的測(cè)定對(duì)汽車而言發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的心臟為其提供著動(dòng)力，其輸出特性直接影響汽車的行駛特性。為了了解和掌握發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，對(duì)

25、有效利用動(dòng)力源，以及提高整車性能具有重要的意義。了解整車性能的前提是獲得準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。發(fā)動(dòng)機(jī)的臺(tái)架試驗(yàn)是一重要的試驗(yàn)方法。為了繪制發(fā)動(dòng)機(jī)的特性曲線，需要專門的試驗(yàn)測(cè)試條件。由于發(fā)動(dòng)機(jī)是動(dòng)力機(jī)械，在熱工轉(zhuǎn)換的過(guò)程中對(duì)外輸出功的同時(shí)，引起強(qiáng)烈的振動(dòng)。為了準(zhǔn)確測(cè)量各必要的性能參數(shù)，需要將發(fā)動(dòng)機(jī)和必要的測(cè)量設(shè)備裝置固定在堅(jiān)實(shí)、防震的專用基礎(chǔ)上。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)裝置主要由測(cè)功器、油耗儀、排放分析儀構(gòu)成。試驗(yàn)方法：有效功率的校正燃油消耗率的校正對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的使用特性，根據(jù)車用發(fā)動(dòng)機(jī)使用工況的特點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線的分析方法分為線性工況法和面工況法。發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性即為面工況分析法，指在整個(gè)使用工況范圍內(nèi)分析發(fā)

26、動(dòng)機(jī)性能歲工況分布的情況，由此分析發(fā)動(dòng)機(jī)常用工況下的經(jīng)濟(jì)性以及排放特性等。3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性的概念雖然發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性和負(fù)荷特性能表示某一確定的轉(zhuǎn)速或某一確定的供油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位置下運(yùn)行時(shí)內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)的變化規(guī)律。但車用發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化范圍較大，不能對(duì)全工況領(lǐng)域進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。為了正確分析與評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，就需要作出很多負(fù)荷特性或速度特性曲線。產(chǎn)品檢測(cè)、定型、選型就需要多參數(shù)性能指標(biāo)特性曲線?？梢员硎救齻€(gè)或三個(gè)以上參數(shù)之間的關(guān)系，我們把這種特性曲線稱為萬(wàn)有特性。3.3 發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性建模方法萬(wàn)有特性曲線一般是以轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)，以負(fù)荷（平均有效壓力）為縱坐標(biāo)，在圖上繪制若干條等油耗曲線和等功率曲

27、線。根據(jù)需要，還可在萬(wàn)有特性曲線上繪出等節(jié)氣門開(kāi)度線、等排放線、等過(guò)量空氣系數(shù)等。萬(wàn)有特性綜合柴油機(jī)的負(fù)荷特性和速度特性比較全面地反映了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。3.3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性傳統(tǒng)繪制方法根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)類型的不同，萬(wàn)有特性有兩種繪制方法，即負(fù)荷特性法和速度特性法。本文介紹的負(fù)荷特性法。此曲線主要通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)來(lái)獲取其步驟如下：（1）第一步進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)，以固定轉(zhuǎn)速采集工況點(diǎn)。每個(gè)工況點(diǎn)采集三種參數(shù)數(shù)據(jù)：轉(zhuǎn)速、扭矩或負(fù)荷、油耗，為求得試驗(yàn)和圖形的準(zhǔn)確性一般要求采集八個(gè)以上的工況點(diǎn)。（2）將各種轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷特性繪制成負(fù)荷特性曲線。以不同的轉(zhuǎn)速為參照標(biāo)準(zhǔn)取出工況點(diǎn)負(fù)荷值和燃油消耗率的值繪圖，得到

