某輕卡動力性經(jīng)濟性仿真優(yōu)化設(shè)計

劉永亮，趙向麗

某輕卡動力性經(jīng)濟性仿真優(yōu)化設(shè)計

劉永亮，趙向麗

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章以某車型開發(fā)舉例，提出開發(fā)車型動力性經(jīng)濟性的要求，通過整車傳動系優(yōu)化，使得整車動力性經(jīng)濟性滿足開發(fā)需求。針對NEDC油耗，從整車阻力方面入手，通過分析、優(yōu)化整車阻力，達成NEDC油耗國標限值要求。過程中采用AVL CRUISE軟件進行仿真計算，最終理論目標達成，為后續(xù)實車驗證提供了理論基礎(chǔ)。

動力性；經(jīng)濟性；NEDC；阻力

引言

輕卡車型市場廣泛，使用工況復(fù)雜，配置多樣。在新車型開發(fā)中，往往會與競品車型進行動力性經(jīng)濟性對比，以確認是否滿足開發(fā)需求。由于裝配樣車時間較長，因此在開發(fā)時，需先進行整車動力性經(jīng)濟性仿真計算分析，從理論計算上先滿足開發(fā)需求。本文從某車型開發(fā)舉例，從傳動比、整車阻力等方面，系統(tǒng)的闡述了整車動力性經(jīng)濟性仿真優(yōu)化設(shè)計。

1 整車參數(shù)對比

1.1 整車基本參數(shù)

某開發(fā)車型在其競品車型基礎(chǔ)上配置大排量發(fā)動機，整車相關(guān)參數(shù)如下表1所示。

該車型動力性經(jīng)濟性開發(fā)需求輸入如下：

（1）動力性不差于競品車型；

（2）經(jīng)濟性優(yōu)于競品車型；

（3）NEDC油耗滿足國標限值。

1.2 發(fā)動機性能對比

開發(fā)車型發(fā)動機外特性數(shù)據(jù)與競品車型發(fā)動機外特性數(shù)據(jù)對比圖1所示。

從圖1看出，開發(fā)車發(fā)動機功率、扭矩均大于競品車發(fā)動機，且開發(fā)車發(fā)動機在整個轉(zhuǎn)速段內(nèi)的扭矩均優(yōu)于競品車發(fā)動機，若匹配同樣配置車型，采用開發(fā)車發(fā)動機動力性會優(yōu)于匹配競品車發(fā)動機。

表1 整車參數(shù)對比

車型競品車型開發(fā)車型 外形尺寸/mm長5 1705 170 寬1 7001 700 高2 0922 092 軸距/mm2 6002 600 整備質(zhì)量/kg1 4201 535 滿載質(zhì)量/kg2 6002 600 發(fā)動機排量/L1.1491.499 額定功率/kW6475 轉(zhuǎn)速/rpm6 0006 000 最大扭矩/(N·m)110 145 轉(zhuǎn)速/rpm4 000～4 8004 400～4 800 燃油類型汽油汽油 變速箱型式5MT5MT 各檔速比Ⅰ3.8573.759 Ⅱ2.0452.054 Ⅲ1.4191.425 Ⅳ11 Ⅴ0.8080.828 后橋主減速比5.3754.33、4.875、5.375可選 輪胎半徑/mm297297

圖1 發(fā)動機外特性數(shù)據(jù)對比

萬有特性數(shù)據(jù)對比如下圖所示。

圖2 發(fā)動機萬有特性數(shù)據(jù)對比

以上看出，兩發(fā)動機主要工況燃油消耗率對應(yīng)轉(zhuǎn)速段如下表所示。

表2 燃油消耗率對應(yīng)轉(zhuǎn)速段

燃油消耗率/(g/kW·h)轉(zhuǎn)速段/rpm 競品車發(fā)動機開發(fā)車發(fā)動機 2502 000～3 5001 400～3 700 2601 200～3 8001 200～4 400 2701 200～5 4001 200～4 600 2801 200～5 7001 200～4 800

