基于CRUISE的某4×2载货车传动系匹配分析

2016-07-26石龙

汽车实用技术 2016年6期

关键词：速比传动经济性

石龙

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230000）

基于CRUISE的某4×2载货车传动系匹配分析

石龙

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230000）

汽车的动力经济性是汽车的一项重要指标。良好的动力经济性不仅与发动机的固有特性强相关，还与汽车的传动系匹配有着很大的关系。文章以某4×2载货车为研究对象，针对客户需求选取发动机特性，并结合现有资源对变速器及后桥速比进行优选，以达到满足使用要求的同时节能降耗，并通过道路试验验证了计算结果。

发动机特性；传动系速比；燃油经济性

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.06.019

Abscract: The power performance and fuel economy is an important index of automobile .Good power performance and fuel economy is not only related to the inherent characteristics of the engine, but also has a great relationship with the automobile's transmission system matching. In this paper, takes a 4×2 truck as the research object。According to the customer demand selection engine characteristics, combined with the existing resources of the transmission and rear axle ratio were optimized to meet the requirements of the use of energy saving at the same time, and the calculation results are verified by road test. Keywords: Engine characteristics; Gear ratio of driveline; Fuel economy.

CLC NO.: U463.61 Document Code:A Article ID: 1671-7988 (2016)06-54-03

引言

近年来，随着交通运输业的快速发展，汽车在现代社会中扮演着重要的角色。并且随着查超等政策的越来越严，以前的超载朝着高速、高效、低耗的方向发展。动力经济性是汽车的一项基本与重要的性能指标，节能降耗成为大家关注的焦点。保证动力性的同时要提高燃油经济性成为汽车设计的必然考虑因素。

通过对汽车传动系进行合理的匹配，可以有效的提高汽车的燃油经济性，进而达到节能降耗的目的。

1、客户的输入

4×2载货车产品的开发主要满足城际中短途运输需求，主要用于物流运输、个体运输，运输半径集中在 300～600公里，主要行驶在高速公路、一级公路及部分省道上。最高车速要求≥90Km/h，最大爬坡度要求≥20%，满载经济车速75～85Km/h。

2、发动机选择

2.1发动机功率选择

根据国家法规 GB 1589-2004的要求两轴货车最大总质量为16t，根据法规GB7258-2012的要求机动车的比功率应大于等于5.0Kw/t。

式中Pmax为发动机最大净功率/kW，Gmax

为汽车最大总质量/t，λ为比功率。

根据开发输入，开发车型的总质量为16t，通过公式（1）计算得发动机的最大净功率Pmax≥80kW，因此发动机的额定功率P=Pmax/0.9≥88.9kW。

图1　A、B发动机外特性对比

2.2发动机特性的选择

由于不同发动机的转矩随转速的变化特性不同，使得发动机克服外界阻力的能力、最高车速以及经济性等都有所不同。

如图1所示A、B发动机外特性曲线，A、B两台发动机对应的最大转矩的转速不同，B发动机能克服的外界阻力扭矩为T2，外界扭矩增加，若发动机扭矩T＜T2，发动机输出扭矩不能克服外界阻力时，发动机转速不断降低直至熄火。而A发动机虽然最大扭矩和B发动机相同，但其出现在较低的转速，所以A发动机能克服的最大扭矩可以提高到T3（T3＞T2），所以A发动机克服外界阻力的潜力比B发动机大，并且有利于低档起步。所以车用发动机要求低转速扭矩特性，即使发动机的最大扭矩相同，发动机在最大扭矩的转速范围越宽，发动机克服外界阻力的能力越强。

根据高速物流运输的特点，长途高速运输需要在高转速范围内持续保持较高的功率储备和输出；对于物流装载运输需求，高速装载行驶能力非常重要，但长途爬坡能力也不能忽视，这就需要在低转速范围内持续输出较大的扭矩；对于商人来讲，盈利是最终的目的，油耗率也是必须要考虑的因素，为此，发动机的经济转速需要在客户需求的经济车速区间内。

根据总质量和发动机的功率换算关系公式（1），遵循“低速大扭矩输出，高速高功率输出”的原则选装发动机，选定如下一款发动机：额定：118kW，最大扭矩 575N·m其中1200～1900r/min转速范围内等扭矩，1800～2600r/min转速范内等功率，经济转速区间1500～1800r/min，其外特性如下图2：

图2　某发动机外特性数据

3、传动系匹配方案分析

以下匹配分析车轮按照9.00R20（半径为0.494m）

3.1传动系总速比的选择

按照客户需求，要求满载经济车速在75～85Km/h之间，最高车速要求≥90Km/h，根据车速与发动机转速的关系式

Va为车速，Km/h；r为车轮半径，m；n为发动机转速，r/min；i为传动系总的传动比。

发动机经济转速一定时，传动系总的传动比决定车辆的经济车速。已选择的发动机参数表明，其经济转速在1500～1800r/min，最高转速为2600r/min，根据关系式（2）确定经济车速时的传动系的总速比i为3.287～4.47（由于车辆主要行驶在高速公路、一级公路及部分省道上，常用挡位为最高挡，因此经济车速对应的传动系总速比i为变速器最高挡速比igN×驱动桥速比i0），最高车速的传动系总速比i≤5.38。

客户要求最大爬坡度≥20%，滚动阻力系数 f根据汽车理论取0.0076，αmax为坡度，传动系效率 ηT取0.9， i0为驱动桥速比，ig1为变速器一挡速比，G为汽车总质量下的重力，Ttqmax为发动机最大扭矩，r为车轮半径。

根据公式（3），可知1挡传动系总速比i≥30.45。

根据现有成熟资源及市场主流配置，选用一款6挡超速挡变速箱，速比如下：

表1　某变速器挡位速比

根据以上分析和选取的变速器参数，满足经济车速的驱动桥速比 i0在4.04～5.5之间，满足爬坡度的驱动桥速比 i0应≥4.67，故驱动桥的速比应该在4.67～5.5之间。

3.2传动系匹配方案确认

表2　匹配方案

4、基于CRUISE软件对匹配方案进行仿真分析

图3　计算模型

根据整车参数，运用软件的模块化建模理念搭建整车仿真模型的示意图，如下图示3。

同时导入两个匹配方案的数据进行计算，结果如下：

表3　匹配结果

通过仿真计算分析，从动力性来看，方案一较方案二要差，但是方案一也能满足客户提出的要求；从经济性来看，方案一在次高挡和最高挡的油耗都比方案二的油耗要高，并且方案一的经济车速也在发动机的经济区间内。综合考虑，方案一要好。

根据油耗做出两种速比50～90Km/h的燃油消耗率曲线在发动机map图上的工作区间，如图4。方案一的匹配更接近发动机的经济区间，但是现有的发动机特性曲线和变速器参数以及后桥速比不能使匹配结果工作在最佳区域，需要对发动机的特性曲线做进一步的优化。

图4　发动机工作区间

5、试验验证情况

通过以上选定的最佳方案，搭载样车分别进行转毂和道路试验验证，并将动力经济性试验结果与理论计算结果对比。

表4　试验与理论结果对比

通过对比分析，理论计算值与转毂、道路试验还有一定的误差，由于验证加载方式等原因，转毂试验与道路试验也存在一定的偏差，主要是由于理论计算时建立的仿真模型在简化时没有考虑驾驶员的换挡习惯、忽视了发动机内部的损耗以及传动效率取舍偏差等原因造成。虽然模型的计算精度不是很高，但是已经能在实际工程中判断不同方案的优劣程度，对产品开发中传动系的匹配有指导价值。