基于AVL-curise的單后橋驅(qū)動動力系統(tǒng)匹配研究

侯永紅，王瑞鑫

（北奔重型汽車集團(tuán)有限公司研發(fā)中心，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

基于AVL-curise的單后橋驅(qū)動動力系統(tǒng)匹配研究

侯永紅，王瑞鑫

（北奔重型汽車集團(tuán)有限公司研發(fā)中心，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

本文介紹了汽車性能分析理論，應(yīng)用AVL-Cruise對單后橋驅(qū)、雙后橋承載的整車動力傳動系統(tǒng)進(jìn)行建模，并模擬實(shí)際使用工況進(jìn)行了動力性及經(jīng)濟(jì)性仿真計(jì)算，對比分析六種初選配置下整車的動力性和經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)選出最佳配置方案，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。新建整車模型可有效地對模擬整車性能，節(jié)省設(shè)計(jì)時間。

動力系統(tǒng)；整車模型；性能研究

CLC NO.: U462.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2014)10-27-04

1、研究目的

在整車適應(yīng)性匹配及動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，建立有效的整車及動力系統(tǒng)數(shù)學(xué)及力學(xué)模型，進(jìn)行模擬計(jì)算，研究各主要部件對整車性能的影響及各部件參數(shù)之間的相互關(guān)系，可以為設(shè)計(jì)人員提供理論依據(jù)，同時可大大地縮短研制工作周期，節(jié)省項(xiàng)目試驗(yàn)費(fèi)用。

2、重卡動力裝置匹配原理

2.1 最高車速

最高車速是汽車動力性能的主要評價指標(biāo)，最高車速是指在水平良好的路面（混凝土或?yàn)r青）上汽車能達(dá)到的最高行駛速度。

由功率平衡方程（或功率平衡圖）汽車運(yùn)動阻力所消耗的功率有滾動阻力功率Pf、空氣阻力功率Pw、坡度阻力功率Pi和加速阻力功率Pj，則汽車功率平衡方程為：

當(dāng)最高檔的功率曲線與阻力功率曲線相交時，對應(yīng)車速即為車輛的最高車速ua：

根據(jù)功率平衡方可以求得：

其中：G ——整車重量 (N)

f ——輪胎滾動阻力系數(shù)

CD——空氣阻力系數(shù)

A——迎風(fēng)面積

δ——汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)

i——道路坡度

2.2 爬坡能力

汽車的爬坡能力是用滿載時汽車在良好路面上的最大爬坡度來表示。重卡由于在各種地區(qū)和路面上行駛，因此最大爬坡度時其動力性的重要評價指標(biāo)。

最大爬坡度滿足：

G ——整車重量 (N)

Rk——輪胎滾動半徑(m)

f ——輪胎滾動阻力系數(shù)

αmax——牽引車最大爬坡角

ηt——牽引車傳動系效率

Ik1——汽車變速器第一檔速比

I0—— 汽車驅(qū)動橋速比

Temax——牽引車最大轉(zhuǎn)矩（Nm）

2.3 加速能力

汽車的加速能力可以用它在水平良好路面上行駛時能產(chǎn)生的加速度來評價，但由于其不易測量，通常采用加速時間來表征汽車的加速能力，他對汽車的平均行駛速度影響較大。對于重卡來說，由于其載重大，車速較低，因此，加速時間對重卡影響較小。

2.4 經(jīng)濟(jì)性

汽車燃油經(jīng)濟(jì)性常用一定運(yùn)行工況下汽車行駛百公里的一定燃油消耗量能使汽車行駛的里程來衡量。等速百公里燃油消耗量是我國常用的一種經(jīng)濟(jì)性評價指標(biāo)，它是指汽車在一定載荷(我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定轎車為半載,貨車為滿載)下，以最高檔在水平良好路面上等速行駛100km的燃油消耗量，對不同車速下的燃油消耗量進(jìn)行加權(quán)計(jì)算而得出。