28、負(fù)荷特性曲線簇。以轉(zhuǎn)矩為縱坐標(biāo)，轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)。每條曲線為同一比油耗值。其圖形如圖3.1所示。圖3.1 萬(wàn)有特性傳統(tǒng)繪制方法傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特行繪制方法思路明了能夠合理的得出發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況下各種性能參數(shù)的變化特性。但這種方法也存在三個(gè)弊端：（1）無(wú)法利用曲線外的單個(gè)工況點(diǎn)，當(dāng)測(cè)得某一轉(zhuǎn)速下測(cè)得的數(shù)據(jù)無(wú)法繪制出單條負(fù)荷特性曲線時(shí)，該組數(shù)據(jù)必然無(wú)法使用。對(duì)于試驗(yàn)來(lái)說(shuō)這將很大降低試驗(yàn)的有效性。（2）在曲線的擬合過(guò)程中，僅考慮單條曲線的自身關(guān)系，故A條曲線不對(duì)B條曲線產(chǎn)生影響，這將造成等油耗曲線相交的可能性。而在實(shí)際情況下是不會(huì)發(fā)生的。（3）整個(gè)過(guò)程工作量較大，某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤或者誤差都會(huì)對(duì)圖形的準(zhǔn)確性

29、產(chǎn)生影響。3.3.2 用曲面擬合的方法繪制發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性曲面擬合的方法首先必須設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性的數(shù)學(xué)模型，再根據(jù)已知的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)兒，用恰當(dāng)?shù)臄?shù)值算法得出模型中的相關(guān)系數(shù)。此方法的關(guān)鍵在于發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性模型的建立。在文獻(xiàn)中對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性曲面擬合采用了最小二乘法，其模型如下：式中，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min。 發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率，Kw。 為的項(xiàng)數(shù)。 為的項(xiàng)數(shù)。 為（，）的項(xiàng)數(shù)。利用多元線性回歸算法就可以計(jì)算出各項(xiàng)系數(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性曲線的本質(zhì)是三維曲面在二維平面的等高線的投影。其實(shí)質(zhì)是：通過(guò)大量的毫無(wú)秩序的工況點(diǎn)用有效數(shù)值算法構(gòu)造接近實(shí)際的曲面模型，以轉(zhuǎn)速n為X坐標(biāo)和平均有效壓力為Y坐標(biāo)，比油耗

30、為Z坐標(biāo)。接著用一些列等油耗曲面去截取獲得三維曲面投影得到萬(wàn)有特性曲線。這種方法的關(guān)鍵在于構(gòu)造出三維曲面。構(gòu)造三維曲面分曲面擬合和曲面插值兩種方法，前者較之后者效果不佳，本文采用曲面插值法構(gòu)造曲面其方法文獻(xiàn)24有較為詳細(xì)的解答。通過(guò)構(gòu)建模型采用曲面插值法繪制出以以轉(zhuǎn)速n為X坐標(biāo)和轉(zhuǎn)矩為Y坐標(biāo)，比油耗為Z坐標(biāo)的發(fā)動(dòng)機(jī)三維曲面如下圖3.2所示：圖3.2 基于曲面插值的發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性曲面用不同等比油耗值的曲面截取上圖，然后投影于平面坐標(biāo)系中便可得到萬(wàn)有特性曲線。3.3.3 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性建模方法1)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)單介紹1974年P(guān).Werbos在其博士論文中提出了第一個(gè)適合多層網(wǎng)

31、絡(luò)的學(xué)習(xí)算法，但該算法并未受到足夠的重視和廣泛的應(yīng)用。在上個(gè)世紀(jì)中期美國(guó)加州的PDP小組于1986年發(fā)表了該方面的書，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究得以實(shí)現(xiàn)該算法的價(jià)值。這就是迄今為止最為著名的多層網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法BP算法，而算法訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)成為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論是在現(xiàn)代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的交叉學(xué)科，在很多領(lǐng)域都有較為廣泛的應(yīng)用。這一成果在理論上可無(wú)限逼近給定的多變量的函數(shù)的能力，具備很強(qiáng)的非線性映射功能是其一大亮點(diǎn)。目前在處理發(fā)動(dòng)機(jī)特性方面卓有成效。BP網(wǎng)絡(luò)是一種單向傳播的多層前向網(wǎng)絡(luò)，典型的BP 網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。它由輸入層、中間層和輸出層組成。中間層即隱含層，可以是一層或多層，各層

