某牽引車動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性分析和改善研究

易 彪

某牽引車動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性分析和改善研究

易 彪

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230000）

為改善某款牽引車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性性能，利用Cruise軟件建立整車仿真模型，對(duì)原型車進(jìn)行了動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性分析。對(duì)比競品的試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該車的動(dòng)力性好，而經(jīng)濟(jì)性較差。根據(jù)原型車和競品車的滑行試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)分析了整車的行駛阻力。通過計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）分析并提出駕駛室頂部的優(yōu)化方案，改善了整車的行駛阻力；分析不同后橋速比下發(fā)動(dòng)機(jī)的工作區(qū)間，并結(jié)合客戶使用需求情況，提出了優(yōu)化后橋速比的改進(jìn)方案。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。

牽引車；整車性能；動(dòng)力性；經(jīng)濟(jì)性

汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性是衡量汽車性能的重要指標(biāo)[1]。原車型是一款6×4牽引車，設(shè)計(jì)總質(zhì)量為49 t，搭載13 L國六發(fā)動(dòng)機(jī)，12擋電控機(jī)械自動(dòng)變速箱（Automated Mechanical Transmission, AMT），單級(jí)減速后橋，后橋速比3.08。整車基本參數(shù)如表1所示，其中各擋位速比如表2所示。

表1 整車基本參數(shù)

項(xiàng)目參數(shù) 整車驅(qū)動(dòng)6×4 綜合總重/kg49 000 發(fā)動(dòng)機(jī)型式六缸、直列、水冷、四沖程、增壓中冷 額定功率/kW/(r·min-1)412/1 800 最大扭矩/(Nm)/(r·min-1)2 600/1 000～1 400 排量/L12.9 變速箱型式AMT 后橋主減速比3.08 輪胎型號(hào)12R22.5

表2 變速箱各擋位速比

擋位速比擋位速比 I16.69Ⅷ2.83 II12.92IX2.17 III9.93X1.68 IV7.67XI1.29 V5.9XII1 VI4.57R115.54 VII3.66R212.03

1 原型車動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性分析

1.1 建模仿真

在Cruise軟件中建立6×4牽引車的整車模型[2]，如圖1所示。在Cruise模型中輸入整車滑行阻力及各部件參數(shù)，模擬整車動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)。

圖1 6×4牽引車Cruise模型

1.2 原型車試驗(yàn)驗(yàn)證

在轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)室對(duì)原型車開展了如圖2所示的動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)[3]，通過試驗(yàn)結(jié)果分析整車的實(shí)際性能及Cruise模型搭建的精度。

圖2 原型車動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)

1.3 數(shù)據(jù)分析

原型車的動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性仿真數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)及競品試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。通過對(duì)比分析原型車的仿真數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，該6×4牽引車Cruise模型仿真數(shù)據(jù)誤差范圍在5%以內(nèi)，認(rèn)為該仿真模型精度很好。精度較高的Cruise仿真可以在一定程度上替代部分試驗(yàn)，減少試驗(yàn)的次數(shù)、節(jié)省成本和縮短開發(fā)周期。

通過對(duì)比原型車與競品的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，原型車動(dòng)力性好于競品，但是經(jīng)濟(jì)性比競品差，特別是高速段，油耗差距較大。故需對(duì)原型車經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行優(yōu)化，提升產(chǎn)品競爭力。

表3 原型車仿真數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)和競品試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

項(xiàng)目仿真值試驗(yàn)值競品性能誤差分析/%性能對(duì)比/% 最高車速/(km/h)≥100≥100≥10000 0～70 km/h換擋加速時(shí)間/s51.5153.1458.473.16+10.03 最高擋60～100 km/h加速時(shí)間/s61.1763.8571.154.38+11.43 最大爬坡度/%23.523.120.1-1.70+12.99 最高擋經(jīng)濟(jì)性（L/100 km）60 km/h25.5225.4625.65-0.24+0.75 70 km/h28.6228.7828.400.56-1.32 80 km/h32.6132.9631.991.07-2.94 90 km/h37.3637.4235.950.16-3.93 100 km/h43.2042.9940.72-0.49-5.28

