基于快運(yùn)工況下商用車動(dòng)力總成匹配優(yōu)化分析

許家毅

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，廣西 柳州 545005）

1 問題背景

隨著社會經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，中國物流行業(yè)的發(fā)展非常迅速。近年來，現(xiàn)代物流已成為人們生活中的熱門話題。物流企業(yè)大批量涌現(xiàn)，行業(yè)競爭更加激烈。作為物流行業(yè)的基礎(chǔ)的物流裝備，中國物流與采購聯(lián)合會副會長蔡進(jìn)認(rèn)為物流裝備未來將呈現(xiàn)6 大特點(diǎn)：①物流運(yùn)營數(shù)字化。②整個(gè)物流智能化操作。③物流裝備專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化。④業(yè)態(tài)服務(wù)化。⑤物流治理的網(wǎng)絡(luò)化。⑥高端化趨勢[1]。

在目前情況下，國內(nèi)各行各業(yè)政策充滿不確定的環(huán)境下，依托于公路運(yùn)輸?shù)目爝\(yùn)物流市場迎來了超強(qiáng)政策利好。并且目前國內(nèi)快運(yùn)市場集中度低，隨著電商消費(fèi)逐步滲透率不斷提升，市場對大件物流需求不斷升級，快運(yùn)市場存在巨大的發(fā)展空間[2]。本文基于快運(yùn)市場商用車運(yùn)營工況特征，對商用車整車動(dòng)力總成進(jìn)行匹配優(yōu)化分析研究，通過仿真分析得到整車動(dòng)力匹配最優(yōu)方案，用于指導(dǎo)商用車動(dòng)力總成正向開發(fā)，提升整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等性能，提升產(chǎn)品競爭力。

2 快運(yùn)物流市場需求分析

對于快運(yùn)物流市場商用車需求，講究運(yùn)輸?shù)臅r(shí)效性，大排量發(fā)動(dòng)機(jī)不僅滿足運(yùn)輸?shù)臅r(shí)效性，還能兼顧整車運(yùn)行的燃油經(jīng)濟(jì)性。國際快運(yùn)市場上，大件牽引列車總重限制較國內(nèi)高，歐洲列車總重限值小于80t，澳大利亞四掛車總質(zhì)量小于119t，國際商用車品牌大排量15～16L 機(jī)型產(chǎn)品主要用于大件牽引、模塊化列車運(yùn)營需求。在國內(nèi)快運(yùn)物流市場，進(jìn)口商用車車企主銷13L 機(jī)型，國內(nèi)主流商用車品牌主銷13L、14L 機(jī)型。各廠家都在布局15L、16L 機(jī)型用于快運(yùn)市場[9]。

3 快運(yùn)物流市場動(dòng)力總成匹配優(yōu)化

基于長途物流運(yùn)輸市場車輛運(yùn)行的工況特性，通過車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行大數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行市場細(xì)分，并爭對各細(xì)分市場的工況特征構(gòu)建典型工況路譜。對不同的工況路譜進(jìn)行分析，并結(jié)合長途物流市場對動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、時(shí)效性等需求，在滿足動(dòng)力性的前提下，通過整車動(dòng)力總成匹配優(yōu)化、發(fā)動(dòng)機(jī)效率提升、變速箱效率提升、AMT 換擋策略優(yōu)化、小速比后橋等技術(shù)對整車燃油經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行優(yōu)化提升，利用仿真軟件計(jì)算分析得出動(dòng)力總成匹配的最優(yōu)方案，發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性對整車常用工況符合經(jīng)濟(jì)區(qū)范圍（圖1），用于指導(dǎo)動(dòng)力總成正向開發(fā)[3]。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性

3.1 整車運(yùn)行工況分析

3.1.1 市場細(xì)分

根據(jù)車貨總重、驅(qū)動(dòng)形式、主要坡度、平均車速及客戶關(guān)注點(diǎn)，將長途物流運(yùn)營車輛分為快遞、快運(yùn)、平原專線及西南專線4種細(xì)分市場如表1 所示。

3.1.2 快運(yùn)物流市場典型工況路譜提取

通過對75 輛車車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，細(xì)分市場劃分，提取快運(yùn)市場車輛23 輛進(jìn)行車輛工況分析，其中14L（560Ps）10 輛，14L（600Ps）13 輛，運(yùn)營總里程300 萬km，平均油耗37.69L/100km。重點(diǎn)關(guān)注怠速運(yùn)行工況、空擋滑行工況、空載低負(fù)荷工況，快運(yùn)市場車輛運(yùn)營工況特征如表2 所示。通過對運(yùn)營工況及整車運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，提取快運(yùn)市場車輛運(yùn)行典型路譜如圖2 所示。

表2 快運(yùn)市場車輛配置及運(yùn)營工況特征

圖2 快運(yùn)市場車輛運(yùn)營工況典型路譜

3.1.3 整車車速趨勢分析

基于23 輛快運(yùn)物流市場車輛運(yùn)行車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)車速趨勢分析，560Ps 和600Ps 車型速度譜如圖3 所示?？爝\(yùn)市場工況坡道占比較少，600Ps 車型平均車速較560Ps 車型高1.51%。

基于23 輛車輛市場車輛車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)600Ps 和560Ps 車型在各坡度下的平均車速，分析車速變化趨勢如圖3 所示。在快運(yùn)市場車輛運(yùn)行工況下，主要以平原工況為主，600Ps 和560Ps 車型平均車速差異較小，主要圍繞動(dòng)力匹配進(jìn)行整車油耗性能優(yōu)化[7]。