32、次之間形成全互聯(lián)連接，同一層次的神經(jīng)元之間沒(méi)有連接。見(jiàn)圖3.3。圖3.3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖目前MATLAB軟件是在工程領(lǐng)域較為普遍使用的一軟件，值得欣慰的是科技工作者在此軟件中開(kāi)發(fā)出專門的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱。在很大程度上解決了數(shù)據(jù)的處理設(shè)計(jì)初始化、訓(xùn)練到最后的仿真輸出。文章中選擇了Levenberg-Marquardt這一算法，可減少訓(xùn)練的計(jì)算量，訓(xùn)練收斂速度得以很大提升。2)發(fā)動(dòng)機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建模方法：對(duì)于本次發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性模型的建立，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。采集了不同轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩和實(shí)測(cè)燃油消耗率一系列數(shù)據(jù)，在同一轉(zhuǎn)速下又包含了不同扭矩的不同比油耗。隨機(jī)抽取五組數(shù)據(jù)作為測(cè)試樣本，其余的為訓(xùn)練

33、樣本。以發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩為輸入，將比油耗作為模型的輸出。用公式來(lái)表示即為：輸入：p=n,T,輸出t=。數(shù)據(jù)的處理：從原始數(shù)據(jù)觀察來(lái)看，存在大量的大值數(shù)據(jù)必然影響整個(gè)模型的建立，且提高網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練學(xué)習(xí)效率需要對(duì)樣本進(jìn)行歸一化處理。本文采用MATALB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱的premnmx函數(shù)對(duì)樣本進(jìn)行歸一化處理。具體程序語(yǔ)言如下面表達(dá)：pn,minp,maxp,tn,mint,maxt=premnmx(p,t)算法原理：=2(p-minp)/(maxp-minp)-1在訓(xùn)練完畢后，若需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行還原可調(diào)用postmnmx函數(shù)和已經(jīng)訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)的輸入時(shí)的函數(shù)tramnmx。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)立：

34、本文的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是以轉(zhuǎn)速與扭矩作為輸入，輸出端為比油耗。對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)和每層的節(jié)點(diǎn)數(shù)無(wú)嚴(yán)格的尊則及依據(jù)。根據(jù)具體問(wèn)題和個(gè)人對(duì)模型的敏感度合理設(shè)計(jì)即可。對(duì)于此借鑒他人意見(jiàn)及有利于解決問(wèn)題的原則設(shè)計(jì)出兩輸入即轉(zhuǎn)速、扭矩，單輸出的含有兩個(gè)隱層的結(jié)構(gòu)體。第一隱層為2個(gè)節(jié)點(diǎn)即2個(gè)神經(jīng)元，第二隱層為5個(gè)神經(jīng)元，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3.4所示。圖3.4 模型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖已設(shè)計(jì)，接下來(lái)需確定初始值與傳遞函數(shù)本文利用MATLAB 軟件對(duì)權(quán)值和閾值進(jìn)行自動(dòng)初始化，網(wǎng)絡(luò)的隱含層神經(jīng)元的傳遞函數(shù)選為正切S型傳遞函數(shù)tansig，輸出層神經(jīng)元的傳遞函數(shù)選為線性傳遞函數(shù)purelin。編寫如下代碼：ne

35、t=newff(minmax(pn),2,5,1,tansig,tansig,purelin,trainlm)；圖3.5 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖網(wǎng)絡(luò)默認(rèn)的訓(xùn)練函數(shù)trainlm，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)速率選擇0.3，相關(guān)參數(shù)在此不一一贅述，訓(xùn)練參數(shù)語(yǔ)句請(qǐng)看以下內(nèi)容：net.trainParam.show=50;net.trainParam.lr=0.3;net.trainParam.mc=0.9;net.trainParam.epochs=1000;net.trainParam.goal=1e-4;網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)475次迭代達(dá)到訓(xùn)練目標(biāo)，其過(guò)程見(jiàn)下圖3.6：圖3.6 BP訓(xùn)練過(guò)程網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練后數(shù)據(jù)樣本誤差分布圖見(jiàn)下圖3

36、.7：圖3.7 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練誤差模型的測(cè)試：網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練好后，將未參與訓(xùn)練的5組數(shù)據(jù)作為測(cè)試樣本帶入BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)試樣本如下表3.1所示：表3.1 BP訓(xùn)練測(cè)試樣本轉(zhuǎn)速29913989549757016002轉(zhuǎn)矩15715746.443.795將表3.1的五組輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化后，代入所建立的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型后輸出理論上的比油耗值，最后將理論上的比油耗值與試驗(yàn)比油耗值作對(duì)比求出相對(duì)誤差。理論比油耗值、試驗(yàn)比油耗值、相對(duì)誤差填入表3.2，如下表3.2所示：表3.2 理論值與試驗(yàn)值比較理論值275.5015247.345379.8254396.7023302.0028試驗(yàn)值278243.5376.7

