两款发动机的整车动力性经济性仿真对比分析

◎文/唐飞（华菱星马汽车〈集团〉股份有限公司 安徽重型专用车发动机安徽省重点试验室）

众所周知，柴油机在台架上的优越动力性和经济性并不代表其在整车上具备优越动力性和经济性。不同厂家的不同车型由于汽车底盘参数不同、使用条件不同，即使采用同一款柴油机，整车的性能也可能会有较大的差异。为适应市场竞争，在发动机设计开发阶段，应用AVL Cruise软件建立整车模型，根据车辆的使用工况，进行动力性、经济性仿真计算，可以在理论上确保新设计的发动机匹配整车后具有优越的动力性和经济性。

AVL Cruise是AVL公司开发的一款整车及动力总成仿真分析软件，可以研究整车的动力性、燃油经济性、排放性能及制动性能，是车辆系统的集成开发平台。由于轿车的保有量越来越大，运输轿车的卡车（轿运车）市场也在扩大，对发动机也提出了更高要求。本文使用AVL Cruise软件进行仿真计算，计算是以某4×2后驱的轿运车为基础，先确定整车各零部件的参数，包括发动机、变速器、主减速器、轮胎、驾驶室、整车重量、迎风面积、风阻系数、滚动阻力系数等，然后搭建整车模型、设定计算任务、处理计算结果，通过对匹配结果进行对比分析，评价其合理性。

一、整车建模及参数确定

图1 仿真模型

根据整车参数，在AVLCruise软件中完成整车仿真模型搭建，分别对车型（Vehicle）、发动机（Engine）、离合器（Clutch）、变速器（Gear Box）、主减速器（Single Ratio Transmission)、 差 速 器 （Differential）、 车 轮 / 轮 胎（Wheel/Tire）、驾驶室（Cockpit）以及路况（Course）、驾驶员（driver）、监视器（Monitor）等模块进行定义设置，完成零部件建模和仿真参数设置，并根据汽车动力传递路径，适时调整部件的位置和连接接口的位置，完成各个模块的数据传递和信号连接。其仿真模型如图1所示（来源于AVLCruise软件内截图）。

整车模型参数和配置如下：整车整备重量6000 kg，满载重量36000 kg，轴距3400 mm，整车长5900 mm、宽2495 mm、高3000 mm。变速器型号9JS119TB（1～9档速比 依 次 为 11.02、6.55、4.64、3.36、2.71、1.95、1.38、1.00、0.81），主减速器速比4.11，轮胎规格12R22.5。两款发动机的主要参数见表1，其中发动机a为市场上主流竞品机型，发动机b为新机型。

表1 发动机参数

二、计算任务设定及数据处理

最高车速、爬坡性、加速性是整车动力性能的重要指标，等速百公里油耗是燃油经济性的重要指标。依据整车动力性经济性计算理论，仿真计算任务设定计算的任务及标准为：最高车速设计目标不小于100 km/h；最大爬坡度设计目标不小于20%；加速性能需测定起步加速性能和超越加速性能；等速百公里油耗满足JT719-2016法规要求限值，即不大于37.3 L/100km。

表2 两种方案动力性计算结果对比

表3 两种方案最高档等速百公里油耗对比

每个计算任务的文件夹下都需要定义行驶路况和驾驶员参数。行驶路况包括道路的环境参数，如周围温度、湿度、空气密度、大气压力、风速、道路摩擦系数等；驾驶员参数需要定义启动方式、换档时间、加速踏板等。应用AVLCruise软件中计算模块进行批量计算，动力性指标计算结果见表2，经济性指标计算结果（最高档等速百公里油耗）见表3，其中，方案1采用发动机a，方案2采用发动机b。

从表2中可以看出，整车配置相同的情况下，新机型比竞品机型在动力性方面具有较大的优势。配置新机型的车辆最高车速提高了9.38km/h，提高9.1%，节省时间，减轻司机的疲劳度；1档最大爬坡度提高了4.04%，提高12.9%，使车辆能够爬上更陡的坡；最高档最大爬坡度提高了0.53%，提高41.1%，在车速较快的情况下遇到较小的长坡时，配置新机型的车辆完全可以不用考虑降档降速增扭。此外，配置新机型的车辆，起步连续加速到80km/h时间缩短了9.9s，缩短13.7%，起步连续加速更快；从60km/h超越加速到90km/h时间缩短了11.8s，缩短17.4%，显示出了非常好的超车能力。从表3中可以看出，配置新机型的整车在最高档等速百公里油耗方面与竞品机型相比也更加省油，其中以50km/h行驶时省油最多，节约6.0%。

通过计算结果分析，新机型匹配整车的动力性明显优于竞品机型，尤其是直接档的最大爬坡度增加最为明显，其原因是新机型在低速区间的扭矩较大，能够大大增强整车的动力性。配置新机型的车辆在等速百公里油耗方面也略优于竞品机型，这是因为虽然新机型的最小燃油消耗率略高于竞品机型，但是其万有特性上的经济油耗区略好。由于新品发动机的低速扭矩较大，因此可以匹配速比更小的驱动桥，从而获得更好的燃油经济性。

三、结论

本次计算的两种方案虽然均满足设计目标，但是通过计算结果对比分析可以看出，新品发动机在整车配置相同的情况下，其整车动力性和经济性要优于市场上的某款主流竞品发动机，从而确立了新品发动机在整车性能方面具有更强的市场竞争力。另外，由于新品发动机具有低速大扭矩的特点，具备匹配小速比驱动桥的可能，因此在整车匹配方面拥有更多的方案供优化选择。但是由于整车实际运行工况和驾驶员操作习惯等许多不确定因素存在，实际整车性能存在一定的差异性。