一种虚拟和实物相结合的乘用车高温动力性能修正方法和系统与流程

1.本发明属于乘用车动力性能修正或评价技术领域，具体涉及一种虚拟和实物相结合的乘用车高温动力性能修正方法和系统。


背景技术：

2.随着汽车行业的快速发展，国家和市场对于油耗和尾气排放要求日益严格，涡轮增压发动机由于其动力性、经济性等性能优势，在各类车型中的应用越来越广泛。与此同时，涡轮增压发动机特别是功率体积密度较高的涡轮增压发动机，经常会受到高温环境的困扰，出现动力性能衰减现象，增加了搭载该类发动机的整车动力性能的不确定性，导致该类车型的市场抱怨较多。因此如何在高温环境中对该类车型进行客观的动力性能评价，已经成为其动力性能开发的重难点，直接决定该类车型开发过程中的动力性能目标达成性以及相关动力性能优化方案可行性。
3.现有整车动力性能评价方法包括虚拟仿真和实车验证两种方法，但均存在一定的局限性。虚拟仿真技术多用于评估标准环境条件下的整车动力性能，应用场景仅为整车动力性能预估和目标定义；实车验证的方法能够评价不同温度下的整车动力性能，但由于高温较常温条件下涡轮增压发动机动力性能衰减较大，导致评价结果存在较大差异性，进而使得不同温度下的整车动力性能验收结果和结论存在不确定性。


技术实现要素：

4.本发明能够基于不同高温环境下的发动机动力性能差异计算出整车动力性能理论差异，从而将不同高温环境下的整车动力性能结果修正至标准态，使其不受环境影响，以支撑高温环境下的整车动力性能评价。
5.实现本发明目的之一的一种虚拟和实物相结合的乘用车高温动力性能修正方法，包括如下步骤：
6.s1、通过台架试验和拟合计算得到设定工况下、n个发动机转速下的每个不同发动机动力性能影响因素与发动机扭矩的函数关系式；
7.所述发动机动力性能影响因素为根据相关研究和项目积累表明，影响高温环境下的发动机性能输出，尤其是涡轮增压发动机动力性能输出的影响因素；
8.所述发动机动力性能影响因素包括发动机进气歧管温度、发动机水温、压气机入口温度和发动机进气湿度；
9.基于每个发动机转速下每一个发动机动力性能影响因素与发动机扭矩均存在对应关系，通过对台架试验得到的数据进行拟合计算可以得到所述对应关系的函数关系式，如下表1所示；
10.其中，t表示发动机扭矩，ω表示发动机转速；每一行数据代表在一个发动机转速下每个发动机动力性能影响因素与发动机扭矩t的函数关系式。
[0011][0012]
表1不同发动机转速下发动机动力性能影响因素与扭矩的关系表
[0013]
s2、根据上述每个发动机动力性能影响因素与发动机扭矩的函数关系式，通过仿真技术得到设定工况下、多个高温环境下的每个发动机动力性能影响因素与对应的整车动力性能的多组对应关系，每组对应关系包括一组发动机动力性能影响因素的值以及对应的一个整车动力性能的值；
[0014][0015][0016]
表2发动机动力性能影响因素与整车动力性能的关系表
[0017]
每组对应关系中整车动力性能的计算基于每个时间步长进行仿真计算，原理如下：
[0018]
以0～100km/h道理试验项目为例，该工况下的加速时间计算公式如下：
[0019]vi结束
＝v0+(t
1起始
×s÷r÷m×
t1)
÷
3.6+(t
2起始
×s÷r÷m×
t2)
÷
3.6+
……
+(t
i起始
×s÷r÷m×
ti)
÷
3.6
[0020]v0
：初始车速，km/h
[0021]vi结束
：第i个时间步长的结束车速，km/h；0～100km/h道理试验项目下的v
i结束
为100km/h；
[0022]
t
1起始
，第一个时间步长的起始发动机扭矩，单位nm；
[0023]
t
2起始
，第二个时间步长的起始发动机扭矩，单位nm；
[0024]
t
i起始
，第i个时间步长的起始发动机扭矩，单位nm；
[0025]
