（动力机械及工程专业论文）基于发动机台架试验的整车排放预测研究.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 随着汽车保有量的增加，节约能源、降低排放成为汽车研究的工 作重点。轻型车整车转鼓与发动机台架试验有不同的测量方法、评价 指标，对应不同的测量工况，有必要开展这一方面的研究工作。在柴 油机的研制和匹配整车过程中，通过对转鼓行驶循环和台架试验测量 工况的研究，探讨整车与发动机排放之间的关系，开发基于台架试验 的整车排放计算程序，优化发动机与整车匹配，使发动机工作在高效 区，可以降低行驶工况的燃油消耗和排放，为车辆的动力、经济性能 的匹配及排放控制提供依据。 本文考察了整车转鼓与发动机台架试验工况的建立方法，对比了 转鼓与台架排放试验之间不同的测量、计算方法，分析了整车15 工 况和发动机13 工况的工况特点。根据汽车理论，计算了整车n e d c 循环试验时发动机的转速、转矩，对发动机相近工况点加权，确定了 可以表征整车排放的12 个发动机等效工况点。应用灰色关联理论， 计算了台架和转鼓试验排放量间的关联度，结果表明整车循环中发动 机低负荷工况是排放的主要工况。 基于神经网络理论，以发动机转速、转矩为输入参数，以c o 、 h c 、n o x 排放为输出参数，建立了整车排放的预测模型。在此基础 上，应用v i s u a lb a s i c 编程语言，开发了基于神经网络的整车排放预 测软件。软件以整车参数为输入，选择整车运行循环，计算得到发动 江苏大学硕士学位论文 机转速、转矩随时间的变化关系。选择一组工况点排放值作为训练数 据训练神经网络，计算得到特定工况点的排放，将各工况排放积分计 算整车排放。该软件为深入进行整车和发动机的匹配研究和排放预测 研究提供了工具。 依据轻型车和发动机污染物排放标准，在整车转鼓和发动机台架 试验台上进行了排放的试验研究，分别测量了整车及所配发动机的排 放。对试验结果进行了对比分析，探讨了1 3 工况的发动机台架试验 和1 5 循环测量参数、工况特点、测量结果之间的关系，提出了整车 排放分担率的指标，用整车分担率和发动机分担率表征各整车运行工 况和发动机工况对排放的贡献。 应用所编写的软件，分别计算了1 3 工况、e s c 工况、等效工况 点的排放和整车排放，根据等效工况点排放和权重加权计算了整车循 环的加权排放值。对比了计算和试验排放值，表明采用等效工况点排 放值计算整车排放时软件有最高的精度，最大误差为5 1 8 。分析了 误差产生的原因，提出采用减少误差的方案。 关键词：转鼓台架排放预测神经网络等效工况点 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s eo fa u t o m o b i l e s ，t h er e s e a r c h e so fa u t oi n d u s t r y w e r ef o c u s e do ne c o n o m i z i n ge n e r g ya n dl o w e re m i s s i o n s t h e r ea r et w o d if f e r e n tt e s tm e t h o d sa n de v a l u a t i o ni n d e x ，c o r r e s p o n d i n gt od i f f e r e n t c o n d i t i o n sb e t w e e nl i g h td u t yv e h i c l ec h a s s i sd y n a m o m e t e rt e s ta n d e n g i n eb e n c ht e s t s o ，i ti sn e c e s s a r yt od e e p l ys t u d yt h i sp r o b l e m t h r o u g h t h e s t u d y o ft h e m e a s u r i n g c o n d i t i o nt e s t e do nc h a s s i s d y n a m o m e t e ra n db e n c hb e di nd i e s e le n g i n ed e v e l o p m e n ta n dv e h i c l e m a t c h i n gp r o c e s s ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nv e h i c l ea n de n g i n ee m i s s i o n s w a sd i s c u s s e d ap r o c e d u r eo fv e h i c l ee m i s s i o nc a l c u l a t i o nb a s e do n b e n c ht e s tw a sd e v e l o p e dw