汽车试验学 第十二章 汽车标定试验

1）歧管喷射的电控 燃油喷射汽油发动机
在发动机启动、怠速、暖机过程中，一方面发动机温度低 汽油的挥发性差；另一方面，发动机的进气量小、流速低，缺 少足够的气流运动促使油与气的混合。前述两方面因素的共同 存在，使得燃烧室中可燃混合气的均匀性很差，浓与稀的可燃 混合气不仅同时存在且在燃烧室中的分布具有随机性。为了确 保在火花塞周围可燃混合气的浓度始终大于火焰传播下限所对 应的浓度值，必须额外增加起动、怠速、暖机等工况的燃油供 给量，加大可燃混合气的总体浓度。
暖机工况
发动机的启动一旦完成便进入暖机工况，为了缩短发动机 的暖机过程，减小发动机的磨损，延长其使用寿命，均采用转 速提升的暖机方式。汽油发动机的暖机转速通常设定为 1000r/min。发动机转速的提高，可燃混合气形成的质量随之 提升，在保证发动稳定运转所对应的最低可燃混合气浓度随之 下降。随着暖机过程的延续，发动机的温度逐渐上升，可燃混 合气的质量随之逐渐不断改善，对应的最低可燃混合气浓度逐 渐减小。暖机工况喷油量的标定就是要找到最佳可燃混合气浓 度随温度的变化规律。
（二）点火提前角标定
点火提前角的标定就是要找到最佳点火提前角。其原因是： ①点火提前角的大小对发动机的动力性、经济性和有害气体的排 放量均有较大的影响；②最佳点火提前角随发动机运行工况的变 化而变化，即最佳点火提前角是一个随发动机转速及负荷变化而 变化的多因素变化量。此多因素 的变化量若描在坐标图上，就是 一个三维曲面，如图12-1所示。 此图称为电控燃油喷射发动机的 点火脉谱图。发动机点火提前角 标定，就是利用高精度的发动机 标定试验台架，通过精确的试验 获得被试发动机的点火脉谱图。
怠速工况
发动机达到正常工作温度后，暖机过程结束。此时若不 对油门进行操作，发动机自动进入怠速工况，即发动机转速由 暖机过程的1000r/min将至800r/min。尽管怠速工况的转速与 暖机过程相比略有降低，但由于发动机已达到正常工作温度， 因此可燃混合气的质量明显比启动工况及暖机过程的前期好， 需要在发动机标定试验台上准确测试怠速工况的最小可燃混合 气浓度。
1、必须使用开发专用的ECU
发动机标定试验需要用到开发专用的ECU，它与产品ECU最 大的不同是：开发专用的ECU不仅能像产品ECU那样实时、精确、 有效对发动机进行控制，还可以通过标定专用的接口与计算机 相连，在发动机标定试验过程中，可将计算机中的数据实时传 送给开发专用的ECU存储器，实现对ECU存储器中的控制参数 （如：喷油脉宽、点火提前角）进行调节，使发动机的性能参 数（功率、转矩、有效油耗率、排放等）达到最优。而产品 ECU存储器中的控制参数，在发动机运行过程中只能读取，不 能修改。
由上面的分析可知，在启动、怠速、暖机工况，可燃混合 气的浓度受发动机转速和环境温度的影响。
启动工况
发动机的启动由启动机驱动完成，其转速比怠速工况还 要低，转速越低，进气的流速越小，可燃混合气的质量越差， 为了确保火花塞周围的可燃混合气浓度在启动过程始终不低 于火焰传播下限，就需要供给更浓的可燃混合气。可燃混合 气越浓，因缺氧不能燃烧的燃油就越多。如此，不仅CO和HC 等有害气体的排放量会越高，而且还会带来更多燃油的浪费。 启动工况喷油量的标定就是要确定在保证发动机能有效启动 的前提下所对应的最低可燃混合气的浓度。由于发动机的启 动有冷启动和热启动之分，不同地区不同季节的环境温度各 不相同，启动工况的喷油量标定还要找到冷启动和热启动在 不同的环境温度所对应的最低可燃混合气浓度。
2、需用到标定专用的试验台主控系统
发动机标定试验台主控系统应能按照发动机标定试验所设定 的流程控制被试发动机及发动机标定试验台全部设备协调有序 地工作，并对发动机性能是否达到最优自动进行判定。换言之 就是：①能对调节发动机试验环境的设备（实验室环境温度、 风机的送风强度、发动机冷却液温度等）进行控制；②能自动 设定发动机的运行工况；③实时测试发动机的全部性能指标； ④当被试发动机在设定工况运行时，能自动对开发专用ECU中的 控制参数（喷油脉宽、点火提前交）进行调节，直至发动机的 性能达到最优；⑤能对发动机的性能是否达到最优进行准确判 定；⑥能实时监测发动机的全部运行参数和发动机的状态参数。
