基于发动机台架的重型车排放特性研究.pdf

机电エ程技木2010年第39卷第0O8期
研究与开发
基于发动机台架的重型车排放特性研究
高翔
(广州汽年集团股份有限公司汽年エ程研究院,广东广州510640)
摘要:根据汽车动力学的基本理论,将整车动态行驶参数转换为发动机转速和输出转矩的时间函数,在发动机实验台实现对整车
行驶工况的动态模拟。并基于发动机动态实验台进行了整车瞬态排放实验,得到了整车排放因子,并对结果进行了分析对比,为
利用发动机动态实验台进行整车排放研究提出了一种切实可行的方法
关键词:排放因子;动态模拟;重型车;发动机台架
中图分类号:U467.52
文献标识码
文章编号:1009-9492(2010)08-0109-05
1前言
如一主减速器传动比;
机动车排放因子是指单辆机动车行驶单位里程排放的
m一传动系效率;
污染物量,一般以g/km为单位来表示。它是反映机动车
r一车轮的滚动半径,m
排放状况的最基本参数,也是确定机动车污染物排放总量
CG一车重,G=mg,N;
及其环境影响的重要依据,确定机动车排放因子的意义,
f滚动阻力系数
在于量化机动车的污染状况,为进行机动车污染控制的科
C—空气阻力系数;
学决策提供重要依据。机动车排放因子的确定方法有很
A一一车辆迎风面积,m2;
多,目前国际上比较常用的有以下几种:台架测试法、模
车辆行驶速度,km/h
型预测法、遥感遥测、公路隧道法、实际行驶工况测试
i一道路坡度;
法、车载测试法等。
8一旋转质量换算系数;
由于目前对重型车实际道路排放的研究非常有限,本
m一一车辆的质量,kg;
文以实际行驶工况测试法为基础,运用车辆动力学相关理
d/d一车辆的加速度,m/s2
论,使用 MATLAB建立了整车排放与发动机排放之间的转
汽车在行驶过程中,根据车辆传动系统之间的机械传
换模型,并利用发动机动态实验台进行了整车排放的的瞬
动关系可以推导出汽车发动机的转速与汽车行驶速度的关
态模拟实验,根据实验结果得到了整车的排放因子,最后
系(1
分析了车辆实际行驶的排放特点。
u. = 0.377rn/io
(2)
2整车行驶工况与发动机运行工况的关系研
其中:n-发动机转速,r/min。
究
由公式(1)、(2)可以看出,如果已知车辆的技术
参数、车辆行驶的环境参数与车辆的实际行驶状况,就可
2.1理论基础
以计算得出车辆所搭载发动机的转速和转矩。
当汽车在实际道路上行驶时,必须克服地面的滚动阻
2.2工况转换程序设计
力乃和空气阻力F,以及坡道阻力F和加速阻力F,汽车
行驶方程式可表示为:
程序设计时考虑到程序所要达到的功能,将程序分成
了三个部分。
T. i /r=Gf+Co,,: /21.15+Gi+mdu/dr (1)
(1)数据输入部分
这部分由车辆参数、行驶环境参数、车辆行驶工况构
其中:7一发动机的输出转矩,N·m
成。车辆参数包含车辆的总质量、各档位速比、迎风面积
i一变速器传动比;
等;环境参数包含道路的滚动阻力系数,坡度等;车辆行
收稿日期:2010-06-29
109
研究与开发
加电工程枝木2010年第39卷第08期
驶工况包括车辆行驶时的瞬时速度与瞬时加速度。
转质量系数6通过对曲面插值求得,图2为拟合后的二维
(2)转换计算部分
曲面。
这部分由整车至发动机的转换计算构成,在第一部分
输入数据的基础上,以公式(1)、(2)为计算依据,将
整车行驶工况转换为发动机运行工况。
(3)数据输出部分
这部分是将第二部分计算所得的数据进行保存,并绘。4
出发动机工况曲线,为进一步试验研究做好准备
索
2.2.1程序参数选择与计算
公式(1)、(2)中所涉及到的参数较多,参数的取1
值直接影响到程序的计算精度。为了使程序的输出能更真
实地反应汽车的实际行驶工况,对程序中各个参数的选择
0000
与计算就显得十分必要。
(1)滚动阻力系数f
总质量kg
总传动比
对于重型车辆来说,由于车速不高,滚动阻力系数与
图2旋转质量系数与总传动比、总质量变化曲面
车速的关系接近于直线,据研究表明,在良好道路上,货
车的滚动阻力系数与车速有下面的关系B
f=0.0076+0.0000564
2.2.2换档规律的确定
(2)迎风面积A
在程序设计中,汽车实际的换档规律也会直接影响到
车辆的迎风面积由车辆的几何尺寸确定,据研究表
程序的计算结果。由于车辆以及驾驶员驾驶习惯的不同,
明,载货汽车的迎风面积与汽车总宽与总高有如下近似关
造成实际驾驶的换档规律千差万别,很难对实际的换档规
系
律进行精确模拟。因此参考《轻型汽车污染物排放限值及
A/(bh)=0.931
(4)
测量方法(I)》(CB18352.2-2001)中的测试循环,对
其中:b一车辆总宽
程序中的换档速度点作了规定,表1为程序中规定的各个
h--从地面计的总高,m。
换档点的速度值。
(3)旋转质量换算系数8
旋转质量换算系数所受的影响因素很多,各种影响因
表1各换档点速度
素也比较复杂,精确取值比较困难,图1为货车的旋转质
换档点一档~二档二档~三档三档~四档四档~一五档
量系数与传动系总传动比之间的关系。
车速/km-hl
15
50
70
m=1.5tm6.5tm=13t
2.2.3程序流程
经过前面对程序的详细设定,编写整车至发动机的转
换计算程序,图3是转换程序的流程图。
2.2.4程序计算实例
l.1
选择一辆装备增压中冷柴油机的货车作为计算样车,
表2是样车的主要技术参数。
10
40
50
图1旋转质量系数与传动系总传动比的关系
表2样车主要参数
为了能更精确的得到不同质量、不同总传动比下的旋
参数
参数值
参数参数值
整备质量/kg
4340
转质量换算系数,结合公式。
一档速比3.525
车长x车宽x×车高/ mmxmmxmm8017×2367x2560二档速比2-111
6=1+(∑.)/mr2+4inr/mr
迎风面积/m3
4.927
三档速比1,286
空气阻力系数
0.600
四档速比1.000
其中:、为车轮的转动惯量;为飞轮的转动惯量。
车轮滚动半径/m
0.451
五档速比0.733
对图1上的曲线进行拟合,得到旋转质量系数随传动
最高车速kmhl
110
主减速比4.875
系总传动比和汽车总质量变化的二维曲面。不同车辆的旋
110