37、394.2310相對(duì)誤差-0.899%+1.58%+0.830%+0.635%-2.58%從表3.2可以看出通過(guò)模型輸出的理論值與試驗(yàn)值作對(duì)比后，最大相對(duì)誤差的絕對(duì)值為2.58%，最小相對(duì)誤差的絕對(duì)值為0.635%。這說(shuō)明BP網(wǎng)絡(luò)具有一定的泛化能力，即建立好的BP網(wǎng)絡(luò)對(duì)未曾訓(xùn)練過(guò)的樣本依舊能夠得出正確的輸出，同時(shí)說(shuō)明基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的萬(wàn)有特性模型的建立是可行的。在BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練完畢后應(yīng)得出，輸入轉(zhuǎn)速、扭矩與輸出比油耗的唯一映射關(guān)系，這樣在有限的數(shù)據(jù)之上，任意給定合理范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)再將其帶入仿真模型即可得出大量的輸出數(shù)據(jù)。繪制發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性三維曲面圖時(shí)，利用MATLAB的meshgrid函數(shù)，取

38、轉(zhuǎn)速為800：4：6000共131組，取轉(zhuǎn)矩為10:1:140合計(jì)131組，共得到17161組輸入。將這17161組輸入數(shù)據(jù)帶入建立好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算得到相應(yīng)的燃油消耗率。此時(shí)可用mesh函數(shù)即可繪制出發(fā)動(dòng)機(jī)比油耗值隨轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩變化的三維曲面圖。發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性三維曲面圖如圖3.8所示：圖3.8 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性三維曲面圖圖形的輸出得以驗(yàn)證用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性模型是可行的并且對(duì)數(shù)據(jù)的泛化能力較強(qiáng)較常規(guī)的方法更為簡(jiǎn)便且誤差較小。也可用MATAB的contour函數(shù)得到發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性等油耗曲線。3.4 MATLAB軟件簡(jiǎn)介MATLAB是MATHWORKS公司的一套數(shù)值計(jì)

39、算和可視化軟件，它可進(jìn)行數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示等，方便地應(yīng)用系統(tǒng)建模和仿真。的交互式環(huán)境允許對(duì)變量進(jìn)行操作、輸入和輸出數(shù)據(jù)、執(zhí)行計(jì)算、產(chǎn)生圖形、并且產(chǎn)生和管理ATLAB所使用的軟件。依靠這一工具科研人員能夠直觀方便的進(jìn)行分析、計(jì)算及設(shè)計(jì)工作，在很大程度節(jié)省了工作的時(shí)間。目前很多汽車企業(yè)在MATLAB基礎(chǔ)上針對(duì)本行業(yè)的具體情況研發(fā)出一類針對(duì)一些發(fā)動(dòng)機(jī)特性的模塊。諸如：整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性計(jì)算軟件，在這里做一簡(jiǎn)單的介紹：在動(dòng)力性軟件中依據(jù)最高車速計(jì)算公式可得出最高車速，這一公式是關(guān)于方程，在計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬運(yùn)算時(shí)，先給一個(gè)初始值，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力的之差的絕對(duì)值小于某一無(wú)窮小數(shù)，即可認(rèn)

40、為最高車速。反之則需要根據(jù)正負(fù)號(hào)進(jìn)行一定步長(zhǎng)的加減運(yùn)算，直至滿足條件。其界面合理方便，只可輸入相關(guān)參數(shù)就可得出所需要的結(jié)果，同樣其它特性模塊如同其一樣界面友好便于上手。簡(jiǎn)言之對(duì)于汽車有關(guān)特性的研究我們?cè)谝延薪?jīng)驗(yàn)和現(xiàn)有計(jì)算機(jī)技術(shù)的臺(tái)階上更上一層編寫出相關(guān)軟件以便不再為編寫大量的程序代碼而困惑。3.5 本章小結(jié)本章簡(jiǎn)單的講述了發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性工況數(shù)據(jù)的測(cè)定方法，主要介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性的基本思想，在基本思想上闡述了發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性的傳統(tǒng)繪制方法、基于曲面擬合和插值的方法繪制萬(wàn)有特性和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在萬(wàn)有特性建模中的應(yīng)用。傳統(tǒng)的繪制方法思想簡(jiǎn)單容易理解，但對(duì)于大量的數(shù)據(jù)愛(ài)莫能助，在結(jié)果和圖形輸出結(jié)果上必然存在

