汽车发动机匹配技术的研究

1、汽车发动机匹配技术的研究张翔(上海汇众汽车制造有限公司【摘要】首先给出了汽车匹配技术的定义和发动机匹配的应用场合, 然后分机械匹配和电气匹配两个方面介绍了发动机匹配项目中涉及的技术开发, 其中机械匹配包括了发动机和变速器的选型和匹配、发动机附件系统的开发、CAD 设计、CAE 分析和试验等技术; , 车载网络系统和电气线束系统的开发。【主题词】发动机汽车匹配11. 1匹配的定义在汽车设计中, 根据整车中各个部件系统的特性, 合理地选择发动机、变速器和其它部件的类型和参数, 将其进行优化组合, 通过计算、仿真和实验等手段来估计和验证整车性能, 使整车具有最优的动力性、经济性、排放性能和制动性能的

2、过程和方法。本文将分机械匹配和电气匹配两个方面来介绍发动机匹配技术。1. 2发动机匹配的应用场合通常发动机匹配项目主要应用于两个方面:一是在设计新车型过程中, 开发新的动力系统; 二是已有车型更换发动机或发动机国产化。发动机和变速器的选型和匹配是此类项目的工作重点。2发动机的机械匹配技术2. 1发动机和变速器的选型和匹配2. 1. 1设计计算发动机匹配项目的设计计算是根据汽车要求的性能, 来确定发动机和变速器等部件的类型和参数, 有3种方法:手工计算主要根据汽车驱动力与行使阻力的平衡图来确定汽车在不同档位情况下的最高车速、加速能力和爬坡能力, 从而评价变速器的不同传动比对汽车性能的影响, 确定

3、发动机和变速器的参数。这种方法计算繁琐, 结果不够准确。仿真计算在设计汽车和各部件的模型基础上, 输入发动机和变速器等汽车部件和整车的性能参数, 指定要求的行驶循环, 最后计算出汽车的动力性、经济性、排放性能和制动性能。它可以在计算机上显示和打印各种分析报告和图表结果, 计算快速准确, 能反映出汽车系统中任何参数的变化对整车性能的影响。目前国内常见的车辆仿真商业软件有奥地利李斯特内燃机及测试设备公司开发的汽车性能仿真分析软件CRU I SE 。参数优化将汽车的动力性、经济性、排放性能和制动性能作为目标函数, 将发动机功率、汽车重量和变速器的各档传动比等参数作为优化变量, 在一定范围内, 寻求最

4、优的匹配组合, 使汽车达到最佳性能价格比。2. 1. 2发动机和变速器的布置在完成发动机匹配设计计算后, 根据初步确定的计算参数和汽车布置形式, 可以从市场上选择一款或多款发动机和变速器, 然后选择和开发相应制动系统、转向系统和空调系统等部件, 在发动机舱和车身上试布置。也可以通过建立汽车和部件的CAD 数字模型, 在CAD 软件环境中试装配, 检查干涉情况, 并进行调整。在确定汽车主要部件的位置后, 可以进行后续工作。2. 2发动机附件系统的开发通常汽车发动机供应商只提供基础发动机或称为短发动机, 它缺少部分外围附件系统, 因此需要汽车制造商开发这些系统。通常这些附件系统包括:风扇及风扇离合

5、器、进气和排气管道、空气过滤器、发动机油泵、发动机悬置、动力转向泵、三元催化器、空调压缩机、燃油箱及供应系统。2. 3设计与分析2. 3. 1CAD 设计在现代汽车的开发过程中, CAD 。汽车设计Unigraphics Soluti ons 公司的UG Para metric Technol ogy Cor p 公司的Pr o /ENGI N EER 、法国Dassault Syste m s 公司的CATI A 。CAD 建模方法主要有:特征造型、用三坐标测量机进行逆向扫描。2. 3. 2CAE 分析汽车CAE 分析软件主要有:美国ANSYS 股份公司的ANSYS 和UG 、Pr o /E

6、 NGI N EER 及CATI A 。发动机匹配项目中的CAE 分析项目有:发动机的噪声与振动分析、发动机支撑的分析、发动机热力学分析、计算流体力学分析(验证散热器的尺寸和发动机进气流动特性 。2. 4主要试验项目发动机和汽车台架试验; 发动机噪声与振动试验; 发动机悬置的振动频率测量试验; 排气系统的耐久性试验; 发动机过滤器和冷却系统的压力和流动试验。2. 5开发装配及维修工具和设计制造工艺针对新设计的发动机和变速器等部件设计装配用的夹具工具; 针对新设计的发动机和变速器等部件设计制造工艺; 针对新设计的发动机和变速器等部件, 开发维修工具, 例如OBD 车载诊断仪器及其软件; 开发汽车

