孙龙;李孟良;史广宝;雷利刚;张建伟
【摘 要】利用自动驾驶仪控制汽车在底盘测功机上按照S RC工况运行了4个循环，采集了车辆的排气温度，分析排气温度与工况的关系及其分布特征。研究表明：在S RC工况下，排气温度主要分布在650～800℃；在每个小循环下的温度变化曲线呈现出一个左峰高于右峰的“M”形状；重复运行S RC工况时，排气温度一致性非常好；低于60 km／h和高于110 km／h速度区间内平均温度稳定，60～110 km／h区间内平均温度随车速升高逐渐升高；长时间加速工况下，排气温度会急剧升高。%The vehicle mounted on the chassis dynamometer operated according to the standard road cycle (SRC) by manipula‐ting an autopilot .Four test cycles were conducted ,the exhaust temperature of vehicle was collected and its relationship with operating conditions was analyzed .The results show that the exhaust temperature under SRC concentrates in 650‐800 ℃ .The temperature curve in every sub‐cycle shows the shape of "M"letter with the left higher peak than the right .one The repeated SRC verifies the good consistency of exhaust temperature .The mean temperature is stable in the speed area
s of lower than 60 km/h and higher than 110 km/h and increases gradually with the increase of vehicle velocity in the speed areas of 60‐110 km/h .For the long and sustaining acceleration ,the exhaust temperature will increase sharply .
【期刊名称】《车用发动机》
【年(卷),期】2014(000)006
【总页数】6页(P69-73,78)
【关键词】排气温度;标准道路循环;轻型车;底盘测功机;自动驾驶仪
【作 者】孙龙;李孟良;史广宝;雷利刚;张建伟
【作者单位】中国汽车技术研究中心，天津 300300;中国汽车技术研究中心，天津 300300;中国汽车技术研究中心，天津 300300;中国汽车技术研究中心，天津 300300;中国汽车技术研究中心，天津 300300
【正文语种】中 文
【中图分类】TK417.126
标准GB 18352.5—2013《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）》对轻型汽车污染物控制装置耐久性的考核进行了明确的规定，要求最大总质量超过3 500kg但基准质量不超过2 610kg的M1，M2和N2类汽车应进行污染控制装置耐久性试验，即按照指定测试工况（SRC工况或AMA工况）在道路或底盘测功机上进行160 000km耐久性试验。从试验开始，每隔10 000km（±400km）或更短的行驶里程，以固定的间隔直到160 000km，进行Ⅰ型试验，测量排气污染物。将所有的排气污染物的测量结果作为行驶距离的函数进行绘图，并计算每一种排气污染物的劣化系数，对污染控制装置的性能进行考核［1］。
常温下三元催化转化器不具备催化能力，其催化剂必须加热到一定温度才具有氧化或还原的能力，通常催化转化器的起燃温度在250～350℃，正常工作温度一般在400～800℃［2－4］。催化转化器工作时产生的热量越高，氧化的温度也越高，当温度超过1 000℃时，其内涂层的催化剂就会烧结损坏，同时也极易发生车辆自燃事故，严重影响车辆的尾气污染物排放。所以必须注意控制造成排气温度升高的各种因素，如点火时间过迟或点火次序错乱、断火等，这都会使未燃烧的混合气进入催化反应器，造成排气温度过高，影响催化转化器的效能［5－8］。