41、不小的誤差，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與普及，為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理帶來(lái)了極大的方便。MATAB軟件的誕生解決了很大問(wèn)題，以至于有文中的曲面差值與擬合這一較為科學(xué)的方法，而這種方法必須要對(duì)模型做不同程度的假設(shè)和簡(jiǎn)單化處理。需要一定的經(jīng)驗(yàn)和個(gè)人能力，且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度是一大要求，當(dāng)樣本出現(xiàn)“噪聲”時(shí)將影響到建立的回歸模型，從而模型精度不高。當(dāng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)兒或不規(guī)則時(shí)就必須進(jìn)行多次擬合。在發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性研究中，使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)點(diǎn)兒是不需考慮具體的數(shù)學(xué)模型較之前者來(lái)說(shuō)。只要選擇設(shè)計(jì)合理的BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，即可擬合出發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性。在3.3.3中通過(guò)對(duì)未參加訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的帶入

42、得出的比油耗值與實(shí)際值作對(duì)比誤差較小，故這種路徑是行之有效的并能取得理想的結(jié)果。4 汽車萬(wàn)有特性4.1 汽車萬(wàn)有特性的概念汽車萬(wàn)有特性是建立在發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性的基礎(chǔ)上，其思想是：在發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性曲線上，繪出各種使用條件（不同檔位）的驅(qū)動(dòng)功率線、等百公里油耗線以及車速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而把發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性和汽車的行駛特性結(jié)合起來(lái)，以便較為全面地反映汽車的各項(xiàng)性能指標(biāo)。其特點(diǎn)是將千變?nèi)f化的汽車工況以清晰明了、直觀的形式表達(dá)在一張圖上，揭示了發(fā)動(dòng)機(jī)性能、傳動(dòng)參數(shù)以及整車性能三者之間的內(nèi)在聯(lián)系，為全面分析與評(píng)價(jià)汽車性能、與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行合理匹配提供有力的手段。4.2 汽車萬(wàn)有特性的建模方法本文旨在運(yùn)

43、用實(shí)測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性、底盤傳動(dòng)系參數(shù)和行駛阻力特性三者與汽車整車性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，研究出能綜合反映各項(xiàng)汽車參數(shù)的萬(wàn)有特性圖。在汽車萬(wàn)有特性圖上分析出汽車的動(dòng)力性指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)性情況，進(jìn)而為整車匹配性能提供依據(jù)和改進(jìn)措施。汽車的整車性能與發(fā)動(dòng)機(jī)密切聯(lián)系，但存在著差異性。傳動(dòng)系是二者的聯(lián)系紐帶。一定程度上傳動(dòng)系參數(shù)可彌補(bǔ)內(nèi)燃機(jī)特性在牽引特性方面的不足。在汽車運(yùn)行工祝一定的條件下,不同的傳動(dòng)系參數(shù)將對(duì)應(yīng)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)工況。反之，發(fā)動(dòng)機(jī)工況一定的條件下傳動(dòng)系參數(shù)亦不同, 汽車的運(yùn)行工況也就不同。正因如此，傳動(dòng)系參數(shù)不僅對(duì)汽車的牽引動(dòng)力性, 而且對(duì)經(jīng)濟(jì)性都具有重大的影響，所以有人把這種匹配情況稱之為汽車的

