商用車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的匹配分析研究

商用車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的匹配分析研究

Summary：根據(jù)某商用車的計(jì)算參數(shù)，文章在理論研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行參數(shù)匹配?；贏VLCruise建立了整車性能仿真模型，繼而對(duì)該款商用車整車進(jìn)行了動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性模擬仿真分析。通過(guò)仿真驗(yàn)證了該款汽車動(dòng)力性指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)均符合要求，且驗(yàn)證了其動(dòng)力系統(tǒng)理論匹配和經(jīng)濟(jì)性分析方法的合理性。Keys：商用車；動(dòng)力系統(tǒng)；動(dòng)力性；經(jīng)濟(jì)性；AVLCruise1理論基礎(chǔ)1.1動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)動(dòng)力是汽車最基本最重要的性能。評(píng)價(jià)車輛動(dòng)力性的幾項(xiàng)重要指標(biāo)即最高車速、加速時(shí)間、最大爬坡度。最高車速:在水平且條件良好的路面上車輛所能達(dá)到的最高行駛速度，即無(wú)風(fēng)條件下車輛在平坦路面行駛時(shí)，行駛阻力和驅(qū)動(dòng)力平衡時(shí)的車速。加速時(shí)間:通常使用汽車的加速時(shí)間來(lái)表示汽車的加速能力，它能很大程度上影響車輛的平均行駛車速。加速時(shí)間分為原地起步加速時(shí)間與超車加速時(shí)間。由運(yùn)動(dòng)學(xué)可知:式中，t表示車輛的加速時(shí)間，s;u表示車輛的行駛速度，km/h;a表示車輛最高擋或直接擋加速度，m/s;u1表示車輛起始加速的速度，km/h;u2表示車輛加速終止的速度，km/h?？赏ㄟ^(guò)圖解積分求得車輛的加速時(shí)間。最大爬坡度imax:車輛滿載(或某一載荷質(zhì)量)時(shí)在水平良好路面的上坡能力。通常情況下，車輛1擋的最大爬坡度即汽車的最大爬坡度。則最大爬坡度為:imax=tanαmax，式中，αmax表示最大爬坡角度。1.2燃油經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性即在不影響車輛動(dòng)力性能時(shí)，以較少的油耗進(jìn)行經(jīng)濟(jì)行駛的能力。車身形狀、發(fā)動(dòng)機(jī)排量與功率、變速器傳動(dòng)比、主減速器傳動(dòng)比等結(jié)構(gòu)參數(shù)都能一定程度的影響汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。通常使用車輛行駛100km的燃油消耗量這一指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。等速百公里燃油消耗法的優(yōu)勢(shì)在于測(cè)量較為簡(jiǎn)單，同時(shí)不可避免的劣勢(shì)即這種方法并不能非常全面的做出評(píng)價(jià)，它忽略了車輛在運(yùn)行過(guò)程中路況、天氣等自然因素的變化。實(shí)際的行駛過(guò)程中，由于城市路況的復(fù)雜性，車輛完全處于等速行駛的狀態(tài)是不現(xiàn)實(shí)的。因此綜合多種行駛工況的循環(huán)工況燃，油消耗量用以評(píng)價(jià)整車的經(jīng)濟(jì)性是非常符合實(shí)際，更加真實(shí)可信。2整車仿真模型的建立Cruise軟件采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，將車輛的零部件和總成設(shè)計(jì)為獨(dú)立的模塊，按照車輛動(dòng)力的傳遞路線來(lái)搭建整車模型，從而對(duì)車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。搭建Cruise整車模型的步驟如下:分析車輛的各個(gè)組成部件及其結(jié)構(gòu)布置，搜集所需參數(shù)。根據(jù)車輛實(shí)際情況，將元件庫(kù)中選中的整車、輪胎、發(fā)動(dòng)機(jī)、主減速器、差速器、離合器等子模塊拖拽到相應(yīng)的編輯區(qū)域，修改調(diào)整各參數(shù)數(shù)值。綜合考慮整車各部件間的結(jié)構(gòu)關(guān)系和數(shù)字信號(hào)傳遞流程，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、主減速器等部件進(jìn)行機(jī)械和信號(hào)連接，并進(jìn)行相應(yīng)的檢查校核。根據(jù)研究需要設(shè)置計(jì)算任務(wù)，如車輛加速性能、循環(huán)工況等。運(yùn)行計(jì)算任務(wù)并分析仿真結(jié)果。在搭建完成的整車模型各個(gè)模塊中輸入相應(yīng)的參數(shù)。為在Cruise仿真軟件中計(jì)算各指標(biāo)，本文布置的任務(wù)包括:循環(huán)行駛工況:用于計(jì)算車輛的經(jīng)濟(jì)性及排放性能。爬坡性能:該任務(wù)屬于靜態(tài)計(jì)算，可得出整車在滿載的狀態(tài)下各個(gè)擋位的最大爬坡度，并得到相應(yīng)曲線。穩(wěn)態(tài)行駛:該任務(wù)可計(jì)算車輛各擋位的性能和最高車速。全負(fù)荷加速:該任務(wù)下設(shè)各擋位的最大加速度計(jì)算、原地起步連續(xù)換擋加速度計(jì)算、超車加速度計(jì)算三個(gè)子任務(wù)。