范文一:万有特性曲线绘制项目
万有特性曲线绘制项目
发动机原理三级项目报告
--汽油发动机万有特性曲线的测绘
绪论:
汽车在社会的经济发展和人们的生活中具有重要的地位。汽车是一种综合性强、技术含量高、批量大的产品它在国民经济、国防建设和人民生活等方面起着十分重要的作用。汽车的制造和应用是衡量一个国家发达水平的重要标志许多国家把汽车工业作为国民经济的支柱产业。同时汽车对人类文明也有着重要的影响汽车改变了社会形态和人们的生活影响着人们的学习、工作乃至生活观念、生活方式。而发动机是将汽油(柴油)的燃烧的内能转换成发动机的动能,发动机将其动能通过变速箱、传动轴等传动机构输送给汽车的驱动轮,它是汽车的动力来源。发动机于汽车就好比心脏于人。如果匹配的好,各方面性能都会比较好,如经济型与动力性等,使汽车性能更加完善,更好的服务于人类社会。而做好匹配的前提是能测量出发动机与不同传动系搭配后的各种性能曲线。
这个项目里我们就来学习测量并绘制摩托车发动机(实验过程中搭配了减速器)的万有特性曲线。
一(概述
2.1项目目的及内容:
1.了解发动机台架性能实验系统的基本结构.
———————————————————————————————————————————————
2.掌握发动机试验台架的操作方法及数据的收集与处理.
3.测试单缸汽油机的各种性能指标,如:速度特性、负荷特性、万有特性。
4.根据实验所得数据画出所测发动机的外特性曲线,了解外特性曲线的变化规律。
2.2项目要求:
在老师的带领下了解实验设备的连接线路,(如水路,油路,电控线路)以及设备本身工作原理,以及设备如何应用。根据相关要求规则做实验并收集好数据,在学习如何利用数据和计算机软件作图,提高自身多方面技能和视野。
二(总体实验方案
3.1实验设备:
?电涡流测功机以及配套的
?发动机控制仪
?数据采集仪
?开关量模块
?油耗仪
?发动机冷却液温度控制系统
?发动机机油温度控制系统
?发动机燃油温度压力控制系统
?发动机中冷温度控制系统
?发动机排气背压控制系统
———————————————————————————————————————————————
外加一台摩托车汽油发动机及连接好的电路,油路,水路。
3.2实验原理及过程:
(一)、起动发动机,并预热之,待发动机冷却液温度和润滑油程度均达到规定范围才可开始实验;
(二)、分组按发动机速度特性实验方法完成一系列不同节气门开度下的速度特性。
(三)、按相关实验操作规则停止设备运行。记录数据。
(四)、负荷特性、速度特性只能表示某一油量控制机构位置固定或某一转速时,发动机参数间的变化规律,而对于工况变化范围大的发动
机要分析各种工况下的性能,就需要在一张图上全面表示出发动机性能的特性曲线,这种能够表达发动机多参数的特性称为万有特性。 根据发动机类型的不同,万有特性有两种绘制方法,即负荷特性法和速度特性法。对于柴油机,一般是根据不同转速下的负荷特性,用作图法求出;对于汽油机,则根据不同节气门位置的速度特性,用作图法求得。
3.3实验注意事项
1.测功器和内燃机的水、油、电路是否通畅,油、水量是否合乎要求;试验所用仪器是否处于良好状态,精度能否满足要求;各附件是否合乎GB/T6072)3-2003要求;
2.根据分工,到各自的工作岗位熟悉仪器设备,做好实验前的所有准备工作;
———————————————————————————————————————————————
3.起动内燃机进行暖机,待达到规定的温度后,再调节油门及测功器,使其达到规定的工况,在其转速及排气温度稳定后再进行数据的测量(GB/T6072)3-2003规定每个实验工况运行时间不应不少于1分钟);
4.每种试验工况的全部参数应同时测录:试验中,应绘制监督曲线,即绘制主要原始参数与试验中选定的参数间的关系曲线。如有异常数据,要及时分析原因,进行补测;
5.全部试验内容完成后,配合调整内燃机和测功机,使内燃机在怠速工况下运转,待温度降低后,切断燃油供应(或切断点火开关),使内燃机停止运转;
3.4万有特性作图法:
负荷特性法:
将各种转速下的负荷特性以平均有效压力Pme为横坐标,以be为纵坐标,以同一比例尺、在同一张图纸上绘出特性曲线。
根据发动机工作转速范围,标出万有特性横坐标n的标尺,纵坐标Pme的标尺与整理得到的负荷特性上的Pme标尺相同。
将负荷特性旋转90?后,置于万有特性纵坐标轴的左侧,使同样是平均有效压力的两个坐标对齐。在负荷特殊图上引若干条等燃油消耗率与be线相交,每条线各有一至二个交点;再从每一个交点引水平线至万有特性上与负荷特性线相同转速的位置上,获得若干新交点,并在每一个交点上标注出燃油消耗率的数值。
所有转速下的负荷特性都经过这样的转换后,依次将be值相等———————————————————————————————————————————————
的点连成光滑曲线,即可得到万有特性上的等燃油消耗率线。等功率曲线是根据式Pe=K*Pme*n作出,其中K对于一个给定的发动机为常数,这样,在Pme,n坐标中,等功率曲线是一族双曲线。
速度特性法:
根据汽油机的速度特性作出万有特性。第一象限中绘出不同节气门开度的速度特性上的转矩曲线(以平均有效压力Pme表示),在曲线尾端标出相应的节气门开度。在第四象限绘出相应节气门开度下的燃油消耗率be曲线,同样注明节气门开度的百分数。在be的坐标轴上,引用若干条等燃油消耗率的水平线与曲线相交,每一水平线与be曲线族均有一组交点,通过交点引铅垂向上至第一象限,与相应开度的
转矩曲线相交,得到一组新交点,并注明燃油消耗率数值。此时,同一组交点的be值是相等的。将等be值的各点连成光滑的等值线,并标上相应的数值,从而得到万有特性上的等燃油消耗曲线。
三(数据处理
10%节气门开度的负荷特性:
70%节气门开度的速度特性:
万有特性曲线:
四(项目总结
通过这次发动机项目,我学到了很多也发现了自己的一些不足,现总结如下:
对于基础知识掌握不扎实,未能够充分的利用已学的知识,是我———————————————————————————————————————————————
