基于滑行試驗(yàn)的載貨汽車動力性經(jīng)濟(jì)性仿真與試驗(yàn)分析

朱偉偉，陳剛

（安徽江淮汽車股份有限公司，合肥230601）

基于滑行試驗(yàn)的載貨汽車動力性經(jīng)濟(jì)性仿真與試驗(yàn)分析

朱偉偉，陳剛

（安徽江淮汽車股份有限公司，合肥230601）

通過對比原型車和競品車的滑行試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析了整車的行駛阻力，試驗(yàn)結(jié)果表明原型車的空氣阻力大于競品，通過CFD分析并提出了駕駛室造型的優(yōu)化方案，改善了整車行駛阻力。并針對新的滑行阻力優(yōu)化了動力總成的匹配，在轉(zhuǎn)轂上進(jìn)行了動力性經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化方案有效，改善了整車性能，提升了產(chǎn)品競爭力。

滑行試驗(yàn)；動力性；經(jīng)濟(jì)性；優(yōu)化

朱偉偉

碩士研究生學(xué)歷，現(xiàn)任安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心工程師，研究方向：商用車動力匹配工作。

1　引言

整車的動力性經(jīng)濟(jì)性除了受動力總成的匹配合理程度的影響，也和整車的行駛阻力有很大的關(guān)系。目前，國內(nèi)的很多企業(yè)都選擇采用滑行試驗(yàn)測算整車的行駛阻力，并應(yīng)用到轉(zhuǎn)轂臺架進(jìn)行動力性經(jīng)濟(jì)性的試驗(yàn)。這種方法開發(fā)周期短，試驗(yàn)誤差小。而且滑行阻力測定完成后可以結(jié)合相關(guān)仿真軟件，更為準(zhǔn)確的分析動力性經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化方案。文中通過分析某款載貨車的滑行阻力，改善了整車的空氣阻力，并針對新的滑行阻力調(diào)整了發(fā)動機(jī)的萬有特性區(qū)間的分布，優(yōu)化了傳動系的速比，方案實(shí)施后，試驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)效果明顯。

2　原車滑行試驗(yàn)分析及阻力優(yōu)化

汽車滑行是指汽車在水平路面且無風(fēng)的條件下，加速至某預(yù)定速度后，摘擋脫開發(fā)動機(jī)，利用汽車的動能繼續(xù)行駛的減速運(yùn)動?？梢愿鶕?jù)車速與時間的關(guān)系計(jì)算汽車的行駛阻力，再設(shè)定底盤測功機(jī)進(jìn)行道路模擬試驗(yàn)。

原車型是一款4X2載貨車，設(shè)計(jì)總質(zhì)量16噸，搭載4缸渦輪增壓柴油機(jī)，手動變速箱，單級減速后驅(qū)動橋，整車基本參數(shù)如表1所示：

表1：整車參數(shù)

滑行試驗(yàn)依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行［9］［10］，要求平均風(fēng)速≤2m/s，最大風(fēng)速≤3m/s，溫度 5℃～35℃范圍內(nèi)；相對濕度小于80%；試驗(yàn)路面應(yīng)為干燥、平整的混凝土或具有相同附著系數(shù)的其他路面，路面上不許有松散的雜物，縱向坡度0.1%以內(nèi)?；羞^程中，每隔5km/h，記錄一次滑行時間，試驗(yàn)往返各滑行4 次，取平均值，作為滑行試驗(yàn)結(jié)果，往返區(qū)段盡量重合。分別對競品和原型車進(jìn)行試驗(yàn)，最終試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示：

如滑行阻力圖所示：原型車在低速段的阻力與競品基本相當(dāng)，而隨著速度的增加，滑行阻力則大于競品，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，低速段對滑行阻力影響較大的是輪胎的滾動阻力，高速段對滑行阻力影響較大的是空氣阻力，因此可以初步判定該車型的空氣阻力不如競品。為了進(jìn)一步明確原因，對駕駛室做了CFD分析，從分析結(jié)果中可以看出，與競品車相比，原型車駕駛室的車頂存在明顯的流動分離現(xiàn)象，導(dǎo)致整車的空氣阻力較大。

表2：風(fēng)阻系數(shù)與迎風(fēng)面積對比

原型車駕駛室加高后，雖然增加了迎風(fēng)面積，但是明顯的改善了風(fēng)阻系數(shù)，綜合來看改進(jìn)了空氣阻力。改進(jìn)后樣車的滑行試驗(yàn)也驗(yàn)證了這一點(diǎn)：

3　動力匹配分析及優(yōu)化

整車的行駛阻力是動力性經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)，動力性經(jīng)濟(jì)性的好壞還受發(fā)動機(jī)萬有特性、低油耗率區(qū)間的分布和傳動系速比匹配等因素的影響。因此需要基于整車的滑行阻力，對整車的動力匹配做進(jìn)一步的分析，明確是否可以優(yōu)化。

經(jīng)過市場調(diào)研，明確客戶的常用車速和檔位，分析了等車速情況下發(fā)動機(jī)在MAP圖上對應(yīng)的工作區(qū)間［1］。

（1）根據(jù)市場調(diào)研可以得知，一般客戶常使用5檔或6檔，就是最高檔和次高檔。常用車速為50-90km/h。

（2）計(jì)算常用車速對應(yīng)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速ne

式中：ne是 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，單位：r/min；Ve是相應(yīng)的車速，單位：km/h：ig是相應(yīng)檔位的速比：i0是驅(qū)動橋速比：r 是輪胎滾動半徑，單位：m.

