基于滑行试验的载货汽车动力性经济性仿真与试验分析

朱伟伟，陈刚

（安徽江淮汽车股份有限公司，合肥230601）

基于滑行试验的载货汽车动力性经济性仿真与试验分析

朱伟伟，陈刚

（安徽江淮汽车股份有限公司，合肥230601）

通过对比原型车和竞品车的滑行试验数据，分析了整车的行驶阻力，试验结果表明原型车的空气阻力大于竞品，通过CFD分析并提出了驾驶室造型的优化方案，改善了整车行驶阻力。并针对新的滑行阻力优化了动力总成的匹配，在转毂上进行了动力性经济性试验。试验结果表明，优化方案有效，改善了整车性能，提升了产品竞争力。

滑行试验；动力性；经济性；优化

朱伟伟

硕士研究生学历，现任安徽江淮汽车股份有限公司技术中心工程师，研究方向：商用车动力匹配工作。

1　引言

整车的动力性经济性除了受动力总成的匹配合理程度的影响，也和整车的行驶阻力有很大的关系。目前，国内的很多企业都选择采用滑行试验测算整车的行驶阻力，并应用到转毂台架进行动力性经济性的试验。这种方法开发周期短，试验误差小。而且滑行阻力测定完成后可以结合相关仿真软件，更为准确的分析动力性经济性的优化方案。文中通过分析某款载货车的滑行阻力，改善了整车的空气阻力，并针对新的滑行阻力调整了发动机的万有特性区间的分布，优化了传动系的速比，方案实施后，试验结果表明改进效果明显。

2　原车滑行试验分析及阻力优化

汽车滑行是指汽车在水平路面且无风的条件下，加速至某预定速度后，摘挡脱开发动机，利用汽车的动能继续行驶的减速运动。可以根据车速与时间的关系计算汽车的行驶阻力，再设定底盘测功机进行道路模拟试验。

原车型是一款4X2载货车，设计总质量16吨，搭载4缸涡轮增压柴油机，手动变速箱，单级减速后驱动桥，整车基本参数如表1所示：

表1：整车参数

滑行试验依据相关标准进行［9］［10］，要求平均风速≤2m/s，最大风速≤3m/s，温度 5℃～35℃范围内；相对湿度小于80%；试验路面应为干燥、平整的混凝土或具有相同附着系数的其他路面，路面上不许有松散的杂物，纵向坡度0.1%以内。滑行过程中，每隔5km/h，记录一次滑行时间，试验往返各滑行4 次，取平均值，作为滑行试验结果，往返区段尽量重合。分别对竞品和原型车进行试验，最终试验结果如图1所示：

如滑行阻力图所示：原型车在低速段的阻力与竞品基本相当，而随着速度的增加，滑行阻力则大于竞品，根据工程经验，低速段对滑行阻力影响较大的是轮胎的滚动阻力，高速段对滑行阻力影响较大的是空气阻力，因此可以初步判定该车型的空气阻力不如竞品。为了进一步明确原因，对驾驶室做了CFD分析，从分析结果中可以看出，与竞品车相比，原型车驾驶室的车顶存在明显的流动分离现象，导致整车的空气阻力较大。

表2：风阻系数与迎风面积对比

原型车驾驶室加高后，虽然增加了迎风面积，但是明显的改善了风阻系数，综合来看改进了空气阻力。改进后样车的滑行试验也验证了这一点：

3　动力匹配分析及优化

整车的行驶阻力是动力性经济性的基础，动力性经济性的好坏还受发动机万有特性、低油耗率区间的分布和传动系速比匹配等因素的影响。因此需要基于整车的滑行阻力，对整车的动力匹配做进一步的分析，明确是否可以优化。

经过市场调研，明确客户的常用车速和档位，分析了等车速情况下发动机在MAP图上对应的工作区间［1］。

（1）根据市场调研可以得知，一般客户常使用5档或6档，就是最高档和次高档。常用车速为50-90km/h。

（2）计算常用车速对应的发动机转速ne

式中：ne是 发动机转速，单位：r/min；Ve是相应的车速，单位：km/h：ig是相应档位的速比：i0是驱动桥速比：r 是轮胎滚动半径，单位：m.

（3）行驶时，阻力等于整车的驱动力，就可以根据车速对应的阻力计算发动机所需的扭矩。

写作是构成语文结构的要素之一，语文写作在初中语文教学中占有大量比重，是初中语文学习的重中之重。在进行语文写作教学时，教师可以根据写作中心思想所表达的意思设计情景教学，这不仅可以激发学生练习写作的兴趣，还能培养学生独立思考、联系生活的写作能力。学生在学习写作时，通过使用合理的语言描绘方式与修辞手法进行写作，既可以增强学生写作手法的运用，还可以提高学生写作能力。

