兩款發動機的整車動力性經濟性仿真對比分析

◎文/唐飛（華菱星馬汽車〈集團〉股份有限公司 安徽重型專用車發動機安徽省重點試驗室）

眾所周知，柴油機在臺架上的優越動力性和經濟性并不代表其在整車上具備優越動力性和經濟性。不同廠家的不同車型由于汽車底盤參數不同、使用條件不同，即使采用同一款柴油機，整車的性能也可能會有較大的差異。為適應市場競爭，在發動機設計開發階段，應用AVL Cruise軟件建立整車模型，根據車輛的使用工況，進行動力性、經濟性仿真計算，可以在理論上確保新設計的發動機匹配整車后具有優越的動力性和經濟性。

AVL Cruise是AVL公司開發的一款整車及動力總成仿真分析軟件，可以研究整車的動力性、燃油經濟性、排放性能及制動性能，是車輛系統的集成開發平臺。由于轎車的保有量越來越大，運輸轎車的卡車（轎運車）市場也在擴大，對發動機也提出了更高要求。本文使用AVL Cruise軟件進行仿真計算，計算是以某4×2后驅的轎運車為基礎，先確定整車各零部件的參數，包括發動機、變速器、主減速器、輪胎、駕駛室、整車重量、迎風面積、風阻系數、滾動阻力系數等，然后搭建整車模型、設定計算任務、處理計算結果，通過對匹配結果進行對比分析，評價其合理性。

一、整車建模及參數確定

圖1 仿真模型

根據整車參數，在AVLCruise軟件中完成整車仿真模型搭建，分別對車型（Vehicle）、發動機（Engine）、離合器（Clutch）、變速器（Gear Box）、主減速器（Single Ratio Transmission)、 差 速 器 （Differential）、 車 輪 / 輪 胎（Wheel/Tire）、駕駛室（Cockpit）以及路況（Course）、駕駛員（driver）、監視器（Monitor）等模塊進行定義設置，完成零部件建模和仿真參數設置，并根據汽車動力傳遞路徑，適時調整部件的位置和連接接口的位置，完成各個模塊的數據傳遞和信號連接。其仿真模型如圖1所示（來源于AVLCruise軟件內截圖）。

整車模型參數和配置如下：整車整備重量6000 kg，滿載重量36000 kg，軸距3400 mm，整車長5900 mm、寬2495 mm、高3000 mm。變速器型號9JS119TB（1～9檔速比 依 次 為 11.02、6.55、4.64、3.36、2.71、1.95、1.38、1.00、0.81），主減速器速比4.11，輪胎規格12R22.5。兩款發動機的主要參數見表1，其中發動機a為市場上主流競品機型，發動機b為新機型。

表1 發動機參數

二、計算任務設定及數據處理

最高車速、爬坡性、加速性是整車動力性能的重要指標，等速百公里油耗是燃油經濟性的重要指標。依據整車動力性經濟性計算理論，仿真計算任務設定計算的任務及標準為：最高車速設計目標不小于100 km/h；最大爬坡度設計目標不小于20%；加速性能需測定起步加速性能和超越加速性能；等速百公里油耗滿足JT719-2016法規要求限值，即不大于37.3 L/100km。

表2 兩種方案動力性計算結果對比

表3 兩種方案最高檔等速百公里油耗對比

每個計算任務的文件夾下都需要定義行駛路況和駕駛員參數。行駛路況包括道路的環境參數，如周圍溫度、濕度、空氣密度、大氣壓力、風速、道路摩擦系數等；駕駛員參數需要定義啟動方式、換檔時間、加速踏板等。應用AVLCruise軟件中計算模塊進行批量計算，動力性指標計算結果見表2，經濟性指標計算結果（最高檔等速百公里油耗）見表3，其中，方案1采用發動機a，方案2采用發動機b。

從表2中可以看出，整車配置相同的情況下，新機型比競品機型在動力性方面具有較大的優勢。配置新機型的車輛最高車速提高了9.38km/h，提高9.1%，節省時間，減輕司機的疲勞度；1檔最大爬坡度提高了4.04%，提高12.9%，使車輛能夠爬上更陡的坡；最高檔最大爬坡度提高了0.53%，提高41.1%，在車速較快的情況下遇到較小的長坡時，配置新機型的車輛完全可以不用考慮降檔降速增扭。此外，配置新機型的車輛，起步連續加速到80km/h時間縮短了9.9s，縮短13.7%，起步連續加速更快；從60km/h超越加速到90km/h時間縮短了11.8s，縮短17.4%，顯示出了非常好的超車能力。從表3中可以看出，配置新機型的整車在最高檔等速百公里油耗方面與競品機型相比也更加省油，其中以50km/h行駛時省油最多，節約6.0%。

通過計算結果分析，新機型匹配整車的動力性明顯優于競品機型，尤其是直接檔的最大爬坡度增加最為明顯，其原因是新機型在低速區間的扭矩較大，能夠大大增強整車的動力性。配置新機型的車輛在等速百公里油耗方面也略優于競品機型，這是因為雖然新機型的最小燃油消耗率略高于競品機型，但是其萬有特性上的經濟油耗區略好。由于新品發動機的低速扭矩較大，因此可以匹配速比更小的驅動橋，從而獲得更好的燃油經濟性。

三、結論

本次計算的兩種方案雖然均滿足設計目標，但是通過計算結果對比分析可以看出，新品發動機在整車配置相同的情況下，其整車動力性和經濟性要優于市場上的某款主流競品發動機，從而確立了新品發動機在整車性能方面具有更強的市場競爭力。另外，由于新品發動機具有低速大扭矩的特點，具備匹配小速比驅動橋的可能，因此在整車匹配方面擁有更多的方案供優化選擇。但是由于整車實際運行工況和駕駛員操作習慣等許多不確定因素存在，實際整車性能存在一定的差異性。