CN115876484B - 重型整车实际路况测试及工况模拟试验的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开重型整车实际路况测试及工况模拟试验的系统及方法。系统包括数据采集模块，用于通过整车CAN网络将发动机以及整车运行工况数据进行记录和收集；驾驶员提示模块，用于测试过程中进行车速偏差提醒以及工况转换提醒；数据处理模块，用于按照标准测试工况测试结束后，根据数据采集模块所记录数据项自动计算，得到整车实际道路运行排放物测试总体结果并识别排放风险工况以及切片整合后的C‑WTVC工况，提取整车油耗等效路谱提取；工况复现模块，用于根据数据采集模块收集到的整车运行参数，在转鼓试验台进行工况模拟复现。本发明能实现调整发动机及整车对应工况点的标定控制数据，使整车的油耗及排放满足法规或生产企业要求限值。

Description

重型整车实际路况测试及工况模拟试验的系统及方法

技术领域

本发明涉及重型整车开发测试技术领域，特别是涉及一种重型整车实际路况测试及工况模拟试验的系统及方法。

背景技术

重型车法规(国六法规GB17691-2018)对整车实际运行排放进行了排放测试方法、数据处理方法及限值要求，为了对重型车实际运行工况排放以及工作场景下的燃料消耗进行针对性测试，需要在实际运行工况数据采集中进行规范化驾驶行为引导，采集过程结束后需要对工况进行稳定准确的回放。

整车实际道路行驶排放污染物测试是重型车法规对重型整车的强制要求，是整车形式核准的必做测试内容，重型车法规对重型车道路试验要求工况分布为市区工况、市郊工况、高速工况，三种工况，不同车型的工况占比要求不同(见表1)。对于规定的工况测试过程中，需要驾驶员之外的另一名测试工程师通过经验及整车车载排放测试系统计算结果提示驾驶员进行工况调整和工况转换，测试设备安装复杂且对测试人员技术水平要求较高，对整车开发及整车摸底试验成本要求较高。

表1

另外，重型车整车实际运行油耗，作为重型车产品的核心竞争力以及重要技术水平参数，是重型车开发的关键目标，现行《重型商用车燃料消耗限值》也对重型商用车模拟实际运行路况对应的燃油消耗率做出了限值要求。目前对于油耗开发及测试的方法有称油法、车载油耗仪测试法、转鼓碳平衡测试法等，称油法及车载油耗仪测试法不能将油耗数值与整车实际运行工况直接关联，转鼓碳平衡法可关联整车运行工况但试验成本过高。

针对于重型车道路试验，难点在于整车运行工况的难以复现性，由于驾驶员主观驾驶习惯及路况的复杂因素影响，即使同一条形式路线也不能够做到整车运行工况的完整复现，对于整车排放及油耗超标的风险工况点识别及定点开发优化，会造成困难，进而带来开发周期和成本的增加。

因此，针对国六阶段重型车的基于实际道路测试的整车排放和油耗特性，需要行成对应快捷便利的测试方法，并能够在降低开发成本、人力成本以及开发周期的前提下满足国六阶段重型车开发的实际需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种重型整车实际路况测试及工况模拟试验的系统方法，用于重型整车实际路况测试及工况模拟复现，从而达到整车排放及油耗开发目标，满足测试及开发需求。

本发明第一方面，提供一种重型整车实际路况测试及工况模拟试验的系统，包括：

数据采集模块，用于通过整车CAN网络将发动机以及整车运行工况数据进行记录和收集，包括计算负荷、发动机转速、发动机冷却液温度、大气压力、发动机最大基准扭矩、发动机净输出扭矩、摩擦扭矩、发动机燃料流量、发动机空气进气量、DPF压差、SCR催化器入口温度、NOx传感器输出值；以及获取整车运行参数，包括油门开度信息、档位信息、刹车状态、EGR率；

驾驶员提示模块，用于在驾驶员根据整车匹配的发动机特性输入发动机认证工况WHTC循环功参数及车型分类后，计算出城市、市郊、高速工况的占比分布及各工况对整车运行车速要求，以CAN网络读取的车速作为实际状态输入，进行车速偏差提醒以及工况转换提醒；

数据处理模块，用于按照标准测试工况测试结束后，根据数据采集模块所记录数据项自动计算，得到整车实际道路运行排放物测试总体结果并识别排放风险工况，以及切片整合后的C-WTVC工况，提取整车油耗等效路谱提取；

