畢業(yè)論文：基于GT-DRIVE的牽引車整車性能及動(dòng)力裝置匹配分析

1、基于GT-DRIVE的牽引車整車性能及動(dòng)力裝置匹配分析【摘 要】 本文介紹了牽引車性能分析的理論計(jì)算方法，并基于GT-DRIVE對(duì)一款牽引車的整車根本性能進(jìn)行了分析，進(jìn)一步優(yōu)化了車輛的三種動(dòng)力裝置匹配方案。該性能分析結(jié)果不僅可以指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)工作，而且為車輛的進(jìn)一步改型設(shè)計(jì)提供了理論的量化依據(jù)?！娟P(guān)鍵詞】 動(dòng)力裝置 整車匹配 動(dòng)力性 燃油經(jīng)濟(jì)性中圖分類號(hào):U464.32文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A Tractor performance and power equipments matching analysis Bai Fengliang Xu Xianfeng Ma Dong(Computer An

2、alysis Department, R&D Center, Beiqi Foton Motor Co. Ltd., Beijing, 102206)Abstract：This paper introduces the theory about vehicle performance analysis. Based on this theory , the author analyses a tractors performance and evaluates three schemes of power equipments matching . The result help th

3、e vehicle designers optimize their design .Key Words: Dynamic Equipments; Vehicle Matching; Dynamic Performance; Fuel Economy1 前言在汽車的研制過(guò)程中利用合理的理論建立正確的數(shù)學(xué)模型和力學(xué)模型，利用模擬計(jì)算的研究方法研究部件性能的各參數(shù)對(duì)整車性能的影響效果以及各個(gè)參數(shù)之間的相互影響關(guān)系，不僅能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，預(yù)見(jiàn)整車的性能水平，并且能大大縮短研制周期，防止不必要的錯(cuò)誤和損失。牽引車一般由牽引頭和掛車兩大局部組合而成，適用于大宗貨物和集裝箱的中長(zhǎng)途運(yùn)輸。本文介紹了牽

4、引車的性能分析方法，并應(yīng)用車輛性能計(jì)算原理對(duì)一款牽引車的性能和動(dòng)力裝置匹配進(jìn)行了分析。2 車輛性能和動(dòng)力匹配分析原理21發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)的修正發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠提供的發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線，有時(shí)是在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上未帶水泵，發(fā)電機(jī)等條件下測(cè)得的，帶上全部附件設(shè)備時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的特性曲線稱為使用外特性曲線。一般汽油機(jī)的使用外特性的最大功率比外特性最大功率小15%；貨車柴油機(jī)約小5%；轎車與輕型汽車柴油機(jī)約小10%。發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能受環(huán)境壓力，溫度和相對(duì)濕度影響。發(fā)動(dòng)機(jī)在非標(biāo)準(zhǔn)狀況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其有效功率及燃油消耗率應(yīng)修正到標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況。公式13完成實(shí)測(cè)狀況、標(biāo)準(zhǔn)狀況及實(shí)用現(xiàn)場(chǎng)狀況發(fā)動(dòng)機(jī)性能數(shù)據(jù)間的修正轉(zhuǎn)換1。 (1) (2) (3

5、)Pe現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的有效功率 Pe0標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的有效功率 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀況下飽和蒸汽壓 標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況下飽和蒸汽壓T現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀況下的環(huán)境溫度 T0標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況下的環(huán)境溫度a可調(diào)油量法功率校正系數(shù) k指示功率比機(jī)械效率 p現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀況下的大氣壓Tc中冷器冷卻介質(zhì)進(jìn)口溫度 Te0標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中冷器冷卻介質(zhì)進(jìn)口溫度 標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況下的相對(duì)濕度 p0標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況下的大氣壓 m,n,q功率校正系數(shù) 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀況下的相對(duì)濕度22 車輛性能的根本計(jì)算公式 燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算燃油經(jīng)濟(jì)性通常用等速燃油經(jīng)濟(jì)性表示，即等速行駛100km所消耗的燃油量，L/100km。設(shè)牽引車以速度Ua (km/h)等速行駛在平直的路上，此時(shí)阻力功率

6、為PKW2。那么等速百公里油耗為： (4)b燃油消耗率g/(KW.h) 為燃油的密度kg/L g 為重力加速度m/s2 最大爬坡度計(jì)算最大爬坡度滿足 (5)Ga 整車重量 (N) Rk輪胎滾動(dòng)半徑(m) f 輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù) 牽引車最大爬坡角 牽引車傳動(dòng)系效率 汽車變速器第一檔速比 汽車驅(qū)動(dòng)橋速比 牽引車最大轉(zhuǎn)矩Nm 動(dòng)力性計(jì)算初速度加速到末速度，其中各工況參數(shù)可由以下公式求得3： (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12)Te發(fā)動(dòng)機(jī)有效轉(zhuǎn)矩(Nm) Temax發(fā)動(dòng)機(jī)最大有效轉(zhuǎn)矩(Nm) Tp 發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩(RPM) M 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速(RPM)發(fā)動(dòng)機(jī)額