最大的不足。
各种办公软件掌握不熟练,数据处理时应用不够完美。
对于数据的处理过程,最初没有尊重客观的事实。用数学关系去定性定量的处理工程试验,这是不严谨的,需要及时改正。
五(参考文献
《发动机原理》--清华大学出版社
《汽车理论》--于志生
附录:(使用的数据表)
———————————————————————————————————————————————
范文二:汽车万有特性曲线绘制
程序如下:
%%%%%%%%%%′从表格中读取数据%%%%%%%%%%%
n=xlsread('d:\Program
Files\MATLAB\R2010b\bin\wanyoutexing1\wanyoutexing.xls','sheet1','a4:a83');
Ttq=xlsread('d:\Program
Files\MATLAB\R2010b\bin\wanyoutexing1\wanyoutexing.xls','sheet1','b4:b83');
be=xlsread('d:\Program
Files\MATLAB\R2010b\bin\wanyoutexing1\wanyoutexing.xls','sheet1','c4:c83');
Z=[ones(size(n)),n,Ttq,n.^2,n.*Ttq,Ttq.^2];
%%%%%%%%%%%%%%%%求出回归参数%%%%%%%%%%%%%%%%%
A=Z\be;
n1=1400:2:2800;
Ttq1=20:0.1:426;
[Ttq1,n1]=meshgrid(Ttq1,n1);
%%%%%%%%%%%%%%建立拟合后的be矩阵%%%%%%%%%%%%%%%
be1=A(1)+A(2)*n1+A(3)*Ttq1+A(4)*n1.^2+A(5)*n1.*Ttq1+A(6)*Ttq1.^2;
%%%%%%%%%%%%%绘制be-pme-n%%%%%%%%%%%%%
mesh(n1,Ttq1,be1)
title('be-Ttq-n 三维曲面')
xlabel('n / (r/min)')
ylabel('Ttq / N.m')
zlabel('be / (g/(kW.h))')
figure
%%%%%%%%%%%取be-Ttq-三维曲面的等高线%%%%%%%%%%%%
cs=contour(n1,Ttq1,be1,35);
clabel(cs);
title('万有特性曲线')
xlabel('n/(r/min)')
ylabel('Ttq/N.m')
%%%%%%%%%%%%%%%%拟合外特性曲线%%%%%%%%%%%%%%%%%
n0=[1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800];
Ttq_max0=[399.8 409.1 408.3 425.6 420.7 404.6 378 315.6];
Ttq_max0_para=polyfit(n0,Ttq_max0,2);
Ttq_max=polyval(Ttq_max0_para,n1);
hold on
%%%%%%%在万有特性的曲线上绘制拟合后的外特性曲线%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%作为万有特性曲线的边界线%%%%%%%%%%%%%
plot(n1,Ttq_max,'b+')
结果如下图
范文三:基于MATLAB的发动机万有特性曲线绘制方法
2009年第2期(总第110期)
内燃机与动力装置I.c.E&Powerplant
2009年4月
【设计研究】
基于MATLAB的发动机万有特性曲线绘制方法
周广猛1,郝志刚2,刘瑞林1,陈东3,管金发1,张春海4
(1.军事交通学院汽车工程系,天津300161;2.军事交通学院训练部,天津300161;
3.军事交通学院基础部,天津300161;4.兰州军区军械汽车技工训练大队,陕西西安710111)
摘要:利用MATLAB数学运算能力,处理发动机性能试验数据,方法简单可靠,绘制后的万
有曲线直观明了,把等燃油消耗率曲线、外特性曲线和等功率曲线较好地拟合在同一张图上,
拟合程度较高。
关键词:MATLAB;万有特性曲线;绘图
中图分类号:'I'I(402文献标识码:A文章编号:1673—6397(2009)02—0034—03
UniversalCharacteristicsCurvePlotting
Method
based
on
MATLAB
ZHOU嘁一nEn窖,HAOzhi—gⅡ孝,LILT
(1.Automobile
Rui一1甜,CHENDbn窖,GUANJin—h1,ZHANG
Transportation,Ti肌jin
Transportation,Tianjin
ch呻一心
EnSineeringDepartment,AcademyofMilitary
300161,China;
2.TrainingDepartment,AcademyofMilitary
300161,China;
300161,China;
3.GeneralCourseDepartment,AcademyofMilitaryTransportation,Tianjin
4.OrdnanceMechanicTrainingBrigade,l_anZhouTheater,Xi’an710111,China))en舀ne
characteristictest
curve
Abstract:TakingadvantageofMATLABmathematicoperation,datafrom
was
processed,the
methodiS
simple
andcredible,The
universalcharacteristics
plottediS
intuitionisticandperspicuous,andwasingoodfitwithdatagotintest.