44、第二燃料經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于兩者的具體聯(lián)系可根據(jù)以下式子做一推導(dǎo)：汽車車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)系數(shù)比三者的關(guān)系： （4.1）式中各因子含義因前文已做說(shuō)明在此處不做介紹。汽車車速，牽引力所需發(fā)動(dòng)機(jī)功率的關(guān)系： （4.2）汽車勻速行駛時(shí)的牽引力為： （4.3）汽車的百公里油耗如下式： （4.4）式中，百公里油耗，氣缸平均有效壓力，發(fā)動(dòng)機(jī)總排量。依（4.2）式知牽引力與車速溝通了汽車運(yùn)行工況與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的關(guān)系，在以后的匹配設(shè)計(jì)中都是以汽車的行駛特性（即、與、的關(guān)系）為鋪墊。以上各式給出了汽車運(yùn)行工況與發(fā)動(dòng)機(jī)工況，傳動(dòng)系參數(shù)之間的關(guān)系。已知有關(guān)參數(shù)：、G、f、A和發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性后（發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性建模方法前面參

45、考），我們便可以將發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性和各種使用條件下的計(jì)算牽引功率等百公里油耗線、各檔位不同發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的汽車車速繪制在同一張圖上, 由于該圖可直接或間接反映出汽車的各項(xiàng)性能參數(shù),故稱其為“汽車萬(wàn)有特性”。4.3 以EQ1126K底盤配ISDe185_30發(fā)動(dòng)機(jī)及DF6S650(1)變速器為模型的整車萬(wàn)有特性模型的建立及分析4.3.1 模型相關(guān)參數(shù)整車模型參數(shù)見(jiàn)表4.1所示：表4.1 載貨汽車基本參數(shù)整車參數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)變速器EQ1126K1底盤ISDe185_30DF6S650(1)整備質(zhì)量/kg4550型式六缸，直列，渦輪增壓，中冷，電控共軌國(guó)III發(fā)動(dòng)機(jī)速比總質(zhì)量/kg12500排量/ml6

46、7001檔5.606總傳動(dòng)效率0.85沖程42檔3.627滾動(dòng)阻力系數(shù)0.015最大功率/轉(zhuǎn)速136(KW)/2500(rpm)3檔2.313空氣阻力系數(shù)0.804檔1.487滾動(dòng)半徑/m0.45檔1迎風(fēng)面積/m26.626檔0.789實(shí)測(cè)百公里油耗/17.5主減速比5.2866檔最高車速/90根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)及汽車特性試驗(yàn)方法，對(duì)整車匹配模型進(jìn)行在線工況測(cè)試。對(duì)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速分：800r/min、900r/min、1000r/min、1100r/min、1200r/min、1300r/min.1900r/min.2500r/min共十八擋，在同一轉(zhuǎn)速下又測(cè)得不同轉(zhuǎn)矩下的比油耗值，相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)附錄。4.3

47、.2 整車萬(wàn)有特性的繪制汽車的百公里油耗經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)中的一大重要要求，在動(dòng)力匹配和相關(guān)性能設(shè)計(jì)中算得上最重要的指標(biāo)之一。常規(guī)做法是在發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性圖上繪制百公里油耗等值線是常規(guī)做法，可用于評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤的匹配效果進(jìn)而進(jìn)行動(dòng)力選型。文中把此類圖形歸為第一類視圖。以車速和動(dòng)力因數(shù)為坐標(biāo)的圖上繪制百公里油耗等值線對(duì)于高低檔經(jīng)濟(jì)性差異可定量評(píng)價(jià)同時(shí)也可優(yōu)化速比，還可以評(píng)價(jià)加速或爬坡時(shí)的經(jīng)濟(jì)性。歸為第二類視圖。在以符合和發(fā)動(dòng)機(jī)有效燃料消耗率為坐標(biāo)的圖上繪制百公里油耗等值線可用于分析負(fù)荷和燃料消耗率對(duì)百公里油耗的影響。本文以ISDe185_30發(fā)動(dòng)機(jī)匹配EQ1126k1載貨汽車底盤為實(shí)例，在發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有

