孫亞琨，王長明，王天標，李鑫旸

（1.山東輕工職業(yè)學院 機電工程系，山東 淄博 255000；2.山東唐駿歐鈴汽車制造有限公司 汽車研究院，山東 淄博 255000）

1 前言

目前影響整車動力性和經(jīng)濟性的主要因素是發(fā)動機和傳動系統(tǒng)，而且二者的匹配是否合理決定著整車的動力性和經(jīng)濟性[1]。根據(jù)傳統(tǒng)經(jīng)驗對動力傳動系進行了簡單的匹配設計，也只能在進行實車道路試驗之后才能分析評價車輛的動力性和經(jīng)濟性。這種方法不但會造成生產(chǎn)周期長、重復性差、開發(fā)成本高[2]，而且在產(chǎn)品設計時總成方案的選擇確定、傳動系速比分配與發(fā)動機的性能匹配帶有盲目性，并且浪費人力和物力。本文基于CRUISE軟件對某款燃油卡車進行動力傳動系的匹配進行研究，尋找最優(yōu)的動力系統(tǒng)參數(shù)匹配。

2 AVL-CURISE建模與仿真

根據(jù)市場需求，該車的動力性要求如下：

（1）最高車速大于85km/h；

（2）0-60km/h的加速時間小于20s；

（3）最大爬坡度大于20%。

2.1 某燃油車模型的建立

AVL CRUISE 軟件采用拖拽式建模方法，該車型是后輪驅(qū)動，根據(jù)該車的特點，從左側(cè)元件庫中拖出所需的元件，如圖1所示，依次建立發(fā)動機模塊、整車模塊、變速器模塊、主減速器模塊、輪胎模塊、駕駛員模塊、然后建立模塊之間的物理連接與數(shù)據(jù)連接[3]，修改模塊參數(shù)為該車的實際參數(shù)，最終建立的整車仿真模型如圖2所示。

圖1 元件庫模塊窗口

圖2 整車仿真模型

2.2 建立計算任務[4]

在這里只用到最高車速模擬計算，加速性能模擬計算，爬坡性能模擬計算，經(jīng)濟性能指標的計算。

具體加載過程如下：

右擊 project，會彈出下拉菜單，選擇其中的 add，再選task folder，這樣就增加了一個task folder，這個task folder是空的，下面進行設置：右擊剛建好的task folder，選擇add，add的下拉菜單會有要選擇計算項目，如cycle run，climbing performance，full load acceleration等等。

2.3 仿真計算結(jié)果

把以前建立的模塊都導入到component variation里如圖3所示。再把其他五個發(fā)動機和兩個變速箱加載進來，加載方法如下：點擊number右側(cè)的筆樣按鈕，會出現(xiàn)圖4所示的對話框，點擊add就可以加載其他發(fā)動機，在這里加載四個發(fā)動機，因為已經(jīng)有一個發(fā)動在開始就加載了，變速箱的加載方法是一樣的，確認無誤就可以計算了。本文匹配4個發(fā)動機，兩個變速箱，共有八組計算任務。

現(xiàn)用Cruise模擬改車四工況，得出發(fā)動機萬有特性圖中發(fā)動機工況點分布，現(xiàn)有八種匹配方案，故有八個萬有特性曲線圖[5]。

方案一：119發(fā)動機和B變速箱組合；

方案二：119發(fā)動機和A變速箱組合；

方案三：163發(fā)動機和B變速箱組合；

方案四：163發(fā)動機和A變速箱組合；

為全面實現(xiàn)應用型本科院校轉(zhuǎn)型，地方本科高校應該結(jié)合服裝設計與工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新實踐，認真研判當前的經(jīng)濟社會發(fā)展對人才需求的導向，重點解決發(fā)展理念、發(fā)展定位、發(fā)展特色和人才培養(yǎng)機制體制等方面的一系列問題。