Key
Words:MATLAB;UniversalCharacteristicsCurve;PIot
引言
为了能全面反映发动机的性能,把发动机的多
单,方法较为成熟,研究的重点多集中在等燃油消耗率曲线的拟合与绘制上,MATLAB中提供了二元插值函数、三次插值、v4插值等多种插值方法,但要求数据间隔要足够小,而且对周围节点的精度要求高,个别数据点的误差有可能造成数据畸变[4]。由洛阳凯迈机电有限公司开发的FST2D发动机控制系统利用MATLAB的计算引擎,可以利用发动机试验数据绘制万有特性曲线,但对试验点的密度和准确度仍然要求较高b]。而文中所采用的方法能够很好地解决这个问题。其它方法如神经网络拟合方法需要重新训练网格,比较繁琐;从一元样条非张量积形式
个参数画在一张图上而形成的多参数的特性曲线叫做发动机的万有特性曲线[1],传统用作图法制取万有特性曲线是将不同转速下的负荷特性曲线绘制在
同一张坐标图上,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曲线,再做出等功率曲线,画出外特性曲线,进而得到发动机的万有特性曲线,这种万有特性曲线的手工绘制方法费时费力,难以保证数据和图形的精度怛J,而MATLAB软件具有强大的矩阵计算和数据可视化能力[3],为万有特性曲线的绘制提供了一种新的方法。国内开展了利用MATLAB进行万有
推广到薄板样条形式可较好光滑曲线,但易出现多
个插值点№o;本文中利用的最小二乘法原理,采用多元线性回归的方法,但随着拟合条件增加,也有产生奇点的可能。但在试验点采集受限等条件限制下仍
特陛曲线绘制的研究,由于外特性曲线拟合较为简
作者简介:周广猛(1984一),男,山东邹城人,在读硕士研究生,主要研究方向为动力机械特殊环境适应性。
万方数据
2009年第2期周广猛,等:基于MATLAB的发动机万有特性曲线绘制方法
?35?
不失为一个较好的手段。
坐标的万有特性曲线运用最广‘7|,绘制该万有特性1利用MATLAB绘制万有特性曲线的过程
曲线需要画出等燃油消耗率曲线、等功率曲线和边
界线,具体绘制方法如表1所示。
以转速为横坐标、平均有效压力(或扭矩)为纵
表1发动机万有特性曲线绘制方法
线型绘制方法
采用(建立)的模型拟合方式MATLAB命令(参数)
先建立燃油消耗率与转速和扭等燃油消耗率最小二乘法原理,多曲线矩的关系模型,绘出三维曲面b。=“Ttq,n)
meshgridmesh
图.再堆成一维的等佰线图.元线性回归contour
NaN
边界线根据发动机外特性曲线的数据绘制边界线。
咒=八n)样条插值拟合interplplot
等功率曲线
公式P。=%n/9550绘制,绘出三维曲而图.再堆成一维-qgfl占结闲
%=八//,)
样条插值拟合
interplNaN
发动机负荷特性试验的数据并不是矩阵格式,死、//,数据绘制在平面上,形成氏一凡关系曲线,构需要首先将它们转化为绘制MATLAB所识别的、绘成发动机万有特性曲线的边界线,此时油量调节机制三维图形的矩阵格式[8],才能绘制出转速构固定在标定循环供油量位置,万有特性曲线上的//,(r/min)、有效扭矩正。(N?m)和燃油消耗率转速和扭矩不可能超出边界线的范围。
b。(gC(kW?h))的三维曲面图,再利用MATLAB语言根据公式P。=T蛔n/9550,选择不同的T¨凡,利里的contour语句生成二维的等值线图(相当于用不用interpl进行拟合,得到函数P。=f(T¨n),绘制同的咒一/7,平面去截b。、itl,、T岫的三维曲面图),进而得到三维曲线,利用contour命令得到的双曲线即是
得到发动机的等油耗曲线,而等油耗曲线模型的建等功率曲线。立实际上是建立燃油消耗率b。与转速//,和平均有2模型的建立
效压力P。的函数,采用多元线性回归的方法进行曲面拟合。
2.1等油耗消耗率曲线模型的建立
边界线的绘制实际上是把由外特性试验得到的
根据多元线性回归理论,建立模型如下:
b。l1n。气。nj
nt%,
凭。…nj
nj~Ttq。
砣。
b也
1
n:T,qa凡;nz‰吃…n:n:。1‰如
×
+
●
:
;
;
i
!