式中：Ttq发动机扭矩，单位N.m；Ft是相应的驱动力，单位是N；ηT是传动系效率

（4）结合第（2）、（3）步计算的转速和扭矩，得到对应的发动机功率。

式中：Pe是 发动机功率，单位是KW；

（5）结合已知的等速百公里油耗计算燃油消耗率。

式中：be是燃油消耗率，单位是g/（kw.h）；Qs是等速百公里油耗的仿真数据，单位是L/100km，ρ是燃油密度，g为重力加速度常数。

（6）利用绘图软件，结合转速、扭矩和发动机的万有特性数据绘制发动机工作区间图，如图6所示：

定义发动机最低燃油消耗率为bemin，而把110%bemin对应的油耗线所包括的范围定义为经济区间［3］，从图6可以比较直观的看出，原车常用车速对应的发动机区间偏离经济区间，而且随着车速的增高，愈发的偏离经济区间。这会导致经济性不好，而且随着车速增高变得更差。出现这种问题的原因是发动机的经济区间偏向低转速区。而且传动系速比匹配的偏高，导致整车的常用车速对应的发动机转速偏高，偏离了经济区间对应的转速，因此，准备采用两种措施进行改进：

措施1：通过重新匹配增压器，优化燃烧开发，扩大发动机万有特性的经济区间，但是发动机的原排会有一定的恶化，需要对后处理系统重新标定保证排放达标。改进前后的发动机万有特性对比如图7所示，发动机经济区间有了明显的扩大：

措施2：优化后的发动机万有特性，如图7所示，经济区间还是偏向于低转速，需要重新匹配较小后桥速比，把最高档和次高档常用车速对应的发动机转速区间向经济区间移动。同时加大变速箱低档位速比保证爬坡度＞20%，结果如图8所示， 改进后的方案主要车速的工作区间明显优于原车工作区间。

4　改进方案的仿真与验证

改进工作完成后根据滑行阻力和整车相关参数，在CRUISE软件中建立整车的模型，如图9如下，并在模型中设立相关计算任务，模块之间在软件模版上都有数据线相连接， 彼此之间传递信息［2］［4］，计算完成后，可以在软件专用的后处理模块中查看相关计算结果。

为了上述各种分析的准确性，并确认整车的实际性能，在转毂试验台架上进行了如图10所示的的动力性经济性试验［6］。

整理改进车的仿真和试验数据如表3所示，结果表明仿真值与试验值的试验误差控制在±5%以内，说明模型精度较高，对设计工作具有很强的指导意义。

通过对原型车、改进车和竞品车的试验数据的整理和对比， 改进后，整车的动力性经济性有较大的改善，尤其在高车速段经济性很差的问题得到了解决。与竞品相比在动力性经济性上也有一定的优势，增强了产品的竞争力。

表3：改进车仿真和试验数据对比

5　结论

通过滑行试验的数据对比，改善了整车的空气阻力，同时针对新的阻力优化发动机的万有特性，并重新匹配了传动系速比，可以得到如下结论：

1）研究整车的行驶阻力是动力性经济性开发的基础，通过滑行试验分析行驶阻力是提高动力性经济性的一种有效措施。

2）发动机万有特性的经济区间的范围和分布区域，也是影响经济性的重要因素。在保证排放的情况下，尽量扩大发动机的经济区间，改善燃油消耗率，会取得更好的经济性。

3）在动力匹配的过程当中，要根据常用车速或者市场上客户实际的驾驶习惯，结合行驶阻力，来判定工况下发动机常用工作区间，在保证动力性的情况下，可以通过匹配适当的速比来调整经济区间与工作区间的重合。

4）以滑行阻力为基础，结合仿真软件和转毂台架试验，可以提高动力性和经济性开发的效率，大大缩短了产品开发周期，有效提升产品的市场竞争力。

［1］余志生.汽车理论［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［2］AVL Cruise User Guide.

［3］岳惊涛.汽车动力系统的合理匹配评价［J］.汽车工程. 2004年（1）.

［4］陈斐雅，刘祚时.基于CRUSE研究不同主减速比对汽车动力性的影响［J］.科学技术与工程.2010（33）．

［5］林学东.汽车动力匹配技术［M］.北京：中国水利水电出版社，2010.

［6］GB/T 12545.2-200l，商用车辆燃料消耗量试验方法［s］.

［7］雷嗣军.汽车动力传动系参数匹配与仿真优化［M］.杭州：浙江大学出版社，2010.

［8］韩宗奇，李亮，测定汽车滑行阻力系数的方法［J］，汽车工程，2002（4）．

［9］GB/T 12536-1990，汽车滑行试验方法 ［s］.

［10］张富兴，高海洋．重型汽车滑行试验方法的研究［J］.北京汽车，2010（3）.

专家推荐

邓亚东：

论文针对某载货汽车动力性和经济性改进，运用滑行试验数据和计算机仿真等方法，就车身风阻及传动系结构和参数进行了调整和优化，研究结果表明，仿真分析与试验结果具有可比性，改进车型与对比车有明显的性能改善。论文结构完整、理论分析和试验结果可信，对汽车动力性分析和优化的相关开发工作有指导意义。

Simulation and Test analysis Of Heavy-Duty Truck Power And Economical Performance base on coating test

ZHU Wei-wei ，CHEN Gang
（An-Hui Jiang-Huai Automobile Company， Hefei 230601， China）

Analyze the running resistance through the test data comparison between the competing product and the origin one. the test result show that the air resistance is greater than the competing product. The cab optimization scheme is proposed to improve the air resistance through the CFD analysis， a bench test is run after optimized the powertrain match for the new resistance. The test results show that the improved scheme is better than the original one， not only to improve the performance， but also to enhance the competitiveness of products.

Coasting test； Power Performance； Economical Performance； Optimization

U462.3

A

1005-2550（2015）04-0020-05

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.04.005

2015-03-06