上述每个时间步长下的扭矩根据该时间步长下的发动机转速值以及每个发动机动力性能影响因素的值，利用步骤s1所述的n个发动机转速下的每个发动机动力性能影响因素与发动机扭矩的函数关系式计算得到该组对应关系中的一组发动机动力性能影响因素的值对应的一组发动机扭矩值；选取所述该组发动机扭矩值的最优值作为该时间步长下的起始发动机扭矩；所述最优值可以是最大值、最小值或者平均值，可根据实际情况选取，对此不作限定；
[0026]
t1，第一个时间步长的单位时间步长，单位s；
[0027]
t2，第二个时间步长的单位时间步长，单位s；
[0028]
ti，第i个时间步长的单位时间步长，单位s；
[0029]
m，整车重量，单位kg
[0030]
s，传动速比；
[0031]
r，轮胎半径，单位m
[0032]
根据下式得到所述工况的加速时间t
v0～vi
，即该工况下该组对应关系中对应的整车动力性能；
[0033]
t
v0～vi
＝t1+t2+
……
+ti[0034]
式中:t
v0～vi
为车辆从初始速度v0加速到vi的加速时间，单位s；如 0～100km/h道理试验项目下，vi等于100km/h；
[0035]
在仿真计算每组对应关系对应的整车动力性能时，每个时间步长所对应的每个发动机动力性能影响因素的值不变；每个设定工况下每个时间步长所对应的发动机转速会发生变化；
[0036]
s3、选取一个修正因子，根据选取的修正因子将上述高温仿真环境下的每组对应关系中的整车动力性能的值修正为整车动力性能修正系数，所述整车动力性能修正系数用于对乘用车高温动力性能进行修正，如下表3所示；
[0037]
[0038][0039]
表3发动机动力性能影响因素与整车动力性能修正系数的关系表
[0040]
其中，a
x
表示修正因子，所述修正因子的选取以该设定工况下发动机常温条件下的整车动力性能作为修正因子；所述常温条件根据当地气候自定义，在南方一般取23℃为常温，但不限于此值，可根据实际情况选择。
[0041]
s4、在整车试验环境下进行高温环境下的设定工况下的整车极限动力性能测试，得到所述高温环境下的设定工况下的每个发动机动力性能影响因素的值以及整车动力性能的值；
[0042]
s5、根据上述每个发动机动力性能影响因素的值从步骤s3中找到对应的整车动力性能修正系数，根据整车动力性能修正系数对上述整车动力性能的值进行修正得到修正后的高温环境下、该设定工况下的整车动力性能。
[0043]
当根据上述每个发动机动力性能影响因素的值从步骤s3中找不到对应的整车动力性能修正系数时，可通过插值查找方法去获得对应的整车动力性能修正系数，但不限于此方法。
[0044]
实现本发明目的之二的一种虚拟和实物相结合的乘用车高温动力性能修正系统，包括拟合计算模块、仿真计算模块、整车动力性能修正系数计算模块；
[0045]
所述拟合计算模块用于根据台架试验得到的n个发动机转速下的多个发动机动力性能影响因素的值以及对应的发动机扭矩的值，通过拟合计算得到n个发动机转速下的每个发动机动力性能影响因素与发动机扭矩的函数关系式共n*k个；
[0046]
所述仿真计算模块用于根据拟合计算模块得到的n个发动机转速下的每个发动机动力性能影响因素与发动机扭矩的函数关系式，通过仿真得到多个高温环境下的设定工况下的多组对应关系，每组对应关系包括一组发动机动力性能影响因素的值以及对应工况下的整车动力性能的值；
[0047]
所述整车动力性能修正系数计算模块用于根据选取的修正因子，将仿真计算模块得到的高温仿真环境下的每组对应关系中的整车动力性能的值修正为整车动力性能修正系数，所述整车动力性能修正系数用于对乘用车高温动力性能进行修正。
[0048]
有益效果：
[0049]
本发明适用于搭载涡轮增压发动机的乘用车动力性能开发工作，该方法在车型项目开发中的性能评价可行性、工作周期、技术成本等方面均具有较大优势，具体说明如下。
