发动机瞬态排放测试分析系统及方法

摘要

本发明公开了一种发动机瞬态排放测试分析系统及方法，包括排放设备、转鼓试验台架控制系统、转鼓试验台架、测试车辆、燃烧分析仪、电喷参数采集单元、数据分析单元、下位机以及缸压传感器，排放设备的两个探头分别安装至测试车辆的催化器的前后两侧，排放设备与转鼓试验台架控制系统连接；转鼓试验台架与转鼓试验台架控制系统连接；转鼓试验台架控制系统与数据分析单元连接；缸压传感器分别安装在各气缸处，各缸压传感器与燃烧分析仪连接，燃烧分析仪与数据分析单元连接；电喷参数采集单元分别与车辆ECU和数据分析单元连接；数据分析单元与下位机连接。本发明能够直接将整车工况下排放结果与发动机燃烧结果相关联测量并分析。

说明书

技术领域

本发明属于汽车测试领域，具体涉及一种发动机瞬态排放测试分析系统及方法。

背景技术

随着《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》的发布，各大车企在整车排放性能开发方面均面临巨大挑战。相比国五排放法规，国六排放法规在测试循环工况方面从NEDC测试循环调整为了WLTC测试循环，从而对整车瞬态工况下的性能表现要求显著提高。因此，企业在进行整车产品开发过程中也将更加侧重于发动机及动力总成瞬态性能的提升。

在进行法规整车排放试验时，由于排放分析仪采样频率较低，而发动机燃烧分析频率较高，通常无法直接进行关联性分析，从而无法精准的分析整车工况下造成排放恶化的原因，导致在整车排放开发和优化过程中试验次数增加，不仅提高了企业的开发成本，也延长了产品的开发周期。

因此，为了能够实现应对新型排放法规的高效经济的整车排放开发及优化，亟需一种基于法规测试循环的发动机瞬态排放与燃烧关联性测量方法，为排放与燃烧的直接关系分析提供技术支撑。

发明内容

本发明的目的是提供一种发动机瞬态排放测试分析系统及方法，能直接将整车工况下排放结果与发动机燃烧结果相关联测量并分析，为排放与燃烧的直接关系分析提供技术支撑。

本发明所述的发动机瞬态排放测试分析系统，包括排放设备、转鼓试验台架控制系统、转鼓试验台架、测试车辆、燃烧分析仪、电喷参数采集单元、数据分析单元、下位机以及缸压传感器，

所述排放设备的两路采样通道探头分别安装至测试车辆的催化器的前后两侧，且排放设备与转鼓试验台架控制系统连接；

所述转鼓试验台架与转鼓试验台架控制系统连接；

所述转鼓试验台架控制系统与数据分析单元连接，将排放设备的测试结果和转鼓试验台架的测量结果通过转鼓试验台架控制系统发送给数据分析单元；

所述缸压传感器的数量与发动机的气缸数量相同，分别安装在各气缸处，各缸压传感器的信号线通过电荷放大器与燃烧分析仪连接，所述燃烧分析仪与数据分析单元连接，将燃烧分析仪所输出的数据输入给数据分析单元；

所述电喷参数采集单元分别与车辆ECU和数据分析单元连接，将电喷参数采集单元所采集的数据发送给数据分析单元；

所述数据分析单元与下位机连接，数据分析单元将处理结果发送给下位机进行保存。

所述数据分析单元包括数据处理运算模块，以及分别与数据处理运算模块连接的物理信号采集模块、参数设置模块、串口通讯模块、第一CAN通讯模块、第二CAN通讯模块和TCP/IP通讯模块；

所述串口通讯模块与转鼓试验台架控制系统连接，用于接收排放设备和转鼓试验台架所测试的数据；

所述第一CAN通讯模块与电喷参数采集单元连接，用于接收电喷参数采集单元输出的数据；

所述第二CAN通讯模块或TCP/IP通讯模块与燃烧分析仪连接，用于接收燃烧分析仪输出的数据；

所述物理信号采集模块用于采集燃烧物理信号与电喷控制信号；

所述参数设置模块用于设置数据处理所需参数；

所述数据处理运算模块用于进行多系统的数据同步及分析参数计算。

本发明所述的一种发动机瞬态排放测试分析方法，采用如本发明所述的发动机瞬态排放测试分析系统，其方法包括：

A.将预热后的排放设备的两路采样通道探头分别安装至测试车辆的催化器的前后两侧；将各缸压传感器分别安装至发动机各气缸，将传感器信号线通过电荷放大器与燃烧分析仪连接；将电喷参数采集单元与车辆ECU进行连接；将转鼓试验台架控制系统与数据分析单元连接；将燃烧分析仪与数据分析单元连接；将电喷参数采集单元与数据分析单元连接；