;
;
;
;
:
●
beN
1
n。TtqN凡;Nw‰岛…凡j
n守1‰
‰
可表示为:B=G×A+E,式中k为多项式的
项数,f为多项式的最高次幂,其中Ji}=(f+I)(Z十
3曲线的绘制
2)/2,(1,2…,Ⅳ),为不同的试验点,A=(%,口。…,
根据某发动机外特性和负荷特性得到的数据来a¨)为模型中的待定系数,E=(e。,e。…,e。)为随
绘制该发动机的万有特性曲线,外特性和负荷特性机误差,又称为残差。数据如表2、表3所示。
2.2边界线模型的建立
表2外特性试验数据
MATLAB中一维插值函数interpl(),提供了三转速n(r/min)1403
15卯
17971986
21022199
种插值方法可选‘linear’(线性的,此选项是默认的,扭矩了'。(N‘m)474497
515
526528.8522.8转速n(r/min)2303撇
25ar72598
2700
2802它在两个点之间简单地采用直线拟合,故效果并不扭矩rⅪ(N。m)
509.5
492.2
471.2
448.4
408.3
357.4
光滑),‘cubic’(三次的)和‘spline’(样条型)等,本论
文采用拟合效果较好的‘spline’型插值方法建立模
由式(1),根据最小二乘法原理,J=∑e;=
型㈨。
∥?E值为最小,此时g
d蛆
fj:。=0。进而得到曰=
一一
2.3等功率曲线模型的建立
根据公式P。=T。n/9550,建立等功率曲线的模
G×A,从理论上讲系数矩阵G的阶数z越大越能更型。
好地实现等燃油消耗率曲线的拟合,然而z变大时,
万
方数据
内燃机与动力装置2009年4月
函数可能出现病态,文章折衷选取了二次函数进行
图l所示,利用contour命令绘制等油耗率曲线和等功率曲线的二维图,并利用外特性数据采用样条型插值方法绘制边界线,最终得到图2所示的万有特性曲线。
最小二乘拟合,此时拟合效果较好,得到b。=
厂(Ttq,n)的函数,而由公式P。=Ttq‘n/9550得到P。
--f(T。。,n),绘制燃油消耗率和功率的三维模型如
表3负荷特性试验数据
n/r?min一1
1400
1600
bo/
1800
b。/
6。/
2000
bo/
巩/N?m
399.8354.1318.5278.6.2203.6185.3157.2117.280.8
2200
.
咒/N。m
409.1365.7328.3284.1243.7203.2164.3.983.539.7
咒/N‘m
g?(kW?h)。
408.3368.3328.3289.0244.4208.8167.7132.189.546.1
2600
2=猫.02:猹.3226.4233.9242.1283.3253.9271.4323.5468.6
g?(kW?h)。1
222.8220.4232.4Z猖.5227.8232.6248.5245.9272.4329.7
气/N’m
《芬.6380.3332.7290.9244.4205.1
g?(kW?h)。1
222.O221.7235.4226.5230.5236.8249.1276.1407.9
g?(kW?h)“
206.5231.1.3.0242.0244.9265.O299.8398.0596.8
2800
1印.2
114.568.830.7
粼
487.0
bo/
b。/
凡/N?m
g?(kW?h)。
420.7379.6334.6291.6244.4202.8157.5116.074.137.8
234.7259.8235.5237.6242.8292.3277.9308.7396.2605.9
巩/N‘rn
g?(kW?h)“
404.6360.5322.7283.0243.3205.5162.1124.786.852.4
174.2242.2252.1287.4253.6263.6290.6316.8378.0518.8
氏/N‘m
378.0344.7310.3264.32:'6.1186.8154.2115.376.334.1
bo/bo/
%/N’m
g?(kW?h)。1
256.9253.7253.5260.0303.8280.7300.6346.6435.6812.9
315.6275.5242.5210.3178.5145.6118.672.652.822.4
g?(kW?h)。
257.9295.3282.4288.7301.9329.7357.0475.4580.31080.1
图1等燃油消耗率曲线和等功率曲线的三维拟合图图2万有特性曲线
(下转第48页)
万方数据
内燃机与动力装置2009年4月
性消声器进行消声实验,并且记录下相应数据;在保持(1)针对内燃机排气噪声的特点,提出了基于模拟同一工况转速的情况下,接通电源,有源消声部分开始电子技术的有源消声系统,该系统把有源消声和无源工作,再次记录相应数据。根据摩托车发动机排气噪
消声相结合,在不影响中高频消声效果的前提下,对低声的频谱特征及有源消声的特点,本实验系统主要针频段噪声消声效果明显。
对基频噪声及其一次谐波噪声进行控制,从实验结果(2)虽然受传声器、扬声器等器件好坏和非线性的
看其消声效果还是比较理想,由于消声器特有的消声
影响,但在实验消声过程中采取了较好的匹配措施,信方式,对高频部分也具备一定消声效果。基于扬声器
号处理部分采用纯模拟电路,实时眭好,消声效果未受
参数的限制,下限暂定为125I-Iz。
到很大影响,可以实现宽带消声。
表1降噪的实验结果
∥地
125
250劝
1000姗O
4c100参考文献:
U疆,dB
跎
7866656155[1]葛维晶,王伟生,张宝欢.摩托车发动机排气消声器的研究Ⅱ型dB
66645l605954与设计[J].小型内燃机,1994,23(3):37—41.
△泄|蕊
16
.14
15
5
2
1
[2]冯振东,宋传学.车内噪声主动控制系统初探.汽车工程,表1中LPl指的是原有抗性消声器的消声效果,1991,13(4):202—207.
LP2指的是带有有源消声部分的总的消声效果,△LP指[3]吴斌.发动机排气自适应有源消声关键技术的研究[D]:[学的是有源消声部分所达到的消声效果。在理想条件
位论文].北京:北京工业大学机械工程与应用电子技术学下,各个频率点的消声指数应为无穷大,但是由于幅值院,2001,13—37.和相位的偏差,传声器、扬声器和电路中一些元器件的
[4]KrauseP,Weltens
H.Advanceddesign
ofautomotive
exhalJst
silencer
systems[CJ.SAE
Paper922088,1992.
延时和非线性,对噪声消除能力都有不同程度的影响,
Is]Kim
Heung—Seob,Hong
Jin—Seok,SohnDeng—Coo,eta1.
使得末端还保留一定的残余噪声,另外消声器管道两
DevelopmentofanActiveMufflerSystemforReducingKxhatm
端实际存在的声反射对实验结果也有一定影响。
Noise
andFlowRestrictionin
a
HeavyVehiclelJ].Noise
Control
2结束语
E,v,煳ingJoumal,1999,47(2):57—63.