7、经销商销售管理数据库系统等。3发动机的电气匹配技术3. 1发动机管理系统及其开发技术3. 1. 1发动机管理系统发动机管理系统(E MS, engine manage mentsystem 是在发动机电子点火和电控汽油喷射系统、排放控制、起动(方便性、舒适性、高效性和经济性 促进了E MS 的发展, E MS 能实现对发动机各系统的精确控制和灵活控制, 是改善发动机各项性能指标和排放的主要手段。发动机管理系统都是由微处理器、各种传感器和执行器组成, 通过传感器检测各种工作状态和参数, 然后由微处理器经过计算、分析、判断后发出指令给各执行器完成各种动作, 使发动机在各种工作状况下都能以最佳状态工

8、作。市场上常见的发动机管理系统有:德国的博世、西门子; 美国的德尔福(DELCO ; 日本的丰田SF I/TCCS 、本田PG M 2F1、尼桑ECCS 等; 韩国的现代ECF I 。3. 1. 2发动机管理系统开发技术发动机管理系统开发技术涉及到计算机技术、自动控制、嵌入式系统、发动机技术等多个领域, 是汽车电气控制系统中最复杂的系统。目前汽车制造商在匹配发动机系统的过程中, 不需要进行E MS 的开发工作。这是因为通常由发动机供应商提供的基础发动机上, 已经配有现成的E MS, 汽车制造商仅需要联系相应的E MS 开发商进行标定工作。目前流行的E MS 开发过程是, 在MAT LAB Si

9、 m ulink 仿真计算平台上, 采用可视化和模块化的方法, 建立发动机的控制模型, 待调试成功后, 编译成机器执行代码, 然后下载到汽车电子控制单元(ECU, Electr onic Contr ol Unit 中。例如英国P i技术公司推出的发动机和汽车控制系统OpenECU 开发工具, 提供了一种自动代码生成和快速原型的解决方案, 它的应用范围包括发动机控制系统、变速器控制系统、底盘控制系统、混合动力控制系统和汽车批量生产系统。OpenECU 平台能够在MAT LAB Si m ulink 环境中自动生成控制代码, 然后在汽车ECU 中运行。它可以为8缸发动机自动生成控制代码。3. 2

10、发动机的标定技术3. 2. 1发动机标定态和气候环境下, 不断调试, 数的测试技术。道路实验, 室外道路实验要求在汽车试车场进行, 另外还要进行“高寒、高温和高海拔”的“三高”试验, 分别在冬季最冷的黑河、夏季最热的吐鲁番和海拔最高的拉萨进行。发动机标定试验的主要工具是发动机标定软件和发动机标定设备。3. 2. 2发动机标定软件从发动机传感器采集试验数据, 经过技术处理后, 再将其写入(或下载 汽车ECU 中, 由于在标定试验中需要处理大量的试验数据, 发动机标定软件具有强大的数据库管理功能。由于现代发动机的功能越来越复杂, 控制参数也由最初的十几个急剧上升到目前的上千个, 导致实验次数呈几何

11、级数上升。要求对每一个标定参数的所有工况都进行全部排列组合的实验是不可能实现的。因此, 现在也出现了基于试验优化技术(DOE, De 2sign of Experi m ents 的标定软件, 它可以优化试验方案, 减少标定试验的次数, 降低试验费用, 缩短试验周期。3. 2. 3发动机标定设备在发动机标定试验中, 需要测量发动机转速、温度和压力等多种物理量的试验数据, 另外需要将标定软件生成的标定数据写入汽车ECU 中, 发动机标定设备可以实现这些功能。德国CS M 公司是发动机标定设备的主要供应商, 其部分产品有:AD 2Scan 提供测量模拟-3. 516V 范围的电压信号的模拟通道;

12、Ther mo 2Scan 提供测量-1001372范围的热电偶传感器信号的温度通道; Dual 2Scan 能同时提供模拟通道和温度通道的测量功能。3. 2. 4发动机标定试验发动机台架标定试验项目有:发动机实际充气效率标定、空燃比标定、点火正时标定和基本发动机热机标定。整车标定试验项目有:定、高原环境标定33. 3. 1车载网络系统的开发随着汽车电气系统数量和功能的不断增多, 电气线束系统变得越来越复杂, 越来越粗, 损耗功率也越来越大。车载网络和总线系统可以大大减少电气系统的复杂程度。同时轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国、阶段 的轻型汽车号排放国家标准自2007年7月1日起实施,