B.设置转鼓试验台架控制系统与电喷参数采集单元的采集触发时钟源为设备内部时钟，设置燃烧分析仪采集触发时钟源为曲轴信号；

C.运转各设备并起动测试车辆，按照目标整车工况运行车辆；

D.整车工况运行完成后停止车辆并关闭发动机，同时停止各信号采集设备；

E.数据分析单元在完成转鼓台架测量结果、燃烧分析仪以及电喷参数采集单元的数据传输后，自动进入数据同步处理环节；

F.数据同步处理完成后，将处理结果输出并保存；

G.对同步处理后输出的数据文件进行瞬态排放与燃烧特性关联性分析。

进一步，所述步骤F中，

数据同步处理运算步骤包括：

F1.分别提取转鼓试验台架和电喷参数采集单元采集数据结果中的时间轴与车速数据，以车速数据作为参考变量，转鼓试验台架采集数据的时间轴作为基准时间；

F2.通过分别对比转鼓试验台架与电喷参数采集单元测得车速数据特征段相同工况点的时间，得到两个数据采集系统的时间差△t_i，当电喷参数采集单元相比转鼓试验台架采集时间提前时，△t_i＜0，当电喷参数采集系统相比转鼓试验台架采集时间滞后时，△t_i＞0；

F3.选取至少3个不同车速数据特征段工况点对比，以得到多个不同的△t_i，电喷参数采集系统同步后的时间为：

其中：t_{INCA_Syn}为电喷参数采集系统同步后时间；t_INCA为电喷参数采集系统原始时间；n为所得△t_i数量；

F4.分别提取完成上述步骤F1至步骤F3同步后的电喷参数采集单元和尚未同步的燃烧分析仪所测得的时间轴与发动机转速数据，以发动机转速数据作为同步参考变量，同步后电喷参数采集单元的时间轴作为基准时间；

F5.当整车起停功能关闭时，通过分别对比燃烧分析仪与电喷参数采集单元测得发动机转速数据特征段相同工况点的时间，得到两个数据采集系统的时间差△t_i，当燃烧分析仪相比电喷参数采集单元的时间提前时，△t_i＜0，当燃烧分析仪相比电喷参数采集系统时间滞后时，△t_i＞0，同步后的燃烧分析仪数据时间为：

其中：t_{Comb_Syn}为电喷参数采集单元同步后时间；t_Comb为电喷参数采集单元原始时间；n为所得△t_i数量，n≥3；

当整车起停功能开启时，从试验开始，每一次停机起动后均须通过对比发动机转速曲线特征段相同工况点，获取该段行驶工况对应时间差△t_i，直到试验结束；当燃烧分析仪相比电喷参数采集单元的时间提前时，△t_i＜0，当燃烧分析仪相比电喷参数采集单元的时间滞后时，△t_i＞0；每两次起停操作之间的行驶工况均至少选取1个发动机转速曲线特征段工况点对比，确定出至少一个△t_i，该条件下燃烧分析仪采集时间分段同步方式如下：

t_{i_(C}omb_Syn)＝t_{i_(C}omb)-△t_i

t_{Comb_Syn}＝[t_{1_(C}omb_Syn),t_{2_(Comb_Syn)},…,t_{n_(Comb_Syn)}]

其中：t_{i_(Comb_Syn)}为每两次起停操作之间的燃烧分析仪采集同步后时间；t_{i_(Comb)}为每两次起停操作之间的燃烧分析仪采集原始时间；t_{Comb_Syn}为燃烧分析仪采集同步后的完整时间数据，为分段数据的集合；n为所得△t_i数量；

F6.将同步后的排放测量数据和电喷参数数据按照燃烧分析数据的循环顺序及循环时间，在各自同步后的时间轴上进行每两个相邻数据点间的线性插值，得到与燃烧分析数据维度和数据点间距相同的同步处理后的排放测量数据和电喷参数数据；