(上接第36页)
4
结论
(1)地蚴强大的数学运算能力,方便实用的绘
[2]2易00雪2,梅,吴伶.用№㈣语言绘制发动机万有特性的两种
方法[J].北京汽车,嬲(5):33—35.
图功能为发动机万有特性曲线的绘制提供了一个很好[3]李金辉,徐立友.基于MATIAB语言的发动机特眭研究[J].汽
的途径,利用MATLAB绘制万有曲线,作图方法简单,车科技,20c15(3):40—42.
[4]倪计民,陈源.MAIIAB软件在汽车动力传动系匹配计算中的拟合程度高,提高了数据处理的速度和精度,为发动机
应用[J],上海汽车,2003:24—27.
动力性、经济性的研究,发动机参数的标定,发动机与[5]洛阳凯迈机电有限公司,FSl2D系统使用说明书[z].洛阳.传动系的匹配提供了更可靠的依据;
[6]李小华,罗福强,汤东.多项式插值法绘制发动机万有特性曲(2)与其它利用MATIAB绘制万有特性的方法相
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比,文章所述的方法能够很好地把等油耗曲线、等功率[7]董敬.汽车拖拉机发动机[M].北京:机械工业出版社,2004,
曲线及外特性曲线拟合在一张图上,图像更加直观可149.
靠;
[8]苏金明,阮沈勇.MATIAB实用教程[M].北京:电子工业出版(3)该绘图方法可以利用MATLAB图形用户界面社。2005.设计技术进行进一步处理,进而完成该绘图方法的图[9]Curds
形界面设计。同时可以进一步探索利用更好的曲线拟【MJ.B嘶iIlg:毗Education
F.Gerald,Patrick
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[1]孙凤英,汽车J陛能与使用技术[M].北京:机械工业出版社,
万
方数据
基于MATLAB的发动机万有特性曲线绘制方法
作者:作者单位:
周广猛, 郝志刚, 刘瑞林, 陈东, 管金发, 张春海, ZHOU Cuang-meng, HAO Zhi-gang, LIU Bui-lin, CHEN Dong, GUAN Jin-fa, ZHANG Chun-hai
周广猛,刘瑞林,管金发,ZHOU Cuang-meng,LIU Bui-lin,GUAN Jin-fa(军事交通学院,汽车工程系,天津,300161), 郝志刚,HAO Zhi-gang(军事交通学院,训练部,天津,300161), 陈东,CHEN Dong(军事交通学院,基础部,天津,300161), 张春海,ZHANG Chun-hai(兰州军区,军械汽车技工训练大队,陕西,西安,710111)内燃机与动力装置
INTERNAL COMBUSTION ENGINE & POWER PLANT2009(2)
刊名:英文刊名:年,卷(期):
参考文献(11条)
1.薛定宇;陈阳泉 基于MATLAB/Simulink的系统仿真与应用
2.关志伟;杨玲;施继红 基于MAILAB语言的发动机万有特性研究[期刊论文]-吉林农业大学学报 2003(03)3.Curtis F Gerald;Patrick O Wheatley Applied Numerical Analysis 20064.苏金明;阮沈勇 MATLAB实用教程 20055.董敬 汽车拖拉机发动机 2004
6.李小华;罗福强;汤东 多项式插值法绘制发动机万有特性曲线[期刊论文]-农业工程学报 2004(05)7.洛阳凯迈机电有限公司 FST2D系统使用说明书
8.倪计民;陈源 MATLAB软件在汽车动力传动系匹配计算中的应用[期刊论文]-上海汽车 2003(1)9.李金辉;徐立友 基于MATLAB语言的发动机特性研究[期刊论文]-汽车科技 2005(03)
10.易雪梅;吴伶 用MATLAB语言绘制发动机万有特性的两种方法[期刊论文]-北京汽车 2005(05)11.孙凤英 汽车性能与使用技术 2002
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_sdnrj200902008.aspx
范文四:基于MATLAB的发动机万有特性曲线绘制方法
2009年第2期(总第110期)内燃机与动力装置 I.C.E&Powerplant2009年4月
=设计研究>
基于MATLAB的发动机万有特性曲线绘制方法
周广猛,郝志刚,刘瑞林,陈 东,管金发,张春海
1
2
1
3
1
4
(1.军事交通学院汽车工程系,天津 300161;2.军事交通学院训练部,天津 300161;3.军事交通学院基础部,天津 300161;4.兰州军区军械汽车技工训练大队,陕西西安 710111) 摘要:利用MATLAB数学运算能力,处理发动机性能试验数据,方法简单可靠,绘制后的万有曲线直观明了,把等燃油消耗率曲线、外特性曲线和等功率曲线较好地拟合在同一张图上,拟合程度较高。
关键词:MATLAB;万有特性曲线;绘图
中图分类号:TK402 文献标识码:A 文章编号:1673-6397(2009)02-0034-03
UniversalCharacteristicsCurvePlottingMethodbasedonMATLAB
ZHOUGuang-meng,HAOZhi-gang,LIURui-lin,CHENDong,GUANJin-fa,ZHANGChun-hai
1
2
1
3
1
4
(1.AutomobileEngineeringDepartment,AcademyofMilitaryTransportation,Tianjin300161,China;
2.TrainingDepartment,AcademyofMilitaryTransportation,Tianjin300161,China;
3.GeneralCourseDepartment,AcademyofMilitaryTransportation,Tianjin300161,China;4.OrdnanceMechanicTrainingBrigade,LanZhouTheater,Xi.an710111,China))
Abstract:TakingadvantageofMATLABmathematicoperation,datafromenginecharacteristictestwasprocessed,themethodissimpleandcredible,Theuniversalcharacteristicscurveplottedisintuitionisticandperspicuous,andwasingoodfitwithdatagotintest.