注：性能對(duì)比中，“+”表示原型車比競品好，“?”表示原型車比競品差。

2 優(yōu)化方案

2.1 行駛阻力分析

優(yōu)化整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性首先考慮優(yōu)化整車行駛阻力，對(duì)原型車進(jìn)行滑行阻力試驗(yàn)[4]，整理原型車與競品整車滑行數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 原型車與競品滑行阻力對(duì)比

在低速段，原型車與競品滑行阻力基本相當(dāng)。但是隨著車速的增加，原型車滑行阻力明顯比競品要大，且隨著車速的增加，劣勢(shì)越來越大。因低速段整車行駛阻力主要受滾動(dòng)阻力影響，高速段主要受空氣阻力影響。可以初步判定原型車滾動(dòng)阻力與競品相當(dāng)，空氣阻力比競品要大，需要對(duì)原型車和競品進(jìn)行計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Comput- ational Fluid Dynamics, CFD）分析[5]。應(yīng)用Power FLOW軟件對(duì)競品開展如圖4所示的CFD分析，對(duì)原型車開展如圖5所示的CFD分析。通過CFD分析對(duì)比可以看出原型車導(dǎo)流罩角度不合理，導(dǎo)致駕駛室的CFD分析結(jié)果較差。

圖4 競品CFD分析

通過對(duì)原型車駕駛室頂部導(dǎo)流罩角度進(jìn)行優(yōu)化，減小導(dǎo)流罩正面流動(dòng)滯止區(qū)面積，降低阻力；同時(shí)控制導(dǎo)流罩頂部氣流分離點(diǎn)后移，并再次分析，相關(guān)結(jié)果如圖6所示。改進(jìn)后樣車的滑行試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖7所示。

圖6 改進(jìn)車CFD分析

圖7 改進(jìn)車、競品和原型車滑行阻力對(duì)比

2.2 動(dòng)力匹配分析

動(dòng)力匹配分析首先要進(jìn)行市場調(diào)研，明確開發(fā)車型的應(yīng)用場景，確認(rèn)客戶的使用路況、常用車速和常用擋位等。通過分析等速條件下整車在發(fā)動(dòng)機(jī)MAP圖上的工作區(qū)間，判定車型使用場景是否在發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)區(qū)間。

根據(jù)市場調(diào)研客戶使用場景，此車型應(yīng)用于平原高速物流，常用擋位為12擋（最高擋），常用車速為70～100 km/h，其中90～100 km/h居多。繪制整車最高擋常用車速在發(fā)動(dòng)機(jī)MAP圖上的工作區(qū)間，如圖8所示。

通過圖8可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)區(qū)間在 185 g/kW·h內(nèi)。整車車速70～100 km/h在發(fā)動(dòng)機(jī)MAP圖上的工作區(qū)間并未落在經(jīng)濟(jì)區(qū)間內(nèi)，特別是在最常用的車速90～100 km/h，整車在發(fā)動(dòng)機(jī)MAP圖上工作區(qū)間較差。為了優(yōu)化整車常用車速在發(fā)動(dòng)機(jī)MAP圖上的運(yùn)行區(qū)間，可以采取在保證動(dòng)力性的條件下，通過匹配較小速比，把整車工作區(qū)間向經(jīng)濟(jì)區(qū)間移動(dòng)[6]的方法。參考競品動(dòng)力性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，推算整車后橋速比需大于等于2.4。初步選定2.44、2.64、2.85三組后橋速比進(jìn)行仿真分析，結(jié)果如表4所示。

圖8 最高擋發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)間

表4 不同后橋速比動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性仿真結(jié)果

項(xiàng)目不同后橋速比條件下的仿真值 2.442.642.85 最高車速/(km/h)≥100≥100≥100 0～70 km/h換擋加速時(shí)間/s56.1454.2152.41 最高擋0～100 km/h加速時(shí)間/s70.1268.2065.45 最大爬坡度/%20.521.222.1 最高擋經(jīng)濟(jì)性/(L/100 km)60 km/h25.1425.0825.22 70 km/h27.7227.8427.99 80 km/h30.1930.7831.51 90 km/h33.6234.8435.32 100 km/h36.4438.0139.73

