於德奎 雷聲 畢明飛 師國靖

摘? 要：本文從實(shí)際車輛開發(fā)角度出發(fā)，結(jié)合行業(yè)相關(guān)法律法規(guī)，以及相關(guān)理論知識(shí)對(duì)某國六6×2商用車的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了選擇確定。在滿足動(dòng)力性的前提下，并借助cruise軟件中的試驗(yàn)設(shè)計(jì)模塊對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了匹配優(yōu)化分析，最終確定了燃油經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的動(dòng)力匹配方案。提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)準(zhǔn)確率，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。

關(guān)鍵詞：cruise;傳動(dòng)系統(tǒng);匹配優(yōu)化;燃油經(jīng)濟(jì)性

中圖分類號(hào)：U469.72? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1005-2550（2021）01-0104-06

Abstract： From the perspective of actual vehicle development， this paper selects and determines the transmission system of a 6×2 commercial vehicle based on relevant industry laws and regulations， and related theoretical knowledge. Under the premise of satisfying the power， and with the aid of the experimental design module in the cruise software， the transmission system was matched and optimized， and the power matching scheme with the best fuel economy was finally determined. Improve the accuracy of product design and shorten the product development time.

Key Words： Cruise; Transmission System; Matching Optimization; Fuel Economy

引? ? 言

隨著GB17691重型柴油車污染物排放限值法規(guī)第六階段的實(shí)施，市場運(yùn)輸車排放逐步由國五向國六階段過渡。受國六發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、性能與國五發(fā)動(dòng)機(jī)的差異性影響，需對(duì)國六車型重新進(jìn)行匹配開發(fā)設(shè)計(jì)。目前汽車正朝著節(jié)能高效的方向發(fā)展，作為公路運(yùn)輸車不僅要滿足整車動(dòng)力性能要求，同時(shí)還需要綜合考慮車輛燃油經(jīng)濟(jì)性，因此必須對(duì)整車動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化匹配分析，并確定最優(yōu)匹配方案，保證在滿足設(shè)計(jì)使用要求的同時(shí)具有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性，從而降低能耗節(jié)省使用成本。

1? ? 設(shè)計(jì)輸入

根據(jù)客戶產(chǎn)品開發(fā)需求，該運(yùn)輸車主要用于高速長途物流運(yùn)輸，車輛基本參數(shù)及關(guān)鍵性能設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)見表1：

2? ? 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇

根據(jù)GB1589國家法規(guī)可知，三軸運(yùn)輸車最大允許總質(zhì)量為25t，另根據(jù)法規(guī)JT T 1178.1 營運(yùn)貨車安全技術(shù)條件要求載貨汽車的比功率應(yīng)大于等于6kW/t。

式中Pe為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率/kW，Gmax 為車輛的法規(guī)最大總質(zhì)量/t，由式（1）可知發(fā)動(dòng)機(jī)的最小功率

根據(jù)式（2）發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算結(jié)果及現(xiàn)有國六發(fā)動(dòng)機(jī)資源，結(jié)合現(xiàn)有駕駛室平臺(tái)，以及同系列發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)選大馬力的市場趨勢，初步確定發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)見表2：

3? ? 傳動(dòng)系的確定

根據(jù)國家法規(guī)GB1589公路三軸車輛最大總質(zhì)量要求，以及公告對(duì)車輛裝用輪胎的總承載質(zhì)量應(yīng)大于法規(guī)總質(zhì)量且不大于總質(zhì)量的1.4倍的限定要求，確定輪胎規(guī)格為11.00R20 18，滾動(dòng)半徑r=0.527m。

式中umax為車輛最高速度，km/h，nmax為發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，r/min，ig 、i0分別為變速箱和后橋主減速比。

由式（3）可知，根據(jù)最高車速計(jì)算，對(duì)于匹配YCS06270發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的最小總傳動(dòng)比

根據(jù)最高車速計(jì)算，對(duì)于匹配WP7.300E61發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的最小總傳動(dòng)比

汽車低速爬坡時(shí)車速很低，空氣阻力可以忽略不計(jì)，此時(shí)根據(jù)汽車行駛方程有

式中Ttqmax為發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出扭矩，N·m ，? ηT為傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，ηT =0.9，Gm 為車輛的最大總質(zhì)量下的重力，αmax為最大爬坡度下對(duì)應(yīng)的坡度角， f 為滾動(dòng)阻力系數(shù)， f =0.0041，ig 、 i0分別為變速箱、后橋主減速比。

由式（3）可知根據(jù)最小爬坡度計(jì)算低擋時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)的最大總傳動(dòng)比