KeyWords:MATLAB;UniversalCharacteristicsCurve;Plot
引 言
为了能全面反映发动机的性能,把发动机的多个参数画在一张图上而形成的多参数的特性曲线叫做发动机的万有特性曲线
[1]
单,方法较为成熟,研究的重点多集中在等燃油消耗率曲线的拟合与绘制上,MATLAB中提供了二元插值函数、三次插值、V4插值等多种插值方法,但要求数据间隔要足够小,而且对周围节点的精度要求高,个别数据点的误差有可能造成数据畸变。由洛阳凯迈机电有限公司开发的FST2D发动机控制系统利用MATLAB的计算引擎,可以利用发动机试验数据绘制万有特性曲线,但对试验点的密度和准确度仍然要求较高。而文中所采用的方法能够很好地解决这个问题。其它方法如神经网络拟合方法需要重新训练网格,比较繁琐;从一元样条非张量积形式推广到薄板样条形式可较好光滑曲线,但易出现多个插值点;本文中利用的最小二乘法原理,采用多元线性回归的方法,但随着拟合条件增加,也有产生奇点的可能。但在试验点采集受限等条件限制下仍
[6]
[5]
[4]
,传统用作图法制取万
有特性曲线是将不同转速下的负荷特性曲线绘制在同一张坐标图上,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曲线,再做出等功率曲线,画出外特性曲线,进而得到发动机的万有特性曲线,这种万有特性曲线的手工绘制方法费时费力,难以保证数据和图形的精度
[2]
,而MATLAB软件具有强大的矩阵计算和
[3]
数据可视化能力,为万有特性曲线的绘制提供了一种新的方法。国内开展了利用MATLAB进行万有特性曲线绘制的研究,由于外特性曲线拟合较为简
:(),男,,,
2009年第2期周广猛,等: 基于MATLAB的发动机万有特性曲线绘制方法
[7]
#35#
不失为一个较好的手段。
坐标的万有特性曲线运用最广,绘制该万有特性曲线需要画出等燃油消耗率曲线、等功率曲线和边界线,具体绘制方法如表1所示。
1 利用MATLAB绘制万有特性曲线的过程
以转速为横坐标、平均有效压力(或扭矩)为纵
表1 发动机万有特性曲线绘制方法
线型等燃油消耗率曲线边界线等功率曲线
绘制方法
先建立燃油消耗率与转速和扭矩的关系模型,绘出三维曲面图,再生成二维的等值线图。根据发动机外特性曲线的数据绘制边界线。公式Pe=TtqnP9550绘制,绘出三维曲面图,再生成二维等值线图
采用(建立)的模型be=f(Ttq,n)
拟合方式最小二乘法原理,多元线性回归样条插值拟合样条插值拟合
MATLAB命令(参数)meshgridmeshcontourNaNinterp1plotinterp1NaN
Ttq=f(n)Ttq=f(n)
发动机负荷特性试验的数据并不是矩阵格式,需要首先将它们转化为绘制MATLAB所识别的、绘
[8]
制三维图形的矩阵格式,才能绘制出转速n(rPmin)、有效扭矩Ttq(N#m)和燃油消耗率
be(gP(kW#h))的三维曲面图,再利用MATLAB语言里的contour语句生成二维的等值线图(相当于用不同的Ttq-n平面去截be、n、Ttq的三维曲面图),进而得到发动机的等油耗曲线,而等油耗曲线模型的建立实际上是建立燃油消耗率be与转速n和平均有效压力Pme的函数,采用多元线性回归的方法进行曲面拟合。
边界线的绘制实际上是把由外特性试验得到的bel
be2,
b
=
11,1
n1n2,nN
Ttq1Ttq2,TtqN
n1n2,nN
222
Ttq、n数据绘制在平面上,形成Ttq-n关系曲线,构成发动机万有特性曲线的边界线,此时油量调节机构固定在标定循环供油量位置,万有特性曲线上的转速和扭矩不可能超出边界线的范围。
根据公式Pe=TtqnP9550,选择不同的Ttq、n,利用interp1进行拟合,得到函数Pe=f(Ttq,n),绘制得到三维曲线,利用
contour命令得到的双曲线即是等功率曲线。
2 模型的建立
2.1 等油耗消耗率曲线模型的建立
根据多元线性回归理论,
建立模型如下:n1n1,n1
lll
n1Ttq1n2Ttq2
,NNTtqN
Ttq1Ttq2,TtqN
22
2
,,,
n1Ttq1n2Ttq2
,nNTtqN
l-1l-1
l-1
,,
Ttq1Ttq2,
ll
l
a0@
a1,ak-+
e0e1,e(1)
[3,9,10]
,T 可表示为:B=G@A+E,式中k为多项式的项数,l为多项式的最高次幂,其中k=(l+1)(l+2)P2,(1,2,,N),为不同的试验点,A=(a0,a1,,ak-1)为模型中的待定系数,E=(e0,e1,,eN)为随机误差,又称为残差。
2.2 边界线模型的建立
MATLAB中一维插值函数interp1(),提供了三种插值方法可选-linear.(线性的,此选项是默认的,它在两个点之间简单地采用直线拟合,故效果并不光滑),-cubic.(三次的)和-spline.(样条型)等,本论文采用拟合效果较好的-spline.型插值方法建立模型。
2.3 等功率曲线模型的建立
根据公式Pe=TtqnP9550,建立等功率曲线的模[10]
3 曲线的绘制
根据某发动机外特性和负荷特性得到的数据来绘制该发动机的万有特性曲线,外特性和负荷特性数据如表2、表3所示。
表2 外特性试验数据
转速n(rPmin)扭矩Ttq(N#m)转速n(rPmin)扭矩Ttq(N#m)
14034742303509.5
15974972400
17975152507
19865262598448.4
2102528.82700408.3
N
2199522.82802357.4
2
492.2471.2
由式(1),根据最小二乘法原理,J=i=E0ei=E#E值为最小,此时
T
9J
|=0。进而得到B==A
G@A,从理论上讲系数矩阵G的阶数l越大越能更好地实现等燃油消耗率曲线的拟合,然而l变大时,
#36#内燃机与动力装置2009年4月
函数可能出现病态,文章折衷选取了二次函数进行最小二乘拟合,此时拟合效果较好,得到be=f(Ttq,n)的函数,而由公式Pe=Ttq#nP9550得到Pe=f(Ttq,n),绘制燃油消耗率和功率的三维模型如