h i c hp r o v i d ea no p t i m i z a t i o ni n s t r u m e n tf o r t h em a t c h i n go fp o w e r , e c o n o m i cp e r f o r m a n c ea n de m i s s i o nc o n t r o l l i n g a st h ee n g i n ew o r k si nh i g he f f e c t i v ea r e a i nt h i sp a p e r , c o n s t r u c t i n gw a y so ft e s to nc h a s s i sd y n a m o m e t e ra n d b e n c hb e dw e r ei n v e s t i g a t e d t h em e t h o d so fm e a s u r i n ga n dc a l c u l a t i o n w e r ec o n t r a s t e d ，a n dt h ec h a r a c t e r so ft h em e a s u r i n gc o n d i t i o nw e r e a n a l y z e d a c c o r d i n gt ov e h i c l et h e o r y , e n g i n es p e e da n dt o r q u eo fn e d c c y c l ew a sc a l c u l a t e d t h e n ，1 2e n g i n eo p e r a t i n gp o i n t sw e r ec o n f i r m e d b ys u m m i n gu pt h ec l o s i n g c o n d i t i o n s t h ee m i s s i o n c o r r e l a t i v i t y b e t w e e nc h a s s i sd y n a m o m e t e rt e s ta n de n g i n eb e n c ht e s tw a sc a l c u l a t e d b yt h et h e o r yo fg r e yr e l a t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：i d l es p e e da n d h i g h s p e e dl o wl o a dp o i n t so fe n g i n eh a v eah i g h e s tc o r r e l a t i v i t yw i t ht h e v e h i c l ee m i s s i o n s p r e d i c t i o nm o d e lw a sc o n s t r u c t e db a s e do nt h et h e o r yo fa n n ，i n w h i c hs p e e da n dt o r q u ew e r et h ei n p u tp a r a m e t e ra n de m i s s i o n so fc o ， h ca n dn o xw e r et h e o u t p u tp a r a m e t e r a ne m i s s i o np r e d i c t i n g p r o c e d u r ew a sc o m p o s e du s i n gv i s u a lb a s i c 6 0 i nt h i sp r o c e d u r e ，t h e i i i 江苏大学硕士学位论文 p a r a m e t e r so fe n g i n e ss p e e da n dt o r q u ew e r ec a l c u l a t e du s i n gv e h i c l e d a t aw h e nt h ec y c l ew a ss e l e c t e d t h ee n g i n ec o n d i t i o ne m i s s i o n sw h i c h w e r es i m u l a t e du s i n gt h ea n nw e r ei n t e g r a t e da st h ev e h i c l ee m i s s i o n t h i s p r o c e d u r ep r o v i d e s a ni n s t r u m e n to fm a t c h i n ga n de m i s s i o n p r e d i c t i o n t h ee m i s s i o no fv e h i c l ea n de n g