（3）行駛時，阻力等于整車的驅(qū)動力，就可以根據(jù)車速對應(yīng)的阻力計(jì)算發(fā)動機(jī)所需的扭矩。

寫作是構(gòu)成語文結(jié)構(gòu)的要素之一，語文寫作在初中語文教學(xué)中占有大量比重，是初中語文學(xué)習(xí)的重中之重。在進(jìn)行語文寫作教學(xué)時，教師可以根據(jù)寫作中心思想所表達(dá)的意思設(shè)計(jì)情景教學(xué)，這不僅可以激發(fā)學(xué)生練習(xí)寫作的興趣，還能培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、聯(lián)系生活的寫作能力。學(xué)生在學(xué)習(xí)寫作時，通過使用合理的語言描繪方式與修辭手法進(jìn)行寫作，既可以增強(qiáng)學(xué)生寫作手法的運(yùn)用，還可以提高學(xué)生寫作能力。

式中：Ttq發(fā)動機(jī)扭矩，單位N.m；Ft是相應(yīng)的驅(qū)動力，單位是N；ηT是傳動系效率

（4）結(jié)合第（2）、（3）步計(jì)算的轉(zhuǎn)速和扭矩，得到對應(yīng)的發(fā)動機(jī)功率。

式中：Pe是 發(fā)動機(jī)功率，單位是KW；

（5）結(jié)合已知的等速百公里油耗計(jì)算燃油消耗率。

式中：be是燃油消耗率，單位是g/（kw.h）；Qs是等速百公里油耗的仿真數(shù)據(jù)，單位是L/100km，ρ是燃油密度，g為重力加速度常數(shù)。

（6）利用繪圖軟件，結(jié)合轉(zhuǎn)速、扭矩和發(fā)動機(jī)的萬有特性數(shù)據(jù)繪制發(fā)動機(jī)工作區(qū)間圖，如圖6所示：

定義發(fā)動機(jī)最低燃油消耗率為bemin，而把110%bemin對應(yīng)的油耗線所包括的范圍定義為經(jīng)濟(jì)區(qū)間［3］，從圖6可以比較直觀的看出，原車常用車速對應(yīng)的發(fā)動機(jī)區(qū)間偏離經(jīng)濟(jì)區(qū)間，而且隨著車速的增高，愈發(fā)的偏離經(jīng)濟(jì)區(qū)間。這會導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性不好，而且隨著車速增高變得更差。出現(xiàn)這種問題的原因是發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)區(qū)間偏向低轉(zhuǎn)速區(qū)。而且傳動系速比匹配的偏高，導(dǎo)致整車的常用車速對應(yīng)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速偏高，偏離了經(jīng)濟(jì)區(qū)間對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，因此，準(zhǔn)備采用兩種措施進(jìn)行改進(jìn)：

措施1：通過重新匹配增壓器，優(yōu)化燃燒開發(fā)，擴(kuò)大發(fā)動機(jī)萬有特性的經(jīng)濟(jì)區(qū)間，但是發(fā)動機(jī)的原排會有一定的惡化，需要對后處理系統(tǒng)重新標(biāo)定保證排放達(dá)標(biāo)。改進(jìn)前后的發(fā)動機(jī)萬有特性對比如圖7所示，發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)區(qū)間有了明顯的擴(kuò)大：

措施2：優(yōu)化后的發(fā)動機(jī)萬有特性，如圖7所示，經(jīng)濟(jì)區(qū)間還是偏向于低轉(zhuǎn)速，需要重新匹配較小后橋速比，把最高檔和次高檔常用車速對應(yīng)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速區(qū)間向經(jīng)濟(jì)區(qū)間移動。同時加大變速箱低檔位速比保證爬坡度＞20%，結(jié)果如圖8所示， 改進(jìn)后的方案主要車速的工作區(qū)間明顯優(yōu)于原車工作區(qū)間。

4　改進(jìn)方案的仿真與驗(yàn)證

改進(jìn)工作完成后根據(jù)滑行阻力和整車相關(guān)參數(shù)，在CRUISE軟件中建立整車的模型，如圖9如下，并在模型中設(shè)立相關(guān)計(jì)算任務(wù)，模塊之間在軟件模版上都有數(shù)據(jù)線相連接， 彼此之間傳遞信息［2］［4］，計(jì)算完成后，可以在軟件專用的后處理模塊中查看相關(guān)計(jì)算結(jié)果。