48、特性圖基礎(chǔ)上繪制了載貨汽車的萬(wàn)有特性圖，并介紹了繪制過(guò)程。最后對(duì)每類視圖紀(jì)進(jìn)行分析并提出了改良意見(jiàn)。第一類圖形的繪制步驟如下：繪制出發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性圖，發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性的繪制前面已做詳細(xì)介紹，可采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。將整車行駛工況情況反映在萬(wàn)有特性圖上：1)首先，將測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)各負(fù)荷特性扭矩轉(zhuǎn)換成平均有效壓力；其次，計(jì)算汽車在良好的水平路面行駛時(shí)各檔行駛阻力功率（kw）需換算成各相應(yīng)的平均有效壓力（），其計(jì)算過(guò)程如下式：相應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)功率： (4.5)相應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩： (4.6)相應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)壓力： (4.7)以各檔行駛工況點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)（，）矩陣通過(guò)對(duì)在發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性上曲面擬合的發(fā)動(dòng)機(jī)比油耗矩陣進(jìn)行二維線

49、性插值，得到相應(yīng)工況點(diǎn)的比油耗矩陣，程序代碼如下：=interp2（，liner）計(jì)算相應(yīng)點(diǎn)的百公里油耗矩陣：通過(guò)上述關(guān)系式及MATLAB程序語(yǔ)言繪出的有限個(gè)點(diǎn)的三維插值圖4.1所示：圖4.1 百公里油耗三維插值圖對(duì)圖4.1進(jìn)行曲面擬合采用多遠(yuǎn)線性回歸的方法對(duì)萬(wàn)有特性進(jìn)行曲面擬合，可產(chǎn)生一個(gè)二維多項(xiàng)式：式中，三多項(xiàng)式次數(shù)相同，提取相同因子據(jù)、計(jì)算出相對(duì)應(yīng)的。2)使用meshgrid語(yǔ)句在()內(nèi)劃分網(wǎng)格，可通過(guò)mesh語(yǔ)句在網(wǎng)格內(nèi)繪制曲見(jiàn)下圖4.2所示：圖4.2 百公里油耗三維曲面圖Contour語(yǔ)句可由上圖得出百公里油耗等值曲線，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)外特性、比油耗等值線、功率等值線和行駛阻力曲線以及各檔

50、位對(duì)應(yīng)車速即可繪出第一類視圖，如圖4.3所示。圖4.3 EQ1126K底盤配ISDe185_30發(fā)動(dòng)機(jī)及DF6S650(1)變速器萬(wàn)有特性圖4.3.3 發(fā)動(dòng)機(jī)與底盤匹配效果的分析及性能優(yōu)化圖4.3示出了以 EQ1126K底盤配ISDe185_30發(fā)動(dòng)機(jī)及DF6S650(1)變速器的載貨汽車的萬(wàn)有特性圖。圖中所反映的是發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性與汽車各種不同檔位所需的牽引功率和等百公里油耗曲線。對(duì)于本應(yīng)有的下半部分各檔位下發(fā)動(dòng)機(jī)車速與轉(zhuǎn)速的關(guān)系為便于讀圖，在此與其分割開(kāi)來(lái)。從圖三可以看出其動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性情況。從汽車萬(wàn)有特性曲線上，判斷汽車與底盤在經(jīng)濟(jì)性能匹配方面是否成功的直接方法是直接擋或超速擋的常用阻力

51、曲線接近發(fā)動(dòng)機(jī)低油耗區(qū)且范圍要大。而圖中VI擋、擋在低油耗去并未占據(jù)較大的轉(zhuǎn)速范圍。對(duì)于此在可能的情況下可適當(dāng)減小總減速比或加大輪胎半徑以達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)，降低使用油耗。另外本載貨汽車線基本上呈現(xiàn)拋物線形狀變化趨勢(shì)為：隨車速的增加而在增大，隨負(fù)荷的變大而表現(xiàn)出先增大后減小的態(tài)勢(shì)。在車速不變的情況下（以車速為縱坐標(biāo)轉(zhuǎn)速縱坐標(biāo)的圖形中引一條水平曲線分別與各個(gè)檔位下車速隨轉(zhuǎn)速的變化曲線相交，可得兩個(gè)點(diǎn)兒接著向上引垂線與兩檔位對(duì)應(yīng)的百公里油耗曲線相交）兩種檔位對(duì)應(yīng)的使用油耗存在不小的差距。顯然高檔位消耗的燃料值低于低檔位的。因此在行駛時(shí)一般盡量使用更高一檔位。對(duì)于曲線呈現(xiàn)拋物線的形狀試推測(cè)原因在于：發(fā)動(dòng)機(jī)