工况复现模块，用于根据数据采集模块收集到的包含车速、油门、档位、制动在内的整车运行参数，在转鼓试验台进行工况模拟复现，通过转鼓试验台提供行驶阻力作为功率吸收装置，实现整车输出功率吸收以及负载提供；可对整段路试工况进行回放或对整车油耗排放较高工况进行分段回放，由总线信号驱动整车运行执行器工作；通过对随机的实际路试工况进行整体和分段模拟复现，以实现调整发动机及整车对应工况点的标定控制数据，使整车的油耗及排放满足法规或生产企业要求限值。

本发明第二方面，提供重型整车实际路况测试及工况模拟试验的方法，采用所述的重型整车实际路况测试及工况模拟试验的系统实现，包括步骤：

步骤一：明确待开发车辆所对应的整车运行工矿需求，按照要求将工况车速条件及循环功、整车迎风面积、整车质量参数，输入至驾驶员提示模块；

步骤二：在待开发整车上安装驾驶员提示模块以及数据采集模块；

步骤三：按照要求规划测试路线，进行路试测试并记录整车及发动机的运行参数；

步骤四：试验结束后，对整体测试运行工况进行排放物超标判定，并通过算法识别提取整车排放风险窗口参数以及对整车油耗是否达标进行判定；

步骤五：将数据采集模块中记录整车以及发动机的运行参数进行整理，得出整车工况回放的控制参数，包括车速、油门、档位、刹车在内的时序控制参数；

步骤六：将整车工况回放的控制参数输入至工况复现模块，调试系统进行工况复现，对整段路试工况进行回放或对整车油耗排放较高工况进行分段回放；其中，由重型转鼓设备提供行驶阻力作为功率吸收装置，由总线信号驱动整车运行执行器工作；

步骤七：通过对随机的实际路试工况进行整体和分段模拟复现，调整发动机及整车对应工况点的标定控制参数，使整车的油耗及排放满足要求的限值。

本发明可解决重型整车路试测试随机性大且复现困难的技术问题，可降低试验人力及设备成本，可对排放及油耗风险工况进行有效识别，节省开发效率，是一种创新型的重型整车实际道路工况在转鼓自动化复现的试验方法及实现方式。本发明可规范试验驾驶工况，保证路试试验规范性和数据有效性；本发明实施时，技术人员可远程实时在线或离线查看整车运行状态及排放结果，可节省试验的人力投入及排放设备投入，降低试验成本提高实验效率；本发明可有效识别和记录油耗及排放风险运行工况，提高整车开发针对性，提高开发效率。

附图说明

图1是本发明重型整车实际路况测试及工况模拟试验的系统的架构示意图。

图2是本发明重型整车实际路况测试及工况模拟试验的系统的运行流程示意图。

图3是本发明的驾驶员提示模块的显示界面示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图3所示，本发明实施例的重型整车实际路况测试及工况模拟试验的系统，包括数据采集模块3，驾驶员提示模块1、数据处理模块以及工况复现模块4共四个模块：

数据采集模块：通过整车CAN网络将发动机及待开发整车2的整车运行工况数据进行记录和收集，采集对应整车及发动机运动参数，包括国六阶段法规要求强制广播传输数据：计算负荷(当前转速下发动机最大扭矩的百分比)、发动机转速、发动机冷却液温度(或等效量)、大气压力(直接测量或估计值)、发动机最大基准扭矩、发动机净输出扭矩(作为发动机最大基准扭矩的百分比)或发动机实际扭矩/指示扭矩(作为发动机最大基准扭矩的百分比，例如依据喷射的燃料量计算获得)、摩擦扭矩(作为发动机最大基准扭矩的百分比)、发动机燃料流量、发动机进气质量流量传感器读取的发动机进气量、DPF(柴油机微粒过滤器)压差、SCR催化器入口温度、NOx传感器输出等12项状态信息。

除此之外，可导入对应通讯协议的DBC(Date Base CAN)文件，记录其他整车运行参数，如油门开度信息、档位信息、刹车状态、EGR(Exhaust Gas Re-circulation)率等信息。

驾驶员提示模块：根据重型车国六法规、重型商用车油耗法规测试要求，对驾驶员行驶工况进行提示，实现在路试试验中提示司机合规驾驶。该驾驶员提示模块包括显示终端，该显示终端左侧为目标曲线图显示区11，其横轴为车速，纵轴为时间；中间区域为模拟车速显示区12，显示包括目标车速及车速允许偏差在内的内容，如果超出，相应的图标将变红提醒；右侧的上部为数字信号车速显示区域13，右侧的中部显示区14为偏差超过目标允许范围时间、公里数的单次事件统计和总数统计的显示；右侧的下部显示区15显示其他驾驶动作提示，如刹车、挡位等。