從上表看出，在同樣的燃油消耗率下，開發(fā)車發(fā)動機的轉(zhuǎn)速區(qū)間段覆蓋更加寬廣，因此，同等條件下，其對應(yīng)轉(zhuǎn)速段內(nèi)的燃油經(jīng)濟性應(yīng)優(yōu)于競品車發(fā)動機。

2 基礎(chǔ)計算分析

由上節(jié)所述，開發(fā)車型可選的后橋主減有4.33、4.875、5.375三個，動力傳動系統(tǒng)有3組匹配方案。

對開發(fā)車型先采用傳動系方案與競品車型較接近的方案，采用5.375后橋主減，采用AVL CRUISE軟件，仿真計算結(jié)果如下表所示：

表3 5.375后橋主減計算結(jié)果

類別項目競品車開發(fā)車 變速箱速比Ⅰ3.8573.759 Ⅱ2.0452.054 Ⅲ1.4191.425 Ⅳ11 Ⅴ0.8080.828 后橋速比5.3755.375 動力性(滿載)最高車速/(km/h)次高檔125.2124.99 最高檔116.4142.25 0～70 km/h，2 500 rpm換擋加速時間/s40.627.71 次高檔30～70 km/h加速時間/s29.819.98 1檔最大爬坡性能(%)2635.17 經(jīng)濟性最高檔等速油耗（空載+150 kg）L/100 km50 km/h5.96.42 60 km/h6.77.01 70 km/h7.67.65 80 km/h8.68.63 90 km/h9.89.77 100 km/h11.111.16 110 km/h12.612.64

后橋匹配5.375速比，由上表得出以下結(jié)論：

（1）開發(fā)車型的最高車型優(yōu)于競品車型，高于競品車型約20 km/h；

（2）開發(fā)車型的加速時間優(yōu)于競品車型，比競品車型快10 s左右；

（3）開發(fā)車型的最大爬坡度優(yōu)于競品車型，比競品車型大8%；

同比情況下，開發(fā)車型的動力性顯著優(yōu)于競品車型，經(jīng)濟性略差于競品車型，不滿足開發(fā)要求。

3 匹配優(yōu)化分析

3.1 傳動系優(yōu)化分析

通過降低傳動系統(tǒng)總速比，使開發(fā)車型的動力性不差于競品車型，此時進行整車經(jīng)濟性對比。

后橋采用4.875、4.33兩個速比均可降低傳動系統(tǒng)總速比，現(xiàn)匹配兩個速比均進行仿真計算，計算結(jié)果如表4所示。

表4 4.875、4.33后橋主減計算結(jié)果

類別項目競品車開發(fā)車開發(fā)車 變速箱速比Ⅰ3.8573.8573.759 Ⅱ2.0452.0452.054 Ⅲ1.4191.4191.425 Ⅳ111 Ⅴ0.8080.8080.828 后橋速比5.3754.334.875 動力性(滿載)最高車速km/h次高檔123.00142.16137.80 最高檔122.03128.85139.95 0～70km/h 2 500 rpm換擋加速時間/s42.5331.7229.89 次高檔30～70km/h加速時間/s28.7428.0923.55 1檔最大爬坡性能(%)27.4027.6031.31 經(jīng)濟性最高檔等速油耗（空載+150 kg）L/1 00 km50 km/h6.055.936.18 60 km/h6.696.576.78 70 km/h7.627.257.49 80 km/h8.678.018.31 90 km/h9.809.059.46 100 km/h11.1510.3510.66 110 km/h12.7711.7912.38

由上表得出以下結(jié)論：

（1）后橋主減匹配4.33，開發(fā)車型的動力性不差于競品車型，且其經(jīng)濟性優(yōu)于競品車型。

（2）后橋主減匹配4.875，開發(fā)車型的動力性優(yōu)于競品車型相當(dāng)，低速時經(jīng)濟性略差于競品車型，高速時經(jīng)濟性優(yōu)于競品車型。

綜合以上，選取4.33主減速比可滿足開發(fā)需求。

3.2 NEDC油耗計算

開發(fā)車型為N1類車型，整備質(zhì)量1 535 kg，按國標《GB 20997—2015 輕型商用車輛燃料消耗量限值》，NEDC油耗限值為7.9 L/100 km。

