CN101706366A - 一种发动机万有特性曲线绘制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机万有特性曲线绘制方法，本方法利用计算机使用MATLAB软件，对经过试验获得的发动机特性参数进行数据处理，从而绘制发动机特性曲线，这些发动机特性参数包括转速、油门开度量、转矩和燃油消耗量。本发明的技术方案中，利用计算机对发动机台架试验获得的数据绘制成发动机万有特性曲线图，克服了用传统的作图法来绘制发动机万有特性图工作量大，并且由于人为因素，精度较低的缺陷。

Description

一种发动机万有特性曲线绘制方法

技术领域

本发明涉及对汽车发动机进行试验的数据进行数据处理领域，特别涉及一种利用计算机对汽车发动机通过台架试验或者其它试验而获得的发动机特性参数如转速、油门开度量、转矩和燃油消耗量等进行数据处理，最后得出能直观反映出汽车发动机特性的扭矩特性图、燃油特性图、万有特性图、负荷特性图和MAP图等汽车发动机的万有特性曲线。

背景技术

发动机的万有特性曲线就是在一张图上用多参数的特性曲线较全面的表示发动机的性能。通常是以转速n为横坐标，以转矩T或平均有效压力为纵坐标，在图上画出许多等油耗率ge曲线和等功率曲线。这些曲线图主要有：扭矩特性图、燃油特性图、万有特性图、负荷特性图和MAP图。通过万有特性可以方便的查出发动机各种工况下的性能。

在汽车设计与开发工作中，常需要根据发动机台架试验得到的发动机万有特性图与汽车功率平衡图，对汽车燃油经济性进行估算。传统的发动机万有特性图绘制方法主要是将各负荷特性曲线都绘制在同一张纸上，形成曲线簇，然后从曲线簇上把等油耗点逐一投影到万有特性图上，并圆滑地连接成等油耗线。用传统的作图法来绘制发动机万有特性图工作量大，并且由于人为因素，精度较低；随着科学技术的发展，越来越多的人采用MATLAB处理发动机万有特性试验数据，主要采用两种方法实行曲线拟合：一种采用直接曲面拟合法，一种是多项式与插值法相结合的数据拟合法；这两种方法对试验数据的形式要求较高，而且拟合回归方程公式复杂，容易出现图像失真的情况。

发明内容

本发明利用计算机使用MATLAB软件，编写M文件，对发动机试验数据进行大量的矩阵运算和一维插值，方便快捷的绘制发动机万有特性图，使绘制过程流程化，易于操作，并且提高了绘图的精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种发动机万有特性曲线绘制方法，本方法利用计算机使用MATLAB软件，对经过试验获得的发动机特性参数进行数据处理，从而绘制发动机特性曲线，所述的发动机特性参数包括转速、油门开度量、转矩和燃油消耗量；包括以下步骤：

A、建立转速的列向量，同一转速下的油门开度量、转矩和燃油消耗量建立行向量；

B、以油门开度量为插值向量，对转矩和燃油消耗量进行插值，得到插值后的转矩矩阵和插值后的燃油消耗量矩阵，然后将转速列向量和油门开度量扩展成扩展的转速矩阵和扩展的油门开度量矩阵；计算机利用扩展的转速矩阵、扩展的油门开度量矩阵、插值后的转矩矩阵和插值后的燃油消耗量矩阵绘制扭矩特性图、燃油特性图和万有特性图；

C、将插值后的燃油消耗量矩阵换算为相应的燃油消耗率矩阵；

D、求出插值后的转矩矩阵的最大值，在所述的最大值范围内，建立插值向量，对同一转速下的燃油消耗率矩阵进行插值，获得第一次燃油消耗率插值矩阵；

E、对所述的转速列向量进行扩充形成扩充的转速向量，以扩充后的转速列向量为插值向量，对第一次燃油消耗率插值矩阵进行插值获得第二次燃油消耗率插值矩阵，并将第二次燃油消耗率插值矩阵换算成燃油消耗量；

F、将所述的插值向量和扩充后的转速列向量扩展成与燃油消耗量和第二次燃油消耗率插值矩阵相同大小的转矩矩阵和转速矩阵，计算机利用转速矩阵、转矩矩阵、燃油消耗量和第二次燃油消耗率插值矩阵绘制负荷特性图和MAP图。