一、标定试验前的准备性试验
电动助力转向特性有三种不同类型，即直线助力型、折线助力型、 曲线助力型。先用最简单的直线型助力特性将电动助力转向系统按照汽 车操纵稳定性试验国家标准或企业标准进行试验。试验内容包括 GB/T6232—2014 汽车操纵稳定性试验方法中的六项试验（转向回正性 能试验、转向盘转角阶跃输入试验、转向盘转角脉冲输入试验、稳态回 转试验、蛇形行驶试验、转向轻便性试验）和转向路感测试、转向随动 特性测试、转向操纵力随车速及转向轮偏转角的变化规律测试等。
1、汽车转向路感测试
试验车分别在各种不同路面（试验场汽车行驶平顺性试验 道路和高速环道）以10km/h，20km/h,…，80km/h等不同车 速交替行驶，记录试验过程中汽车的行驶速度、侧向加速度、 转向盘转角、转向盘操纵力矩等参数。
1、正常运行工况的喷油量
正常运行工况是指发动机达到正常工作温度且处于对外输出 动力的工作状态。理论和实验表明，发动机在正常运行工况，若
燃用浓度为 =1 的可燃混合气，不仅发动机的动力性和经济性均
十分良好、有害气体的排放亦相对较低，而且还可以使三元催化 净化器获得到最高的综合转换效率。由此可见，电控汽油发动机
一、电控燃油喷射汽油发动机标定试验
电控燃油喷射汽油发动机有歧管喷射和缸内直喷两大类，尽 管其燃烧方式存在较大差异，且在特殊工况（如：启动、暖机、 怠速等）所用可燃混合气的浓度存在很大的不同，但标定试验的 内容、标定方法与流程却基本相同，所以下面一并介绍两类不同 类型的电控燃油喷射汽油发动机的标定试验。
电控燃油喷射汽油发动机的控制内容主要是燃油喷射量和点 火正时两大部分。电控燃油喷射汽油发动机的标定试验就是要获 得各种不同工况的最佳喷油量和最佳的点火提前角。换言之，电 控燃油喷射发动机标定试验就是要找到喷油量和点火提前角随工 况的变化规律。
（一）喷油量标定
所谓喷油量标定，就是要得到在各种不同运行工况、发动 机达到最佳工作状态（综合性能最佳）、发动机三元催化净化 器转化有害气体的效率最高等所对应的喷油量。
§12.2 EPS系统标定试验
汽车转向系统是一个复杂的多自由度振动系统，一方面， 不同的系统结构其动态特性各不相同；另一方面，操纵转向盘 所需力（即转向力）的大小不仅随车速呈非线性规律变化，而 且还随转向轮偏转角呈非线性规律变化。为了获得良好的转向 助力特性和使汽车具有良好的操纵稳定性，需要获取原始控制 数据，即需对EPS系统进行标定试验。
§11.1电控燃油喷射发动机标定试验
电控燃油喷射发动机有汽油发动机和柴油发动机。电控燃油喷射 的汽油发动机人们习惯于将其简称为电控燃油喷射式发动机或电控燃 油喷射发动机；电控燃油喷的柴油发动机将其称为高压共轨柴油发动 机。尽管无论是电控燃油喷射的汽油发动机还是电控燃油喷射的柴油 发动机都装有大量各种不同类型的传感器，但为了使发动机在各种不 同工况都能有效获得最佳综合性能，还需要采集车载传感器无法提供 的大量原始控制数据，即对发动机进行标定试验。由于电控燃油喷射 的汽油发动机和电控燃油喷射的柴油发动机其燃烧过程和燃油的特性 均存在较大差异，因此标定参数和标定试验过程亦各不相同。
第十二章 汽车标定试验
汽车上的电控系统越来越多，如发动机的电控燃油喷射系 统、自动变速器系统、EPS系统、ABS系统、ESP系统等。无论 是什么类型的电控系统都需要原始控制数据，否则汽车上的电 控系统都无法有效工作。获取原始控制数据的试验称为标定试 验。由于电控系统的作用和功能彼此各不相同，所以其原始控 制数据也各不相同，其标定试验的内容和方法各异，不可能一 一都作介绍，在此仅举几例。
在正常运行工况的喷油量应由 =1 来确定，其方法是，利用安装