i n ew e r em e a s u r e dt h r o u g hc h a s s i s d y n a m o m e t e r t e s ta n de n g i n eb e n c ht e s t t h er e s u l t sw e r ea n a l y z e d ，a n d t h er e l a t i o n s h i p sw e r ed i s c u s s e d t h ei n d e xo fe m i s s i o nc o n t r i b u t i o nr a t e o ft h ev e h i c l ew a sp i c k e du p u s i n gt h ec o n t r i b u t i o nr a t ee x p r e s se a c h c o n d i t i o n sc o n t r i b u t et ot o t a le m i s s i o n t h ee m i s s i o nv a l u eo f13m o d e l s ，e s ca n de q u a l i n gp o i n t sw a s c a l c u l a t e du s i n gt h ep r o c e d u r ea sw e l la sw e i g h t - a d d i n gv a l u eo f e q u a l i n g p o i n t s t h ev a l u e sb e t w e e nc a l c u l a t i o na n dt e s tw e r ec o n t r a s t e d t h e r e s u l t ss h o w e dt h a t ：t h e p r o c e d u r e h a st h eh i g h e s t a c c u r a c yu s i n g e q u a l i n gp o i n t sw i t h i n5 18 t h er e a s o n so fe r r o rw e r ea n a l y z e d a n d t h e nt h em e t h o d so f r e d u c i n ge r r o rw e r eg i v e n k e yw o r d s ：c h a s s i sd y n a m o m e t e r , b e n c ht e s t ，e m i s s i o n ，p r e d i c t ，a n n ， e q u a l i n gp o i n t s i v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密。 学位论文作者签名：刮祥钮 2 0 1 0 年6 月f 弓日 指导教师签名： 2 0 1 0 铭月7 日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中己注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：孑l 坪钮 日期：2 0 1 0 年6 月l 弓日 江苏大学硕士学位论文 1 1 选题背景及意义 第一章绪论 随着经济的发展，人民生活水平的提高，我国汽车产销量快速增长，汽车工 业正进入一个新的发展阶段。2 0 0 9 年，我国汽车产销量超过1 3 6 0 万辆，其中商 用车产量超过3 4 0 万辆，轻型货车共销售1 5 5 9 6 万辆，同比增长3 0 【1 1 。柴油 机具有良好的动力性、经济性，在轻型车上应用越来越广。 能源短缺和环境污染等问题已成为人类实现可持续发展所面临的重大挑战， 节约能源、降低排放成为汽车研究的工作重点。对采用内燃机为动力的汽车来说， 采用新技术提升发动机性能、改善车身结构提高传动效率、优化发动机与整车匹 配使发动机工作在高效区等，可以降低行驶工况的燃油消耗和排放。 g b l 7 6 9 1 2 0 0 5 车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排 放限值即测量方法( 中国i 、v 阶段) 中，设计车速大于2 5 k m h 、总质量大 于3 5 0 0 k g 的汽车发动机进行台架试验，排放测试采用稳态e s c 循环 2 1 ； g b l 8 3 5 2 3 2 0 0 5 轻型汽车污染物排放限值及测量方法( 中国i i i 、阶段) 中，最大总质量不超过3 5 0 0 k g 的载客、载货车进行整车排放测试工况 3 1 。轻型 车整车转鼓( 简称转鼓) 与发动机台架( 简称台架) 测试对应不同的工况，两者 有不同的测试方法和评价指标。发动机排放满足台架e s c 循环试验限值并不意 味着同样满足国家整车排放标准。整车性能的好坏，不仅取决于发动机和整车各 自单独的性能，而且取决于两者之间的匹配。 