根據(jù)國標試驗要求，NEDC油耗測試時，整車阻力可以采用查表法或滑行阻力法。

由于開發(fā)車型暫未進行滑行阻力試驗，參考競品車型滑行阻力計算，各后橋主減速比下，油耗均不能滿足國標要求，計算結(jié)果如表5。

表5 NEDC油耗計算結(jié)果

車型開發(fā)車型 后橋主減速比5.3754.8754.33 NEDC油耗（L/100 km）10.29.58.8

3.3 NEDC油耗優(yōu)化分析

競品車型的整車滑行阻力與動力性經(jīng)濟性試驗轉(zhuǎn)轂加載阻力系數(shù)如下：

表6 整車試驗阻力系數(shù)

系數(shù)滑行阻力系數(shù)轉(zhuǎn)轂加載系數(shù) F0236.452.3 F11.9281.801 F20.061 150.054 42

通過提取滑行阻力與轉(zhuǎn)轂加載阻力差值，得出其整車內(nèi)阻如下表所示：

表7 整車內(nèi)阻

車速/(km/h)阻力/N 10186 20189 30194 40200 50207 60216 70226 80237 90250 100264 110280

由于開發(fā)車型是在競品車型上做變動，與競品車型內(nèi)阻相同。

根據(jù)國標試驗要求，開發(fā)車型采用查表法時，轉(zhuǎn)轂加載阻力系數(shù)如表8所示。

表8 查表法阻力加載系數(shù)

系數(shù)查表法阻力系數(shù) F07.9 F10 F20.053 6

開發(fā)車型采用查表法時的整車阻力與滑行阻力對比如下表所示：

由以下看出，采用查表法整車阻力比滑行阻力法整車阻力小60 N～300 N，更有利于NEDC油耗的達成。

表9 查表法與滑行阻力對比

車速/(km/h)競品車滑行法阻力/N開發(fā)車查表法阻力/N 10262199 20299219 30349250 40411294 50486349 60572417 70671497 80782588 90905692 1001 041808 1101 188936 1201 3481 076

采用查表法阻力重新計算開發(fā)車型NEDC油耗，計算結(jié)果如下：

表10 NEDC油耗計算結(jié)果

車型開發(fā)車型 后橋主減速比5.3754.8754.33 NEDC油耗（L/100 km）9.28.57.8

由上表得出，采用4.33后橋主減+查表法阻力，開發(fā)車型NEDC油耗可滿足國標限值要求。

4 結(jié)論

本文以某車型開發(fā)舉例，為滿足開發(fā)車型動力性經(jīng)濟性的需求，先進行整車傳動比優(yōu)化，使得整車動力性經(jīng)濟性滿足開發(fā)需求，之后針對NEDC油耗，從整車阻力方面入手，通過分析、優(yōu)化整車阻力，達成NEDC油耗要求。過程中采用AVL CRUISE軟件進行仿真計算，最終理論目標達成，為后續(xù)實車驗證提供了理論基礎(chǔ)，同時節(jié)省了開發(fā)周期及開發(fā)成本。

Simulation and Optimization Design of Power and Fuel Consumption of a Truck

LIU Yongliang, ZHAO Xiangli

( Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Taking the development of a vehicle as an example, this paper first puts forward the requirements for the power and fuel consumption of the development vehicle, and then makes the power and fuel consumption of the whole vehicle meet the development needs through the optimization of the whole vehicle transmission system. For NEDC fuel consumption, starting from the vehicle resistance, the national standard limit of NEDC fuel consumption is reached by analyzing and optimizing the vehicle resistance. In the process, AVL cruise software is used for simulation calculation, and the final theoretical goal is achieved, which provides a theoretical basis for subsequent real vehicle verification.

Power performance;Fuel consumption;NEDC;Resistance

A

1671-7988(2021)22-96-04

U462

A

1671-7988(2021)22-96-04

CLC NO.: U462

劉永亮，男，本科，技術(shù)經(jīng)理，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.022.025