进一步的，上述的一种发动机万有特性曲线绘制方法中：所述的步骤B中的插值过程如下：

将油门开度的最大值和最小值之间设置增量值，油门开度的最大值和最小值之间形成插值向量，以同一转速下的油门开度量作为自变量，转矩和燃油消耗量分别作为因变量，采用分段三次多项式法进行插值，插值结果为插值转矩和插值燃油消耗量。

更进一步的，上述的一种发动机万有特性曲线绘制方法中：所述的油门开度的最大值、最小值和增量值分别为100、0、10。

本发明的技术方案中，利用计算机对发动机台架试验获得的数据进行数据处理，进而绘制成发动机万有特性曲线图，克服了用传统的作图法来绘制发动机万有特性图工作量大，并且由于人为因素，精度较低的缺陷。

以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

附图说明

图1为实施例1绘制发动机万有特性曲线图流程图。

具体实施方式

如图1所示：一种发动机万有特性曲线绘制方法，本方法利用计算机使用MATLAB软件，其中，MATLAB是Mathwork公司于1984年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，可方便地应用于数学计算、数据分析和可视化、科学和工程绘图等方面。本发明运用MATLAB强大的数值处理和绘图功能，提出了一种新的绘制发动机万有特性图的方法。

本方法利用计算机使用MATLAB软件对经过试验获得的发动机特性参数进行运算，从而绘制发动机特性曲线，所述的发动机特性参数包括转速n0、油门开度量k0、转矩T0和燃油消耗量Q0。包括以下步骤：

A、建立转速的列向量n0，同一转速下的油门开度量k0、转矩T0和燃油消耗量Q0建立行向量。本实施例中，将转速列向量n0接升序排列。

B、以油门开度量k0为插值向量，对转矩T0和燃油消耗量Q0进行插值，得到插值后的转矩矩阵T1和插值后的燃油消耗量矩阵Q1，然后将转速列向量n0和油门开度量k0扩展成扩展的转速矩阵n1和扩展的油门开度量矩阵k1；计算机利用扩展的转速矩阵n1、扩展的油门开度量矩阵k1、插值后的转矩矩阵T1和插值后的燃油消耗量矩阵Q1绘制扭矩特性图、燃油特性图和万有特性图.本实施例中，将油门开度的最大值k_max比如10和最小值k_min比如0之间设置增量值dk为1，油门开度的最大值k_max和最小值k_min之间形成插值向量中k＝(0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100)，当然，为了提高数据处理精度这里k可以有更多阶，比如k可以有100以内的数据，当然为了计算方便可以是其它值只要k_max与k_min之间.以同一转速下的油门开度量作为自变量，转矩T0和燃油消耗量Q0分别作为因变量，采用分段三次多项式法进行插值，插值结果为插值转矩T1和插值燃油消耗量Q1.

C、将插值后的燃油消耗量矩阵Q1换算为相应的燃油消耗率矩阵ge。

D、求出插值后的转矩矩阵T1的最大值T_max，在所述的最大值T_max范围内，建立插值向量Ti，对同一转速下的燃油消耗率矩阵ge进行插值，获得第一次燃油消耗率插值矩阵z。

E、对所述的转速列向量进行扩充形成扩充的转速向量ni，以扩充后的转速列向量ni为插值向量，对第一次燃油消耗率插值矩阵z进行插值获得第二次燃油消耗率插值矩阵Z，并将第二次燃油消耗率插值矩阵Z换算成燃油消耗量Q。

F、将所述的插值向量Ti和扩充后的转速列向量ni扩展成与燃油消耗量Q和第二次燃油消耗率插值矩阵Z相同大小的转矩矩阵Y和转速矩阵X，计算机利用转速矩阵X、转矩矩阵Y、燃油消耗量Q和第二次燃油消耗率插值矩阵Z绘制负荷特性图和MAP图。

下面以某发动机为例，该发动机台架试验的原始数据如表1所示，进行数据处理。

(1)输入发动机的试验数据，并将燃油消耗率换算成燃油消耗量，处理后得到的数据原表如表1所示；建立列向量n，向量的值为[n₁；n₂；n₃；…n_i]；将k0、T0、Q0转换成行向量，其对应形式如表2所示。

