某6X4重型牽引車的性能計(jì)算

何 山

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某6X4重型牽引車的性能計(jì)算

何 山

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

本文對(duì)車輛動(dòng)力性以及燃油經(jīng)濟(jì)性理論計(jì)算進(jìn)行了研究，并在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，運(yùn)用MATLAB程序模擬計(jì)算某6×4重型牽引車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，通過道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，最終驗(yàn)證了計(jì)算的準(zhǔn)確性。

牽引車；動(dòng)力性；經(jīng)濟(jì)性

CLC NO.:U469.5Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-81-04

引言

最近幾年我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，帶來了我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及公路運(yùn)輸?shù)娘w速發(fā)展，也帶來了重型牽引車市場的井噴式增長。然而，隨著柴油價(jià)格大幅增長，影響了整車的成本及銷售，這就要求國內(nèi)牽引車生產(chǎn)廠家調(diào)整生產(chǎn)政策，革新技術(shù)，開發(fā)高效、節(jié)能的新型重卡。其中如何提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性是一個(gè)重要課題。目前可以采取的措施有:

（1）提高汽車行駛效率:減少行駛阻力、底盤輕量化、提高驅(qū)動(dòng)效率；

（2）改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能:提高現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率和機(jī)械效率、廣泛采用渦輪增壓技術(shù)、廣泛采用電子計(jì)算機(jī)控制技術(shù)；

（3）優(yōu)化匹配動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。

汽車整車性能的好壞，不僅僅取決于發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系各自獨(dú)特的性能，而是很大程度上取決于二者匹配的如何。在評(píng)價(jià)汽車的整車性能時(shí)，往往要用到一些特定的指標(biāo)，如衡量汽車動(dòng)力性的主要指標(biāo)是其最高車速、爬坡性能和加速性能等；衡量燃油經(jīng)濟(jì)性和排放的汽車在標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)下的百公里油耗和每公里排放量。這些指標(biāo)除了放映發(fā)動(dòng)機(jī)本身的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放特性外，還體現(xiàn)了整車動(dòng)力總成系統(tǒng)的相互配合及合理優(yōu)化程度，即使一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)具有良好的性能，如果沒有與之合理匹配的傳動(dòng)系，也不可能充分發(fā)揮其最佳性能。因此合理的匹配汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)是降低汽車油耗和排放、提升動(dòng)力的重要措施。

1、傳動(dòng)系理論匹配

車輛的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能是整車性能最重要、最基本的組成部分。經(jīng)過初步設(shè)計(jì)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)其使用效果如何，能否將發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳性能發(fā)揮出來以及怎樣評(píng)價(jià)其發(fā)揮的程度，是我們進(jìn)行匹配所要解決的問題，評(píng)價(jià)的合理與否直接影響后期的技術(shù)決策。而整車性能是通過對(duì)各目標(biāo)來衡量的，因此它是一個(gè)多目標(biāo)系統(tǒng)，必須對(duì)其進(jìn)行加權(quán)的綜合評(píng)價(jià)。整車的性能基本評(píng)價(jià)指標(biāo)如圖1所示。

1.1 汽車換擋模型

通常情況下，換檔規(guī)律有三種模式:(1)最佳動(dòng)力性換檔規(guī)律；(2)最佳經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律；

(3)按試驗(yàn)規(guī)范規(guī)定的運(yùn)行模式進(jìn)行換檔。

1.1.1 最佳動(dòng)力性換檔規(guī)律

在動(dòng)力性模擬計(jì)算中使用換檔規(guī)律主要是為了保證汽車的最佳動(dòng)力性，即盡可能使汽車在較低的檔位行駛，其關(guān)鍵問題自然是換檔點(diǎn)的選擇。模擬計(jì)算中，我們對(duì)駕駛員的換檔規(guī)律做如下規(guī)定:（1）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于其最低轉(zhuǎn)速時(shí)，由高檔換入低檔；（2）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于其最高轉(zhuǎn)速時(shí)，由低檔換入高檔；（3）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速介于其最大和最小轉(zhuǎn)速之間時(shí)，若高檔加速度大于低檔加速度，應(yīng)由低檔換入高檔。

1.1.2 最佳經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律

最佳經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律，就是所用的檔位應(yīng)保證汽車在正常行駛條件下，燃油消耗量最少。在模擬計(jì)算中，我們對(duì)駕駛員的換檔規(guī)律做了如下規(guī)定:（1）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于其最低轉(zhuǎn)速時(shí)，由高檔換入低檔；（2）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于其最高轉(zhuǎn)速時(shí)，由低檔換入高檔；（3）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速介于其最大和最小轉(zhuǎn)速之間時(shí)，若高檔加速度大于零，應(yīng)由低檔換入高檔；（4）當(dāng)行駛阻力大于牽引力時(shí)，若發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速時(shí)，則不換檔，反之應(yīng)該換入低檔。