13、将促进车载诊断系统OBD 在汽车上普及, 这使汽车必须装备车载网络系统。因此开发车载网络和总线系统成为当今的主流趋势。3. 3. 2电气线束系统的开发由于发动机和变速器包含了复杂的电气控制系统, 因此在发动机匹配项目中涉及到电气线束系统的开发。其主要工作包括对发动机和变速器的电气线束的布线, 设计其与整车电气系统连接的接插件接口等。在电气系统开发完成后, 必须按照国家标准进行相关的电气试验。4结论本文的研究工作主要来源于上海汇众汽车制造有限公司伊思坦纳商务车的国产化项目和改型项目。目前发动机匹配领域的很多开发技术仍然需要借助于国外公司来协助完成, 部分技术概念在汽车教材中也是空白, 例如发动机

14、管理系统的开发和标定技术。通过本文能为国内汽车制造商开发新车型提供参考。(下转第38页都是国外的。轿车引进国不同, 塑料件体系和标准也不同。汽车塑料件原材料的国产化和国内技术的开发已迫在眉睫。协调组织企业、高校与研究所3方面力量, 逐步做到塑料件的整体自主开发, 走自己的路, 形成自己的塑料件体系, 尽快制订出我国自己相应的规范、标准。(2 塑料件开发商应加大与汽车企业的合作。塑料与金属制品不同, 它对非线性载荷非常敏感, 因此传统的金属制品的设计方法, 对塑料件的设计并不适用, 而汽车设计人员对塑料件设计经验远不如金属制品熟悉, 安全要素也不同。因此, , (包括研制者 。在美国, 塑料件制

15、造商在汽车城附近建立技术应用中心, 该中心有一批顶尖的塑料工程师和从事计算机辅助设计、制造, 有限元分析、故障影响分析及制造分析的专家, 加强了与汽车设计者之间的沟通, 为扩大塑料件在汽车工业的应用做了真正有实际意义的工作。我国汽车设计者对塑料件的熟悉程度远不如国外同行, 塑料件制造商与汽车设计者之间的沟通、了解也远不够。只有组织力量, 抓住时机, 加强投入, 在汽车塑料件制造商和汽车设计人员之间构建起一条交流通道, 才能实现中国汽车塑料件应用的飞跃。(3 应将重点放在发展塑料车身上。这是汽车轻量化的重中之重, 根据国外最新研究进展, 在材料上应优先考虑开发应用P BT 、聚酰胺、聚碳酸酯等热

16、塑性工程塑料; 直接发展着色车身塑料板材和带色模塑技术, 简化车身油漆涂装工序, 发展与之相应的涂料与涂装工艺。加快发展汽车塑料件的成型工艺, 如气体辅助成型、反应注塑成型等, , 减少、, 对于实现汽车轻量。参考文献1姚明. 现代车用塑料制品趋向. www . aut oinf o . gov . cn, 2005. 5. 202工程塑料在汽车领域中的应用. 中国化工网, 2004. 10. 18AbstractThe article briefly intr oduces the current situa 2ti on of aut o p lastic market home and

17、abr oad, and mainly analyzes the app licati on of p lastics on interi or tri m m ing parts, exteri or tri m m ing parts, functi on parts and all -p lastic body . The article analyzes the gap bet w een home and aboard, in the end, the arti 2cle advances the suggesti on and strategy of fasting the dev

18、el opment and app licati on of p lastics parts in Chi 2na .(上接第26页参考文献1吴建华. 汽车发动机原理. 北京:机械工业出版社, 20052余志生. 汽车理论. 北京:机械工业出版社, 20033刘惟信. 汽车设计. 北京:清华大学出版社, 20014吴森. 博世汽油机管理系统. 北京:北京理工大学出版社, 20025黄河. 汽车电喷系统基本原理. 上海:上海交通大学出版社, 20036张翔. 汽车控制系统开发平台OpenEC U . 上海汽车, 2005. 77张翔. 电动汽车建模与仿真的研究. 合肥:合肥工业大学博士后研究工作报告, 2004AbstractThe article firstly gives out the definit