大功率附件對車輛性能的影響

高軍，牟鑫，龔佳慧，田雨

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

引言

車輛改裝時，在滿足用戶特殊要求的同時，應同時考慮車輛的安全性及對車輛性能的影響。本文根據用戶的要求，在軍用越野汽車上加裝一個大功率附件——20kW 發電機供上裝使用。發電機通過夾心式全功率取力器提供動力。增加取力器后對車輛的安全性基本沒有影響，所以本文主要討論增加取力器后，對汽車動力性和經濟性的影響。

動力性和經濟性是衡量汽車性能的重要指標，其中動力性評價指標有汽車的最高車速、原地起步加速時間、最大爬坡能力；經濟性評價指標主要是燃油消耗率或者是百公里油耗。本文針對用戶增加大功率發電機，利用AVL Cruise軟件模擬計算加裝前和加裝后整車最高車速、加速時間、最大爬坡度及百公里油耗的變化，分析大功率發電機對底盤性能的影響。

選擇了兩款不同性能的發電機（見圖 3，發電機在不同的轉速下輸出額定功率）進行對比計算。將不帶發電機的作為方案一，帶發電機一的作為方案二，帶發電機二的作為方案三。

1 整車主要參數及配置

底盤主要參數見表1，發動機的外特性曲線見圖1。

2 整車模型的建立

利用AVL Cruise仿真軟件，對未加發電機和加裝發電機后的車輛建立整車模型，創建爬坡度計算任務、全負荷加速計算子任務原地起步連續換檔加速性能、穩態行駛性能子任務最高車速和循環行駛工況工作任務。

表1 底盤主要參數

發電機用在Cruise軟件中PTO的輸出模塊來體現發電機功率的消耗。發電機參數按照廠家提供的轉速與功率的關系設定兩種性能發電機曲線（見圖2發電機一、發電機二）。

圖1 發動機外特性曲線圖

圖2 發電機性能圖

3 計算結果對比

3.1 爬坡度對比

表2是三種方案的計算結果，圖3是三種方案結果的比較圖。

表2 三種方案爬坡度對比

從爬坡度的計算結果可以看出：

三種方案的最大爬坡度基本相同，說明車輛有足夠的動力，但是地面所能提供的附著力有限，所以圖3中三種方案的1檔的最大爬坡度都是一條直線。2檔-9檔的最大爬坡度有比較大的差別，方案三比方案一的爬坡度略小，明顯的好于方案二的爬坡度。查看方案二和方案三的發電機性能曲線，發現方案二的發電機功率輸出轉速在1200r/min-2000r/min之間，方案三的發電機功率輸出轉速在1500r/min-2200r/min之間，而發動機的最大扭矩點轉速范圍是1200r/min-1500r/min之間，所以方案二的發電機額定功率輸出轉速與發動機的最大扭矩轉速基本重合，當車輛在爬坡時需要輸出最大扭矩時，也是發電機輸出扭矩的時刻，所以對爬坡度影響較多；方案三的發電機額定功率輸出轉速區間剛好避開了發動機的最大扭矩轉速區間，所以對爬坡度的影響較小。同時，同一檔位方案二的發動機轉速明顯的高于方案三和方案一，說明在爬坡時發動機通過提高轉速來滿足爬坡和發電機需要的功率。

圖3 三種方案爬坡度圖

3.2 原地起步加速時間對比

原地起步加速時間以0-60km/h的加速時間來比較。采用二檔起步，表3是計算結果。

表3 三種方案原地起步加速時間對比

圖4 車輛最大加速度圖

從結果中可以看出，帶發電機后，0-60km/h的加速時間比不帶發電機的加速時間和距離都增加了。由于發電機的影響，無論是方案二還是方案三，換檔時機都有所推后，從圖4的車輛各檔位加速度圖中可以看出，方案二的換檔推后主要發生在前幾個檔位，方案三的換檔時機推后主要發生在后幾個檔位。換檔時機的推后說明發電機功率的輸出影響了車輛加速至最大加速度的時間，導致加速時間變長。方案二和方案三發電機功率輸出在發動機不同的轉速下導致換檔時機推后表現在不同的檔位。方案二對扭矩影響較大，換檔時機的推后發生在扭矩輸出較大的檔位；方案三對扭矩影響較小，換檔時機的推后發生在后幾個檔位。

3.3 最高車速比較

表4 三種方案最高車速對比

從計算結果的可以看出，不帶發電機的理論最高車速比帶發電機的理論最高車速高出 5km/h，這是發電機輸出功率對車輛動力性的影響；但是實際的最高車速都是113.18km/h，這說明車輛的后備功率較大，發電機對車輛有影響，增加了達到最高車速的時間，但沒有影響實際所能達到的最高車速。

3.4 C-WTVC綜合油耗比較

表5 三種方案綜合油耗對比

表5的油耗計算結果顯示方案二車輛百公里油耗增加了5.86L，方案三車輛百公里油耗增加了3.81L。這是因為增加發電機后，一部分功率輸出到了發電機上，發動機想要達到不帶發電機時的功率，必須通過提高發動機的轉速來彌補發電機的功率消耗，增加了車輛的循環油耗。發電機功率的輸出使得車輛的油耗增加，方案三的經濟性好于方案二的經濟性。

4 結論

（1）軍用越野汽車后備功率大，增加20kW的大功率發電機后，車輛的最大爬坡度沒有影響；原地起步加速時間略有增加；最高車速沒有變化；綜合油耗增加。

（2）不同性能的發電機對車輛動力性的影響不同，如果能在發動機最大扭矩區間以外輸出附件的功率，這將大大的減小對車輛動力性能的影響。

（3）方案二和方案三百公里油耗相差2.05L，說明性能不同的大功率附件對車輛經濟性的影響也不同。所以選擇合適的附件，可以有效的降低車輛燃油消耗量。

（4）每一款發動機對應不同的萬有特性曲線和外特性曲線，在計算針對大功率附件對車輛的影響時應具體問題具體對待，選擇對重要參數影響較小的附件。

參考文獻

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