方案五：205發(fā)動機和B變速箱組合；

方案六：205發(fā)動機和A變速箱組合；

方案七：92發(fā)動機和B變速箱組合；

方案八：92發(fā)動機和A變速箱組合。

發(fā)動機119和B變速器組合，簡化為119B，以下均用這種方法表示。

圖3 導入數(shù)據(jù)后界面

圖4 發(fā)動機加載窗口

2.3.1 最高車速模擬計算

通過仿真計算，最高車速數(shù)值見下表1。

表1 最高車速數(shù)值

2.3.2 加速性能模擬計算

通過仿真計算，得出0-60km/h加速性性能結(jié)果見表2。

表2 0-60km/h加速時間

根據(jù)要求0-60s的加速時間要低于20s，故能排除方案三和四。

2.3.3 爬坡性能模擬計算

排除不合格的組合，剩余方案爬坡計算結(jié)果見下表3。

表3 爬坡性能結(jié)果

要求的爬坡度是大于20%，上述的方案均滿足要求。

2.3.4 燃油經(jīng)濟性模擬計算

通過仿真計算，剩余其他方案的燃油經(jīng)濟性見下表4。

表4 燃油經(jīng)濟性結(jié)果

對比分析，方案一和方案二的油耗太高，說明119發(fā)動機根本就不能使車輛正常運行，或在極端惡劣環(huán)境下運行，一旦運行，發(fā)動機也是承受不了的，屬于小馬拉大車的情況?，F(xiàn)在就對比方案五和方案六，方案五的百公里油耗比方案六要低17%左右，對經(jīng)濟性來講，這是相當可觀的。故選擇方案五。

上述的結(jié)果也可以從發(fā)動機工作的萬有特性曲線中看出，根據(jù)圖5、6、7、8分析結(jié)果如下：

圖5 方案三 163B工作點萬有特性分布圖

圖6 方案四 163A工作點萬有特性分布圖

上述圖中橫坐標表示發(fā)動機轉(zhuǎn)速，左側(cè)縱坐標表示扭矩，右側(cè)縱坐標表示工作頻率，即在這個狀態(tài)工作次數(shù)的多少，等燃油消耗率曲線的形狀及分布情況對發(fā)動機使用經(jīng)濟性有很大影響。等燃油消耗率曲線最內(nèi)層為最經(jīng)濟區(qū)，曲線越向外，經(jīng)濟性越差。如果等燃油消耗率曲線橫向較長，表示發(fā)動機在負荷變化不大而轉(zhuǎn)速變化較大的情況下油耗較小。如果等燃油消耗率曲線縱向較長，而發(fā)動機在負荷變化較大而轉(zhuǎn)速變化較小的情況下燃油消耗率較小，對不常用中等負荷，中等轉(zhuǎn)速工況的車用發(fā)動機，希望其最經(jīng)濟區(qū)處于萬有特性中部，等燃油消耗率曲線橫向較長。對轉(zhuǎn)速變化范圍較小而負荷變化較大的工程機械用發(fā)動機，希望最經(jīng)濟區(qū)在標定轉(zhuǎn)速附近，等燃油消耗率曲線縱向較長些。

圖7 方案五 205B工作點萬有特性分布圖

圖8 方案六 205A工作點萬有特性分布圖

發(fā)動機119號和92號，CRUISE無法畫出四工況下的工作點萬有特性分布圖，說明這兩個發(fā)動機匹配不成功，存在致命問題，故現(xiàn)在就可以排除這二個發(fā)動機。其他163和205發(fā)動機無法排除，但從圖中也可以看出205發(fā)動機工作得更好，其后備功率大（后備功率=額定功率—當前使用功率），安裝 205發(fā)動機的車在急加速，高速行駛時表現(xiàn)更好，163的發(fā)動機在標定區(qū)工作，且工作頻率高，其后備功率不足，無法滿足有些惡劣環(huán)境，其使用壽命也比較短，這種圖對工程機械用發(fā)動機來講，是可以的，但在卡車上是不可以的，從這些分析可以看出，選擇163發(fā)動機是不明智的。下面只有205發(fā)動機了。從圖中只能說明205A組合比205B組合在有些時間里其發(fā)動機工作在更經(jīng)濟區(qū)，但并不能說明四工況的百公里油耗誰更低，在這就難以抉擇了，需要定量的計算。上述僅僅是定性分析，并不能決定實際結(jié)果。

3 總結(jié)

本文的核心問題是對4個發(fā)動機，兩個變速器，一個整車三者的合理匹配，匹配結(jié)果是找出動力性最好，經(jīng)濟性最優(yōu)的匹配方案，最后得出 205B的匹配方案是最好的，綜合考慮了動力性和經(jīng)濟性。本次匹配雖然是成功的，但不是最優(yōu)的，本文僅僅是對傳動系的匹配，要想對傳動系的優(yōu)化，需要對傳動系參數(shù)進行調(diào)試，運用CURISE得出結(jié)果，進行比較，在不同萬有特性圖中找出最優(yōu)工作工況圖，其他特性也最優(yōu)，即進行不斷的嘗試，直到達到理想的結(jié)果。