一种发动机万有特性图数字化方法 - 李环

６３期　　　　　　　Ｈ　总第１ａｓｏｍｏｔｉｖｅｃａｔｉｏｎｓ　　　　　　　　　　２ｉｈｗｕｔＡｌｉ＆Ａ　　１ｙｇｐｐ　　　　　公　路　与　汽　运　　　　

一种发动机万有特性图数字化方法

李环，冯磊

）（陕西法士特汽车传动工程研究院，陕西西安　７１１９１０

摘要：在Ａ借助于发动机的外特性和万有特性曲线Ｔ变速箱的匹配中需分析发动机的特性，可建立发动机特性数学模型，进而对整车动力性和燃油经济性进行仿真分析，后续可以建立发动机模型数据库作为传动系动力匹配的知识库。文中根据数字化原理，提出了一种发动机万有特性曲线图的数字化方法。

关键词：汽车；发动机万有特性曲线；ＭＡＬＡＢ；动力匹配Ｔ

（）中图分类号：Ｕ４．１２　　　　　　　文献标志码：１－２６６８２０１４０４－００２１－０２４６Ａ　　　　　　　文章编号：１６７

　　发动机万有特性曲线主要反映不同发动机转速

和负荷情况下的油耗率。图中有一个油耗最低的区域，在此区域发动机的热效率最高、油耗最低。发动机负荷率是指在特定工况点的扭矩和同转速下最大扭矩的百分比，可以理解为特定转速下油门开度的百分比。在万有特性曲线上，越高的点负荷率越高，最高点（外特性曲线）对应１００％的负荷。

一般发动机厂会提供万有特性曲线和外特性曲线的打印版文档，对于图上数据的采集，以往是按照图形上的坐标用直尺测量，估算数值后用笔记录，然后手工输入计算机中形成数据文件。这种方法不但误差较大，而且效率极低。因此，有必要研究一种万有特性曲线图的数字化方法。

ＬＡＢ是由美国ＭｈＷｏｒｋｓ公司发布的ＭＡＴａｔ主要面对科学计算、可视化及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计及数值计算提供了一种全面的解决方曲线拟案。该文利用ＭＡＴＬＡＢ强大的数据处理、合和图像识别功能，针对发动机万有特性图，研究一

种新的发动机万有特性图数字化方法。

１　数字化原理

，通过鼠标取两点（和（其真实坐Ｘ１，Ｙ１）Ｘ２，Ｙ２），和（利用这四个坐标值可以计标为（ｘｘｙｙ１，１）２，２）：的坐标（算出（Ｘ３，Ｙ３）ｘｙ３，３）

ｘｘ１－２

（ｘｘＸ３－Ｘ１）３＝１＋

Ｘ１－Ｘ２ｙｙ１－２

（Ｙ３－Ｙ１）ｙｙ３＝１＋

Ｙ１－Ｙ２

运用这种方法可以得到图上任意点的坐标。发动机万有特性曲线图的数字化过程：利用计算机的图形放大原理将万有特性曲线图放大，用鼠标沿着放大后的等油耗曲线选取坐标点数据，对取到的数值进行坐标变换，并以文本形式保存数据。

２　程序的设计开发

２．１　数字化举例

图１为某发动机万有特性曲线图。软件流程如图２所示。为了便于曲线坐标点的选取，鼠标在进入万有特性图时变成“形状。＋”

櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙［］江清华，杨易．两挡变速器纯电动汽车动力性经１０　周兵，

］，（）济性双目标的传动比优化［汽车工程，Ｊ．２０１１３３９．［］微型纯电动汽车动力系统优化匹配及仿真研１１　邱利宏．

］（）究［上海汽车，Ｊ．２０１３９．［］纯电动客车动力系统参数匹配及性能分析１２　王燕燕．［］（）汽车电器，Ｊ．２０１１１０．［］混合动力城市客车动力系统参数匹配与仿真１３　池明磊．研究［秦皇岛：燕山大学，Ｄ］．２００９．［］周荣，徐枭．基于循环工况的纯电动汽车动力系１４　乐智，