巡航行駛工況:通過(guò)計(jì)算可得往返兩城之間的總油耗量和排放情況。3整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性仿真結(jié)果分析3.1動(dòng)力性仿真最高車速:車輛的最高車速受發(fā)動(dòng)機(jī)功率、最大轉(zhuǎn)矩和傳動(dòng)系傳動(dòng)比等因素的限制?；贑ruise軟件仿真可求得車輛在各個(gè)擋位下的最高車速，車輛在1擋時(shí)的最高速度可達(dá)50km/h，此時(shí)轉(zhuǎn)速為4870r/min;車輛的最高車速即最高擋位6擋時(shí)的最大速度187km/h，此時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為4820r/min。最大加速度:FullLoadAccelerationinallGears板塊中將顯示各個(gè)擋位的最大加速度仿真計(jì)算結(jié)果。車輛在一擋時(shí)的加速度最大，其數(shù)值為4.03m/s2，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為4286r/min。車輛的最大加速度隨著擋位的升高逐步降低，2擋時(shí)的最大加速度可達(dá)2.72m/s2，3擋之后的最大加速度降低明顯，6擋時(shí)的最大加速度只有0.63m/s2，所以車輛在高速上以高擋位定速巡航時(shí)需要進(jìn)行超車時(shí)車輛會(huì)積極降擋，以求得較大的加速度。原地起步連續(xù)換擋加速時(shí)間:車輛從0km/h加速至60km/h所用時(shí)間為6.84s，達(dá)到60km/h時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2625r/min，從0km/h加速至100km/h所用時(shí)間為13s，達(dá)到100km/h時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為4376r/min，加速能力處于良好的水準(zhǔn)，與實(shí)際測(cè)得的加速時(shí)間相差不大。3.2燃油經(jīng)濟(jì)性性仿真等速百公里油耗仿真結(jié)果顯示次高擋以80km/h等速行駛時(shí)燃油消耗量為5.45L/100km，120km/h等速行駛時(shí)燃油消耗量為7.12L/100km。分析圖中相應(yīng)數(shù)據(jù)可得出結(jié)論:當(dāng)車速相同時(shí)，整車可掛入的擋位中，當(dāng)掛入的擋位越高，其轉(zhuǎn)速較低，油耗較小。UDC循環(huán)工況燃油消耗城市循環(huán)工況即多工況循環(huán)下的油耗量，其數(shù)值可近似等同于車輛在市區(qū)內(nèi)行駛時(shí)真實(shí)的燃油消耗量。根據(jù)仿真數(shù)據(jù)顯示:此過(guò)程的平均燃油消耗量為12.87L/100km。3.3仿真結(jié)果對(duì)比最高車速的誤差率是2.75%，0～60km/h和0～100km/h加速時(shí)間誤差分別是0.11s和0.3s，誤差率最大為2.26%，最大加速度誤差為0.08m/s2，動(dòng)力性方面的模擬計(jì)算值與試驗(yàn)場(chǎng)實(shí)車檢驗(yàn)得出的數(shù)值誤差小于3%。經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)由于復(fù)雜的路況、車況和以及駕駛員不同的駕駛習(xí)慣，計(jì)算誤差稍大，但最大誤差也在5%以內(nèi)，且衡量燃油經(jīng)濟(jì)性最真實(shí)有效的NEDC循環(huán)工況燃油消耗指標(biāo)誤差率僅為1.5%，故本文建立的緊湊型車Cruise仿真模型計(jì)算精度較高。4動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化匹配車輛傳動(dòng)系的傳動(dòng)比分為兩類:主傳動(dòng)器的傳動(dòng)比及變速器的各擋位的傳動(dòng)比。本文通過(guò)綜合改變變速器各擋位的傳動(dòng)比以及主減速器的傳動(dòng)比來(lái)提高汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。本文參考幾款主流的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)范圍，選定了三組不同的變速器和三組不同的主減速器，一款變速器搭配一款主減速器，綜合考慮商用車的日常行駛路況及需求，應(yīng)對(duì)車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性提出較高的要求。確定最優(yōu)方案，即變速器2(一擋傳動(dòng)比為4.28，二擋傳動(dòng)比為2.793，三擋傳動(dòng)比為1.484，四擋傳動(dòng)比為1.0，五擋傳動(dòng)比為0.717，六擋傳動(dòng)比為0.60)，主減速器3(主減速器傳動(dòng)比為3.90)。在保證了動(dòng)力性的同時(shí)，節(jié)省燃油更多，在動(dòng)力性減弱1.82%的情況下，提升了6.97%的經(jīng)濟(jì)性，更為符合目前節(jié)能減排的趨勢(shì)。5結(jié)論發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的匹配關(guān)系著汽車整體性能的優(yōu)劣。汽車的運(yùn)行工況是個(gè)復(fù)雜多變的過(guò)程，受到很多因素的影響，在所有的運(yùn)行工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)都應(yīng)該與傳動(dòng)系實(shí)現(xiàn)最佳匹配，使整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性等方面均處于最佳狀態(tài)。本文的傳動(dòng)系統(tǒng)