商用車動力性與經(jīng)濟(jì)性的匹配分析研究

商用車動力性與經(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，繼而對該款商用車整車進(jìn)行了動力性和經(jīng)濟(jì)性模擬仿真分析。通過仿真驗(yàn)證了該款汽車動力性指標(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；動力系統(tǒng)；動力性；經(jīng)濟(jì)性；AVLCruise1理論基礎(chǔ)1.1動力性評價指標(biāo)動力是汽車最基本最重要的性能。評價車輛動力性的幾項(xiàng)重要指標(biāo)即最高車速、加速時間、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，即無風(fēng)條件下車輛在平坦路面行駛時，行駛阻力和驅(qū)動力平衡時的車速。加速時間:通常使用汽車的加速時間來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。加速時間分為原地起步加速時間與超車加速時間。由運(yùn)動學(xué)可知:式中，t表示車輛的加速時間，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。可通過圖解積分求得車輛的加速時間。最大爬坡度imax:車輛滿載(或某一載荷質(zhì)量)時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)性評價指標(biāo)汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性即在不影響車輛動力性能時，以較少的油耗進(jìn)行經(jīng)濟(jì)行駛的能力。車身形狀、發(fā)動機(jī)排量與功率、變速器傳動比、主減速器傳動比等結(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)來評價車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。等速百公里燃油消耗法的優(yōu)勢在于測量較為簡單，同時不可避免的劣勢即這種方法并不能非常全面的做出評價，它忽略了車輛在運(yùn)行過程中路況、天氣等自然因素的變化。實(shí)際的行駛過程中，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，油消耗量用以評價整車的經(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)計方法，將車輛的零部件和總成設(shè)計為獨(dú)立的模塊，按照車輛動力的傳遞路線來搭建整車模型，從而對車輛的動力性、經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行分析和預(yù)測。搭建Cruise整車模型的步驟如下:分析車輛的各個組成部件及其結(jié)構(gòu)布置，搜集所需參數(shù)。根據(jù)車輛實(shí)際情況，將元件庫中選中的整車、輪胎、發(fā)動機(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)字信號傳遞流程，對發(fā)動機(jī)、主減速器等部件進(jìn)行機(jī)械和信號連接，并進(jìn)行相應(yīng)的檢查校核。根據(jù)研究需要設(shè)置計算任務(wù)，如車輛加速性能、循環(huán)工況等。運(yùn)行計算任務(wù)并分析仿真結(jié)果。在搭建完成的整車模型各個模塊中輸入相應(yīng)的參數(shù)。為在Cruise仿真軟件中計算各指標(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)計算，可得出整車在滿載的狀態(tài)下各個擋位的最大爬坡度，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算、原地起步連續(xù)換擋加速度計算、超車加速度計算三個子任務(wù)。巡航行駛工況:通過計算可得往返兩城之間的總油耗量和排放情況。3整車動力性、經(jīng)濟(jì)性仿真結(jié)果分析3.1動力性仿真最高車速:車輛的最高車速受發(fā)動機(jī)功率、最大轉(zhuǎn)矩和傳動系傳動比等因素的限制?；贑ruise軟件仿真可求得車輛在各個擋位下的最高車速，車輛在1擋時的最高速度可達(dá)50km/h，此時轉(zhuǎn)速為4870r/min;車輛的最高車速即最高擋位6擋時的最大速度187km/h，此時的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為4820r/min。最大加速度:FullLoadAccelerationinallGears板塊中將顯示各個擋位的最大加速度仿真計算結(jié)果。車輛在一擋時的加速度最大，其數(shù)值為4.03m/s2，此時發(fā)動機(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需要進(jìn)行超車時車輛會積極降擋，以求得較大的加速度。原地起步連續(xù)換擋加速時間:車輛從0km/h加速至60km/h所用時間為6.84s，達(dá)到60km/h時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為2625r/min，從0km/h加速至100km/h所用時間為13s，達(dá)到100km/h時發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速為4376r/min，加速能力處于良好的水準(zhǔn)，與實(shí)際測得的加速時間相差不大。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等速行駛時燃油消耗量為5.45L/100km，120km/h等速行駛時燃油消耗量為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，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)行駛時真實(shí)的燃油消耗量。根據(jù)仿真數(shù)據(jù)顯示:此過程的平均燃油消耗量為12.87L/100km。3.3仿真結(jié)果對比最高車速的誤差率是2.75%，0～60km/h和0～100km/h加速時間誤差分別是0.11s和0.3s，誤差率最大為2.26%，最大加速度誤差為0.08m/s2，動力性方面的模擬計算值與試驗(yàn)場實(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仿真模型計算精度較高。4動力傳動系統(tǒng)優(yōu)化匹配車輛傳動系的傳動比分為兩類:主傳動器的傳動比及變速器的各擋位的傳動比。本文通過綜合改變變速器各擋位的傳動比以及主減速器的傳動比來提高汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性。本文參考幾款主流的動力傳動系統(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(一擋傳動比為4.28，二擋傳動比為2.793，三擋傳動比為1.484，四擋傳動比為1.0，五擋傳動比為0.717，六擋傳動比為0.60)，主減速器3(主減速器傳動比為3.90)。在保證了動力性的同時，節(jié)省燃油更多，在動力性減弱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。5結(jié)論發(fā)動機(jī)動力性與經(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)行工況是個復(fù)雜多變的過程，受到很多因素的影響，在所有的運(yùn)行工況下，發(fā)動機(jī)都應(yīng)該與傳動系實(shí)現(xiàn)最佳匹配，使整車動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性等方面均處于最佳狀態(tài)。本文的傳動系統(tǒng)