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［］纯电动汽车动力系统研究［武汉：武汉理工１５Ｄ］．　张同．

大学，２０１１．［］武电动汽车动力系统设计及仿真研究［１６Ｄ］．　夏青松．汉：武汉理工大学，２００７．［］混合动力城市客车动力系统匹配研究［１７Ｄ］．　仇秋飞．杭州：浙江理工大学，８．２００收稿日期：２０１４－０２－１０

２２

４年７月　０１　　　　　公　路　与　汽　运　　　　　　　　　２

30020010000090020119218880018670060050040030020019010019620100019290080070020660021650022640024630027620030635610042609001300150017001900110014001600180010001200转速/（r·min-1）每条油耗线上的数字为燃油消耗量［g/(kW·h)］。 发动机扭矩/（N·m）22221111111111 22502000发动机扭矩/（N·m）1500100050009001300150017001900110010001400160018001200转速/（r·min-1）图３　发动机万有特性曲线图数字化结果

／。转速的绝对误差为ｒｍｉｎ，２３００Ｎ·ｍ）　

１９００－９００　Ｅｒｒ＝＝２．１５７Ｎ·ｍΔ

５０４．８２９３－４１．２９２７　　扭矩的绝对误差为

２３００－０　Ｅｒｒ＝＝５．３５６Ｎ·ｍΔ

４５２．５１２２－２３．１２２０　　

／（转速的相对误差为２５７１９００－９００）×．１　／（扭矩的相对误差为５１００％＝０．２１５７％；．３５６２　

）３００－０×１００％＝０．２３２９％。　

图１　待处理的发动机万有特性曲线图

开始打开万有特性曲线图确定边界点是否开始采集是否继续等待２．２．２　视觉误差

视觉误差为鼠标取点时产生的选取误差，该误差不能消除，在取点之前对万有特性曲线图先放大，一般而言，取点带来的误差为±１个分辨率误差。

由此可见，上述万有特性曲线图数字化方法的精度较高，可作为参考的万有特性曲线图。

采集某条等油耗线否是否全部采集完毕保存数据结束３　结论

上述发动机万有特性曲线图的数字化方法可以比较快速、准确地将发动机的万有特性曲线提取出来，可用于分析发动机的动力性和燃油经济性，为整车动力匹配提供有力手段，后续可进一步提炼出发动机模型，为新产品的开发提供支持。参考文献：

［］利用ＭＡＴＬＡＢ图像处理工具箱进行图形数１　周广芬．

］（）字化的研究［河北科技大学学报，Ｊ．２００５，２６４．［］］钱立军．发动机图像数据提取［汽车科技，２Ｊ．　陈志朋，

（）２００８１．

［］］发动机万有特性曲线数字化方法［客车技３Ｊ．　鲁统利．

（）术与研究，２００４，２６３．收稿日期：２０１４－０３－３１

图２　发动机万有特性曲线图数字化程序流程

将图１的数据采集之后，利用ＭＡＴＬＡＢ对数

据进行拟合，得到图３所示的结果。２．２　数字化误差分析１　分辨率误差２．２．

数字化分辨率误差ΔＥｒｒ是指计算机屏幕分辨率所对应的工程实际量的值。计算公式如下：

Ｅ　ｇ２－Ｅ　ｇ１

Ｅｒｒ＝Δ

ＳｃＳｃ　　２－１

式中：Ｅ　Ｅ　ｇ２、ｇ１分别为万有特性图上工程点的上下限；ＳｃＳｃ　　２、１为对应于工程值的屏幕坐标点。

在本例中，左下角取点坐标为（２９２７，４１．　），／；工程值为（右上角４５２．５１２２ｍｉｎ，０Ｎ·ｍ）９００ｒ　

，取点坐标为（工程值为（．８２９３，２３．１２２０）５０４１９００