52、比油耗隨負(fù)荷增加而減小的梯度不同小負(fù)荷在低檔位時(shí)比油耗減小的梯度大，而大負(fù)荷時(shí)平均有效壓力的增加占主導(dǎo)地位。本圖未將低檔位下車速與轉(zhuǎn)速的變化圖顯示出來(lái)圖線太過(guò)于密集，也能說(shuō)明載貨汽車檔位間隔太小，需對(duì)各檔位速比進(jìn)行優(yōu)化。改善經(jīng)濟(jì)性匹配的途徑：顯然汽車在不同工況下所反映出來(lái)的燃油消耗量是不同的。因?yàn)楦鶕?jù)汽車油耗計(jì)算公式來(lái)說(shuō)，當(dāng)且僅當(dāng)、及三者的乘積為最小值時(shí)汽車的使用油耗達(dá)到最小。汽車的使用油耗與發(fā)動(dòng)機(jī)的有效燃油消耗率變化趨勢(shì)的一致性緝拿在車速與發(fā)動(dòng)機(jī)的功率都不變的情形下才可實(shí)現(xiàn)。根據(jù)這一分析需在設(shè)計(jì)和使用方面加以改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)整車匹配與經(jīng)濟(jì)性的俱佳。發(fā)動(dòng)機(jī)方面單純的改變某一影響因素比如傳動(dòng)比并不能實(shí)

53、質(zhì)性的影響汽車的使用油耗，應(yīng)使得發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性的低油耗在中等轉(zhuǎn)速、低負(fù)荷區(qū)有較大范圍。這必然對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能提出較高要求從圖三來(lái)看低油耗去比較合適1400rpm-2200rpm范圍內(nèi)所以本文試驗(yàn)?zāi)Ｐ推ヅ湫Ч€是比較好的。但在低檔位時(shí)經(jīng)濟(jì)性較差，根本原因在于、擋為間隔太小，需在這方面調(diào)整傳動(dòng)比?；蛘咴黾訖n位對(duì)于載貨汽車來(lái)說(shuō)這方面得以驗(yàn)證。車速的影響，汽車在接近于低速使用油耗較低；高速行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率較高，但汽車的行駛阻力隨之有很大的增幅，從而油耗顯著上升。從圖三也可以分析出來(lái)在、擋下隨轉(zhuǎn)速的升高即車速的升高百公里油耗是增加的但并不意味著為了低油耗可以犧牲其他方面的利益，所以對(duì)于此可考慮這一式子

54、：，此因子有最小值時(shí)能保證經(jīng)濟(jì)性油耗且提高辦事效率。我們也把此時(shí)的成為實(shí)用車速。4.3.4 整車燃油經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)力性關(guān)系論證及改進(jìn)措施繪制汽車的百公里油耗等值線可以動(dòng)力因數(shù)為縱坐標(biāo)，車速為橫坐標(biāo)。繪制時(shí)不需先繪制發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性，也不需要事先對(duì)進(jìn)行擬合。我們需要做的是根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)重復(fù)計(jì)算百公里油耗矩陣、計(jì)算相應(yīng)的百公里油耗數(shù)值等步驟。同時(shí)要推算出發(fā)動(dòng)機(jī)相應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)下的汽車某檔位各負(fù)荷下的動(dòng)力因數(shù)和車速。最后進(jìn)行擬合。得出的圖如圖4.4所示：圖4.4 汽車、工況重合區(qū)和等油耗差區(qū)圖上分別繪制了、等值線。對(duì)圖形的分析：在同等工況下，擋位用油量比擋有明顯的減少，節(jié)約的用油量在3-6L/100km，這與前面所會(huì)的汽車萬(wàn)有特性是相吻合的。：圖中滾動(dòng)阻力曲線f與百公里油耗等值線相交，各個(gè)相交點(diǎn)兒反映的是汽車在良好路面上行駛的百公里油耗值。：藍(lán)色粗箭頭顯示出在動(dòng)力因數(shù)值較大即陡然加速時(shí)百公里油耗曲線的斜率是增大幅度很明顯的故其燃油消耗量也是急劇上升的。中重型柴油機(jī)的動(dòng)力因數(shù)在0.04-0.06范圍內(nèi)，其與其他用