我国以柴油机为动力的轻型车生产企业模式，一般是柴油机和整车的生产分 属不同的企业。在柴油机的研制和匹配整车过程中，柴油机厂家通常先进行台架 排放试验，再通过与整车底盘的匹配，按照轻型车的排放要求进行整车转鼓试验， 以满足整车排放限值为最终要求，整个过程持续时间长，花费巨大【4 5 】。 通过对转鼓行驶工况和台架试验测量工况的研究，探讨整车与发动机排放之 间关系，通过发动机的台架试验减少整车排放测试次数，降低费用；开发符合整 车行驶工况和发动机运行工况的整车排放计算程序，为整车的动力、经济性能的 匹配及排放控制提供依据。 江苏大学硕士学位论文 1 2 整车与发动机排放测量 1 2 1 测试循环的发展 1 2 1 1 车辆行驶循环 车辆行驶工况又称为汽车运转循环，是用来比较不同车辆之间性能差异的测 试程序，以一组车辆行驶速度档位时间历程表示。按照行驶工况构造形式分类， 行驶工况分为以美国f t p 工况为代表的实际行驶工况( 瞬态工况) 和以欧洲e c e 工况为代表的合成行驶工况( 模态工况) ；按照行驶工况的使用目的分类，分为 认证工况、研究工况以及i m 工况( 检查维护工况) 。 目前世界范围内车辆行驶循环主要以美国行驶循环、欧盟行驶循环和日本行 驶循环为代表【6 1 。 ( 1 ) 美国行驶循环 l a 4 循环：又称f p t - 7 2 循环或u d d s ，是美国第一个车辆行驶循环，由代 表洛杉矶车辆行驶状况的行驶循环修改而成。该循环频繁起停，持续1 2 0 7k m ， 最高车速为9 1 2k m h ，平均车速为31 5k m h 。 f t p 7 5 循环：为了准确反映典型城区车辆循环，从1 9 7 5 年开始在原来l a 4 循环基础上增加了第一个5 0 5s 循环的热过渡过程，修改得到。f t p 7 5 包括冷启 动、瞬态运行及热启动三个过程，持续1 8 7 4 s ，行驶1 7 7 7 k m ，平均车速为3 4 1 k m h 。 h w f e t ( e p ah i g h w a yf u e le c o n o m yc y c l e ) 循环：e p a 高速公路循环，代 表车辆高速公路行驶状况，循环持续7 6 5 s ，行驶1 6 4 5 k m ，平均车速7 7 7 k m h 。 s f t p ( s u p p l e m e n t a lf e d e r a lt e s tp r o c e d u r e s ) 循环：2 0 0 0 年联邦政府增加的 附加测试程序。s f t p 克服了f t p 7 5 缺少对车辆持续高速运行、频繁加速行驶特 征以及空调使用状况的考核要求。 ( 2 ) 欧盟行驶循环 e c e l 5 循环：又称u d c ( u r b a nd r i v i n gc y c l e ) 测试循环，主要针对城市交通 用车，为传统城市市区车辆测试循环。e c e l 5 循环由4 个十五工况组成，持续 7 8 0 s ，行驶4 0 5 2 k m ，最高车速为5 0 k m h ，包括怠速工况的平均车速为18 7 k m h 。 e u d c ( e x t r au r b a nd r i v i n gc y c l e ) 循环：表征了试车辆在市郊行驶的状态。 e u d c 循环持续4 0 0 s ，行驶6 9 5 5 k m ，最高车速为1 2 0 k m h ，平均车速为6 2 6 k m h 。 n e d c ( n e we u r o p e a nd r i v i n gc y c l e ) 循环：持续1 18 0 s ，由e c e l5 循环和 2 江苏大学硕士学位论文 e u d c 循环组合而成，反映了车辆在市区和市郊行驶工况下综合的排放效果。 ( 3 ) 日本行驶循环 1 0 工况循环：相当于车辆在城市中心的行驶状况，平均车速为1 7 7k m h ， 持续时间为1 3 5 s ，最大车速为4 0k m h 。 1 0 1 5 工况循环：在1 0 工况循环基础上增加了一个1 5 工况和2 个1 0 工况， 共计三个1 0 工况循环和一个1 5 工况循环构成。1 0 一1 5 工况循环持续6 6 0 s ，最高 速度为7 0 k m h ，平均速度为2 2 7 k m h 。 1 2 1 2 发动机运行循环 目前世界范围内应用范围最为广泛的发动机测试循环有欧洲标准测试循环 工况和美国循环工况。其中欧洲标准测试循环e s c 循环和e t c 循环为大多数国 家采用，我国也采用与其等效的测试循环。 ( 1 ) 美国循环 f t p ( h e a v y - d u t yt r a n s i e n tc y c l e ) 瞬态循环：由模拟车辆城区频繁起停的 非拥挤行驶状况的n y n f ( n e wy o r kn o nf r e e w a y ) 、典型拥挤的城区交通状况 的l a n f ( l o s a n g e l e sn o n f r e e w a y ) 、拥挤的高速公路状况的l a f y 、n y n f 及 一个冷启动过程组成。 ( 2 ) 欧洲循环 e c e r 4 9 循环：即我们常说的十三工况，为稳态标准测试循环。工况点主 要集中在最大扭矩转速和标定点转速以及怠速。 e s c ( e u r o p e a ns t a t i o n a r yc y c l e ) 循环：为2 0 0 0 年以后实行的欧i i i 标准排放 测试中所采用。测试工况主要集中在中高转速三个转速区以及怠速区，另外增加 了三个任意选取的考核区。 e t c ( e u r o p e a nt r a n s i e n tc y c l e ) 循环：或者称为f i g e 瞬态循环，是在德国 亚深f i g e 研究所通过重型车道路循环测试提出的瞬态循环基础上缩短精简而 成，可以进行底盘测功机测试。e t c 循环由城区行驶循环、乡村行驶循环及高 速公路行驶循环三个部分组成，每个部分持续6 0 0s ，共计1 8 0 0s 。其中城区循 环起、停频繁，高怠速，平均车速为5 0k m h ；乡村循环始于一个急加速过程， 平均车速为7 2k n 汕；高速公路部分平均车速为8 8k m h 。 欧洲e t c 瞬态循环工况点大多落在最大扭矩点转速区，美国f t p 瞬态工况 江苏大学硕士学位论文 循环工况点大多落在高转速区；欧洲e t c 瞬态循环的动态变化率远远大于美国 f t p 瞬态工况循环。 1 2 2 排放标准 2 0 0 5 年4 月1 5 日，国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局发布了 g b1 8 3 5 2 3 _ 0 0 5 即轻型汽车污染物排放限值及测量方法( 中国i 、阶段) ， 表1 1 所示为标准所规定的i 型试验( 常温下冷起动后排气污染物排放试验) 的 排放限值。从国i i 到国i i i 标准，增加了低温下( 7 ) 冷启动后排气中c o 和 h c 排放试验，高怠速( 发动机转速在2 0 0 0r r a i n 以上) 下的c o 、h c 和c 0 2 的排放测试，车载诊断( o b d ) 系统试验和在用车符合性检测，同时常温下冷 启动后排气污染物排放试验取消原有发动机起动后允许的4 0 s 暖机时间，测试真 正冷机启动时的各种排放值，同国i i 标准相比，国排放限值全面降低3 0 以上； 蒸发污染物排放试验国i i i 、国排放标准增加了试验时间和模拟可变环境温度， 使试验程序更贴近实际使用情况等等，这些都是为了更好的控制新车的有害污染 物的排放。 表1 1 轻型汽车污染物排放限值( 国、) t a b 1 1e m i s s i o nl i m i t sf o rl i g h t - d u t yv e h i c l e s ( c h i n a1 1 - i i v ) 第一类车一全部 2 3 0 0 6 40 2 00 1 50 5 0 ir m 5 1 3 0 52 3 00 6 4 0 2 0 一0 1 50 5 0 一第二类车i i1 3 0 5 r m 1 7 6 04 1 70 8 00 2 5 0 1 80 6 5 i l i1 7 6 0 r m5 2 2 0 9 50 2 9 一o 2 1o 7 8 第一类车一 全部1 0 00 5 00 1 0 0 0 80 2 5 。， ir m 1 3 0 51 0 00 5 00 1 00 0 80 2 5 一第二类车i i1 3 0 5 r m ： 爿 户o t = 0 ( 3 1 5 ) 由上式可以看出，网络输入误差是各层权值坳和v i ，的函数，因此调整权值 可改变误差e 。 显然，调整权值的原则是使误差不断减小，因此应使权值的调整量与误差的 负梯度成正比，即 2 一刀瓦c 3 e 舢- ，2 ，。，聊；h 2 ，r ( 3 。6 ) 叱叫瓦a e f = 0 ，1 ，2 ，朋歹= 1 ，2 一 ( 3 1 7 ) 式中负号表示梯度下降，常数r ( 0 ，1 ) 表示比例系数，在训练中反映了学习 速率。b p 算法属于6 学 - - j 规则类，这类算法常被称为误差的梯度下降( g r a d i e n t d e s c e n t ) 算法，标准b p 算法流程如图3 】1 。 江苏大学硕士学位论文 3 2 2 模型的建立 图3 1 1 标准b p 算法流程 f i g 3 11l e a r n i n gr e g u l a t i o no fs t a n d a r db pa n n 3 2 2 1 输入、输出层神经元数的确定 输入与输出层的神经元数目是由问题的类别和应用要求来决定的，但应注意 尽可能减小系统的规模，以减小学习的时间和系统的复杂性。 在本研究中，研究对象是整车循环排放性能。为使建立的神经网络模型能正 确地映射出不同情况下整车的排放性能，输入神经元选为表征发动机工况的转速 和转矩2 个参数，输出神经元选为发动机的排放指标n o x ，c o ，h c 共3 个参数。 