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[摘 要]社会经济的快速发展，对非道路用柴油机的应用带来了新的机遇与挑战，有必要对其瞬态行为分析和试验循环开发展开深入研究与探讨，并采取最优化的实施措施，达到事半功倍的应用效果。本文概述了相关内容，分析了柴油机活动行为分析及数据处理，并研究了载荷数据总体的瞬态特征。望该课题的研究，对后续相关工作的实践能够起到借鉴与参考作用。
[关键词]非道路用柴油机；瞬态行为；试验循环；开发
中图分类号：TK427 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）41-0323-01
1前言
在非道路用柴油机的应用工作中，其瞬态行为分析和试验循环开发是一项综合性较强的系统性工作，如何取得最为理想的效果，保证顺利进行，备受业内人士关注。本文从实际出发，结合相关先进理念，对该课题进行了深入研究，阐述了个人的几点认识。
2概述
柴油机装车实际使用过程中动态工况占50%～90%，而工程应用研究中更多的是针对稳态工况，动态特性与稳态特性存在较大的差别，瞬态性能研究缺失会导致更多偶然性事件在柴油机使用过程中发生。将柴油机瞬态过程分为以下几种：恒转速载荷增加、齿条变化或踏板阶跃导致的转速变化、冷/热启动、模拟的转速和载荷变化、车或船的推进程序、瞬态试验循环，对柴油机的瞬态过程只作了定性分类，不便于工程应用。目前，發动机瞬态性能研究更多使用的是用于排放检测的瞬态试验循环，如《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》中的ETC试验循环，规定城市、乡间、高速的道路工况，在车用动力排放性能分析方面得到了广泛应用。某些标准也加入了瞬态过程，但仍是以稳态为主，与实际使用过程仍有一定的差距。对于非道路用柴油机，急需对其道路使用过程中的瞬态行为进行分析，构建一套瞬态试验循环用于研究其瞬态切换过程中系统结构可靠性、控制单元工作稳态性、经济性、排放性等。
对于柴油机瞬态循环的制订，遵循的原则是台架加载试验循环能够最大程度上表征柴油机装车使用过程中运行工况特征。目前，常采用的方法是在完整试验任务剖面内采集柴油机运行特征参数的时间历程，再通过各种方法转化为台架可执行转速、扭矩一一对应的工况点。对于道路载荷数据的转化，在用的方法有雨流计数法、疲劳寿命法、相似性分析、数学统计方法等，前3种方法由于应用针对性或技术实现上的难度，无法用于瞬态试验循环的制订，最后一种有很大的随意性，有待进一步具体化。
本研究中以6缸和4缸系列柴油机装车在完整任务剖面采集的道路载荷数据为研究对象，构建整体道路载荷时间历程的瞬态特征，通过卡方校验、工程调整创建对应不同路面形式的微历程，综合形成符合该类柴油机道路瞬态行为特征的试验循环。
3柴油机活动行为分析及数据处理
3.1柴油机总体运行循征
将两种柴油机装不同的车，由不同驾驶员在不同区域水泥路、石块路、起伏土路、沼泽路驾驶车辆连续行驶3次任务路程，行驶中实时采集数据，采集得到的数据特征。相比较而言，起伏土路的转速、载荷变化最频繁，石块路次之，再次为沼泽路面，最后为水泥路面。石块路面的转速变化幅度较小，起伏土路的转速变化幅度较大，而二者的载荷变化幅度基本相当，以齿杆衡量的载荷变化幅度约达10mm。沼泽路面运行基本维持在中低转速，转速的变化幅度也较小，相比其他3种路面，该路面的载荷变化幅度也不是很大。相对来说，水泥路面的柴油机运行最平稳，存在一些恒速运行工况点，持续运行时间也相对较长，以齿杆位移衡量的载荷变化与沼泽路面相当，但变化幅度更大一些。
