CN105841967B - 一种发动机可靠性试验中扭矩监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机可靠性试验中扭矩监控方法，包括以下步骤：第一步，实测扭矩和与之对应的转速；第二步，对发动机转速进行线性变换；第三步，确定拟合扭矩的计算公式；第四步，对拟合扭矩进行修正；第五步，计算修正拟合扭矩与实测扭矩的差值；第六步，计算报警值z；第七步，设置扭矩监控参数。本发明能够监测不同转速下发动机扭矩的限值，为设置发动机扭矩的报警值提供依据，从而实现对发动机扭矩的监控。

Description

一种发动机可靠性试验中扭矩监控方法

技术领域

本发明涉及发动机，具体涉及一种发动机可靠性试验中扭矩监控方法。在发动机机进行台架可靠性试验时，对发动机扭矩进行监控。

背景技术

发动机可靠性试验是为了研究故障及其影响效果，为提高可靠性而进行的试验。在发动机台架可靠性试验过程中，为了有效的观察并确认发动机的运行状态，需要对发动机的相关参数进行监控，同时，为了及时的发现发动机在运行过程中的异常，还需要对一些特别重要的参数进行报警设置，当这些参数超过或低于限值时能够及时的报警并停机，从而防止对发动机造成更近一步的损坏。作为衡量发动机动力性的重要指标，发动机扭矩长期以来一直是我们在试验过程中重点关注的对象，然而，由于不同转速下发动机扭矩的限值各不相同，人们一直无法有效的设置发动机扭矩的报警值，从而实现对发动机扭矩的监控。这往往会使我们无法及时判断出发动机试验过程中的爆震、失火、VVT工作异常等瞬时现象，同时，当发动机相关零部件如活塞、连杆损坏造成发动机扭矩突然下降时无法及时的作出判断并停机，这会对发动机造成进一步的伤害，从而增加了我们对故障根本原因判定的难度。CN 105402040A公开的“一种双质量飞轮保护控制方法”，其设定限扭矩区间，通过发动机输出的最大允许扭矩值与发动机转速和发动机档位的对应关系，根据当前的发动机转速作出如下选择：当发动机转速大于限扭矩区间的上限值时，车辆正常行驶；当发动机转速处于限扭矩区间时，利用最大允许扭矩值限制发动机最大输出扭矩；当发动机转速小于限扭矩区间的下限值时，断开发动机的燃料供应。其通过对发动机扭矩进行合理的控制，包括限扭、断油、扭矩逐步恢复，从而在不影响驾驶安全的前提下，实现对双质量飞轮有效的保护，提高了车辆的可靠性，降低了维修成本。CN 105402040A公开的“一种双质量飞轮保护控制方法”与本申请接近的现有技术，但没有提及如何对不同转速下发动机的扭矩进行监测的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种发动机可靠性试验中扭矩监控方法，该方法能够监测不同转速下发动机扭矩的限值，为设置发动机扭矩的报警值提供依据，从而实现对发动机扭矩的监控。

本发明基于GB/T 19055-2003《汽车发动机可靠性试验方法》国家标准中规定的台架可靠性试验，利用发动机外特性下转速、扭矩数据，对发动机扭矩进行拟合，并通过比较拟合扭矩与测功机实测扭矩，从而设置发动机扭矩报警值，实现对发动机扭矩进行监控。

本发明基于最小二乘法原理，结合发动机外特性数据，阐述了一种利用多项式拟合计算出发动机拟合扭矩并通过拟合扭矩与测功机实测扭矩进行比较，从而有效的实现发动机扭矩进行监控的方法。

本发明所述的一种发动机可靠性试验中扭矩监控方法，包括以下步骤：

第一步，实测扭矩和与之对应的转速；通过台架测功机按照100r/min－1000r/min的转速步长测得发动机外特性实测扭矩T_tq实与对应的转速n_实；

第二步，对发动机转速进行线性变换；线性变换公式为n_系＝n_实/a±b，其中，n_系为转速系数，a为选择的转速步长，b为常系数；常系数b的选取用以保证绝大多数转速系数为整数且最小的转速系数接近或等于0；

第三步，确定拟合扭矩的计算公式；以转速系数n_系为自变量，拟合扭矩T_tq拟合为因变量，应用excel、origin等数据处理与计算软件的多项式拟合功能计算，并确定拟合扭矩的计算公式T_tq拟合＝f(n_系)；