1.2 動(dòng)力性計(jì)算

1.2.1 各擋動(dòng)力因數(shù)計(jì)算

1.2.2 各檔最大爬坡度計(jì)算

1.2.3 最高車速計(jì)算

汽車最高車速是指在良好水平路面上汽車所能達(dá)到的最高速度，根據(jù)汽車去動(dòng)力-行駛阻力平衡圖，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力（直接檔或最高檔）與汽車行駛阻力曲線相交點(diǎn)處的車速，便是汽車最高車速。若無交點(diǎn)，則發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)得車速則為最高車速。

（4）當(dāng)噴霧到設(shè)計(jì)高度時(shí)，應(yīng)及時(shí)清洗管道，不要留下殘留物，為防止堵塞，通常將漿料注入水中進(jìn)行連續(xù)沖洗，直到有清澈的水在管道中流出。

（4）計(jì)算此時(shí)驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力的差值D。

如果D小于預(yù)先給定的值ε，則可認(rèn)為此時(shí)車速為最高車速，而如果D的絕對(duì)值大于ε，則需要根據(jù)正負(fù)號(hào)對(duì)v進(jìn)行一定的步長的加減進(jìn)行循環(huán)計(jì)算，并最終取得滿意的結(jié)果，值得注意的是最終結(jié)果需要與進(jìn)行比較，若則最高車速應(yīng)為

1.2.4 加速性能計(jì)算

汽車的加速性能可用它在水平良好路面上行駛時(shí)能產(chǎn)生的加速度來評(píng)價(jià)。由汽車的行駛可以得到:

此時(shí)加速時(shí)間可通過計(jì)算機(jī)用圖解計(jì)分法求出。

1.3 經(jīng)濟(jì)性計(jì)算

在汽車設(shè)計(jì)與開發(fā)中，常需要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)得到的萬有特性圖和汽車功率平衡圖，對(duì)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行估算。在實(shí)際運(yùn)用中，我們通常以車輛的等速燃油消耗量來評(píng)價(jià)車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。

折算成等速百公里燃油消耗量（L/100km）為:

1.4 計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算流程

圖2為動(dòng)力性指標(biāo)計(jì)算程序流程，圖3為經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)計(jì)算程序流程。

2、實(shí)例應(yīng)用

根據(jù)整車參數(shù)，運(yùn)用MATLAB程序進(jìn)行仿真計(jì)算，表1為某6×4重型牽引車整車參數(shù)。

表1 某6×4重型牽引車整車參數(shù)

該車型所用發(fā)動(dòng)機(jī)外特性與萬有特性曲線圖如圖4:

將參數(shù)輸入MATLA，輸出驅(qū)動(dòng)力與阻力平衡圖如圖5所示:

通過對(duì)上述方案進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算結(jié)果比較如表2:

表2 仿真計(jì)算值

4、道路試驗(yàn)驗(yàn)證

搭載樣車分別進(jìn)行轉(zhuǎn)轂和道路試驗(yàn)驗(yàn)證，并將動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比見表3:

表3 試驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果對(duì)比

由上表不難看出，通過MATLAB計(jì)算程序計(jì)算出的該車動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)與試驗(yàn)結(jié)果吻合程度很高。由此可見，計(jì)算機(jī)仿真模擬計(jì)算可以為我們提供較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

5、結(jié)論

通過某6×4重型牽引汽車傳動(dòng)系的匹配設(shè)計(jì)，我們運(yùn)用MATLAB計(jì)算軟件對(duì)該車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析計(jì)算，并進(jìn)行了裝車驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算機(jī)仿真模機(jī)計(jì)算的結(jié)果非常吻合，我們可以認(rèn)為，該計(jì)算方法和計(jì)算程序完全符合整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性計(jì)算的要求。

[1] 劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2010.

[2] 倪計(jì)民.重型汽車傳動(dòng)系結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)[J].汽車技術(shù),2005.7.

[3] 白鳳良.牽引車整車性能及動(dòng)力裝置匹配分析J]. 現(xiàn)代車用動(dòng)力，2005.4.

[4] 徐中明.基于MATLAB的轎車動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性仿真[J]. 計(jì)算機(jī)仿真，2005.4.

Calculation of 6×4 heavy tractor performance

He Shan
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

This article has conducted the research to the vehicle dynamics and fuel economy calculation theory, and based on the theoretical calculation, the use of MATLAB program simulation of 6×4 heavy tractor dynamics and fuel economy, by comparing the road test data, the ultimate validation of the accuracy of the calculation.

tractor; dynamics; economy performance

U469.5

A

1671-7988(2015)07-81-04

何山，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心商用車研究院，現(xiàn)從事商用車總布置設(shè)計(jì)工作。