进一步地分析，水泥路面几个转速升降区间的宽度基本相当，认为其瞬态行为主要是驾驶员行为作用的结果；其他3种路面转速和载荷升降虽各不相同，但变化频度基本相似，认为其瞬态行为主要是路面形式变化作用的结果。尽管4种路面形式的柴油机瞬态行为各有各的特征，以定性的方式也能指出一些不同，但很难通过图形的方式认定其特有的瞬态特征。为此，需对数据进行处理，并设计表征柴油机瞬态特征的参数。
3.2载荷数据处理
载荷数据是以齿杆位移形式呈现的，不同转速对应的最大齿杆位移差不多，但对应的最大扭矩值却相差很大，不能直接表征发动机的动力特性。因此，需将采集的齿杆位移转化为当量的扭矩值。本研究中，将不同柴油机的齿杆位移与台架万有特性试验记录的齿杆位移、扭矩数据对标，中间缺失点采用线性插值方法插补，最终转化成转速和扭矩形式的载荷数据。
4载荷数据总体的瞬态特征分析
4.1瞬态特征参数
为了表征柴油机在不同路面的瞬态行为，设计特征参数，包括4个单独的参数和3个组合的参数。为了说明这些特征在整个载荷时间历程内的分布情况，需引入相对发生率的参数（RFO），即划分区间内特征的发生频率数除以用于分析的总载荷数目。对于每个特征，所有区间的相对发生率的总和为1。
4.2载荷数据总体的瞬态特征
以柴油机在水泥路面活动行为形成的道路载荷说明7个参数表达的瞬态特征。水泥路面7个参数分析的瞬态特征结果。标准化转速和扭矩的组合参数表征了柴油机瞬态动作结果在自身整个工作区域内的分布情况，即水泥路面柴油机瞬态行为导致其工况点在其工作区域内呈现的分布。柴油机在水泥路面主要运行在低速低负荷和中速中高负荷点，即0～20%转速的0～20%扭矩点和60%～80%转速的40%～80%扭矩点。标准化功率是转速和扭矩的组合，是忽略运行工况点进行的单纯功率分布表达，是柴油机瞬态运行过程中承载情况的说明，水泥路面低负荷的运行占绝大多数。转速变化率、扭矩变化率和功率变化率是柴油机瞬态过程中各自变化幅度（瞬态冲击强度）的表达，3个参数基本统一地集中在中间区域，即接近0的区域，说明柴油机水泥路面运行过程中瞬态冲击强度较小的行为占多数。扭矩和转速变化率的组合参数以及转速和扭矩变化率的组合参数分别表征了近恒扭矩下柴油机转速瞬态变化的行为和近恒转速下柴油机扭矩瞬态变化行为。两种参数分布都是集中在中间区域，即接近0变化的区域。对于近恒扭矩转速变化的情况，无论低负荷还是高负荷都存在有大量恒转速运行行为；对于近恒转速的扭矩变化情况，恒扭矩运行多集中在低转速区间。另外，7种特征小发生率区间的分析也是载荷数据总体瞬态特征描述的一部分，限定了柴油机瞬态行为发生的区间，对微历程也提出了高的要求。
对另外3种路面进行以上7个参数的分析，可确定柴油机在不同路面运行时的瞬态特征分布情况，进而划定了不同特征不同区间的发生频率。
对车辆在水泥路、石块路、起伏路、沼泽路行驶产生的柴油机道路载荷数据，采用转速变化率、扭矩变化率、功率、功率变化率、转速和扭矩、转速和扭矩变化率、转速和扭矩变化率7种参数表达了原始载荷数据总体的瞬态特征。针对每一路面载荷数据，进行了7种特征的x2校验，从原始数据中选择确定微历程，经进一步地工程经验分析和调整微历程部分数据段，确定了与原始瞬态特征最相近的微历程，各路面微历程组合形成了适合柴油机的瞬态加载试验循环。
5结束语
总之，在当前各种条件下，非道路用柴油机瞬态行为分析和试验循环开发工作的实践中依旧存在着多方面的问题，我们应该从这些问题的实际情况出发，深刻分析其产生的多方面原因，统筹并进，多措并举，克服该项工作中的诸多难点问题，进而获得最为优化可行的实施策略与效果。
参考文献：
[1]刘巽俊.内燃机的排放与控制[M].北京：机械工业出版社.2016（21）：88-89.