在整车排放测试应用中，按照重型国六法规的测试要求，驾驶员根据整车匹配的发动机特性输入发动机认证工况WHTC循环功参数以及车型分类，将法规要求工况导入，驾驶员提示模块内置计算软件将计算出城市、市郊、高速工况的占比分布及各工况对整车运行车速要求，以CAN网络读取的车速作为实际状态输入，进行车速偏差提醒以及工况转换提醒。

以重型车国六法规中所要求的4至7倍WHTC循环功作为行驶要求，进行车速工况切换条件预标定。

整车正常行驶动力平衡模型如下式(1)：

F_tra＝F_Dri-(F_Roll+F_Air+F_Slope)-F_Brake (1)

F_tra——整车牵引力，

F_Dri——总驱动力，

F_Roll——滚动阻力，

F_Air——迎风阻力，

F_Slope——坡道阻力，

F_Brake——制动力，

其中，迎风阻力为式(2)所示：

Cw——风阻系数∈(0.3,0.6)，

S——迎风面积，

V——车速，

其中，滚动阻力为式(3)所示

m——整车质量，

f₀——滚动阻力系数：0.012，

将整车实际运行等效为匀速平路上运行，依据法规要求车速区间均值，以N3车型为例，按照城市工况23Km/h，郊区工况58Km/h，高速工况80Km/h，故得到推导公式：

W1是市区做功，W2是郊区做功，W3是高速做功，以W_tot＝6W_Ref为例，获得：

t——PEMS整车路试总时间，

k——法规要求有时间比例系数，

W_Ref——循环功，

将实际测试N3车对应的WHTC循环功数值，整车质量，迎风面积信息代入式(5)，可得到测试总时间，随即可得到每种工况运行时间要求、行驶工况转换时间节点，从而实现对工况车速偏离法规要求提醒以及市区、市郊、高速工况转换提醒。

数据处理模块：按标准测试工况测试结束后，对数据采集模块采集的数据，进行运行参数整理，根据数据采集模块所记录数据项进行自动计算，得到整车实际道路运行排放物测试总体结果的同时识别得到排放风险工况，以及切片整合后的C-WTVC工况，进行整车油耗等效路谱提取；

首先，根据整车实际道路运行排放测试结果进行风险工况识别：

基于试验过程测量数据，对整车实际道路运行排放测试进行风险工况窗口筛选，筛选原则是基于排放窗口超标原则及限值要求。

第i个窗口整车运行时间的循环功表示如下：

W_2,i-W_1,i＝W_Ref

W_2,i——第i个窗口结束时刻的累计功，

W_1,i——第i个窗口起始时刻的累计功，

W_2,i-Δt-W_1,i≤W_Ref＜W_2,i-W_1,i

Δt——数据采集周期，

第i窗口起始时刻氮氧化物排放量为：

m_noxi——氮氧化物第i窗口起始时刻排放质量，

C_nox——nox排放物瞬时体积浓度，

m_Air——第i窗口起始时刻进气质量，

m_fule—第i窗口起始时刻燃油喷射质量，

u_nox——排放物中nox密度与排气密度比，0.001587，

f——采样频率，

第i窗口起始时刻发动机做功为：

W_i——第i窗口起始时刻发动机做功，

T_i——第i窗口起始时刻发动机输出扭矩，

n_i——第i窗口起始时刻发动机转速，

第i窗口比排放值是否通过的判定条件如下：

e_nox——窗口比排放，

e_lim——窗口排放限值，690mg/KWh；

提取出排放未通过运行窗口，视为排放风险窗口，记录运行工况用于下一步针对性工况复现和整车排放优化开发。

其次，进行整车油耗等效路谱提取：

根据《GBT 27840-2011重型商用车辆燃料消耗量测量方法》中的整车运行工况要求，对实际运行过程中数据进行工况提取和重组，为达到工况重组最优，提出数据识别整理方法：