图3 1 2 整车循环排放预测神经网络示意图 f i g 3 1 2s c h e m a t i cm o d e lo f p r e d i c t i o np r o c e d u r eu s i n gb pa n n 江苏大学硕士学位论文 3 2 2 2 隐层数目的确定 隐层起抽象的作用，即它能从输入提取特征。增加隐层数目可增加神经网络 的处理能力，但必将使训练复杂化，从而增加网络的训练时间。理论分析己经证 明对于闭区间内的任一连续函数都可以用一个隐层的即网络来逼近，因而一个三 层的b p 网可以完成任意的n 维到m 维的映射。本课题采用一个隐层即可满足 要求。 3 2 2 3 隐层神经元数的确定 隐层神经元数与所研究问题的要求、输入输出神经元的多少都有直接的关 系。隐层神经元数过少时，网络或是不能收敛到规定误差，或是虽然能够完成学 习，但泛化能力不强。通常存在着某个特定值或某个特定范围，当隐层神经元数 为这些值时，网络的泛化能力能够达到最佳，所以应恰当地选择隐层神经元数。 由于网络映射的复杂性，目i j 确定隐层神经元的数目大多数以经验为依据，采用 试凑法来确定。 3 2 2 4 学习样本的确定及获取 为给网络提供能全面、正确地反映系统特性的输入输出模式对，学习样本 应具有三个特性，即致密性、遍历性和相容性。 本研究中学习样本采用上节所求得得发动机等效循环点数据。 3 2 2 5 数据归一化处理 由于样本的各个指标不相同，原始样本中各变量的数量级差别很大，为了一 开始就使各变量的重要性处于同等地位，研究中对样本的输入进行归一化处理： i ：一兰趋( 3 1 8 ) t 雠一薯m i n 式中而、x 泐加、x i m a x 分别表示第f 个样本数据及其在学习样本中的最大、最 小值，又表示归一化后的第i 个输入向量，其范围为0 , - , 1 。 计算结束后，应用反归一化计算，得到排放的预测值。 3 3 程序的编制 3 3 1 软件选择 整车排放预测程序选择v i s u a lb a s i c ( v b ) 编程语言。v i s u a lb a s i c 是m i c r o s o f t 江苏大学硕士学位论文 公司在原b a s i c 语言的基础上开发出的面向对象程序设汁语台，它继承了 b a s i c 语言易学易用的特点，以结构化b a s i c 语言为基础，以事件驱动为运行 机制，可用于开发w i n d o w s 环境下的各类应用程序。在v b 的可视化环境下， 利用时间驱动的编程机制，使用w i n d o w s 内部的广泛应用程序接口，动态链接 库( d l l ) 、开放式数据链接( o d b c ) 等技术，可以高效地开发图形界面丰富、 功能强大的应用软件【4 7 棚】。 v b 语言简单易学、效率高，功能强大，完全满足排放预测程序编程的需要， 因此选择v b 为软件的编写语言。 3 3 2 程序流程 程序的流程表明了程序计算的步骤。排放预测程序的流程图3 1 3 所示。本 程序计算整车循环的排放，首先需要输入整车参数，然后选择需要的整车循环， 计算整车循环中随时间变化的发动机转速和转矩数值；程序中输入自动计算的工 况点或者已知有限个工况点的排放数据，应用神经网络预测其它未知工况点的排 放，对各工况点排放求积分得到整车在某确定循环下的的排放值。 ( ， 开始 ) - 设置整车参数 1 l 选择整车运行循环 1 l 已有发动机排放数据 li 计算发动机转速、转矩 r _ 一一一一 jl 计算发训雩速、转矩 1 l上 输入神经网络训练数据设置神经网络参数 j 1 训练神经网络 1 l 计算整车排放 上 保存排放结果 1 l ( 程序结束) 图3 1 3 排放预测程序的流程图 f i g 3 13l e a r n i n gr e g u l a t i o no fp r e d i c t i o np r o c e d u r e 3 3 江替 学硕t 学位论史 3 3 3 程序的界面 整车排放预测程序界面如r 图所示。首先是软件的欢迎界面，如图31 4 所 不。 嘲31 4 齄1 _ f | | _ 披预测程序的欢迎界面 f i g 31 4 w e l c o m i n g i m e r f a e e o f p r e d i c t i o np r o c e d u r e 选择进入程序后，软什显i 整车排放预测程序主界面，如图3 1 5 所示。主 界面包括“参数没置”、“发动机转速、转矩计算”、“整车排放计算”按钮，功能 分别为设置警车参数、计算整车循环时发动机工况和汁算整车排放。当选样“退 出”按钮时，结束程序。 圈315 整车排放预测群序的土界而 f i g3 i5 i n t e r f a c eo f m a i np r o c e d u r e 江莽大学顸l 位论女 点击“参数设置”按钮显示如图31 6 所示。整车参数包括整车质量、迎 风面积、轮胎半径、空气阻力系数、传动效率以及主传动比和各档传动比等。汽 车旋转转换系数有两种设霄方式，一种为惯量计算法，另一种为常系数法。软件 可以设胃发动机外特性并选择转速范围保证整车循环时发动机工况不超过实际 限值。 