[0050]
(1)工作灵活：运用该方法后，整车动力性能道路试验不受高温环境的影响，可以满足任何车型项目性能开发需求，在高温环境下随时开展整车动力性能评价工作；
[0051]
(2)结果科学：运用该方法后，可以将高温环境整车动力性能修正至常温下的标态
环境下，增加其结果的科学性，并且该方法具有一定的虚拟仿真理论基础，一定程度降低了道路试验结果的不确定性，使得车型项目的整车动力性能验收等相关工作更加合理；
[0052]
(3)工作周期可控：仅在传统实车道路评价工作的基础上增加了发动机台架试验、整车动力性能虚拟仿真、标准环境修正map生成等相关工作，无需等待合适的气温再进行整车动力性能道路测试等相关工作，工作周期得到有效控制；
[0053]
(4)降低技术成本：该方法的技术原理简单，技术成本较低，同时可以减少部分道路试验工作，有效降低开发成本。
附图说明
[0054]
图1是本发明所述系统的示意图；
[0055]
图2是本发明所述方法的流程图；
[0056]
图3是发动机扭矩随进气歧管温度变化示意图；
[0057]
图4是发动机扭矩随水温变化示意图。
具体实施方式
[0058]
下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
[0059]
如图2所示为本发明所述方法的一个实施例，具体如下：
[0060]
步骤1、高温环境：发动机动力性能台架试验
[0061]
按照国标要求，发动机台架试验在标准环境下进行，企业通常不会在发动机开发过程中强制执行高温环境下的动力性能台架试验，但是针对涡轮增压发动机，在高温环境下动力性能衰减较为明显，因此有必要通过台架试验定量分析高温环境下的发动机动力性能衰减情况，为后续仿真分析、性能验收等相关工作开展奠定基础。
[0062]
发动机动力性能由ecu软件主动控制，涡轮增压发动机在高温环境下动力性能衰减主要是因为控制软件中的主要动力性能影响因素发生了较大变化导致，因此主要影响因素梳理工作至关重要，根据研究和项目积累表明，高温环境下影响涡轮增压发动机动力性能输出的因素包括发动机进气歧管温度、发动机水温、发动机压气机入口温度、发动机进气湿度。
[0063]
因此对涡轮增压发动机的进气歧管温度、水温、压气机入口温度、进气湿度分别进行台架试验，在其他影响因素不变的情况下逐一遍历单个影响因素的敏感性台架试验，进气歧管温度、水温、压气机入口温度、进气湿度的敏感性台架试验的参数控制范围如表4所示，即所述乘用车高温环境下，发动机动力性能影响因素的变化范围如下：进气歧管温度的高温范围为[30℃,60℃]、发动机水温的的高温范围为 [85℃,115℃]、压气机入口温度的高温范围为[15℃,45℃]、发动机进气湿度的高温环境下的取值范围为[50％,70％]；
[0064]
[0065][0066]
表4高温环境发动机动力性能台架试验关键参数控制范围汇总表
[0067]
基于以上试验数据形成发动机转速、发动机扭矩、进气歧管温度、水温、压气机入口温度、进气湿度的多维数据表，其中进气歧管温度、水温影响对发动机动力性能影响最大，以发动机外特性为例，其扭矩随进气歧管温度、水温变化示意图如图3、图4所示，基于以上获取的多维数据表，可以绘制直观的发动机扭矩变化曲线。
[0068]
同时通过拟合计算得到n个发动机转速下，发动机扭矩、进气歧管温度、水温、压气机入口温度、进气湿度和发动机扭矩的函数关系式共n*k个，每个函数关系式如公式1所示：
[0069]
y＝ax3+bx2+cx+d
ꢀꢀꢀ
公式1
[0070]
式中：
[0071]
y：发动机扭矩
[0072]
x：主要影响因素，包括进气歧管温度、水温、压气机入口温度、进气湿度
[0073]
a、b、c、d：线性计算公式拟合系数
[0074]