F7.将步骤F6中得到的排放测量数据、电喷参数数据和步骤F5中得到的燃烧分析数据导出并保存。

进一步，所述步骤G具体为：根据步骤F7得到同步处理的数据后，分别对出现瞬时排放升高工况对应的燃烧循环参数和电喷参数进行对比，并结合排放测量结果，对瞬时排放升高的原因和与发动机燃烧的关联性进行分析。

本发明的有益效果：它能够直接将整车工况下排放结果与发动机燃烧结果相关联测量并分析，为排放与燃烧的直接关系分析提供技术支撑。

附图说明

图1为本发明测试系统示意图；

图2为本发明测量步骤示意图；

图3为数据分析单元同步处理步骤示意图；

图4为转鼓试验台架数据与电喷参数数据同步示意图；

图5为电喷参数数据与燃烧数据同步示意图(起停功能关闭)；

图6为电喷参数数据与燃烧数据同步示意图(起停功能开启)；

图7为数据分析单元基本功能模块示意图；

图中：1、排放设备，2、转鼓试验台架控制系统，3、转鼓试验台架，4、测试车辆，5、燃烧分析仪，6、电喷参数采集单元，7、数据分析单元，7a、物理信号采集模块，7b、数据处理运算模块，7c、参数设置模块，7d、串口通讯模块，7e、第一CAN通讯模块，7f、第二CAN通讯模块，7g、TCP/IP通讯模块，8、下位机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示的发动机瞬态排放测试分析系统，包括排放设备1、转鼓试验台架控制系统2、转鼓试验台架3、测试车辆4、燃烧分析仪5、电喷参数采集单元6、数据分析单元7、下位机8以及缸压传感器9。其中，所述排放设备1的两路采样通道探头分别安装至测试车辆4的催化器的前后两侧，且排放设备1与转鼓试验台架控制系统2连接。所述转鼓试验台架3与转鼓试验台架控制系统2连接。所述转鼓试验台架控制系统2与数据分析单元7连接，将排放设备1的测试结果和转鼓试验台架3的测量结果通过转鼓试验台架控制系统2发送给数据分析单元7。所述缸压传感器9的数量与发动机的气缸数量相同，分别安装在各气缸处，各缸压传感器的信号线通过电荷放大器与燃烧分析仪5连接，所述燃烧分析仪5与数据分析单元7连接，将燃烧分析仪5所输出的数据输入给数据分析单元7。所述电喷参数采集单元6分别与车辆ECU和数据分析单元7连接，将电喷参数采集单元6所采集的数据发送给数据分析单元7。所述数据分析单元7与下位机8连接，数据分析单元7将处理结果发送给下位机8进行保存。

本实施例中，转鼓试验台架又称底盘测功机，是一种室内试验设备。用于模拟汽车在实际行驶时的阻力，测定汽车的使用性能以及检测汽车的技术状况，诊断汽车故障。

如图7所示，所述数据分析单元7包括数据处理运算模块7b，以及分别与数据处理运算模块7b连接的物理信号采集模块7a、参数设置模块7c、串口通讯模块7d、第一CAN通讯模块7e、第二CAN通讯模块7f和TCP/IP通讯模块7g。其中，所述串口通讯模块7d与转鼓试验台架控制系统2连接，用于接收排放设备1和转鼓试验台架3所测试的数据。所述第一CAN通讯模块7e与电喷参数采集单元6连接，用于接收电喷参数采集单元6输出的数据。所述第二CAN通讯模块7f或TCP/IP通讯模块7g与燃烧分析仪5连接，用于接收燃烧分析仪5输出的数据。所述物理信号采集模块7a用于采集燃烧物理信号与电喷控制信号。所述参数设置模块7c用于设置数据处理所需参数。所述数据处理运算模块7b用于进行多系统的数据同步及分析参数计算。

如图2所示，本发明所述的发动机瞬态排放测试分析方法，采用如本发明所述的发动机瞬态排放测试分析系统，其方法包括：

A.将预热后的排放设备1的两路采样通道探头分别安装至测试车辆4的催化器的前后两侧；将各缸压传感器9分别安装至发动机各气缸，将传感器信号线通过电荷放大器与燃烧分析仪5连接；将电喷参数采集单元6与车辆ECU进行连接；将转鼓试验台架控制系统2与数据分析单元7连接；将燃烧分析仪5与数据分析单元7连接；将电喷参数采集单元6与数据分析单元7连接。

