周俊杰，聶燦明，凌以靜

（上汽通用五菱汽車股份有限公司制造部，廣西 柳州545007）

0 引言

冷試是發(fā)動機在冷狀態(tài)下由外部電機驅(qū)動進行各項測試，由于在成本、環(huán)保、安全等方面的優(yōu)勢，冷試已取代熱試成為主流的發(fā)動機裝配線下線質(zhì)量檢測控制手段。

冷試通常包括正時測試、油壓測試、VVT或VVL測試、進氣測試、排氣測試、NVH測試等內(nèi)容，油壓測試是冷試的核心測試項，通過監(jiān)控發(fā)動機缸體主油道機油壓力值檢測發(fā)動機潤滑系統(tǒng)的缺陷，其分為高速油壓測試和低速油壓測試。高速油壓測試在1 500 rpm左右進行，低速油壓測試在150 rpm左右進行。低速油壓測試中，油壓傳感器通過測試機構(gòu)與發(fā)動機缸體主油道接通實現(xiàn)低速油壓的測量，獲得油壓測量值（Y）。低速油壓測試能夠探測的缺陷包括機油泵泄壓閥常開、主軸瓦漏裝、曲軸主軸頸直徑偏小、主軸瓦偏薄、主軸瓦倒角過大、凸輪軸鋼珠漏裝等。

1 油溫補償法總體介紹

在冷試設(shè)備實際使用中，一般通過合格發(fā)動機批量測試數(shù)據(jù)計算出參數(shù)上下限值，并結(jié)合缺陷驗證結(jié)果確定各參數(shù)限值（包括低速油壓測試），如圖1所示。由于低速油壓各參數(shù)受溫度變化影響大，油壓測量值分布較不集中，上下限值設(shè)置較寬，過程探測能力減弱。

圖1 參數(shù)上下限設(shè)置

為避免溫度對低速油壓測試的影響，可通過機油加熱和油溫補償兩種方式。機油加熱需要將機油控制在較高恒定溫度，效果明顯，但伴隨的問題是能源消耗大，機油受熱揮發(fā)嚴重，車間員工抱怨，故不建議采用此方式。

油溫補償法引入一個新參數(shù)油壓補償值（Y補），該參數(shù)在油壓測量值（Y）基礎(chǔ)上進行溫度補償，將油壓測量值補償至基礎(chǔ)油溫下對應(yīng)的油壓，即油壓補償值（Y補），該參數(shù)基本不受溫度影響，數(shù)據(jù)分布較集中，收嚴該參數(shù)限值，降低缺陷逃逸風險。

油溫補償法主要步驟：采集某機型的低速油壓測量值、油溫測試數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)擬合獲得其理論油壓-油溫關(guān)系方程，預(yù)先設(shè)置方程階數(shù)為5階，形式如y=ax5+bx4+cx3+dx2+ex+f，獲得5個常數(shù)系數(shù)項，并設(shè)置基礎(chǔ)油溫。根據(jù)理論油壓-油溫關(guān)系方程y（x）、實測油溫x、基礎(chǔ)油溫x0，基礎(chǔ)油溫下的理論油壓值Y0，對Y值進行增補或削減得到油壓補償值（Y補），該參數(shù)能夠真實地反映發(fā)動機的真實特性且波動范圍較小，能夠有效提升低速油壓測試的缺陷探測能力。理論油壓-油溫關(guān)系方程根據(jù)發(fā)動機實際特性得出，不同產(chǎn)品有不同的關(guān)系方程。

1.1 數(shù)據(jù)采集

針對某款機型，采集油溫變化范圍內(nèi)對應(yīng)的油壓值，冷試油溫變化范圍一般在16℃～40℃之間，該溫度范圍根據(jù)廠房溫度、機油溫度等因素確定，機油溫度通過管道由室外進入裝配線，夏天機油溫度高于廠房溫度，冬天機油溫度低于廠房溫度。

進行數(shù)據(jù)采集前需要準備一臺已經(jīng)測試合格的發(fā)動機，并確認紅外溫度傳感器和油壓傳感器是否都在正常標定周期內(nèi)。由于所需要的起始油溫較低，選擇冬季采集較合理，若在夏天進行需對發(fā)動機或者機油進行降溫處理；數(shù)據(jù)采集需要逐步提升油溫，進行升溫操作時要臨時中斷數(shù)據(jù)采集，升溫結(jié)束后恢復(fù)至150 r/min并繼續(xù)數(shù)據(jù)采集（升溫操作流程：當采集的油溫數(shù)據(jù)無法進一步上升時，提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速至500 r/min運行約5 min）。

打開測試軟件的油壓傳感器油溫補償校準模塊，采集數(shù)據(jù)時發(fā)動機轉(zhuǎn)速設(shè)置與低速油壓測試轉(zhuǎn)速一致，發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后開始記錄理論油壓值y和油溫x.整個數(shù)據(jù)采集過程中發(fā)動機油溫從最低溫逐步上升至所需的最高溫度，中途發(fā)動機油溫出現(xiàn)下降則需要重新采集數(shù)據(jù)。

1.2 理論油壓-油溫關(guān)系方程確定

進行油壓溫度補償?shù)暮诵娜蝿?wù)就是確定理論油壓-油溫關(guān)系方程，對獲得的理論油壓和油溫數(shù)據(jù)進行5階多項式方程擬合處理，確定理論油壓-油溫關(guān)系方程：y=ax5+bx4+cx3+dx2+ex+f，即獲得5個常數(shù)系數(shù)，x軸表示機油溫度，y軸表示理論油壓值。