本研究测试了试验样车在底盘测功机上按照SRC工况运行时的排气温度，研究该工况下的排气温度分布特征，并分析研究典型小工况下的排气温度变化特征，对车企和检验机构进行污染控制装置耐久性试验及相关试验具有重要的参考价值。
1 试验方案设计
将试验样车固定在底盘测功机上，利用计算机发出指令控制自动驾驶仪，车辆按照标准GB 18352.5—2013中Ⅴ型试验的法规工况SRC运行4个循环。在试验样车两级催化器之间打孔安装温度传感器，测量车辆排气温度的瞬时数据，数据采集频率为1Hz。试验运行过程中，在车辆前端安装冷却风机模拟车辆在实际道路上行驶时的风冷条件。图1示出了排气温度测试设备。
图1 排气温度测试试验设备
2 试验参数设定
2.1 试验样车转毂阻力设定
试验样车在底盘测功机上以80km／h速度匀速行驶30min，对车辆和底盘测功机进行充分热机［9］。将车辆在实际道路上进行滑行试验获得的道路阻力系数设置在底盘测功机控制软件中，在底盘测功机上进行3次滑行试验［10－12］。滑行试验完成后，底盘测功机控制软件自动计算出车辆在底盘测功机上运行时的转毂阻力系数［13］。
图2a示出了3次滑行试验的转毂阻力曲线和车辆道路阻力曲线，图2b示出了3条转毂滑行阻力与实际道路阻力的差值，在底盘测功机上进行滑行试验得到的滑行阻力与实际道路阻力的绝对差值不超过5N，滑行得到的阻力参数完全可以模拟车辆的实际道路阻力。
汽车尾气处理装置图图2 转毂阻力曲线和车辆道路阻力曲线以及两者绝对差值
车辆实际道路阻力系数与在底盘测功机上滑行试验的转毂阻力系数见表1。
表1 车辆道路阻力系数和在底盘测功机上的转毂阻力系数滑行方式阻力系数F0／N F1／N·m－1·s F2／整备质量／kg N·m－2·s2实际道路 109.14 0 0.036 99底盘测功机1 020 22.64 －2.733 0.394 7
2.2 测试车辆
试验样车为一辆进行污染控制装置国Ⅴ排放水平耐久性试验的车辆，样车加注92号国Ⅴ汽油，试验样车具体参数见表2。
表2 测试车辆基本参数整备质量／kg 1 020发动机排量／L 1.198发动机点火方式 点燃式燃料供给方式 多点电喷气缸数 3催化转化器型式 三效催化还原催化转化器装车数量 2最大总质量／kg 1 320标定功率／kW 54标定功率转速／r·min－1 5 000进气方式 自然吸气冷却方式 液冷气缸排列型式 直列催化转化器壳体型式 整体式前1催化单元数后1
3 测试工况及数据测量
3.1 测试工况
样车按照GB 18352.3—2013中Ⅴ型试验法规工况——标准道路循环（SRC）运行。一个SRC工况由7个6km的小循环组成，总共42km。SRC工况规定了具体的加减速要求，即列出了车辆每一个时间段的速度，同时给出了对应的加速度值。SRC工况曲线见图3。
图3 标准道路循环（SRC）
3.2 工况运行
利用安装固定在座椅上的自动驾驶仪，按照控制软件上的工况学习操作步骤对车辆油门、制动踏板的位置进行机器人学习设定，并运行学习工况，检验自动驾驶仪控制车辆的工况跟踪情况［14－15］。图4示出了自动驾驶仪控制车辆运行的4个SRC循环。
图4 实际运行的速度－时间曲线
3.3 数据测量
在测试车辆的两级催化器之间打孔并安装温度传感器，测量车辆运行SRC工况的排气温度，通过集成在底盘测功机上的数据采集设备以1Hz的频率将排气温度数据记录下来。同时，利用底盘测功机上的速度传感器记录车辆实际行驶速度。
4 试验数据整理与分析
4.1 工况跟踪重复一致性
为了研究重复运行SRC工况时车辆排气温度的特征，需要保证试验跟踪工况具有很好的重复一致性。本试验使用自动驾驶仪控制车辆连续运行4个SRC循环，来确保重复工况的一致性。
选取车辆实际运行时第2个和第3个测试循环下的车速，将速度绘制成图5所示的散点图。图中速度散点区域上方和下方的两条虚线分别是速度点分布的两条边界线。
图5 第2个和第3个循环跟踪速度散点图
本次测试的第2个和第3个测试循环的速度散点拟合曲线相关系数平方R2为0.995，并且随着车速的提高，两条边界线逐渐收敛，延伸方向呈现相交趋势。选取的两个循环的速度点逐步集中分布在线性回归直线（图5中间细实线）两侧，当速度高于80km／h时，速度点比较密集地分布在回归直线两侧（图中椭圆区域）。因此，采用自动驾驶仪控制车辆的运行，其工况跟踪的重复一致性非常高。
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