图3 1 6 整车参数设置界面 f i g31 6 i n t e r f a c e o f s e t t i n g v e h i c l e p a r a m e t e r 下一步点击“发动机转速、转矩计算”按钮。在打开的窗口中，选择整车 运行循环，檄活计算按钮计算发动机转速转矩随时间的变化。整车循环是一组 以“酣”格式保存的数据，软件自动读入和识别。发动机转、速转矩模拟结果 输出如图31 8 所示，可以看出，随车速的变化，发动机参数同步变化。计算过 程和结果以“t ”格式自动保存在软件所在的文件夹中，供以后仔细分析。 江抖大学硕1 ：学位论立 图3 1 7 鞋车循环选择界面 f i g31 7 i n t e r f a c eo f 船l e c t i n g v e h i c l er u n n i n g c y c l e 图31 8 发动机转速转矩模拟结果输出 f i g31 8o u t p u t o f e n g i n e ss p e e da n d t o r q u e 在整车排放计算时依次点击“打开学习样本”一“神经网络学习计 算排放”它们_ | 吾者的激活以前者完成为条件，这样保证了程序的正确步骤。神 经网络参数可以反复调试，这样可以保证软件预测的精度，降低误差。 软件中，神经网络隐层节点数选择范围为l l o o ，其它参数如学习系数、 网络误差等未设限制，输入、输出参数的归一化和反归一化等均集成在后台运算 而不再显示。 江苏 学碰 学位论点 图31 9 神经网络设置及整车排放计算界面 f i g31 9 i n t e r f a c e o f s e t t i n g b p a n n m a dc a l c u l a t i n g v e h i c l ee m i s s i o nv a l u e 3 4 本章小结 本章研究了利用发动机台架预测整车排放模拟的方法。根据汽车理论训算 r 整车n e d c 循环试验时发动机的转速、转矩，对发动机梢近丁况点加权，确 定了可以表征整车排放的1 2 个发动机等效工况点。研究了神经网络在整车排放 预测中的应用，建立了基于发动机等效循环点的整车排放神经网络预测模型，应 用v i s u a l b a s i c 编程语言，编写了整午排放预测程序。 江苏大学硕士学位论文 第四章模拟与试验结果的对比分析 本章将进行整车转鼓和发动机台架排放试验，验证所建立的整车排放预测 模型。对比程序预测的结果和试验结果，分析产生误差的原因，提出改进建议。 4 1 试验设备 ( 1 ) 试验车型参数 试验轻型车整车参数如表4 1 所示，装配四缸增压中冷柴油机，发动机主 要技术参数表4 2 所示。 表4 1 轻型车主要技术参数 t a b 4 1t e c h n i c a lp a r a m e t e r so fl i g h t - d u t yv e h i c l e 参数数值 整车质量k g 风阻系数 迎风面积m 2 主减速比 一档 二挡 变速箱 三档 四档 五档 表4 2 发动机主要技术参数 t a b 4 2t e c h n i c a lp a r a m e t e r so f t h ee n g i n e 淄胂m坦粥似。她 ”0 2 4 屯z l m 江苏大学硕士学位论文 ( 2 ) 整车转鼓和发动机台架试验 整车转鼓和发动机台架试验设备如表4 3 所示。 表4 3 转鼓与台架试验主要测试设备 t a b 4 3m a i nm e a s u r e m e n te q u i p m e n ti nt e s t 4 2 试验和模拟结果分析 4 2 1 转鼓试验结果 依据g b18 3 5 2 3 2 0 0 5 轻型汽车污染物排放限值及测量方法( 中国i 、 阶段) ，在江苏大学汽车学院排放试验室转鼓实验台上进行了整车实验。 图4 1 表示了c o 、h c 、n o x 排放浓度随时间焚化的关系。从图中可以看出 污染物浓度的分布与整车的行驶循环之间变化关系：等速行驶时，污染物的排放 变化不大，车速高时排放值大；汽车加速时，污染物的排放会相应的增大而出现 峰值；减速工况时，污染物的排放随车速降低而减少。 o2 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 0 1 2 0 0 时间s 图4 1c o 、h c 、n o x 排放随时间的变化关系 f i g 4 1 c t l l v eo fe m i s s i o n sa l o n gw i t ht i m e 图4 2 表示了c o 、h c 、n o x 排放在每个整车循环内汽车行驶单位里程的排 3 9 o舌；o加：；o加o 一苔_i一0u 一毛【一ii一。_o_【一oz一|豆一艘扑 江苏大学硕士学位论文 放质量( 排放因子) 。可以看出各循环排放并不相同，市区循环排放要比市郊循环 的高。4 个市区循环中h c 、n o x 第1 个循环的最高，2 、3 、4 三个循环基本相 同。