第四步，对拟合扭矩进行修正；修正后的扭矩为T_{tq拟合(修正)}，T_{tq拟合(修正)}＝T_tq拟合(x-w)/(100-w)，其中，x为油门执行器开度，范围：0～100，由台架测控系统直接测量并读取；w为常数，范围：0～100，选取台架测试系统标定的空油门，在交变负荷试验中选取发动机处于105％额定转速时油门执行器的开度；

第五步，计算修正拟合扭矩与实测扭矩的差值；将修正拟合扭矩T_{tq拟合(修正)}与台架测功机测得的扭矩T_tq实相减，得到扭矩差值T_tq差＝T_{tq拟合(修正)}-T_tq实＝f(n_实/a±b)(x-w)/(100-w)-T_tq实；当发动机处于非外特性工况时T_{tq拟合(修正)}很小，T_tq差为负值，当发动机处于外特性工况时，T_tq差接近0，当试验过程中发动机扭矩下降时，T_tq差为正；

第六步，计算报警值z；根据GB/T 19055-2003《汽车发动机可靠性试验方法》附录A中A.2的规定，结合外特性下拟合扭矩与测试扭矩的偏差，常数z＝最大实测扭矩*5％+外特性下拟合扭矩与实测扭矩的最大正差值；

第七步，设置扭矩监控参数；在台架测控系统中以T_tq差为监控参数，按照试验要求设置当T_tq差大于某一正数z时即进行报警，从而有效的实现对发动机扭矩进行监控。

本发明的优点在于：

(1)由于结合发动机外特性转速、扭矩数据，利用多项式拟合原理计算拟合扭矩并通过对拟合扭矩与测功机实测扭矩进行比较，从而有效的实现发动机扭矩监控的方法，解决了无法有效的设置发动机扭矩的报警值，从而实现对发动机扭矩的监控的难题，保证了可靠性试验过程中问题发现的有效性与及时性；

(2)应用范围广泛，GB/T 19055-2003《汽车发动机可靠性试验方法》中规定的全速全负荷试验、混合负荷试验、交变负荷试验、冷热冲击试验以及其它一些台架可靠性试验均可采用本方法；

(3)通用性较好，不同的发动机机型、不同的台架测试系统均可有效采用本方法进行扭矩监控；

(4)为发动机试验过程中，限值随发动机工况而变化参数的监控提供了解决思路。

附图说明

图1是GB/T 19055-2003《汽车发动机可靠性试验方法》中的交变负荷试验工况图；

图2是1.0L自然吸气发动机外特性实测扭矩与拟合扭矩曲线图；

图3是1.0L自然吸气发动机在交变负荷试验过程中采集的实测扭矩与拟合扭矩曲线(采样时间间隔为3s)图；

图4是1.0L自然吸气发动机在交变负荷试验过程中扭矩差值曲线(采样时间间隔为3s)图；

图5是在发动机可靠性试验中扭矩监控的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

例如：以1.0L自然吸气发动机外特性数据为基础，依据GB/T 19055-2003《汽车发动机可靠性试验方法》中规定的交变负荷试验工况(见图1)，结合实际试验数据，介绍拟合扭矩的计算方法、扭矩监控的设置方法。

第一步，实测扭矩和与之对应的转速；通过台架测功机以500r/min为转速步长测得发动机外特性实测扭矩T_tq实和与之对应的转速n_实，数据如下表：

第二步，对发动机转速进行线性变换；线性变换公式为n_系＝n_实/500-2，其中，n_系为转速系数，a为选择的转速步长，b为常系数；常系数b的选取用以保证绝大多数转速系数为整数且最小的转速系数接近或等于0；结果如下表：

为了减少数据的位数，方便求解与数据处理，对实测转速n_实进行线性变换以计算转速系数n_系。

第三步，确定拟合扭矩的计算公式；以转速系数n_系为自变量，拟合扭矩T_tq拟合为因变量，应用excel、origin数据处理与计算软件的多项式拟合功能计算，并确定拟合扭矩的计算公式T_tq拟合＝f(n_系)，计算结果为：

比较拟合扭矩与实测扭矩，结果如下表，拟合扭矩与实测扭矩曲线，参见图2。

第四步，对拟合扭矩进行修正；由于在计算拟合扭矩T_tq拟合时只对外特性数据进行了拟合，为了保证台架测控系统不会在非外特性工况点或工况变化过程中误报警，需对拟合扭矩T_tq拟合进行修正；修正后的扭矩为T_{tq拟合(修正)}，T_{tq拟合(修正)}＝T_tq拟合(x-w)/(100-w)，其中，x为油门执行器开度，范围：0～100，由台架测控系统直接测量并读取；w为常数，范围：0～100，一般选取台架测试系统标定的空油门(即油门执行器动作但发动机节气门不动作的空行程)，在交变负荷试验中选取发动机处于105％额定转速时油门执行器的开度。