分析結(jié)果顯示，匹配后橋速比為2.44的油耗最低，特別是在最常用車速90～100 km/h，油耗改善效果顯著，且動(dòng)力性比競品略好。繪制不同速比下整車在發(fā)動(dòng)機(jī)MAP圖上的工作區(qū)間，如圖9所示。整車匹配后橋速比2.44時(shí)，常用車速 70～100 km/h在發(fā)動(dòng)機(jī)MAP圖上的運(yùn)行區(qū)間較好，特別是在最常用車速90～100 km/h全部在發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)區(qū)間內(nèi)，與Cruise仿真數(shù)據(jù)一致。綜合考慮，建議匹配2.44的后橋速比。

圖9 各速比最高擋發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)間分析

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

表5 優(yōu)化后轉(zhuǎn)轂測試動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性與競品對(duì)比

項(xiàng)目車型評(píng)價(jià) 2.44后橋速比競品 最高車速/(km/h)≥100≥100競品相當(dāng) 0～70 km/h換擋加速時(shí)間/s56.2558.47優(yōu)于競品 最高擋60～100 km/h加速時(shí)間/s70.0471.15優(yōu)于競品 最大爬坡度/%20.720.1優(yōu)于競品 最高擋經(jīng)濟(jì)性/(L/100 km)60 km/h24.9625.65優(yōu)于競品 70 km/h27.2228.40優(yōu)于競品 80 km/h29.1431.99優(yōu)于競品 90 km/h31.5435.95優(yōu)于競品 100 km/h34.2340.72優(yōu)于競品

確認(rèn)優(yōu)化方案后，在轉(zhuǎn)轂臺(tái)架上進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果與競品對(duì)比如表5所示。通過對(duì)比分析，可以確認(rèn)改進(jìn)后的車型動(dòng)力性略優(yōu)于競品，經(jīng)濟(jì)性的提升效果顯著，綜合來說，優(yōu)化方案是有效的。

4 總結(jié)

1）整車的行駛阻力對(duì)動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性影響很大，可以通過優(yōu)化整車風(fēng)阻來降低整車行駛阻力，以改善整車的動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性。

2）在動(dòng)力匹配的過程中，根據(jù)用戶使用場景，在保證動(dòng)力性的前提下，可以通過使用較小后橋速比將整車常用車速在發(fā)動(dòng)機(jī)MAP中的運(yùn)行區(qū)間向經(jīng)濟(jì)區(qū)間移動(dòng)，改善整車的燃油經(jīng)濟(jì)性。

3）利用Cruise軟件進(jìn)行整車動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性仿真計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測量結(jié)果十分相近。在動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性研究中可以減少試驗(yàn)次數(shù)，縮短開發(fā)周期和減少開發(fā)費(fèi)用。

[1] 高睿,張偉.基于客戶需求的整車競爭力測評(píng)方法[J].汽車實(shí)用技術(shù),2022,47(4):174-178.

[2] 繆明雅.基于AVL Cruise的某純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)[J].汽車實(shí)用技術(shù),2022,47(23):109-113.

[3] 李海輝,張偉,趙向兵.排氣背壓對(duì)整車燃油經(jīng)濟(jì)性影響的試驗(yàn)[J].汽車實(shí)用技術(shù),2022,47(22):88-91.

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[5] 馮柏超.汽車空氣動(dòng)力學(xué)與車身造型研究進(jìn)展[J].時(shí)代汽車,2019(6):27-28.

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Research on Analysis and Improvement of Power and Economy of a Tractor

YI Biao

( Anhui Jianghuai Automobile Company Limited, Hefei 230000, China )

In order to improve the power and economic performance of a tractor, the whole vehicle simulation model is established by using Cruise software, and the power and economic performance of the prototype vehicle is analyzed. By comparing the test data of competing products, it is found that the car has good power performance but poor economy. By comparing the coasting test data of the prototype vehicle and the competitive vehicle, the driving resistance of the whole vehicle is analyzed. Through computational fluid dynamics (CFD) analysis, the optimization scheme of the top of the cab is proposed to improve the driving resistance of the whole vehicle; The working range of the engine under different rear axle speed ratios is analyzed, and the improvement scheme for optimizing the rear axle speed ratio is put forward according to the customer's demand. The test results show that the optimization scheme is effective, improves the vehicle performance and enhances the product competitiveness.

Tractor; Vehicle performance; Power; Economy

U462

A

1671-7988(2023)18-10-05

易彪（1990－），男，工程師，研究方向?yàn)檎嚰?，E-mail:1107123273@qq.com。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.018.003