1.3 油壓補償值計算公式

在低速油壓測試算法設(shè)置中輸入理論油壓-油溫關(guān)系方程，基礎(chǔ)油溫x0設(shè)為常溫25℃，此時對應(yīng)的理論油壓值為y0，油壓測量值Y，油溫補償值通過以下公式得到Y(jié)補=Y+（y0-yx）。

當機油溫度x=25℃時，理論油壓值為yx=y0，油壓補償值Y補=Y+0；

當機油溫度x＞25℃時，理論油壓值為yx＜y0，油壓補償值Y補=Y+（y0-yx）；

當機油溫度x＜25℃時，理論油壓值為yx＞y0，油壓補償值Y補=Y-（yx-y0）。

2 問題描述

溫度下降導(dǎo)致發(fā)動機低速油壓測量值升高，低速油壓測試值限值根據(jù)往年測量數(shù)據(jù)設(shè)置，兼容往年的溫度變化范圍。2018/1/26溫度降至歷史低點，B15系列發(fā)動機低速油壓測量值整體上升，超過參數(shù)上限值，導(dǎo)致冷試批量誤判，如圖2所示。

圖2 低速油壓測量值散點圖

為避免批量誤判，可采取以下幾種方法：

①繼續(xù)擴大低速油壓測試測試值限值范圍，兼容更寬的溫度波動范圍，避免誤判；

②通過機油加熱避免；

③通過油溫補償方式將油壓實測值進行修正得到油壓補償值。

三種方法的優(yōu)缺點分析：

方法①增加油壓測量值限值范圍，低速油壓測試缺陷探測能力降低，缺陷流出風險加大。

方法②穩(wěn)定有效，能夠使低速油壓測量值穩(wěn)定在一定較小范圍內(nèi)，但會增加能源消耗，帶來車間環(huán)境問題等。

方法③通過油溫補償法，新增油壓補償值參數(shù)，該參數(shù)能夠穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。補償方程設(shè)置繁瑣，每種機型都要單獨配置。

因此計劃通過方法①+③解決誤判問題，油壓測量值易受溫度變化影響，直接將該參數(shù)限值放寬，避免誤判。給油壓補償值設(shè)定較嚴格的限值，提高缺陷探測能力。

3 數(shù)據(jù)采集和方程擬合

準備一臺B15系列發(fā)動機，讓其在低速油壓測試轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，機油溫度在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中會逐漸升高，同時采集機油溫度和機油壓力數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 油溫-油壓數(shù)據(jù)

當油溫無法上升時需要進行升溫操作，該過程不采集數(shù)據(jù)，其目的是提高機油溫度，這也是采集的油壓-油溫數(shù)據(jù)擬合曲線后分布不連續(xù)的原因。

將采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel表格，選中所有數(shù)據(jù)插入散點圖，去除異常點，并在Excel中調(diào)出多項式界面擬合出5階多項式方程，即理論油壓-油溫關(guān)系方程，如圖4所示：y=-0.000 411 96x5+0.055 881 25x4-3.008 447 67x3+80.789 978 26x2-1.099 046 40x+6 363.550 521 13

4 效果驗證

在B15系列機型的冷試測試計劃低速油壓測試算法設(shè)置中輸入油壓-油溫關(guān)系方程的5個系數(shù)（a=-0.000 411 96，b=0.055 881 25，c=-3.008 447 67，d=80.78997826，e=-1.09904640，f=6363.55052113），基礎(chǔ)油溫設(shè)定為x0=25℃，理論油壓值為y0=180 kPa。

當機油溫度x=25℃時，油壓補償值Y補=Y；

當機油溫度x＞25℃時，油壓補償值Y補=Y+（180-yx）；

當機油溫度x＜25℃時，油壓補償值Y補=Y-（yx-180）。

設(shè)置完成后，低速油壓測試窗口中出現(xiàn)兩條波形，一條是油壓測量值Y的波形，另一條是油壓補償值Y補的波形。當機油溫度高于25℃時，油壓測量值Y波形低于油壓補償值Y補波形，如下圖5所示。

圖4 理論油壓-油溫關(guān)系方程

圖5 油壓補償值波形和油壓原始值波形

油溫補償功能啟用后，收集一段時間內(nèi)同一臺發(fā)動機的測試數(shù)據(jù)，如圖6所示，隨著溫度的變化，油壓補償值的波動范圍小，油壓測量值的波動范圍大。

圖6 油溫補償效果驗證圖

故放寬油壓測量值范圍解決誤判問題，設(shè)置低速油壓補償值的范圍提升缺陷探測能力。通過批量數(shù)據(jù)計算后，低速油壓最大值限值由100～300 kPa調(diào)整為100～350 kPa，低速油壓補償值限定值，低速油壓最大值補償值限值設(shè)置為125～240 kPa.

例如某臺缺陷發(fā)動機常溫下的低速油壓實測值為80 kPa，其在低溫環(huán)境下的測量值高于100 kPa，在合格范圍內(nèi)，但是油壓溫度補償算法會對測量值修正到常溫狀態(tài)下，即油壓補償值仍然不合格。所以說油壓補償值的設(shè)置提高了發(fā)動機的缺陷探測能力。

5 結(jié)束語

本文介紹了油壓溫度補償方法在冷試臺架的應(yīng)用，并有效解決了溫度變化造成的冷試誤判問題，并提高過程監(jiān)控能力。溫度補償?shù)姆椒ㄒ呀?jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的多個方面，機加工冷卻液、計量儀器等，油壓溫度補償方程的確定過于繁雜，每種機型都需要有專門的算法，對多機型柔性生產(chǎn)的產(chǎn)線而言，設(shè)備維護人員的工作量是很大的問題。