图1所示,利用contour命令绘制等油耗率曲线和等功率曲线的二维图,并利用外特性数据采用样条型插值方法绘制边界线,最终得到图2所示的万有特性曲线。
表3 负荷特性试验数据
n
Pr#min-
1
1400
TtqPN#m399.8354.1
318.5278.1236.2203.6185.3157.2117.280.8
2200
TtqPN#m420.7379.6334.6291.6244.4202.8157.5116.074.137.8
beg#(kW#h)-1
234.7259.8235.5237.6242.8292.3277.9308.7396.2605.9
TtpPN#m404.6360.5322.7283.0243.3205.5162.1124.786.852.4
beg#(kW#h)-1
222.8220.4232.4228.5227.8232.6248.5245.9272.4329.7
TtpPN#m409.1365.7328.3284.1243.7203.2164.3123.983.539.7
2400
beg#(kW#h)-1
174.2242.2252.1287.4253.6263.6290.6316.8378.0518.8
TtqPN#m378.0344.7310.3264.3226.1186.8154.2115.376.334.1
1600
beg#(kW#h)-1
222.0221.7235.4226.5230.5236.8249.1276.1407.9487.0
TtqPN#m408.3368.3328.3289.0244.4208.8167.7132.189.546.1
2600
beg#(kW#h)-1
256.9253.7253.5260.0303.8280.7300.6346.6435.6812.9
TtqPN#m315.6275.5242.5210.3178.5145.6118.672.652.822.4
1800
beg#(kW#h)-1
226.0225.3226.4233.9242.1283.3253.9271.4323.5468.6
TtqPN#m425.6380.3332.7290.9244.4205.1160.2114.568.830.7
2800
beg#(kW#h)-1
257.9295.3282.4288.7301.9329.7357.0475.4580.31080.12000
beg#(kW#h)-1
206.5231.1231.1233.0242.0244.9265.0299.8398.0596.8
图1 等燃油消耗率曲线和等功率曲线的三维拟合图
图2 万有特性曲线
(下转第48页)
#48#内燃机与动力装置2009年4月
性消声器进行消声实验,并且记录下相应数据;在保持同一工况转速的情况下,接通电源,有源消声部分开始工作,再次记录相应数据。根据摩托车发动机排气噪声的频谱特征及有源消声的特点,本实验系统主要针对基频噪声及其一次谐波噪声进行控制,从实验结果看其消声效果还是比较理想,由于消声器特有的消声方式,对高频部分也具备一定消声效果。基于扬声器参数的限制,下限暂定为125Hz。
表1 降噪的实验结果
fPHzLP1PdBLP2PdB$LPPdB
125
826616
250786414
500665115
100065605
200061592
400055541
(1)针对内燃机排气噪声的特点,提出了基于模拟电子技术的有源消声系统,该系统把有源消声和无源消声相结合,在不影响中高频消声效果的前提下,对低频段噪声消声效果明显。
(2)虽然受传声器、扬声器等器件好坏和非线性的影响,但在实验消声过程中采取了较好的匹配措施,信号处理部分采用纯模拟电路,实时性好,消声效果未受到很大影响,可以实现宽带消声。参考文献:
[1]葛维晶,王伟生,张宝欢.摩托车发动机排气消声器的研究与设计[J].小型内燃机,1994,23(3):37-41.
[2]冯振东,宋传学.车内噪声主动控制系统初探.汽车工程,1991,13(4):202-207.
[3]吴斌.发动机排气自适应有源消声关键技术的研究[D]:[学位论文].北京:北京工业大学机械工程与应用电子技术学院,2001,13-37.
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表1中LP1指的是原有抗性消声器的消声效果,LP2指的是带有有源消声部分的总的消声效果,$LP指的是有源消声部分所达到的消声效果。在理想条件下,各个频率点的消声指数应为无穷大,但是由于幅值和相位的偏差,传声器、扬声器和电路中一些元器件的延时和非线性,对噪声消除能力都有不同程度的影响,使得末端还保留一定的残余噪声,另外消声器管道两端实际存在的声反射对实验结果也有一定影响。
2 结束语
(上接第36页)
4 结 论
(1)MATLAB强大的数学运算能力,方便实用的绘图功能为发动机万有特性曲线的绘制提供了一个很好的途径,利用MATLAB绘制万有曲线,作图方法简单,拟合程度高,提高了数据处理的速度和精度,为发动机动力性、经济性的研究,发动机参数的标定,发动机与传动系的匹配提供了更可靠的依据;
(2)与其它利用MATLAB绘制万有特性的方法相比,文章所述的方法能够很好地把等油耗曲线、等功率曲线及外特性曲线拟合在一张图上,图像更加直观可靠;
(3)该绘图方法可以利用MATLAB图形用户界面设计技术进行进一步处理,进而完成该绘图方法的图形界面设计。同时可以进一步探索利用更好的曲线拟合方法,或采取分段拟合方法,进一步提高拟合程度。参考文献:
[1]孙凤英,汽车性能与使用技术[M].北京:机械工业出版社,
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[5]洛阳凯迈机电有限公司,FST2D系统使用说明书[Z].洛阳.[6]李小华,罗福强,汤东.多项式插值法绘制发动机万有特性曲线[J].农业工程学报,2004,20(5):138-141.