通过多次试验，可以得到不同转速下上述主要影响因素x与发动机扭矩y的关系式。
[0075]
步骤2、常温和高温环境：整车动力性能仿真分析
[0076]
完成高温环境的发动机动力性能台架试验之后，需要将其转换成为0-100km/h等相关的整车动力性能指标，转换手段主要依靠虚拟仿真分析，转换过程主要包括模型建立、仿真计算两部分工作。
[0077]
2.1模型建立
[0078]
基于仿真分析软件，通过整车建模技术，分别建立单一车型的整车动力性能仿真模型。所述整车动力性能仿真模型包含整车模块、发动机模块、发电机模块、车载电器负载模块、离合器模块、变速器模块、差速器模块、传动轴模块、车轮模块、驾驶员模块、ecu电控模块以及车载信息显示模块。然后，将各个模块按照能量传递顺序进行机械连接，依次为发动机模块、离合器模块、变速器模块、差速器模块、传动轴模块、车轮模块，最后进行各个模块之间的电子信号连接，使得ecu电控模块及车载信息显示模块与其他机械模块的交互通过电子信号进行传输。该整车动力性能仿真分析模型的建立可以基于任何一款商业或自研软件。
[0079]
2.2仿真计算
[0080]
高温环境的整车动力性计算和常温环境的整车动力性计算差异较大，难点在于如何准确计算出高温环境下每一个采样步长下的发动机可用动力特性。有别于常温动力性能计算时直接引用发动机外特性或部分负荷特性进行特定转速下的可用动力特性插值计算。
[0081]
高温环境下的整车动力性能计算如下：
[0082]
首先根据动力系统参数确定该采样时间步长下的发动机转速；
[0083]
然后根据当前发动机转速下的发动机扭矩、进气歧管温度、水温、压气机入口温度、进气湿度，调用该发动机转速下的步骤1所述的公式1拟合计算出对应的发动机扭矩；每
个采样时间步长下的进气歧管温度、水温、压气机入口温度、进气湿度保持不变；
[0084]
结合动力系统参数进行动力传递计算，根据可用发动机扭矩得到轮边加速度，进而得到该步长下的整车动力性能，所述整车动力性能包括设定工况下的加速时间或者响应特性；本实施例中的整车动力性能采用加速时间。
[0085]
最后对每个采样步长的整车动力性能计算结果进行累加得到该工况下的高温环境下的整车动力性能仿真分析结果。
[0086]
本实施例以极限动力性评价项目中关注度最高的0-100km/h道路试验项目为设定工况，以0-100km/h加速时间为整车动力性能，根据上述高温环境下的整车动力性能的计算原理，利用公式(1)所述的发动机动力性能影响因素与发动机扭矩的函数关系式，通过上述仿真计算得到表4所示高温环境下的进气歧管温度、水温、压气机入口温度、进气湿度与0-100km/h加速时间的多组对应关系，仿真分析结果整合如表5所示，每一行代表一组对应关系，每组对应关系包括4个发动机动力性能影响因素的值以及0-100km/h加速时间的值；
[0087][0088][0089]
表5高温环境0-100km/h加速时间仿真分析结果汇总表
[0090]
上述表5的数据中每个发动机动力性能影响因素的步长可自定义；本实施例中所示温度的步长设为1℃，所示湿度的步长设为1％，那么上述表中的n＝31*31*31*21即对每个发动机动力性能影响因素的可选范围内的值进行全组合得到n组对应关系；但不限于此步长的划分方法，步长越小则精度越准确；
[0091]
本实施例以发动机常温条件下的0-100km/h加速时间为修正因子，将高温环境下的0-100km/h加速时间修正为整车动力性能修正系数，进而形成高温环境0-100km/h加速时间修正map，如表6所示。所述常温可以为23℃，但不限于此值，可以根据实际情况进行调整，比如考虑南北方气温的差异，常温的取值可以有所不同。
[0092][0093][0094]
表6高温环境0-100km/h加速时间修正map
[0095]