首先保证所截取工况车速一致，

V_j＝V_{j_Ref}

V_j——实际路况车速，

V_{j_Ref}——标准要求车速，

满足加速度同向，即同在整车加速或减速阶段运行工况，

(V_j-V_J+1)·(V_{j_Ref}-V_{J_Ref+1})≥0

加速度偏差要求

得到工况后进行燃油消耗量统计，

Q_acr——整理后实际运行工况油耗，

Q_j——j时刻实际道路瞬时油耗，

与限值进行比较，判定实车运行油耗是否满足限值要求

Q_lim——油耗限制，可按照GB30510-2018《重型商用车辆燃料消耗量限值》法规限值要求，或按照整车企业开发要求制定。

工况复现模块：运行参数导入后，根据数据采集模块收集到的车速、档位、制动等关键整车运行参数，在转鼓试验台进行工况模拟复现，实现随机路试工况复现；其中，转鼓试验台实现整车输出功率吸收及负载提供作用，整车控制由自动化工况模拟复现控制模块通过PI控制器通过PI控制实现对CAN驱动执行模块进行控制，CAN驱动执行模块对制动驱动器，油门驱动器，档位X向驱动器，档位X向驱动器进行控制，控制制动驱动器，油门驱动器，档位X向驱动器，档位X向驱动器动作。

本发明重型整车实际路况测试及工况模拟试验设备连接好之后，采用如下实施步骤进行实验，从而得到需要的实验结果。

步骤一：明确待开发车辆所对应的整车运行工矿需求，按照法规要求将工况车速条件及循环功、整车迎风面积、整车质量参数，输入至驾驶员提示模块。

步骤二：在待开发整车上安装驾驶员提示模块，确保安装稳固不遮挡驾驶员视线，安装数据采集模块。

步骤三：按照法规要求规划测试路线，进行路试测试，并记录整车及发动机运行数据。

步骤四：试验结束后，对整体测试运行工况进行排放物超标判定，并通过算法识别提取整车排放风险窗口参数以及对整车油耗是否达标进行判定。

步骤五：将数据采集模块中记录整车以及发动机运行参数进行整理，得出整车工况回放的控制参数，如车速、油门、档位、刹车在内的时序控制数据。

步骤六：将整车工况回放的控制参数输入至工况复现模块，调试系统进行工况复现，可对整段路试工况进行回放或对整车油耗排放较高工况进行分段回放；其中，由重型转鼓设备提供行驶阻力作为功率吸收装置，由总线信号驱动整车运行执行器工作。

步骤七：通过对随机的实际路试工况进行整体和分段模拟复现，调整发动机及整车对应工况点的标定控制数据，使整车的油耗及排放满足法规或生产企业要求限值。

需要注意的是，在测试进行之前需要开发测试人员对待测整车特征以及识别号进行核实，并再准确输入燃料类型、排放阶段等关键信息，针对开发关键信息获取需求，需要输入对应DBC文件并导入数据采集模块。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；

因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.重型整车实际路况测试及工况模拟试验的系统，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于通过整车CAN网络将发动机以及整车运行工况数据进行记录和收集，包括计算负荷、发动机转速、发动机冷却液温度、大气压力、发动机最大基准扭矩、发动机净输出扭矩、摩擦扭矩、发动机燃料流量、发动机空气进气量、DPF压差、SCR催化器入口温度、NOx传感器输出值；以及获取整车运行参数，包括油门开度信息、档位信息、刹车状态、EGR率；

驾驶员提示模块，安装于待开发整车上，用于在驾驶员根据整车匹配的发动机特性输入发动机认证工况WHTC循环功参数及车型分类后，通过内置计算机软件，计算出城市、市郊、高速工况的占比分布及各工况对整车运行车速要求，以CAN网络读取的车速作为实际状态输入，进行车速偏差提醒以及工况转换提醒；包括显示终端，该显示终端左侧为目标曲线图显示区，横轴为车速，纵轴为时间；中间区域为模拟车速显示区，显示包括目标车速及车速允许偏差在内的内容，如果超出，相应图标将变红提醒；右侧的上部为数字信号车速显示区域，右侧的中部显示区为偏差超过目标允许范围时间、公里数的单次事件统计和总数统计的显示；右侧的下部显示区显示驾驶动作提示，包括刹车、挡位；

数据处理模块，用于按照标准测试工况测试结束后，根据数据采集模块所记录数据项自动计算，得到整车实际道路运行排放物测试总体结果并识别排放风险工况，以及切片整合后的C-WTVC工况，提取整车油耗等效路谱提取；

