大功率附件对车辆性能的影响

2018-05-28高军牟鑫龚佳慧田雨

汽车实用技术 2018年9期

高军，牟鑫，龚佳慧，田雨

（陕西重型汽车有限公司，陕西西安 710200）

引言

车辆改装时，在满足用户特殊要求的同时，应同时考虑车辆的安全性及对车辆性能的影响。本文根据用户的要求，在军用越野汽车上加装一个大功率附件——20kW 发电机供上装使用。发电机通过夹心式全功率取力器提供动力。增加取力器后对车辆的安全性基本没有影响，所以本文主要讨论增加取力器后，对汽车动力性和经济性的影响。

动力性和经济性是衡量汽车性能的重要指标，其中动力性评价指标有汽车的最高车速、原地起步加速时间、最大爬坡能力；经济性评价指标主要是燃油消耗率或者是百公里油耗。本文针对用户增加大功率发电机，利用AVL Cruise软件模拟计算加装前和加装后整车最高车速、加速时间、最大爬坡度及百公里油耗的变化，分析大功率发电机对底盘性能的影响。

选择了两款不同性能的发电机（见图 3，发电机在不同的转速下输出额定功率）进行对比计算。将不带发电机的作为方案一，带发电机一的作为方案二，带发电机二的作为方案三。

1 整车主要参数及配置

底盘主要参数见表1，发动机的外特性曲线见图1。

2 整车模型的建立

利用AVL Cruise仿真软件，对未加发电机和加装发电机后的车辆建立整车模型，创建爬坡度计算任务、全负荷加速计算子任务原地起步连续换档加速性能、稳态行驶性能子任务最高车速和循环行驶工况工作任务。

表1 底盘主要参数

发电机用在Cruise软件中PTO的输出模块来体现发电机功率的消耗。发电机参数按照厂家提供的转速与功率的关系设定两种性能发电机曲线（见图2发电机一、发电机二）。

图1 发动机外特性曲线图

图2 发电机性能图

3 计算结果对比

3.1 爬坡度对比

表2是三种方案的计算结果，图3是三种方案结果的比较图。

表2 三种方案爬坡度对比

从爬坡度的计算结果可以看出：

三种方案的最大爬坡度基本相同，说明车辆有足够的动力，但是地面所能提供的附着力有限，所以图3中三种方案的1档的最大爬坡度都是一条直线。2档-9档的最大爬坡度有比较大的差别，方案三比方案一的爬坡度略小，明显的好于方案二的爬坡度。查看方案二和方案三的发电机性能曲线，发现方案二的发电机功率输出转速在1200r/min-2000r/min之间，方案三的发电机功率输出转速在1500r/min-2200r/min之间，而发动机的最大扭矩点转速范围是1200r/min-1500r/min之间，所以方案二的发电机额定功率输出转速与发动机的最大扭矩转速基本重合，当车辆在爬坡时需要输出最大扭矩时，也是发电机输出扭矩的时刻，所以对爬坡度影响较多；方案三的发电机额定功率输出转速区间刚好避开了发动机的最大扭矩转速区间，所以对爬坡度的影响较小。同时，同一档位方案二的发动机转速明显的高于方案三和方案一，说明在爬坡时发动机通过提高转速来满足爬坡和发电机需要的功率。

图3 三种方案爬坡度图

3.2 原地起步加速时间对比

原地起步加速时间以0-60km/h的加速时间来比较。采用二档起步，表3是计算结果。

表3 三种方案原地起步加速时间对比

图4 车辆最大加速度图

从结果中可以看出，带发电机后，0-60km/h的加速时间比不带发电机的加速时间和距离都增加了。由于发电机的影响，无论是方案二还是方案三，换档时机都有所推后，从图4的车辆各档位加速度图中可以看出，方案二的换档推后主要发生在前几个档位，方案三的换档时机推后主要发生在后几个档位。换档时机的推后说明发电机功率的输出影响了车辆加速至最大加速度的时间，导致加速时间变长。方案二和方案三发电机功率输出在发动机不同的转速下导致换档时机推后表现在不同的档位。方案二对扭矩影响较大，换档时机的推后发生在扭矩输出较大的档位；方案三对扭矩影响较小，换档时机的推后发生在后几个档位。

3.3 最高车速比较

表4 三种方案最高车速对比

从计算结果的可以看出，不带发电机的理论最高车速比带发电机的理论最高车速高出 5km/h，这是发电机输出功率对车辆动力性的影响；但是实际的最高车速都是113.18km/h，这说明车辆的后备功率较大，发电机对车辆有影响，增加了达到最高车速的时间，但没有影响实际所能达到的最高车速。

3.4 C-WTVC综合油耗比较

表5 三种方案综合油耗对比

表5的油耗计算结果显示方案二车辆百公里油耗增加了5.86L，方案三车辆百公里油耗增加了3.81L。这是因为增加发电机后，一部分功率输出到了发电机上，发动机想要达到不带发电机时的功率，必须通过提高发动机的转速来弥补发电机的功率消耗，增加了车辆的循环油耗。发电机功率的输出使得车辆的油耗增加，方案三的经济性好于方案二的经济性。