基于AVL CRUISE新開發速比驅動橋的動力性仿真研究

高海文，王虹，王瑞鑫，王有磊，李軼楠，劉銀鳳

（1.北奔重型汽車集團有限公司技術中心，內蒙古 包頭 010040；2.北奔重型汽車集團有限公司總裝公司，內蒙古 包頭 010040）

前言

根據客戶需求，我公司開發了3.364速比驅動橋。為實現整車最佳動力性、經濟性指標，應用AVL CRUISE軟件對不同配置動力傳動系統的動力性、經濟性進行仿真分析。根據計算結果進行動力傳動系統的選型，使用仿真軟件進行計算，不僅能及時發現設計匹配中的問題，預估整車的動力性水平，而且可以縮短研制周期，避免浪費。

牽引車列車一般由牽引車底盤和掛車兩部分組成，應用于高速物流長途運輸。本文介紹了一種新速比的驅動橋動力性匹配計算方法，并應用AVL Cruise車輛性能計算軟件對一款匹配3.364速比驅動橋的牽引車動力性和動力系統匹配進行了仿真分析。為樣車的動力傳動系統匹配提供理論支持。

1 整車動力裝置匹配原理

1.1 最高車速

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

由功率平衡方程（或功率平衡圖）汽車運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：

當最高檔的功率曲線與阻力功率曲線相交時，對應車速即為車輛的最高車速ua，可根據以上的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；

CD——空氣阻力系數；

A——迎風面積；

δ——汽車旋轉質量換算系數；

i——道路坡度。

1.2 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和路面上行駛，因此最大爬坡度時其動力性的最要評價指標。

最大爬坡度滿足以下公式：

G ——整車重量 (N)

Rk——輪胎滾動半徑(m)

f ——輪胎滾動阻力系數

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—— 汽車驅動橋速比

Iemax——牽引車最大轉矩（Nm）

1.3 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。

圖1 加速時間圖

2 仿真車輛基本性能及參數

2.1 車輛總體參數

牽引車的基本參數如下：整車外形尺寸（長×寬×高）：7055×2550×3910mm；軸距：3450+1350mm；整備質量：9300kg；滿載總質量：49000kg；空氣阻力系數：0.7；車輛迎風面積：8.0m^2。整車仿真分析模型如下圖：

圖2 牽引車仿真分析模型圖

2.2 仿真車輛動力系統匹配方案

汽車的動力性和傳動系的參數選擇匹配密切相關。理論上各參數可以連續任意變化,以獲得最優的匹配效果。但在實際應用過程中,整車生產廠家在匹配時往往只能選擇市場上已存在的發動機、變速器、主減速器等。本文根據該款車的實際使用工況及牽引車比功率要求（大于5kW/t），選擇三款發動機，同時提供了三種部件組合方案，對動力匹配進行方案進行比較分析。

表1 三種方案配置表

3 車輛動力裝置仿真分析

3.1 動力系匹配方案仿真結果

本文采用的車輛仿真模型，已經經過多次的試驗修正，能夠較為準確反應整車的動力性能。本次動力性能仿真只對相關部件參數進行修改，來完成該車型的仿真計算。

表2 三種方案仿真計算結果

3.2 動力系匹配仿真分析

本文通過仿真數據及圖表對比分析三種方案的優劣性，為整車動力系統匹配提供理論依據。下圖是三種方案功率平衡對比：

圖3 方案一的功率平衡圖

圖4 方案二的功率平衡圖

圖5 方案三的功率平衡圖

從三種方案的功率平衡圖分析，可以看出三種方案的最高車速都達到了設計任務要求，其中方案一的最高車速為105 km/h，方案二的最高車速為 109km/h、方案三的最高車速為104km/h；另外，當評價檔位為12檔、爬坡度為5%時，方案一能達到的最高車速約為25km/h，方案二能達到的最高車速為30 km/h，方案三能達到28 km/h，并且仍然具有一定的后備功率。

4 結論

該車型主要行駛在公路上，綜合考慮到分析結果及實際使用情況，從動力性角度認為方案三動力裝置匹配較為合理。

[1] 余志生.汽車理論［M］.北京:機械工業出版社,2000.

[2] 彭棟.Cruise基礎培訓教程AVL 2006.

[3] 樊飛龍.某型礦用自卸車整車性能匹配 AVL 2009年用戶大會論文集2009.