汽車以ua等速行駛時，燃油消耗量為：

其中：b—燃油消耗〔g/(kW·h)〕率；ρ—燃油的密度（kg/L）；

g—重力加速度（m/s2）

等速行駛 s 行程時，燃油消耗量：

等速百公里燃油消耗量：

3、利用Cruise建立整車模型

3.1 車輛總體參數(shù)

整車基本參數(shù)如下：整車外形尺寸（長×寬×高）：10335 ×2495×3180mm；軸距：1700+4425+1350mm；整備質(zhì)量：11000kg；滿載總質(zhì)量：31000kg；空氣阻力系數(shù)：0.7；車輛迎風(fēng)面積：8.0m2。該車型不同與以往的重卡驅(qū)動形式,采用了雙后橋承載，單后橋驅(qū)動的模式,以盡可能的減少整車整備質(zhì)量。因此，本文先期采用新模型進(jìn)行優(yōu)化匹配，后期根據(jù)試驗(yàn)情況對模型進(jìn)行修正，本次仿真整車分析模型如下圖：

3.2 仿真車輛動力系統(tǒng)匹配方案

表1 動力系統(tǒng)組合方案

重卡的動力性和經(jīng)濟(jì)性與傳動系的參數(shù)選擇匹配密切相關(guān)。理論上各參數(shù)可以連續(xù)任意變化，以獲得最優(yōu)的匹配效果。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，整車生產(chǎn)廠家在匹配時往往只能

選擇市場上已存在的發(fā)動機(jī)、變速器、主減速器等大部件。本文根據(jù)該車的實(shí)際使用工況及用戶要求，提供了六種組合方案，對動力匹配進(jìn)行方案進(jìn)行比較分析，組合方案見表1。

4、基于整車模型仿真分析

4.1 動力系匹配方案仿真結(jié)果

表2 仿真結(jié)果對比表

4.2 動力系匹配仿真對比分析

本文通過仿真數(shù)據(jù)及圖表對比分析六種方案的優(yōu)劣性，為整車動力系統(tǒng)匹配提供理論依據(jù)。下圖是六種方案功率平衡對比：

從六種方案的的仿真結(jié)果對比及功率平衡圖分析，可以看出：

(1)六種方案的最高車速都達(dá)到了設(shè)計(jì)任務(wù)要求，其中方案一、三的最高車速為90km/h以上，方案二、四、五、六的最高車速均超過為100km/h；

(2)除方案二外，其他各方案的最大爬坡度均達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)要求指標(biāo)。分析認(rèn)為方案二中的大速比橋及一檔速比較小的超速檔變速器是主要影響因素;

(3)除方案二、四的加速時間較長外，其他方案都比較合理。分析認(rèn)為上述兩方案中使用的超速檔變速箱的最高使用效率較其他變速低，導(dǎo)致了兩方案的加速時間較長；

(4)按照J(rèn)T719-2008法規(guī)計(jì)算得到的綜合油耗來看：各方案的數(shù)值均小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的31L/100km，其中方案二、五相對較低。

綜合分析：項(xiàng)目前期選取了方案六進(jìn)行了匹配設(shè)計(jì)及后續(xù)的路試。

5、模型驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證該模型的可行性，利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)理論計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析，樣車采用了理論計(jì)算提出的動力系統(tǒng)方案配置進(jìn)行了試驗(yàn)，采集了各項(xiàng)性能指標(biāo)的數(shù)據(jù)，理論數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比見下表：

Dynamical system emulation analysis of Drive Single axle based on AVL-curise

Hou Yonghong, Wang Ruixin
(R&D Center, BEIBEN Trucks Group Co., Ltd., Neimenggu Baotou 014030)

This paper introduces the theory about Automobile, Powertrain model was set up of curise about drive single axle and bearing with double axle to simulate actual status. the author analyses the dynamic, economic performance about six different types and Select the best scheme and proved by experiment. The result help the vehicle designers optimize their design , meanwhile save design time.

Dynamical system; vehicle model; Performance studies

U462.3

A

1671-7988(2014)10-27-04

侯永紅，就職于北奔重型汽車集團(tuán)有限公司研發(fā)中心。