本例交变负荷试验中发动机处于105％额定转速时油门执行器开度x为12，则取常系数w＝12，T_{tq拟合(修正)}＝T_tq拟合(x-12)/88。

第五步，计算修正拟合扭矩与实测扭矩的差值；将修正拟合扭矩T_{tq拟合(修正)}与台架测功机测得的扭矩T_tq实相减，得到扭矩差值T_tq差＝T_{tq拟合(修正)}-T_tq实＝f(n_实/a±b)(x-w)/(100-w)-T_tq实；当发动机处于非外特性工况时T_{tq拟合(修正)}很小，T_tq差为负值，当发动机处于外特性工况时，T_tq差接近0，当试验过程中发动机扭矩下降时，T_tq差为正；

第六步，计算报警值z；根据GB/T 19055-2003《汽车发动机可靠性试验方法》附录A中A.2的规定，结合外特性下拟合扭矩与测试扭矩的偏差，常数z＝最大实测扭矩*5％+外特性下拟合扭矩与实测扭矩的最大正差值＝86.8*5％+1.5＝5.84N·m，向上取整为设定常数z为6N·m；

第七步，设置扭矩监控参数；在台架测控系统中以T_tq差为监控参数，按照试验要求设置当T_tq差大于某一正数z时即进行报警，从而有效的实现对发动机扭矩进行监控；在台架测控系统中设定并显示以实测转速n_实、实测扭矩T_tq实、油门执行器开度x为自变量的扭矩差值T_tq差，设置扭矩差值T_tq差为监控参数，当T_tq差大于6N·m时即进行报警。

通过报警值的设置，从而有效的实现台架可靠性试验过程中扭矩的动态监控，参见图3、图4所示为1.0L自然吸气发动机在交变负荷试验工况运行200h时的实测扭矩、拟合扭矩、扭矩偏差曲线。

当台架测功机以100r/min、200r/min、300r/min、400r/min、600r/min、700r/min、800r/min、900r/min或1000r/min为转速步长时，即构成另外的多个实施例。

本发明在发动机可靠性试验中扭矩监控的步骤，参见图5。

Claims (1)

1.一种发动机可靠性试验中扭矩监控方法，包括以下步骤：

第一步，实测扭矩和与之对应的转速；通过台架测功机按照100r/min－1000r/min的转速步长测得发动机外特性实测扭矩T_tq实与对应的转速n_实；

第二步，对发动机转速进行线性变换；线性变换公式为n_系＝n_实/a±b，其中，n_系为转速系数，a为选择的转速步长，b为常系数；常系数b的选取用以保证绝大多数转速系数为整数且最小的转速系数接近或等于0；

第三步，确定拟合扭矩的计算公式；以转速系数n_系为自变量，拟合扭矩T_tq拟合为因变量，应用excel、origin数据处理与计算软件的多项式拟合功能计算，并确定拟合扭矩的计算公式T_tq拟合＝f(n_系)；

第四步，对拟合扭矩进行修正；修正后的扭矩为T_{tq拟合(修正)}，T_{tq拟合(修正)}＝T_tq拟合(x-w)/(100-w)，其中，x为油门执行器开度，范围：0～100，由台架测控系统直接测量并读取；w为常数，范围：0～100，选取台架测试系统标定的空油门，在交变负荷试验中选取发动机处于105％额定转速时油门执行器的开度；

第五步，计算修正拟合扭矩与实测扭矩的差值；将修正拟合扭矩T_{tq拟合(修正)}与台架测功机测得的扭矩T_tq实相减，得到扭矩差值T_tq差＝T_{tq拟合(修正)}-T_tq实＝f(n_实/a±b)(x-w)/(100-w)-T_tq实；当发动机处于非外特性工况时T_{tq拟合(修正)}很小，T_tq差为负值，当发动机处于外特性工况时，T_tq差接近0，当试验过程中发动机扭矩下降时，T_tq差为正；

第六步，计算报警值z；根据GB/T 19055-2003《汽车发动机可靠性试验方法》附录A中A.2的规定，结合外特性下拟合扭矩与测试扭矩的偏差，常数z＝最大实测扭矩*5％+外特性下拟合扭矩与实测扭矩的最大正差值；

第七步，设置扭矩监控参数；在台架测控系统中以T_tq差为监控参数，按照试验要求设置当T_tq差大于某一正数z时即进行报警，从而有效的实现对发动机扭矩进行监控。