LNG重型牵引车经济性及动力性研究

张恒，郑志强，肖城

LNG重型牵引车经济性及动力性研究

张恒，郑志强，肖城

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

文章针对不同动力匹配的LNG重型牵引车，采用CRUISE仿真分析与车辆实际运行数据分析相结合的方法进行经济性及动力性研究，确定了仿真分析方法的可行性，为通过仿真分析进行动力匹配的优化提供了借鉴。

CRUISE；LNG重型牵引车；经济性；动力性：动力匹配

前言

LNG重型牵引车作为一种生产资料，其经济性备受关注[1-4]。动力匹配作为影响整车动力性与经济性的关键因素，在车型开发中至关重要。本文采用CRUISE仿真与车辆实际运行数据分析相结合来进行动力匹配对整车经济性及动力性的影响研究，这一方法降低了车型开发中动力匹配设计的周期和成本，同时保证了在特定工况下整车动力性及经济性更优。

1 整车仿真

1.1 仿真模型

采用CRUISE建立天然气牵引车整车仿真模型，并进行各部件参数设置，整车仿真模型如图1所示，包括牵引车、挂车、发动机、变速器、主减速器、驾驶员、车轮等。各模块之间采用机械连接和CAN总线连接，实现驾驶员对整车的控制[5]。

图1 整车仿真模型

图2 Ⅰ和Ⅱ机型发动机外特性曲线

1.2 参数设置

进行整车及动力总成的参数设置，整车参数包括整备质量，车货总重，阻力系数等。发动机分别采用了某天然气发动机，分别为Ⅰ机型（P12）和Ⅱ机型（P13），其外特性曲线如图2所示，Ⅱ发动机扭矩和功率明显高于Ⅰ，同时在中间转速区（1100rpm-1500rpm），扭矩输出也更加平稳。

为保证仿真分析结果的可靠性，模型中变速箱参数与实际车辆保持一致，均采用某12档直接档变速箱a和超速档变速箱b，进行各档变速比见表1，动力匹配方案见表2。

表1 变速箱各档速比

表2 动力匹配方案

1.3 仿真结果

采用Cruise进行了6种不同动力匹配的动力性和经济性计算，采用路谱如图3所示。

图3 国道及高速路谱

仿真结果如表3所示。动力匹配引起的经济性差异可通过对比方案1~3、方案4~6得出。从表3中可以看出，在国道工况下，经济性方案5优于方案4优于方案6，方案2优于方案1优于方案3；在高速工况下，经济性方案4优于方案6优于方案5，经济性方案1优于方案3优于方案2。

对比不同动力匹配下整车的动力性可看出，匹配Ⅱ发动机的整车较Ⅰ发动机最高车速更高。原地起步加速时间方案5优于方案4优于方案6，方案2优于方案1优于方案3。次高档与最高档超越加速时间方案4优于方案6优于方案5，方案1优于方案3优于方案2。考虑附着力，最大爬坡度为25%。爬坡能力方案4优于方案6优于方案5，方案1优于方案3优于方案2。

综合上述经济性、动力性分析，Ⅱ发动机动力性优于Ⅰ发动机，Ⅰ发动机则具有更优的经济性；动力匹配方案2（方案5）更适用于国道工况，方案1（方案4）更适用于高速工况。

表3 不同动力匹配方案经济性、动力性对比

2 车辆实际运行数据分析

2.1 车辆配置

Cruise仿真对比分析了不同排量发动机及不同动力匹配方案下的经济性及动力性，但仿真模型和实际工况仍有一定差异。仿真结果表明动力匹配方案2（方案5）更适用于国道工况，方案1（方案4）更适用于高速工况，但在车辆实际运行中，路况并非单一不变，因此，方案3（方案6）动力匹配的实际应用意义更大。