工况复现模块，用于根据数据采集模块收集到的包含车速、油门、档位、制动在内的整车运行参数，在转鼓试验台进行工况模拟复现，通过转鼓试验台提供行驶阻力作为功率吸收装置，实现整车输出功率吸收以及负载提供；可对整段路试工况进行回放或对整车油耗排放较高工况进行分段回放，由总线信号驱动整车运行执行器工作；通过对随机的实际路试工况进行整体和分段模拟复现，以实现调整发动机及整车对应工况点的标定控制数据，使整车的油耗及排放满足法规或生产企业要求限值；所述进行工况转换提醒时，是通过计算出测试总时间后，根据每种工况要求的车速计算每种工况运行时间以及行驶工况转换时间节点，从而实现工况转换提醒的；所述测试总时间计算采用以下方式实现：

t为PEMS整车路上的测试总时间，k为时间比例系数，W_Ref为循环功，V为车速，F_Roll为滚动阻力，F_Air为迎风阻力。

2.根据权利要求1所述重型整车实际路况测试及工况模拟试验的系统，其特征在于，所述识别排放风险工况，是根据整车实际道路运行排放测试结果进行的，基于试验过程测量数据，对整车实际道路运行排放测试进行风险工况窗口筛选，筛选原则是基于排放窗口超标原则及限值要求，并通过i时刻对应窗口比排放值是否通过判定条件进行识别，提取出排放未通过运行窗口，视为排放风险窗口：

其中，第i个窗口整车运行时间的循环功表示如下：

W_2,i-W_1,i＝W_Ref

W_2,i-Δt-W_1,i≤W_Ref＜W_2,i-W_1,i

W_2,i为第i个窗口结束时刻的累计功，

W_1,i为第i个窗口起始时刻的累计功，

Δt为数据采集周期，

m_noxi为第i窗口起始时刻氮氧化物排放量，

C_nox为nox排放物瞬时体积浓度，

m_Air为第i窗口起始时刻进气质量，

m_fule为第i窗口起始时刻燃油喷射质量，

u_nox为排放物中nox密度与排气密度比，为0.001587，

f为采样频率，

W_i为第i窗口起始时刻发动机做功，

T_i为第i窗口起始时刻发动机输出扭矩，

n_i为第i窗口起始时刻发动机转速，

e_nox为窗口比排放，

e_lim为窗口排放限值。

3.根据权利要求1所述重型整车实际路况测试及工况模拟试验的系统，其特征在于，所述切片整合后的C-WTVC工况，提取整车油耗等效路谱提取的方法如下：

首先保证所截取工况车速一致，即V_j＝V_{j_Ref}，

V_j为实际路况车速，

V_{j_Ref}为标准要求车速，

其次，满足加速度通向，即同在整车加速或减速阶段运行工况，

(V_j-V_J+1)·(V_{j_Ref}-V_{J_Ref+1})≥0

同时，加速度偏差要求满足下式：

通过上述步骤得到工况后进行燃油消耗量统计，

Q_acr为实际运行工况油耗，

Q_j为j时刻实际道路瞬时油耗，

获得实际运行工况油耗后与限值比较，判定实车运行油耗是否满足限值要求，

Q_lim为油耗限制。

4.重型整车实际路况测试及工况模拟试验的方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的重型整车实际路况测试及工况模拟试验的系统实现，包括步骤：

步骤一：明确待开发车辆所对应的整车运行工况需求，按照要求将工况车速条件及循环功、整车迎风面积、整车质量参数，输入至驾驶员提示模块；

步骤二：在待开发整车上安装驾驶员提示模块以及数据采集模块；

步骤三：按照要求规划测试路线，进行路试测试并记录整车及发动机的运行参数；

步骤四：试验结束后，对整体测试运行工况进行排放物超标判定，并通过算法识别提取整车排放风险窗口参数以及对整车油耗是否达标进行判定；

步骤五：将数据采集模块中记录整车以及发动机的运行参数进行整理，得出整车工况回放的控制参数，包括车速、油门、档位、刹车在内的时序控制参数；

步骤六：将整车工况回放的控制参数输入至工况复现模块，调试系统进行工况复现，对整段路试工况进行回放或对整车油耗排放较高工况进行分段回放；其中，由重型转鼓设备提供行驶阻力作为功率吸收装置，由总线信号驱动整车运行执行器工作；

步骤七：通过对随机的实际路试工况进行整体和分段模拟复现，调整发动机及整车对应工况点的标定控制参数，使整车的油耗及排放满足要求的限值。

5.根据权利要求4所述的重型整车实际路况测试及工况模拟试验的方法，其特征在于，在测试进行之前需要开发测试人员对待测整车特征以及识别号进行核实，并再输入燃料类型、排放阶段关键信息，针对开发关键信息获取需求，输入对应Date Base CAN文件并导入数据采集模块。