c o 的单位里程排放随着时间逐步减小。 6 5 盖4 薹季 赣0 l z34 5 循环 图4 2 不同循环的c o 、h c 、n o x 排放因子比较 f i g 4 2e m i s s i o nf a c t o r sb e t w e e nd i f f e r e n tc y c l e s 图4 3 表示了整车第3 个市区循环中1 5 个运行工况的排放分担率。其中， 第7 、1 0 点排放最高，两者相加c o 、h c 、n o x 分担率占到4 0 8 、3 3 6 、4 7 9 ， 是控制排放的重点工况。第7 工况时汽车以3 2 k m h 等速行驶，第l o 个工况时汽 车从怠速加速到5 0 k m h ，说明汽车在中速、加速行驶即较高的负荷时排放高。 同时排放量与工况时间相关，第l l 、1 3 等速工况虽然车速高于第7 工况，但运 行时间少于第7 工况，造成排放量占整个排放的权重低。 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 5 0凸衄且血凸 12345 6 凸。 8 况序 目札翼 。图4 3 市区循环中1 5 个工况的排放分担率 f i g 4 3e m i s s i o nd i s l r i b u t i o r ir a t eo fe c eu r b a nc y c l e 污染物在城郊十三工况点的分布，如图4 4 。市郊循环中，排放率的分布更 均匀。排放分担率超过1 0 的点，c o 是第3 、5 、7 点，h c 是第3 、5 、7 、8 、 9 点，n o x 是第2 、3 、7 、8 、9 点。其中，第3 工况和第7 工况时，车速、档位、 运行时间都相同，因此是同一个工况。可以看出，在中高车速、大负荷工况下， 排放最高。 国 函9号 江苏大学硕上学位论文 12 3 4 5678 工况序号 囵c 0 口h c 囱n 0 x 图4 4 市郊循环中1 3 个工况的排放分担率 f i g 4 4e m i s s i o nd i s t r i b u t i o nr a t eo fe c ee u d cc y c l e 4 2 2 台架试验结果 依据g b l 7 6 9 1 2 0 0 5 车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染 物排放限值及测量方法，在江苏大学汽车学院排放试验室台架实验台上进行了 发动机实验。 发动机按工况法试验测量得到加权比排放值，c o 为o 8 0g k w h ，h c 为o 1 8 g k w h ，n o x 为4 1 9 k w h 。1 3 个工况点排放质量流量如图4 5 所示。从图中可 以看出发动机的排放中，n o x 质量流量最高，h c 次之，c o 最低。从工况点看， c o 、h c 排放重点工况是以l o 、1 1 、1 2 、1 3 点代表的高速工况，n o x 排放重点 工况是以2 、8 、1 0 点代表的高负荷工况。 2 0 0 1 5 0 上 羹姗 幂 5 0 0 1234567891 01 11 21 3 工况序号 图4 5 发动机1 3 个工况点排放 f i g 4 5e n g i n ee m i s s i o no f13o p e r a t i n gc o n d i t i o n s 图4 6 表示了发动机排放1 3 工况分担率。e s c 测试循环中各工况分担率趋 于平均化，同时不同污染物分担率在工况点上存在分歧。分担率超过1 0 的工况 点，c o 有3 个，h c 有4 个，n o x 有5 个。这些高分担率的工况点表明，怠速 4 1 凸坞1，囱2，id阻1目1 匝1 k磁翰且00时nn区1砌防琵垣9 ，nnd心目nn臣 沥 加 垢 m 5 o 摹盆圈棠没盥瑶 同烈隘刃翻阳翻阳纠旧组 o c四以园团阴玢四舅 c h n囵匪因口四四纠阴以园均目n 匿 江苏大学硕士学位论文 和中高速低负荷、高速高负荷工况是c o 的排放重点工况，中高速高负荷、中高 速低负荷是h c 排放重点工况，在高负荷时n o x 排放排放高。 囵c o 口h c 团n o x 甑 l234567891 01 11 2 1 3 工况点 图4 6 发动机1 3 个工况的排放分担率 f i g 4 6e n g i n ee m i s s i o nd i s t r i b u t i o nr a t eo f13o p e r a t i n gc o n d i t i o n s 4 2 3 排放关联分析 对发动机和整车c o 、h c 、n o x 排放数据，应用第二章中有关关联度公式 计算得到发动机台架1 3 工况与整车1 5 工况之间的关联度如表4 4 所示。 从表中可以看出，整车循环中第1 0 、1 1 、1 2 运行工况与发动机第1 1 工况点 关联度最大，而整车循环其它运行工况都与发动机第1 工况点的关联度最大。这 说明整车循环中，发动机低负荷工况是排放的主要工况。 表4 4 发动机台架1 3 工