[关键词]非道路用柴油机；瞬态行为；试验循环；开发
中图分类号：TK427 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）41-0323-01
1前言
在非道路用柴油机的应用工作中，其瞬态行为分析和试验循环开发是一项综合性较强的系统性工作，如何取得最为理想的效果，保证顺利进行，备受业内人士关注。本文从实际出发，结合相关先进理念，对该课题进行了深入研究，阐述了个人的几点认识。
2概述
柴油机装车实际使用过程中动态工况占50%～90%，而工程应用研究中更多的是针对稳态工况，动态特性与稳态特性存在较大的差别，瞬态性能研究缺失会导致更多偶然性事件在柴油机使用过程中发生。将柴油机瞬态过程分为以下几种：恒转速载荷增加、齿条变化或踏板阶跃导致的转速变化、冷/热启动、模拟的转速和载荷变化、车或船的推进程序、瞬态试验循环，对柴油机的瞬态过程只作了定性分类，不便于工程应用。目前，發动机瞬态性能研究更多使用的是用于排放检测的瞬态试验循环，如《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》中的ETC试验循环，规定城市、乡间、高速的道路工况，在车用动力排放性能分析方面得到了广泛应用。某些标准也加入了瞬态过程，但仍是以稳态为主，与实际使用过程仍有一定的差距。对于非道路用柴油机，急需对其道路使用过程中的瞬态行为进行分析，构建一套瞬态试验循环用于研究其瞬态切换过程中系统结构可靠性、控制单元工作稳态性、经济性、排放性等。
对于柴油机瞬态循环的制订，遵循的原则是台架加载试验循环能够最大程度上表征柴油机装车使用过程中运行工况特征。目前，常采用的方法是在完整试验任务剖面内采集柴油机运行特征参数的时间历程，再通过各种方法转化为台架可执行转速、扭矩一一对应的工况点。对于道路载荷数据的转化，在用的方法有雨流计数法、疲劳寿命法、相似性分析、数学统计方法等，前3种方法由于应用针对性或技术实现上的难度，无法用于瞬态试验循环的制订，最后一种有很大的随意性，有待进一步具体化。
本研究中以6缸和4缸系列柴油机装车在完整任务剖面采集的道路载荷数据为研究对象，构建整体道路载荷时间历程的瞬态特征，通过卡方校验、工程调整创建对应不同路面形式的微历程，综合形成符合该类柴油机道路瞬态行为特征的试验循环。
3柴油机活动行为分析及数据处理
3.1柴油机总体运行循征
将两种柴油机装不同的车，由不同驾驶员在不同区域水泥路、石块路、起伏土路、沼泽路驾驶车辆连续行驶3次任务路程，行驶中实时采集数据，采集得到的数据特征。相比较而言，起伏土路的转速、载荷变化最频繁，石块路次之，再次为沼泽路面，最后为水泥路面。石块路面的转速变化幅度较小，起伏土路的转速变化幅度较大，而二者的载荷变化幅度基本相当，以齿杆衡量的载荷变化幅度约达10mm。沼泽路面运行基本维持在中低转速，转速的变化幅度也较小，相比其他3种路面，该路面的载荷变化幅度也不是很大。相对来说，水泥路面的柴油机运行最平稳，存在一些恒速运行工况点，持续运行时间也相对较长，以齿杆位移衡量的载荷变化与沼泽路面相当，但变化幅度更大一些。
进一步地分析，水泥路面几个转速升降区间的宽度基本相当，认为其瞬态行为主要是驾驶员行为作用的结果；其他3种路面转速和载荷升降虽各不相同，但变化频度基本相似，认为其瞬态行为主要是路面形式变化作用的结果。尽管4种路面形式的柴油机瞬态行为各有各的特征，以定性的方式也能指出一些不同，但很难通过图形的方式认定其特有的瞬态特征。为此，需对数据进行处理，并设计表征柴油机瞬态特征的参数。