為了上述各種分析的準(zhǔn)確性，并確認(rèn)整車的實(shí)際性能，在轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺架上進(jìn)行了如圖10所示的的動力性經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)［6］。

整理改進(jìn)車的仿真和試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示，結(jié)果表明仿真值與試驗(yàn)值的試驗(yàn)誤差控制在±5%以內(nèi)，說明模型精度較高，對設(shè)計(jì)工作具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

通過對原型車、改進(jìn)車和競品車的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理和對比， 改進(jìn)后，整車的動力性經(jīng)濟(jì)性有較大的改善，尤其在高車速段經(jīng)濟(jì)性很差的問題得到了解決。與競品相比在動力性經(jīng)濟(jì)性上也有一定的優(yōu)勢，增強(qiáng)了產(chǎn)品的競爭力。

表3：改進(jìn)車仿真和試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比

5　結(jié)論

通過滑行試驗(yàn)的數(shù)據(jù)對比，改善了整車的空氣阻力，同時針對新的阻力優(yōu)化發(fā)動機(jī)的萬有特性，并重新匹配了傳動系速比，可以得到如下結(jié)論：

1）研究整車的行駛阻力是動力性經(jīng)濟(jì)性開發(fā)的基礎(chǔ)，通過滑行試驗(yàn)分析行駛阻力是提高動力性經(jīng)濟(jì)性的一種有效措施。

2）發(fā)動機(jī)萬有特性的經(jīng)濟(jì)區(qū)間的范圍和分布區(qū)域，也是影響經(jīng)濟(jì)性的重要因素。在保證排放的情況下，盡量擴(kuò)大發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)區(qū)間，改善燃油消耗率，會取得更好的經(jīng)濟(jì)性。

3）在動力匹配的過程當(dāng)中，要根據(jù)常用車速或者市場上客戶實(shí)際的駕駛習(xí)慣，結(jié)合行駛阻力，來判定工況下發(fā)動機(jī)常用工作區(qū)間，在保證動力性的情況下，可以通過匹配適當(dāng)?shù)乃俦葋碚{(diào)整經(jīng)濟(jì)區(qū)間與工作區(qū)間的重合。

4）以滑行阻力為基礎(chǔ)，結(jié)合仿真軟件和轉(zhuǎn)轂臺架試驗(yàn)，可以提高動力性和經(jīng)濟(jì)性開發(fā)的效率，大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，有效提升產(chǎn)品的市場競爭力。

［1］余志生.汽車?yán)碚摚跰］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［2］AVL Cruise User Guide.

［3］岳驚濤.汽車動力系統(tǒng)的合理匹配評價(jià)［J］.汽車工程. 2004年（1）.

［4］陳斐雅，劉祚時.基于CRUSE研究不同主減速比對汽車動力性的影響［J］.科學(xué)技術(shù)與工程.2010（33）．

［5］林學(xué)東.汽車動力匹配技術(shù)［M］.北京：中國水利水電出版社，2010.

［6］GB/T 12545.2-200l，商用車輛燃料消耗量試驗(yàn)方法［s］.

［7］雷嗣軍.汽車動力傳動系參數(shù)匹配與仿真優(yōu)化［M］.杭州：浙江大學(xué)出版社，2010.

［8］韓宗奇，李亮，測定汽車滑行阻力系數(shù)的方法［J］，汽車工程，2002（4）．

［9］GB/T 12536-1990，汽車滑行試驗(yàn)方法 ［s］.

［10］張富興，高海洋．重型汽車滑行試驗(yàn)方法的研究［J］.北京汽車，2010（3）.

專家推薦

鄧亞東：

論文針對某載貨汽車動力性和經(jīng)濟(jì)性改進(jìn)，運(yùn)用滑行試驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)仿真等方法，就車身風(fēng)阻及傳動系結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化，研究結(jié)果表明，仿真分析與試驗(yàn)結(jié)果具有可比性，改進(jìn)車型與對比車有明顯的性能改善。論文結(jié)構(gòu)完整、理論分析和試驗(yàn)結(jié)果可信，對汽車動力性分析和優(yōu)化的相關(guān)開發(fā)工作有指導(dǎo)意義。

Simulation and Test analysis Of Heavy-Duty Truck Power And Economical Performance base on coating test

ZHU Wei-wei ，CHEN Gang
（An-Hui Jiang-Huai Automobile Company， Hefei 230601， China）

Analyze the running resistance through the test data comparison between the competing product and the origin one. the test result show that the air resistance is greater than the competing product. The cab optimization scheme is proposed to improve the air resistance through the CFD analysis， a bench test is run after optimized the powertrain match for the new resistance. The test results show that the improved scheme is better than the original one， not only to improve the performance， but also to enhance the competitiveness of products.

Coasting test； Power Performance； Economical Performance； Optimization

U462.3

A

1005-2550（2015）04-0020-05

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.04.005

2015-03-06