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(shí)，在滿足用戶特殊要求的同時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮車輛的安全性及對車輛性能的影響。本文根據(jù)用戶的要求，在軍用越野汽車上加裝一個(gè)大功率附件——20kW 發(fā)電機(jī)供上裝使用。發(fā)電機(jī)通過夾心式全功率取力器提供動(dòng)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(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的影響。

動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性是衡量汽車性能的重要指標(biāo)，其中動(dòng)力性評價(jià)指標(biāo)有汽車的最高車速、原地起步加速時(shí)間、最大爬坡能力；經(jīng)濟(jì)性評價(jià)指標(biāo)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(fā)電機(jī)，利用AVL Cruise軟件模擬計(jì)算加裝前和加裝后整車最高車速、加速時(shí)間、最大爬坡度及百公里油耗的變化，分析大功率發(fā)電機(jī)對底盤性能的影響。

選擇了兩款不同性能的發(fā)電機(jī)（見圖 3，發(fā)電機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下輸出額定功率）進(jìn)行對比計(jì)算。將不帶發(fā)電機(jī)的作為方案一，帶發(fā)電機(jī)一的作為方案二，帶發(fā)電機(jī)二的作為方案三。

1 整車主要參數(shù)及配置

底盤主要參數(shù)見表1，發(fā)動(dòng)機(jī)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(fā)電機(jī)和加裝發(fā)電機(jī)后的車輛建立整車模型，創(chuàng)建爬坡度計(jì)算任務(wù)、全負(fù)荷加速計(jì)算子任務(wù)原地起步連續(xù)換檔加速性能、穩(wěn)態(tài)行駛性能子任務(wù)最高車速和循環(huán)行駛工況工作任務(wù)。

表1 底盤主要參數(shù)

發(fā)電機(jī)用在Cruise軟件中PTO的輸出模塊來體現(xiàn)發(fā)電機(jī)功率的消耗。發(fā)電機(jī)參數(shù)按照廠家提供的轉(zhuǎn)速與功率的關(guān)系設(shè)定兩種性能發(fā)電機(jī)曲線（見圖2發(fā)電機(jī)一、發(fā)電機(jī)二）。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線圖

圖2 發(fā)電機(jī)性能圖

3 計(jì)算結(jié)果對比

3.1 爬坡度對比

表2是三種方案的計(jì)算結(jié)果，圖3是三種方案結(jié)果的比較圖。

表2 三種方案爬坡度對比

從爬坡度的計(jì)算結(jié)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(dòng)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(fā)電機(jī)性能曲線，發(fā)現(xiàn)方案二的發(fā)電機(jī)功率輸出轉(zhuǎn)速在1200r/min-2000r/min之間，方案三的發(fā)電機(jī)功率輸出轉(zhuǎn)速在1500r/min-2200r/min之間，而發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩點(diǎn)轉(zhuǎn)速范圍是1200r/min-1500r/min之間，所以方案二的發(fā)電機(jī)額定功率輸出轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩轉(zhuǎn)速基本重合，當(dāng)車輛在爬坡時(shí)需要輸出最大扭矩時(shí)，也是發(fā)電機(jī)輸出扭矩的時(shí)刻，所以對爬坡度影響較多；方案三的發(fā)電機(jī)額定功率輸出轉(zhuǎn)速區(qū)間剛好避開了發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩轉(zhuǎn)速區(qū)間，所以對爬坡度的影響較小。同時(shí)，同一檔位方案二的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速明顯的高于方案三和方案一，說明在爬坡時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)通過提高轉(zhuǎn)速來滿足爬坡和發(fā)電機(jī)需要的功率。

圖3 三種方案爬坡度圖

3.2 原地起步加速時(shí)間對比

原地起步加速時(shí)間以0-60km/h的加速時(shí)間來比較。采用二檔起步，表3是計(jì)算結(jié)果。

表3 三種方案原地起步加速時(shí)間對比

圖4 車輛最大加速度圖

從結(jié)果中可以看出，帶發(fā)電機(jī)后，0-60km/h的加速時(shí)間比不帶發(fā)電機(jī)的加速時(shí)間和距離都增加了。由于發(fā)電機(jī)的影響，無論是方案二還是方案三，換檔時(shí)機(jī)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(fā)生在前幾個(gè)檔位，方案三的換檔時(shí)機(jī)推后主要發(fā)生在后幾個(gè)檔位。換檔時(shí)機(jī)的推后說明發(fā)電機(jī)功率的輸出影響了車輛加速至最大加速度的時(shí)間，導(dǎo)致加速時(shí)間變長。方案二和方案三發(fā)電機(jī)功率輸出在發(fā)動(dòng)機(jī)不同的轉(zhuǎn)速下導(dǎo)致?lián)Q檔時(shí)機(jī)推后表現(xiàn)在不同的檔位。方案二對扭矩影響較大，換檔時(shí)機(jī)的推后發(fā)生在扭矩輸出較大的檔位；方案三對扭矩影響較小，換檔時(shí)機(jī)的推后發(fā)生在后幾個(gè)檔位。

3.3 最高車速比較

表4 三種方案最高車速對比

從計(jì)算結(jié)果的可以看出，不帶發(fā)電機(jī)的理論最高車速比帶發(fā)電機(jī)的理論最高車速高出 5km/h，這是發(fā)電機(jī)輸出功率對車輛動(dòng)力性的影響；但是實(shí)際的最高車速都是113.18km/h，這說明車輛的后備功率較大，發(fā)電機(jī)對車輛有影響，增加了達(dá)到最高車速的時(shí)間，但沒有影響實(shí)際所能達(dá)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(jì)算結(jié)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?yàn)樵黾影l(fā)電機(jī)后，一部分功率輸出到了發(fā)電機(jī)上，發(fā)動(dòng)機(jī)想要達(dá)到不帶發(fā)電機(jī)時(shí)的功率，必須通過提高發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來彌補(bǔ)發(fā)電機(jī)的功率消耗，增加了車輛的循環(huán)油耗。發(fā)電機(jī)功率的輸出使得車輛的油耗增加，方案三的經(jīng)濟(jì)性好于方案二的經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)論

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

（2）不同性能的發(fā)電機(jī)對車輛動(dòng)力性的影響不同，如果能在發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩區(qū)間以外輸出附件的功率，這將大大的減小對車輛動(dòng)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(jīng)濟(jì)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(fā)動(dòng)機(jī)對應(yīng)不同的萬有特性曲線和外特性曲線，在計(jì)算針對大功率附件對車輛的影響時(shí)應(yīng)具體問題具體對待，選擇對重要參數(shù)影響較小的附件。

參考文獻(xiàn)

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