汽車燃油經(jīng)濟性測試系統(tǒng)的設(shè)計與研究

趙海賓，王愛兵，杜榮，張玉泉

（河北交通職業(yè)技術(shù)學院汽車系，河北 石家莊 050035）

引言

當前，汽車測試領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的測試系統(tǒng)由于本身所固有的諸多弊端變得越來越不能適應現(xiàn)代測試的要求。同時隨著計算機和軟件技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬儀器正在逐漸成為測試領(lǐng)域的發(fā)展方向。為提高測試效率、降低測試成本,適應在速度、準確度、數(shù)據(jù)分析以及現(xiàn)場實用性等方面日益提高的測試要求，結(jié)合 NI公司的軟、硬件構(gòu)建了汽車燃油經(jīng)濟性測試分析系統(tǒng)。

1 測試系統(tǒng)建立的理論依據(jù)

發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)普遍采用了電子控制燃油噴射系統(tǒng)，該電噴系統(tǒng)采用電磁噴油器直接向氣缸噴射燃油，并利用激勵信號的通斷控制噴油器的開閉。單次噴射量的計算模型為：

對于固定型號的噴油器，其流量系數(shù) μn和噴油嘴面積Fn都是定值。而由于燃油壓力調(diào)節(jié)的作用，使噴油嘴的噴油壓力與進氣歧管的壓力差（Pt- Pb）保持恒定，所以噴油器的每次噴油量僅與其通電時間成正比，因此每個工作循環(huán)需要的燃油量，可以通過控制噴油時間來確定。即：

式中：K—常數(shù)（對特定的噴油器）；

T—噴油時間。

對于已知特定的噴油嘴來說，噴油量是由噴油時間來決定的，所以對噴油量的控制問題已經(jīng)轉(zhuǎn)化為對噴油時間的控制問題。

2 測試系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)想

根據(jù)電控燃油噴射系統(tǒng)中的噴油器的工作原理，從噴油器電磁線圈兩端采集驅(qū)動電壓信號，經(jīng)過專門的后續(xù)電路處理就可以得到ECU發(fā)出的方波脈沖信號，根據(jù)具體噴油器參數(shù)進行計算，可以得到瞬時噴油量。再根據(jù)速度傳感器測的車速，即可得到百公里油耗。同時，與汽車的實時車速聯(lián)系起來，繪制不同工況下的等速百公里油耗曲線，進而分析汽車的燃油經(jīng)濟特性。

3 測試系統(tǒng)的組成

汽車燃油經(jīng)濟性測試分析系統(tǒng)是通過虛擬儀器技術(shù)來完成對傳感器發(fā)出的速度信號的采集、處理和分析。借助軟件來實現(xiàn)采集、顯示、分析等功能。該系統(tǒng)由軟件和硬件兩部分構(gòu)成。

3.1 系統(tǒng)的硬件部分

硬件部分主要由 OES-Ⅱ非接觸測長測速傳感器、DAQcard-AI-16E-4(NI-6041E)數(shù)據(jù)采集卡、SC-2040數(shù)據(jù)保持卡、自行設(shè)計制作的電壓轉(zhuǎn)換器和筆記本電腦組成。

測試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

3.2 系統(tǒng)的軟件部分

軟件部分是測試系統(tǒng)的核心部分，軟件編寫的目的就是要實現(xiàn)速度傳感器信號的采集、分析并顯示車輛行駛的實時速度、路程、最大加速度。測試系統(tǒng)以 LabVIEW 虛擬儀器程序(VI)為工具編寫汽車燃油經(jīng)濟性測試系統(tǒng)程序。

3.2.1 燃油經(jīng)濟性信號采集界面設(shè)計

信號采集界面的設(shè)計，便于在實車道路實驗時記錄下實驗的原始信號，并能直觀地查看信號采集合理程度以及濾波信號理想程度，對此次實車道路實驗信號采集和濾波情況作一個整體的評價，用以決定此次實驗結(jié)果是否適合進行事后分析。

3.2.2 等速百公里油耗隨車測試程序設(shè)計

百公里油耗隨車測試程序的設(shè)計體現(xiàn)了即時測試即時顯示結(jié)果的優(yōu)點。通過該功能模塊對汽車經(jīng)濟性的檢測，可以在實驗現(xiàn)場顯示汽車的百公里油耗。百公里油耗隨車測試程序顯示界面如圖2所示：

圖2 百公里油耗測試程序顯示界面

3.2.3 經(jīng)濟性事后分析程序設(shè)計

經(jīng)濟性事后分析程序主要是為了在采集了經(jīng)濟性信號數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進行分析而設(shè)計的。操作時，在發(fā)動機參數(shù)設(shè)定區(qū)輸入噴油嘴型號、燃油標號、發(fā)動機缸數(shù)等參數(shù)。各參數(shù)設(shè)定好以后打開屏幕左上角的程序運行開關(guān)，再打開界面的程序運行開關(guān)，跳出兩個對話框，分別選擇要讀取的動力性、經(jīng)濟性信號文件路徑后，程序運行。數(shù)據(jù)分析結(jié)束后程序自動停止，并在顯示區(qū)內(nèi)顯示出運行結(jié)果，同時繪制出等速百公里油耗曲線圖。

4 結(jié)束語

經(jīng)模擬實驗測試，該系統(tǒng)可實現(xiàn)實時油耗顯示、實時車速顯示并繪制不同工況下的等速百公里油耗曲線，實現(xiàn)對汽車經(jīng)濟性的評價。系統(tǒng)基于虛擬儀器技術(shù)，操作簡單，縮短了儀器開發(fā)周期，大大降低了成本。

[1] 嚴一平.虛擬儀器技術(shù)和發(fā)展趨勢〔J〕.上海計量測試,2010,(03):16～ 17.

[2] 趙海賓.基于虛擬儀器的汽車測試系統(tǒng)的研究與開發(fā):[碩士學位論文].天津:河北工業(yè)大學,2007.

[3] National Instruments Corp.Signal Processing Toolset Reference Man-ual.Austin, Texas USA.January 1999.25 ～85.