本节共选择40辆市场运行车辆，针对市场占有量较大的超速档+3.73动力匹配，分析Ⅰ和Ⅱ发动机的经济性与动力性，同时对比仿真分析结果进行验证。

2.2 高速路况车辆运行数据分析

图4 燃料消耗率分布曲线

图5 功率分布曲线

选择常用车速在70-100km/h，常用挡位集中在11挡和12挡的两批车辆进行高速路况车辆运行数据分析。Ⅰ和Ⅱ发动机车辆高速路况下气耗分别为28.06kg/hkm和30.83kg/ hkm。图4和图5分别为Ⅰ和Ⅱ发动机在高速路况下燃料消耗率和功率分布曲线，从图4中可看出，除在200-210g/kw·h燃料消耗率区间内Ⅱ发动机占比更高外，其余区间Ⅱ发动机占比均小于Ⅰ发动机。从图5中可看出，在高功率区，Ⅱ发动机车辆占比更大，结合图4和图5，可得出发动机输出功率的增加导致Ⅰ发动机的气耗增加。根据功率的分布曲线可看出，在高速路况下，大功率发动机的市场需求更高。图6为Ⅰ发动机和Ⅱ发动机的车速分布，加权车速分别为74.95km/h和75.38km/h，车速差异较小，因此，更高的功率需求可认为是较高的后备功率需求。

图6 车速分布曲线

2.3 国道路况车辆运行数据分析

选择常用车速在40-60km/h，常用挡位也集中在10挡、11挡和12挡的两批车辆进行国道路况车辆运行数据分析。Ⅰ和Ⅱ发动机车辆其百公里气耗分别为31.96kg和37.48kg。从图7中可看出，整车工况主要分布在外特性曲线的前半部分。图8为国道路况功率分布曲线，对比可看出在国道路况下，常用功率分布无明显差异，在较高功率区，Ⅱ发动机车辆无后备功率需求。

由图6可看出，Ⅰ和Ⅱ发动机国道路况下车速均主要分布在40-60km/h。Ⅰ和Ⅱ发动机的加权车速分别为45.64km/h和46.22km/h，车速差异较小。综合分析可看出，在国道工况下，Ⅰ发动机功率输出可以满足实际工况需求，同时经济性也更优。

2.4 经济性与动力性分析

根据整车仿真及车辆实际运行结果对比，Ⅱ发动机动力性更优，而Ⅰ发动机经济性更优；实际运行中，路况并非单一不变，方案3（方案6）动力匹配的实际应用意义最大。

从方案3和方案6动力匹配方案下的车辆实际运行的数据可看出，在高速路况下，方案6更能够满足动力需求，同时也可看出市场对后备功率有一定需求；反观国道路况下，方案3和方案6输出功率分布无较大差异。综合分析，在动力匹配的过程中，常用路况为高速的车辆应匹配大马力发动机，而常用路况为国道的车辆对大马力发动机需求不明显，在进行动力匹配时，应更加注重经济性，在输出扭矩可满足的情况下小马力发动机更能满足实际需求。

3 结论

（1）基于Cruise仿真分析了两种马力发动机、6种动力匹配方案下的整车动力性、经济性，并通过实际车辆运行数据验证了模拟仿真计算的可行性。

（2）对比分析高速和国道路况下，相同动力匹配的两种马力车辆的实际运行数据，得出高速路况，可匹配大马力的发动机；国道工况，小马力发动机可满足实际需求。

[1] 陈昊,韩斌,陈轶嵩,等.天然气汽车发展现状及趋势[J].中国能源, 2018 2:36-41.

[2] 柯贤志.浅析LNG在商用车中的应用[J].汽车实用技术,2014 3:14- 17.

[3] 丁祁玉.关于LNG清洁能源汽车的应用与推广探讨[J].汽车实用技术,2017 7:27-28.

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Research on Economy and Dynamic Performance of LNG Heavy-duty Trucks

Zhang Heng, Zheng Zhiqiang, Xiao Cheng

( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200 )

In this thesis, the method of combining software simulation as CRUISE with actual operation data of vehicle was used for economic and dynamic analysis of LNG heavy-duty trucks which matching different engines, drive axles and gearboxes. Different dynamic matching schemes adapt to the working conditions was identified and reference was provided for dynamic matching optimization in this thesis.

CRUISE; LNG heavy-duty trucks; Economic; Dynamic; Power matching

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.032

U461.2

A

1671-7988(2021)03-106-03

U461.2

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1671-7988(2021)03-106-03

张恒（1993-），男，硕士，就职于陕西重型汽车有限公司，从事替代燃料重型货车整车设计工作。