表5和表6中的整车动力性能关键结果参数为高温环境0-100km/h 加速时间和其较常温环境修正系数，两者之间的关系如公式2所示。
[0096]
xn＝t
0-100,高温仿真，n
÷
t
0-100,常温仿真
ꢀꢀ
公式2
[0097]
式中：
[0098]
t
0-100,高温仿真，n
：高温环境(t
进气歧管温度,n
、t
水温,n
、t
压气机入口温度,n
、 h
进气湿度,n
)的0-100km/h加速时间仿真结果；
[0099]
t
0-100,常温仿真
：常温环境的0-100km/h加速时间仿真结果；
[0100]
xn：高温环境(t
进气歧管温度,n
、t
水温,n
、t
压气机入口温度,n
、h
进气湿度,n
) 较常温环境的0-100km/h加速时间修正系数；
[0101]
n，试验序号，n≥1；
[0102]
完成表5和表6的工作后，乘用车高温动力性能评价工作中虚拟阶段的整车动力性能仿真分析工作已经完成，为后续整车动力性能道路试验的基准环境修正提供了修正数值依据。
[0103]
步骤4.高温环境：整车动力性能道路试验
[0104]
4.1整车动力性能测试
[0105]
基于步骤1～步骤3的工作内容，虚拟阶段的工作已经完成，即已经完成了各种环境条件下的整车动力性能修正系数的计算和整合工作，接下来需要完成高温环境的整车动力性能道路试验项目测试，建议的整车动力性能道路试验项目共计16项目，具体如表7所示，其中不同车型根据其定位，同时结合不同销售地区特点选择部分试验项目进行测试和开发。
[0106][0107]
表7整车动力性能道路试验项目测试表
[0108]
参考整车动力性能的相关国标和企标试验方法，按照整车动力性能道路试验项目得到相应的加速时间t
高温实验,m
，其中m为工况序号，范围1～16；
[0109]
4.2整车高温数据采集
[0110]
根据步骤1～步骤3中高温环境的整车动力性能评价结果修正至基准(常温)环境的理论修正系数插值计算参数需求，需要在测试表7 中16种整车动力性能道路试验项目的同时，对高温环境发动机动力性能影响因素进行相应采集得到整车动力性能和t
进气歧管温度
、t
水温
、 t
压气机入口温度
、h
进气湿度
；所述高温环境发动机动力性能影响因素的值可以基于整个工况下采集的每个发动机动力性能影响因素的平均值作为该高温环境的发动机动力性能影响因素。如0～100km/h的道路试验项目下，进气歧管温度、水温、压气机入口温度和进气湿度分
别取整个加速过程中的平均值作为该次道路试验的平均值。
[0111]
至此，乘用车高温动力性能评价工作中实物阶段的整车动力性能试验工作已经完成，为后续整车动力性能道路试验的基准环境修正奠定了加速时间数值基础。
[0112]
步骤5.基准环境：整车动力性能修正结果
[0113]
完成乘用车高温动力性能评价工作中虚拟阶段和实物阶段的相关工作后，接下来可以进行基准环境的整车动力性能修正结果计算，主要分为修正系数插值和整车动力性能修正两个部分。
[0114]
5.1修正系数插值
[0115]
基于步骤4工况序号m的第n次试验中所采集的发动机动力性能影响因素t
进气歧管温度,m,n
、t
水温,m,n
、t
压气机入口温度,m,n
、h
进气湿度,m,n
；结合表6高温环境0-100km/h加速时间修正map，利用数学插值函数，得到该高温环境下的整车动力性能修正系数，以0-100km/h加速时间为例，x
0-100,m,n
＝插值函数(t
进气歧管温度,m,n
、t
水温,m,n
、t
压气机入口温度,m,n
、 h
进气湿度,m,n
)，插值函数返回对应高温环境下的0-100km/h加速时间修正系数。
[0116]
5.2动力性能修正
[0117]