圖3 干線物流運(yùn)輸市場大馬力車型速度譜

3.2 動(dòng)力總成優(yōu)化分析

3.2.1 動(dòng)力總成降轉(zhuǎn)速優(yōu)化分析

相同工況下，降低整車運(yùn)行中發(fā)動(dòng)機(jī)平均轉(zhuǎn)速，發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦扭矩降低，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷提高，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入熱管理的時(shí)間減少[5]。如表3 所示為快運(yùn)物流市場驗(yàn)證車輛，4 輛車輛的運(yùn)營工況相似，1輛正常運(yùn)營車輛，3 輛為根據(jù)實(shí)際工況對換擋轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整。如表3 所示分析運(yùn)營數(shù)據(jù)得到，降低整車運(yùn)行平均轉(zhuǎn)速對整車燃油經(jīng)濟(jì)性提升效果明顯[8]。

表3 整車運(yùn)營數(shù)據(jù)

3.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性曲線優(yōu)化

通過整車快運(yùn)市場運(yùn)營大數(shù)據(jù)典型工況分析確定發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性曲線優(yōu)化需求用于整車性能仿真計(jì)算分析。按照快運(yùn)市場需求確定發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩，對外特性扭矩按照等功率線調(diào)整及燃油消耗率MAP 同比調(diào)整，根據(jù)最大扭矩變化按比例確定發(fā)動(dòng)機(jī)油耗MAP。

3.2.3 動(dòng)力總成傳動(dòng)效率分析[6]

根據(jù)五軸試驗(yàn)結(jié)果得知，直接檔傳動(dòng)效率為97.26%，超速檔傳動(dòng)效率為95.51%，直接檔較超速檔傳動(dòng)效率高1.75%，等速80km/h 摩擦功損失油耗油耗優(yōu)0.22L，優(yōu)勢明顯，如表4 所示。

表4 直接檔-超速檔效率差值

3.2.4 AMT 換擋規(guī)律優(yōu)化分析

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同負(fù)荷區(qū)域的運(yùn)行工況特性，按換擋線設(shè)計(jì)主流程圖（圖4），對AMT 換擋規(guī)律進(jìn)行針對性優(yōu)化。

圖4 換擋策略優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

（1）中高負(fù)荷區(qū)：在保證整車動(dòng)力性和平順性的前提下，降低換擋轉(zhuǎn)速，提升發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理區(qū)域，發(fā)動(dòng)機(jī)平均轉(zhuǎn)速降低后，整車摩擦功降低，同時(shí)提升發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，減少發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理，理論上降轉(zhuǎn)速對整車節(jié)油貢獻(xiàn)效果明顯大數(shù)據(jù)每降低100r/min，整車油耗降低4%。

（2）低負(fù)荷區(qū)：優(yōu)化換擋曲線，減少發(fā)動(dòng)機(jī)在熱管理區(qū)域的運(yùn)行時(shí)長。

（3）怠速運(yùn)行：降低怠速運(yùn)行油耗，同時(shí)提高空擋滑行占比。

優(yōu)化前后主要如表5 所示。

表5 換擋規(guī)律優(yōu)化前后對比

3.3 動(dòng)力總成分析結(jié)果

3.3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)排量分析結(jié)合車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)路譜進(jìn)行仿真分析計(jì)算，針對快運(yùn)物流市場選擇發(fā)動(dòng)機(jī)，快運(yùn)市場主推最大扭矩3000N·m 的機(jī)型。結(jié)合市場競爭策略，行業(yè)主推馬力段升扭矩，計(jì)算得到發(fā)動(dòng)機(jī)排量，根據(jù)整車開發(fā)需求及行業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)主推馬力段升扭矩指標(biāo)，確定發(fā)動(dòng)機(jī)排量如表6 所示。

表6 快運(yùn)市場發(fā)動(dòng)機(jī)排量選型

3.3.2 動(dòng)力總成開發(fā)指標(biāo)需求分析[4]

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)排量分析結(jié)果，從整車動(dòng)力匹配及控制策略、發(fā)動(dòng)機(jī)效率提升、AMT 換擋及小速比橋等技術(shù)，如圖5 所示基于路譜的CRUISE 整車仿真分析計(jì)算匹配方案，得到最優(yōu)整車動(dòng)力總成匹配方案如表7 所示，整車運(yùn)行油耗較原狀態(tài)14L（560Ps）優(yōu)化4.75%，平均車速提升2.21%。

圖5 基于路譜的CRUISE 整車仿真分析計(jì)算

表7 快運(yùn)市場整車動(dòng)力總成最優(yōu)匹配方案

4 結(jié)語

基于干線物流運(yùn)輸市場車輛車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行大數(shù)據(jù)進(jìn)行市場細(xì)分，并爭對其中的快運(yùn)物流市場車輛的實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，構(gòu)建快遞物流市場的典型工況路譜，結(jié)合快運(yùn)物流市場對時(shí)效性，經(jīng)濟(jì)性需求，以及在滿足動(dòng)力性要求的前提下，從整車動(dòng)力總成匹配優(yōu)化、發(fā)動(dòng)機(jī)效率提升、變速箱效率提升、AMT 換擋策略優(yōu)化、直接檔配小速比后橋等技術(shù)對整車燃油經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行優(yōu)化提升，利用仿真軟件計(jì)算分析得出動(dòng)力總成匹配的最優(yōu)方案，用于指導(dǎo)動(dòng)力總成正向開發(fā)。實(shí)現(xiàn)整車市場性運(yùn)營動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等性能提升，提升產(chǎn)品競爭力。