7、定功率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速(RPM) 車輛加速度(m/s) 各檔發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(RPM) 各檔車速(km/h) Ft車輛驅(qū)動(dòng)力(N) Fw 車輛空氣阻力(N) 計(jì)算時(shí)所取時(shí)間間隔(s) , 第i個(gè)時(shí)間間隔前后車速(km/h) 第i個(gè)時(shí)間間隔前后行駛距離(m) CD 空氣阻力系數(shù)迎風(fēng)面積m23 車輛性能計(jì)算分析實(shí)例待分析牽引車的根本參數(shù)如下：整車外形尺寸長(zhǎng)×寬×高：6240×2495×3380mm；軸距：3600mm；整備質(zhì)量：7300kg；列車總質(zhì)量：42995kg；空氣阻力系數(shù)：0.65；車輛迎風(fēng)面積：m2；發(fā)動(dòng)機(jī)排量: L、標(biāo)定功率/標(biāo)定轉(zhuǎn)速: 243/2200k

8、W/ rpm、怠速轉(zhuǎn)速:700rpm、最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速:650rpm；變速箱各檔速比：12.42: 8.29:6.08: 4.53: 3.36: 2.47: 1.35: 1.0；主減速器速比:4.625；輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)：7。整車仿真分析模型如以下圖： 圖1 牽引車仿真分析模型31 車輛根本性能整車性能分析首先要根據(jù)整車和部件性能數(shù)據(jù)建立整車仿真分析模型和部件參數(shù)文件，其次建立仿真工況，包括路況、加速實(shí)驗(yàn)及爬坡實(shí)驗(yàn)，最后展開(kāi)整車性能分析。利用GT-DRIVE得到整車燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性方面的性能。表一：牽引車整車根本性能類別仿真分析工程技術(shù)要求分析結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果動(dòng)力性50km/h初速度滑行距離m700

9、最高車速(km/h)94直接檔從30 km/h加速到70km/h(s)起步連續(xù)換檔加速至70km/h(s)最大爬坡度%27最大加速度(m/s2)燃油經(jīng)濟(jì)性(L/100km)等速百公里油耗40km/h50km/h60km/h70km/h80km/h90km/h整車性能仿真分析需要系統(tǒng)的車輛數(shù)據(jù)文件，本工程所提供的仿真分析數(shù)據(jù)不夠系統(tǒng)，對(duì)于未提供的數(shù)據(jù)，分析過(guò)程中采用了同類型車輛的部件參數(shù)作參考。分析結(jié)果不可防止存在一定的誤差，但在各個(gè)參數(shù)之間的相互影響關(guān)系分析及預(yù)見(jiàn)整車的性能水平方面有積極參考意義。32 車輛動(dòng)力裝置匹配汽車的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性與發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的參數(shù)選擇匹配密切相關(guān)。理論上各參數(shù)

10、可以連續(xù)任意變化,以獲得最優(yōu)的匹配效果。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,整車生產(chǎn)廠家在匹配時(shí)往往只能選擇市場(chǎng)上已存在的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、主減速器等4。本文根據(jù)供選部件的三種組合方案，對(duì)牽引車的動(dòng)力匹配進(jìn)行多方案比擬。表二： 三款變速箱主減速器速比匹配方案方案各 檔 速 比主減速器速比低12345678方案一1方案二1方案三1表三：三種動(dòng)力裝置匹配情況下的車輛性能類別仿真分析工程分析結(jié)果方案一方案二方案三動(dòng)力性最高車速(km/h)112最大爬坡度%最大加速度(m/s2)燃油經(jīng)濟(jì)性(L/100km)等速百公里油耗40km/h50km/h60km/h70km/h80km/h90km/h城郊循環(huán)HWY4 結(jié)論41整

11、車性能分析結(jié)論基于GT-DRIVE分析牽引車根本性能。等速百公里油耗見(jiàn)圖2。圖2 牽引車等速百公里油耗圖車輛不同車速下各檔位牽引力如圖3 所示，圖中標(biāo)注了各檔位最大牽引力點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車輛爬坡度和加速度。圖3：各檔位牽引力及最大牽引力點(diǎn)動(dòng)力指標(biāo)42 動(dòng)力匹配分析結(jié)論三款齒輪箱的公比近似為等比級(jí)數(shù)分配，都能保證車輛具有良好動(dòng)力性。根據(jù)三種動(dòng)力裝置的仿真分析結(jié)果，齒輪箱三同速比為5.286主減速器匹配的傳動(dòng)裝置以保證車輛良好動(dòng)力性為前提在改善車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性方面取得了良好的效果。相對(duì)于另外兩款齒輪箱在動(dòng)力性方面由于較低的低速檔傳動(dòng)比使車輛的爬坡度和最大加速度降低，但增加的超速檔有效的提高了車輛的最高車速。同時(shí)通過(guò)增大主減速比防止車輛的爬坡能力和最大加速度過(guò)度惡化。方案二較方案一增大了低檔位主要是1-5檔的傳動(dòng)比，改善了車輛的動(dòng)力性,在高速檔方面兩方案的傳動(dòng)比根本一致。方案二在保證車輛燃油經(jīng)濟(jì)性的前提下改善了車輛低速運(yùn)行時(shí)良好的動(dòng)力性。方案