对基于FSC赛车行驶工况的发动机匹配标定分析

梁毅 陈元华

摘 要：FSC赛车简称方程式汽车，作为参赛赛車，对FSC赛车在不同行驶工况的发动机研究尤为重要。基于此，本文以FSC赛车作为研究对象，分析FSC赛车发动机的基本控制原理，分别从直线加速工况与8字环绕工况两方面详细阐述FSC赛车发动机电控标定情况，进一步对FSC赛车行驶工况下发动机展开匹配标定分析。

关键词：FSC赛车；行驶工况；发动机

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.007

1 基于FSC赛车发动机的控制原理研究

分析FSC赛车的发动机控制原理，可以从以下几个角度进行分析：（1）燃油喷射控制方面，可以使用速度密度法得出FSC赛车发动机循环进气量，匹配出相应的喷油脉宽，随后进行喷油器标定和初始脉宽计算，预先设置燃油喷射时间，结合多种参数确定时间，测定燃油压力；（2）空燃比控制，当FSC赛车发动机在不同的工况之下会面临着不同的空燃比要求，赛车发动机运行的时候很少处于稳定工作状态，大多数时间都在进行瞬态变化，FSC赛车发动机进行冷启动与暖机工况的时候，温度比较低，燃油缺乏雾化效果，导致FSC赛车发动机在那时的进气量比较少，需要进一步维持发动机稳定，提供足够的混合气，混合气浓度会随着FSC赛车运行时间的增长而增长，温度提升时也会发生变化。当FSC赛车面临加速工况的时候，赛车节气门开度会立刻加大，进气时压力提升，进气量加大，由于传感器与控制信号存在迟滞，导致燃油与空气比例失调，燃油空气比也会更加稀化。

2 基于FSC赛车发动机电控标定研究

2.1 FSC直线加速工况的赛车发动机电控标定研究

FSC赛车在直线加速比赛中可以有效测试FSC赛车的平地直线加速能力，一般情况下赛道起点到终点之间的直线距离为75米，宽度从路标桩桶内边缘计算最少有4.9米，这种竞技要求FSC赛车有足够的驱动力，可以最大程度上完成加速度，赛车起步的时候，FSC赛车发动机转速在每分钟10000r-12000r内，控制好赛车离合器，瞬间结合以后能够将FSC赛车节气门开度达到最大，让FSC赛车实现弹射起步，得到FSC赛车行驶的车速达到一档内最高速度时可以换成二档，达到二档内最高车速的时候开始换入三挡，以同样的方式进行，当FSC赛车经过终点的时候，一般汽车变速箱只能够换到三挡。可见FSC赛车发动机在直线竞技比赛中节气门开度经常位于百分之百，这对FSC赛车发动机外特性输出提出了较高的要求，本文对FSC赛车节气门开度达到百分之百时发动机外特性进行研究，进一步完成电控标定匹配研究[1]。

通过对不同混合气浓度分析，了解FSC赛车发动机动力性能的影响因素，同时进行FSC赛车直线加速状态下的理论耗时计算，在标定FSC赛车发动机喷油量的时候，设定过量空气系数为0.9，使用相应的标定软件，了解表格内数据无法直接填写喷油器开启时间，而是提前设置喷油时间，数据是占基本喷油时间的百分比，本次设定中设置基本喷油时间为八毫秒。当FSC赛车气节门开度从0%-50%变化的时候，FSC赛车发动机输出扭矩就会增大，当FSC赛车气节门度变化处于在50%-100%之间的时候，发送机的输出扭矩就会在最短时间内增加到最大，为FSC赛车提供充足加速度，将加速时间缩短，有利于提高FSC赛车在比赛中的成绩。

2.2 基于8字环绕工况下的FSC赛车发动机电控标定研究

8字环绕赛道呈现出两组同心圆形式，比赛的时候FSC赛车从入口进入8字赛道，绕右圆行驶一圈后转向，然后第二圈绕着右圆计时，结束以后FSC赛车需要进入左圆进行第三圈建立转向，第四圈的时候也需要计时，完成以后FSC赛车需要与进入的时候同一个方向，从交叉点离开赛道。FSC赛车曲线行驶的时候，车轮中心在力的作用下会产生侧偏力，当FSC赛车在侧向倾斜或者曲线行驶的时候，FSC赛车轮胎会受到侧向力与切向力影响。经过研究得知，在一定侧偏角之下，FSC赛车轮胎驱动力会增加，侧偏力会减小，二者之间相互关联，包络线类似一个椭圆，根据FSC赛车轮胎侧偏特性不同，某些赛车轮胎的驱动力和侧偏力之间的包络线很像一个圆。因此，实际情况需要根据FSC赛车轮胎侧偏特性决定。FSC赛车竞赛项目的重点在于衡量FSC赛车平地上做定半径转向能力，要想在比赛中得到优异成绩，不仅要求FSC赛车自身有着良好的转向操控能力，还要让FSC赛车尽可能的提升行驶速度，直到侧滑极限速度，如果FSC赛车速度提升，发动机需要为赛车带来更大的驱动力，但是如果驱动力增加，侧偏力就会减小，导致FSC赛车在进行圆周行驶的时候受到的侧偏力无法克服离心力。因此，当FSC赛车在8字环绕比赛当中，建议保证FSC赛车受到的驱动力不要超过一定范围，发动机扭矩输出不能超过一定限值。

8字环绕下，FSC赛车发送机匹配标定与上文提到的直线加速FSC赛车发动机匹配标定的目标不同，直线加速状态下需要FSC赛车发动机输出最大扭矩，而8字环绕中这样做会导致驱动力过大，容易引起轮胎侧滑，因此发动机输出扭矩不建议过大。在标定FSC赛车发动机喷油MVP的时候，根据FSC赛车的全工况加以分析，目标过量空气系数不再选择固定值，而是根据输出扭矩极限值决定，FSC赛车发动机空燃比控制在功率空燃比与理论空燃比附近时，FSC赛车发动机输出扭矩就会比极限扭矩稍高，达到每分钟2000r-4000r区间内是FSC赛车在8字环绕比赛当中比较常见的发动机转速区间，因此，为了满足FSC赛车发动机输出扭矩需求，要特别注重调整匹配标定常用转速区间的FSC赛车发动机喷油量[2]。

3 总结

总而言之，本文对FSC赛车发动机在直线加速和8字环绕两个竞技项目中展开研究，对发动机进行电控匹配标定，通过科学调整FSC赛车发动机电控标定的关键参数，定制其输出扭矩，进一步满足FSC赛车在竞技项目中的不同需求，从而保证FSC赛车发动机的使用性能。

参考文献：

[1]阎力.FSC赛车车架的结构分析与优化设计[D].太原科技大学，

2016.

[2]谭正平.基于FSC赛车行驶工况的发动机匹配标定研究[D].西华大学，2014.