B.设置转鼓试验台架控制系统2与电喷参数采集单元6的采集触发时钟源为设备内部时钟，设置燃烧分析仪5采集触发时钟源为曲轴信号。

C.运转各设备并起动测试车辆，按照目标整车工况运行车辆。

D.整车工况运行完成后停止车辆并关闭发动机，同时停止各信号采集设备。

E.数据分析单元7在完成转鼓台架测量结果、燃烧分析仪以及电喷参数采集单元的数据传输后，自动进入数据同步处理环节。

F.数据同步处理完成后，将处理结果输出并保存。

G.对同步处理后输出的数据文件进行瞬态排放与燃烧特性关联性分析。

如图3所示，本实施例中，所述步骤F中，数据同步处理运算步骤包括：

F1.分别提取转鼓试验台架和电喷参数采集单元采集数据结果中的时间轴与车速数据，以车速数据作为参考变量，转鼓试验台架采集数据的时间轴作为基准时间；

F2.通过分别对比转鼓试验台架与电喷参数采集单元测得车速数据特征段相同工况点的时间，得到两个数据采集系统的时间差△ti，如图4所示，当电喷参数采集单元相比转鼓试验台架采集时间提前时，△ti＜0，当电喷参数采集系统相比转鼓试验台架采集时间滞后时，△ti＞0。

F3.选取至少3个不同车速数据特征段工况点对比，以得到多个不同的△ti，电喷参数采集系统同步后的时间为：

其中：t_{INCA_Syn}为电喷参数采集系统同步后时间；t_INCA为电喷参数采集系统原始时间；n为所得△t_i数量。

F4.分别提取完成上述步骤F1至步骤F3同步后的电喷参数采集单元和尚未同步的燃烧分析仪所测得的时间轴与发动机转速数据，以发动机转速数据作为同步参考变量，同步后电喷参数采集单元的时间轴作为基准时间。

F5.当整车起停功能(STT)关闭时，通过分别对比燃烧分析仪与电喷参数采集单元测得发动机转速数据特征段相同工况点的时间，得到两个数据采集系统的时间差△t_i，如图5所示。当燃烧分析仪相比电喷参数采集单元的时间提前时，△t_i＜0，当燃烧分析仪相比电喷参数采集系统时间滞后时，△t_i＞0，同步后的燃烧分析仪数据时间为：

其中：t_Comb_{_Syn}为电喷参数采集单元同步后时间；t_Comb为电喷参数采集单元原始时间；n为所得△t_i数量，n≥3。

当整车起停功能(STT)开启时，从试验开始，每一次停机起动后均须通过对比发动机转速曲线特征段相同工况点，获取该段行驶工况对应时间差△t_i，直到试验结束，如图6所示；当燃烧分析仪相比电喷参数采集单元的时间提前时，△t_i＜0，当燃烧分析仪相比电喷参数采集单元的时间滞后时，△t_i＞0；须保证每两次起停操作之间的行驶工况均至少选取1个发动机转速曲线特征段工况点对比，确定出至少一个△t_i，该条件下燃烧分析仪采集时间分段同步方式如下：

t_{i_(Comb_Syn)}＝t_{i_(Comb)}-△t_i

t_{Comb_Syn}＝[t_{1_(Comb_Syn)},t_{2_(Comb_Syn)},…,t_{n_(Comb_Syn)}]

其中：t_{i_(Comb_Syn)}为每两次起停操作之间的燃烧分析仪采集同步后时间；t_{i_(Comb)}为每两次起停操作之间的燃烧分析仪采集原始时间；t_{Comb_Syn}为燃烧分析仪采集同步后的完整时间数据，为分段数据的集合；n为所得△t_i数量。

F6.将同步后的排放测量数据和电喷参数数据按照燃烧分析数据的循环顺序及循环时间，在各自同步后的时间轴上进行每两个相邻数据点间的线性插值，得到与燃烧分析数据维度和数据点间距相同的同步处理后的排放测量数据和电喷参数数据。

F7.将步骤F6中得到的排放测量数据、电喷参数数据和步骤F5中得到的燃烧分析数据导出并保存为*.dat或*.txt等通用格式文件。

本实施例中，所述步骤G具体为：根据步骤F7得到同步处理的数据后，分别对出现瞬时排放升高工况对应的燃烧循环参数和电喷参数进行对比，并结合排放测量结果，对瞬时排放升高的原因和与发动机燃烧的关联性进行分析。