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[8]苏金明,阮沈勇.MATLAB实用教程[M].北京:电子工业出版社,2005.
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[10]关志伟,杨玲,施继红.基于MATLAB语言的发动机万有特性研究[J].吉林农业大学学报,2003,25(3):339-342.[11]薛定宇,陈阳泉.基于MATLABPSimulink的系统仿真与应用[M].北京:清华大学出版社.2002.
范文五:用origin软件绘制发动机万有特性曲线
用origin软件绘制发动机万有特性曲线方法
一、万有特性数据输入
在excel中整理好发动机万有特性数据,主要包括发动机转速、扭矩、燃油消耗率及功率数据。打开origin,将excel中整理好的数据直接复制粘贴到Book1中即可,可以在左下方的信息栏对Book1进行重命名。origin中表格操纵与excel中类似。可以编辑数据的名称、单位、备注等信息,也可空着以后再绘制好的图表上修改。同时选中燃油消耗率和功率数据两列,点右键选择Set as Z,也可以在Column菜单下点选Set as Z,如下图所示。
二、绘制万有特性曲线
选中表格中所有数据列表,在绘图命令菜单Plot下绘制等高线命令Contour的颜色填充Color Fill选项,将出现图表窗口,如下图所示。
三、万有特性曲线图调整
上一步完成的万有特性曲线只是一个雏形,与常见的还很不一样,需要进行调整细化。在已绘制好的万有特性曲线图中,由于点选的是颜色填充的绘制方法,数据源有两组Z轴分量,相当于在一张图上绘制了两层,而等燃油消耗率曲线在等功率曲线的下方,被覆盖住无法看到。因此,需要取消等功率曲线图层的颜色填充效果。如图所示,在图片窗口左上角的1上右击,选择图层属性Layer Properties命令,在弹出的对话框中打开图层Layer1的下一级,选中转速、扭矩、功率曲线,并去掉Color Fill Control下Enabled之前的勾选,即可取消等功率曲线图层的颜色填充效果。
等燃油消耗率曲线还需要进行进一步的调整,才能变成最常见的样子。需要调整曲线的层次间隔,让等值曲线分布的疏密合理,还要加上等值线的数据标注,以便于观看查阅。同样是在图层属性对话框里,选中转速、扭矩、燃油消耗率曲线,在列标题或单元格编辑表格中,单击列标题或单元格可以完成曲线的层次、填充颜色、层次线型及添加数据标注的修改。
如图所示,单击Level栏表头,弹出Set Level设置层次对话框,先点击find min/max命令,找到燃油消耗率的最小值与最大值,并自动设置为等值曲线变化范围,选择线性变化,并选中增量increment选项,设置增量值为1,既让等燃油消耗率曲线从184.5g/kw.h开始,每隔1g/kw.h就绘制一条,直至367g/kw.h结束,一共183条。
单击Fill栏表头,在弹出的填充编辑对话框中,可以修改等值线之间的颜色变化,可以由一种颜色直接过渡到另一种,也可以中间插入其他颜色过渡,或者选择一种确定的颜色变化趋势,还可以为曲线之间添加纹理过渡趋势等。单击标注Labels栏表头,弹出标注编辑对话框,选择show all命令显示所有等燃油消耗率曲线的数值标注。
点击apply应用后,效果如图所示。
调整等值线的疏密程度及平滑度,调整标注尺寸大小以使特性图变得更美观。还是在曲线细节与图层属性对话框中,曲线密的地方选中曲线,单击Level下方的Delete命令即可删除,同样道理,在曲线疏的地方点击Insert即可插入新曲线。在Contouring Info选项卡下,勾选smoothing,调整参数改变等势线的平滑程度。在Label选项卡下,可以调整标注的尺寸、字体、颜色等参数。调整后的万有特性曲线图如后图所示。
四、标发动机工作点
在做汽车动力性分析时,需要在发动机万有特性曲线图上标出发动机实际的工作点。当工作点数据较多时,利用origin软件可以准确快速的将这些点标注上去。
以上面绘制好的万
有特性曲线图为例,在excel表格中整理好工作点的转速与扭矩数据,并在Book1表格中空白位置右键单击add new column添加空白列,将整理好的数据复制粘贴到空白列表中。选中新添加的转速列,右键单击Set As X,然后在图片Graph1窗口左上角的1上右击,选择图层内容Layer Content命令,在弹出的对话框中,选择新添加的工况点扭矩列数据Y2,单击向右方向键,将点添加到图层中去,然后单击Y2行plot type下的line,打开下拉列表,将类别设置为散点图scatter,点击确定即可将发动机的工作点添加到万有特性曲线图中去了。类似前面讲过的方法,通过图层属性设置,即可调节散点的形状、颜色、大小等参数,如图所示。
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