在发动机进气道上的空气质量流量传感器测出发动机的进气量，
据此并利用 =1 计算出所需的燃油喷射量。
2、启动、暖机、怠速工况的喷油量
无论是什么类型的燃油发动机，当可燃混合气的 浓度低于一定数值（火焰传播下限）时，不仅其着火 延迟期较长，而且可燃混合气的燃烧速度亦非常慢， 致使发动机不能稳定运转。
1、正常运行工况的喷油量
柴油发动机的最大特点是，在所有工况都以最大进气状况 进气（对于自然吸气的柴油发动机，进气量不作任何调节；对 于增压发动机，仅调节其增压规律，以避免增压不足或过增 压）。为了应对发动机对外输出功率的变化，只需调节供油量 的大小。因此柴油发动机正常运行工况喷油量的标定只需确定 怠速喷油量和最大喷油量（最大动力输出对应的喷油量）之间 喷油量随油门开度的变化规律。线性规律具有简单、易控、与 人的操作习惯较吻合的特点，柴油发动机在正常运行工况的喷 油量常采用线性规律。
2、启动、暖机、怠速工况的喷油量
电控燃油喷射柴油发动机启动、暖机、怠速工况的喷油 量标定与缸内直喷的电控燃油喷射汽油发动机很相似，其标 定内容是，在发动机标定试验台架上准确测出：①启动和暖 机工况可保证发动机有效启动及稳定暖机运行的最小喷油量 随温度的变化规律；②保证怠速稳定运行的最小喷油量。
（二）喷油提前角标定
③通过应用特定的控制软件，能够实现对发动机电子控制 单元控制参数的实时在线修改；
由此决定的试验系统应由供开发用的ECU、计算机、测功 机、排放测试分析系统、油耗仪及其它监控源自文库器等设备组成。
无论是电控发动机的标定试验台还是性能试验台其主体结 构基本相同，都是利用测功机模拟发动机在各种不同运行工况 的负荷；利用各种不同的传感器获取表征发动机性能的指标信 息；利用计算机对发动机及试验台架进行实时精确控制。但由 于电控发动机标定试验的目的是获取原始控制数据，而发动机 性能试验的目的是获取评价发动性能的指标性参数。因此电控 燃油喷射发动机标定试验台还必须满足如下特别的不同要求：
汽车试验学 目录
第一章 概论 第二章 汽车试验基础理论 第三章 汽车试验系统中常用的典型传感器 第四章 信号的调理与传输 第五章 试验数据采集与处理 第六章 虚拟测试系统 第七章 汽车整车出厂检验系统 第八章 汽车整车性能道路试验 第九章 汽车室内台架试验系统 第十章 汽车试验场试验 第十一章 汽车NVH试验技术 第十二章 汽车标定试验 第十三章 试验设计与试验研究
2）缸内直喷的电控燃油喷射汽油发动机
由于在喷油器喷射的区域可燃混合气的浓度较浓，只要将 火花塞布置在喷油器的喷射区域，就可以确保火花塞能有效且 快速点燃可燃混合气，一旦喷射区域的可燃混合气着火燃烧， 即便其他区域是很稀的可燃混合气也可在强烈火焰的作用下被 点燃并迅速燃烧。由此可见，缸内直喷的电控燃油喷射汽油发 动机在启动、暖机及怠速工况均可以燃用很稀的可燃混合气。 缸内直喷的电控燃油喷射汽油发动机在启动、暖机、怠速等工 况喷油量的标定就是在发动机标定试验台架上准确测出：①启 动和暖机工况可保证发动机有效启动及稳定暖机运行的最小喷 油量随温度的变化规律；②保证怠速稳定运行的最小喷油量。
二、电控燃油喷射柴油发动机标定试验
电控燃油喷射柴油发动机的标定也有两大部分，即喷油 量标定和喷油提前角标定，即通过标定试验获取各种不同工 况的最佳喷油量和最佳喷油提前角。
（一）喷油量标定
电控燃油喷射柴油发动机喷油量的标定，同样是要得到在 各种不同的运行工况、发动机达到最佳工作状态（综合性能 最佳）所对应的喷油量。
柴油发动机的喷油提前角与汽油发动机的点火提前角在对 发动机性能的影响方面几乎完全相同，所以喷油提前角的标定 也是要获得喷油脉谱图。
三、电控燃油喷射发动机 标定试验台的组成与要求
用于电控燃油喷射发动机标定试验的试验台架应具有以下 特点：
①能够根据标定需要，精确地设定发动机运行工况点，且 稳定性好；
②实时检测发动机的运行状态，可方便精确地获取发动机 经济性、动力性及排放等性能指标；