3.2载荷数据处理
载荷数据是以齿杆位移形式呈现的，不同转速对应的最大齿杆位移差不多，但对应的最大扭矩值却相差很大，不能直接表征发动机的动力特性。因此，需将采集的齿杆位移转化为当量的扭矩值。本研究中，将不同柴油机的齿杆位移与台架万有特性试验记录的齿杆位移、扭矩数据对标，中间缺失点采用线性插值方法插补，最终转化成转速和扭矩形式的载荷数据。
4载荷数据总体的瞬态特征分析
4.1瞬态特征参数
为了表征柴油机在不同路面的瞬态行为，设计特征参数，包括4个单独的参数和3个组合的参数。为了说明这些特征在整个载荷时间历程内的分布情况，需引入相对发生率的参数（RFO），即划分区间内特征的发生频率数除以用于分析的总载荷数目。对于每个特征，所有区间的相对发生率的总和为1。
4.2载荷数据总体的瞬态特征
以柴油机在水泥路面活动行为形成的道路载荷说明7个参数表达的瞬态特征。水泥路面7个参数分析的瞬态特征结果。标准化转速和扭矩的组合参数表征了柴油机瞬态动作结果在自身整个工作区域内的分布情况，即水泥路面柴油机瞬态行为导致其工况点在其工作区域内呈现的分布。柴油机在水泥路面主要运行在低速低负荷和中速中高负荷点，即0～20%转速的0～20%扭矩点和60%～80%转速的40%～80%扭矩点。标准化功率是转速和扭矩的组合，是忽略运行工况点进行的单纯功率分布表达，是柴油机瞬态运行过程中承载情况的说明，水泥路面低负荷的运行占绝大多数。转速变化率、扭矩变化率和功率变化率是柴油机瞬态过程中各自变化幅度（瞬态冲击强度）的表达，3个参数基本统一地集中在中间区域，即接近0的区域，说明柴油机水泥路面运行过程中瞬态冲击强度较小的行为占多数。扭矩和转速变化率的组合参数以及转速和扭矩变化率的组合参数分别表征了近恒扭矩下柴油机转速瞬态变化的行为和近恒转速下柴油机扭矩瞬态变化行为。两种参数分布都是集中在中间区域，即接近0变化的区域。对于近恒扭矩转速变化的情况，无论低负荷还是高负荷都存在有大量恒转速运行行为；对于近恒转速的扭矩变化情况，恒扭矩运行多集中在低转速区间。另外，7种特征小发生率区间的分析也是载荷数据总体瞬态特征描述的一部分，限定了柴油机瞬态行为发生的区间，对微历程也提出了高的要求。
对另外3种路面进行以上7个参数的分析，可确定柴油机在不同路面运行时的瞬态特征分布情况，进而划定了不同特征不同区间的发生频率。
对车辆在水泥路、石块路、起伏路、沼泽路行驶产生的柴油机道路载荷数据，采用转速变化率、扭矩变化率、功率、功率变化率、转速和扭矩、转速和扭矩变化率、转速和扭矩变化率7种参数表达了原始载荷数据总体的瞬态特征。针对每一路面载荷数据，进行了7种特征的x2校验，从原始数据中选择确定微历程，经进一步地工程经验分析和调整微历程部分数据段，确定了与原始瞬态特征最相近的微历程，各路面微历程组合形成了适合柴油机的瞬态加载试验循环。
5结束语
总之，在当前各种条件下，非道路用柴油机瞬态行为分析和试验循环开发工作的实践中依旧存在着多方面的问题，我们应该从这些问题的实际情况出发，深刻分析其产生的多方面原因，统筹并进，多措并举，克服该项工作中的诸多难点问题，进而获得最为优化可行的实施策略与效果。
参考文献：
[1]刘巽俊.内燃机的排放与控制[M].北京：机械工业出版社.2016（21）：88-89.