结合表7中实物阶段各种工况下的整车动力性能道路试验结果，将高温环境下的整车动力性能道路试验结果修正至基准环境，以 0-100km/h加速时间为例，理论修正系数、高温环境0-100km/h加速时间、基准(常温)环境0-100km/h加速时间，三者之间的关系如公式3 所示。
[0118]
t
常温试验修正,m,n
＝t
高温试验,m,n
÷
x
0-100,m,n
ꢀꢀꢀꢀ
公式(3)
[0119]
式中:
[0120]
t
常温试验修正,m,n
:工况序号m的第n次试验的基准(常温)环境 0-100km/h加速时间修正结果
[0121]
t
高温试验,m,n
：工况序号m的第n次试验的高温环境0-100km/h加速时间试验结果
[0122]
x
0-100,m,n
：工况序号m的第n次试验的高温环境0-100km/h加速时间理论修正系数
[0123]
m，工况序号，取值范围：1～16
[0124]
n，试验序号，n≥1；
[0125]
所述t
常温试验修正,m,n
即为修正后的0-100km/h道路试验项目的加速时间，其可用于对乘用车高温动力性能进行评价。
[0126]
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
[0127]
下面结合图1讲述本发明所述系统的一个实施例。
[0128]
所述系统包括拟合计算模块、仿真计算模块、整车动力性能修正系数计算模块；
[0129]
所述拟合计算模块用于根据台架试验得到的n个发动机转速下的多个发动机动力性能影响因素的值以及对应的发动机扭矩的值，通过拟合计算得到n个发动机转速下的每个发动机动力性能影响因素与发动机扭矩的函数关系式共n*k个；
[0130]
所述仿真计算模块用于根据拟合计算模块得到的n*k个发动机动力性能影响因素与发动机扭矩的函数关系式，通过仿真得到多个高温环境下的设定工况下的n个发动机转速下的多组对应关系，每组对应关系包括一组发动机动力性能影响因素的值以及对应工况
下的整车动力性能的值；
[0131]
所述仿真计算模块还包括整车动力性能仿真模型的建立，所述车动力性能仿真模型包括整车模块、发动机模块、发电机模块、车载电器负载模块、离合器模块、变速器模块、差速器模块、传动轴模块、车轮模块、驾驶员模块、ecu电控模块以及车载信息显示模块；将各个模块按照能量传递顺序进行机械连接，依次为发动机模块、离合器模块、变速器模块、差速器模块、传动轴模块、车轮模块；最后进行各模块之间的电子信号连接。
[0132]
所述整车动力性能修正系数计算模块用于根据选取的修正因子，将仿真计算模块得到的高温仿真环境下的每组对应关系中的整车动力性能的值修正为整车动力性能修正系数，所述整车动力性能修正系数用于对乘用车高温动力性能进行修正。
[0133]
将仿真计算模块得到的高温仿真环境下的每组对应关系中的整车动力性能的值修正为整车动力性能修正系数的方法包括：
[0134]
选取发动机常温下的整车动力性能的值t；
[0135]
将每组对应关系中的整车动力性能的值与所述发动机常温下的整车动力性能的值t的比值作为整车动力性能修正系数。
[0136]
在另一个实施例中，还包括整车试验环境数据获取模块，用于在整车试验环境下进行高温环境下的设定工况下的整车极限动力性能测试，得到所述高温环境下的设定工况下的、所述设定工况下的每个发动机动力性能影响因素的值以及整车动力性能的值。
[0137]
在另一个实施例中，还包括整车动力性能计算模块，用于根据整车试验环境数据获取模块得到的每个发动机动力性能影响因素的值，利用插值查找法从整车动力性能修正系数计算模块中得到整车动力性能修正系数，根据整车动力性能修正系数对上述整车动力性能的值进行修正得到修正后的高温环境下、该设定工况下的整车动力性能整车动力性能。
[0138]
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。