(2)建立插值点向量k，向量的值为[k₁，k₂，k₃，…k_j]，对同一转速下的T0和Q0分别进行插值，得到矩阵T1和Q1，其形式如表3所示。

(3)将n和k扩展成大小为i×j的矩阵n1和k1，其对应形式如表4所示；对进行绘图，得到发动机扭矩特性曲线图、发动机油耗特性曲线图、发动机万有特性曲面图。

(4)将Q1换算成燃油消耗率ge，求出矩阵T1的最大转矩T_max，并且选择合适的增量值ΔT，建立插值点向量Ti，向量的值为[t₁，t₂，t₃，…t_s]，对同一转速下的ge进行插值，得到矩阵z，其形式如表5中z所示。

(5)选择合适的增量值Δn，建立向量ni，其值为[N₁；N₂；N₃；…N_r]。

(6)将发动机外特性数据n和T1_max，用ni插值，得到插值结果Ti_max。

(7)依次取z中的每一列，用ni插值，并将超出Ti_max的Ti的元素对应的结果设为NaN，得到矩阵Z，其形式如表5中Z所示。

(8)换算出燃油消耗量Q，并将ni和Ti扩展成大小为r×s的矩阵X、Y，矩阵X、Y、Z、Q的对应形式如表6所示。

(9)对矩阵绘图得到发动机负荷特性图和发动机等油耗线图。

表1：数据源表：

表2：数据向量表

表3：矩阵T1和Q1

表4：矩阵n1和k1

表5：矩阵z和Z

表6：矩阵X、Y、Q

Claims (4)

1.一种发动机万有特性曲线绘制方法，本方法利用计算机使用MATLAB软件，对经过试验获得的发动机特性参数进行数据处理，从而绘制发动机特性曲线，所述的发动机特性参数包括转速(n0)、油门开度量(k0)、转矩(T0)和燃油消耗量(Q0)；其特征在于：包括以下步骤：

A、建立转速的列向量(n0)，同一转速下的油门开度量(k0)、转矩(T0)和燃油消耗量(Q0)建立行向量；

B、以油门开度量(k0)为插值向量，对转矩(T0)和燃油消耗量(Q0)进行插值，得到插值后的转矩矩阵(T1)和插值后的燃油消耗量矩阵(Q1)，然后将转速列向量(n0)和油门开度量(k0)扩展成扩展的转速矩阵(n1)和扩展的油门开度量矩阵(k1)；计算机利用扩展的转速矩阵(n1)、扩展的油门开度量矩阵(k1)、插值后的转矩矩阵(T1)和插值后的燃油消耗量矩阵(Q1)绘制扭矩特性图、燃油特性图和万有特性图；

C、将插值后的燃油消耗量矩阵(Q1)换算为相应的燃油消耗率矩阵(ge)；

D、求出插值后的转矩矩阵(T1)的最大值(T_max)，在所述的最大值(T_max)范围内，建立插值向量(Ti)，对同一转速下的燃油消耗率矩阵(ge)进行插值，获得第一次燃油消耗率插值矩阵(z)；

E、对所述的转速列向量进行扩充形成扩充的转速向量(ni)，以扩充后的转速列向量(ni)为插值向量，对第一次燃油消耗率插值矩阵(z)进行插值获得第二次燃油消耗率插值矩阵(Z)，并将第二次燃油消耗率插值矩阵(Z)换算成燃油消耗量(Q)；

F、将所述的插值向量(Ti)和扩充后的转速列向量(ni)扩展成与燃油消耗量(Q)和第二次燃油消耗率插值矩阵(Z)相同大小的转矩矩阵(Y)和转速矩阵(X)，计算机利用转速矩阵(X)、转矩矩阵(Y)、燃油消耗量(Q)和第二次燃油消耗率插值矩阵(Z)绘制负荷特性图和MAP图。

2.根据权利要求1所述的一种发动机万有特性曲线绘制方法，其特征在于：所述的步骤A中，转速列向量(n0)是按升序排列的。

3.根据权利要求1所述的一种发动机万有特性曲线绘制方法，其特征在于：所述的步骤B中的插值过程如下：

将油门开度的最大值(k_max)和最小值(k_min)之间设置增量值(dk)，油门开度的最大值(k_max)和最小值(k_min)之间形成插值向量(k)，以同一转速下的油门开度量作为自变量，转矩(T0)和燃油消耗量(Q0)分别作为因变量，采用分段三次多项式法进行插值，插值结果为插值转矩(T1)和插值燃油消耗量(Q1)。

4.根据权利要求3所述的一种发动机万有特性曲线绘制方法，其特征在于：所述的油门开度的最大值(k_max)、最小值(k_min)和增量值(dk)分别为100、0、10。

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