由式（7）求得不同發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的最大總傳動(dòng)比見表3：

根據(jù)變速箱資源及競品狀態(tài)，可匹配的變速箱見表4。

根據(jù)最大使用總質(zhì)量進(jìn)行軸荷分配計(jì)算，確定后橋可采用13t后橋，該橋最大額定輸出扭矩Tmax=40000 N·m，結(jié)合橋速比及運(yùn)輸車使用工況，常用數(shù)比見表5，均滿足式（4）、式（5）要求。

4? ? 配置方案的確定

為了降低售后故障，在變速箱與發(fā)動(dòng)機(jī)、后橋速比與動(dòng)力總成進(jìn)行匹配時(shí)，還需同時(shí)滿足相關(guān)的設(shè)計(jì)匹配規(guī)范要求。

對(duì)于變速箱

式中Me 為變速箱的額定輸入扭矩，Ttqmax 為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出扭矩。

對(duì)于后橋主減速比

式中Tse 為后橋輸入扭矩，Tmax 為后橋額定輸出扭矩，Ttqmax 為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出扭矩，ig、 i0為變速箱、后橋主減速比，ηT 為傳動(dòng)系統(tǒng)總效率。

對(duì)初步確定的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、后橋速比進(jìn)行排列組合，并根據(jù)變速箱及后橋速比的匹配原則式（8）、式（9）對(duì)各種配置組合進(jìn)行初步分析，分析結(jié)果見表6。

為了確定最優(yōu)匹配方案，需借助cruise軟件中的DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行匹配優(yōu)化分析。

5? ? 整車仿真模型的建立

根據(jù)該運(yùn)輸車的整車布置結(jié)構(gòu)建立整車仿真模型，并根據(jù)各模塊參數(shù)對(duì)模型配置進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)建立機(jī)械連接和信號(hào)連接，模型如圖1所示：

設(shè)置加載任務(wù)，并根據(jù)《GB∕T 38146.2-2019中國重型商用車輛行駛工況》在cruise中建立對(duì)應(yīng)的CHTC-HT循環(huán)。

6? ? 傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化匹配計(jì)算

根據(jù)表6中的各種配置方案初步分析結(jié)果，在DOE plan中對(duì)滿足設(shè)計(jì)要求的方案進(jìn)行設(shè)置，具體見圖3所示。 設(shè)置完成后進(jìn)行動(dòng)力總成匹配計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖4、圖5、圖6所示。

由計(jì)算結(jié)果比較分析，匹配WP7.300E61發(fā)動(dòng)機(jī)方案加速時(shí)間相對(duì)匹配YCS06270-60發(fā)動(dòng)機(jī)方案加速時(shí)間整體偏短，一方面是因?yàn)閃P7.300E61發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩相對(duì)YCS06270-60發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩偏大，相同檔位下加速度大，加速時(shí)間縮短。另一方面8JS105TA變速箱相對(duì)9JS135TA、8JS130TA各檔之間速比級(jí)差小，換擋時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化小更平穩(wěn)，節(jié)省了加速時(shí)間。最高車速相差不大，是因?yàn)樽罡哕囁俪霈F(xiàn)的檔位不同。百公里油耗為綜合油耗，在路況、載質(zhì)量及動(dòng)力總成配置相同時(shí)，后橋速比越大，在后輪不打滑的情況下可提供的驅(qū)動(dòng)力越大，輸出相同扭矩時(shí)，大速比增加了發(fā)動(dòng)機(jī)在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)間工作的機(jī)率，對(duì)整車綜合油耗有較大的提升。同時(shí)也表明滿載30t時(shí)，上述部分配置存在動(dòng)力不足，增大了發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗。

綜上分析對(duì)比可知，表7中的方案為最優(yōu)匹配方案，既可滿足整車動(dòng)力性能要求，同時(shí)可保證車輛具有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。

7? ? 計(jì)算結(jié)果

綜合考慮最高車速、加速時(shí)間及變速箱成本， 對(duì)表7方案進(jìn)一步分析比較，確定E1為最終方案，此方案對(duì)應(yīng)整車關(guān)鍵性能參數(shù)計(jì)算結(jié)果如表8所示，滿足設(shè)計(jì)要求。

具體分別見圖7、圖8、圖9、圖10所示。

8? ? 結(jié)論

本文從實(shí)際車輛開發(fā)角度出發(fā)，結(jié)合行業(yè)相關(guān)法律法規(guī)，以及相關(guān)理論知識(shí)對(duì)某商用車的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了選擇確定。在滿足動(dòng)力性的前提下，并借助cruise軟件中的試驗(yàn)設(shè)計(jì)模塊對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了匹配優(yōu)化分析，最終確定了燃油經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的動(dòng)力匹配方案。

通過傳動(dòng)系的優(yōu)化匹配分析，雖不能完全真實(shí)的反應(yīng)實(shí)際情況，但是通過對(duì)不同配置方案的分析對(duì)比，可對(duì)不同方案的優(yōu)劣程度進(jìn)行初步判定，提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)準(zhǔn)確率，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。

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