重型半掛牽引車模擬油耗試驗(yàn)研究

劉宏亮，顧明，郭偉，侯敬超

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

前言

2018 年，商用車產(chǎn)銷量分別完成428 萬輛和437.1 萬輛，同比增長(zhǎng)了1.7%和5.1%。半掛牽引車全國(guó)銷量35 萬輛，同比增長(zhǎng)8.2%。可見半掛牽引車在物流行業(yè)的應(yīng)用已成為未來公路貨物運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)，對(duì)該類車輛的合理匹配可更好的服務(wù)于物流行業(yè)，對(duì)于提高運(yùn)輸效率，降低能耗都有很重要的意義。2018 年國(guó)家發(fā)布了《GB 30510-2018 重型商用車輛燃料消耗量限值》、交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院發(fā)布了關(guān)于《實(shí)施道路運(yùn)輸車輛燃料消耗量第四階段限值的通知》，國(guó)家對(duì)車輛的燃油消耗量提出了更高的要求，因此，通過合理匹配汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)來提高運(yùn)輸效率和降低燃油消耗勢(shì)在必行。

1 汽車模型搭建

計(jì)算軟件見圖1，主要用于研究汽車行駛特性、燃油消耗與廢氣排放的模擬分析。由于采用了模塊化的方法，可以自由的建立任何一種配置的汽車模型，其精密完善的算法程序保證了較快的運(yùn)算速度和精度。它主要用于計(jì)算和優(yōu)化汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)，動(dòng)力系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的匹配分析和開發(fā)研究。其模塊化結(jié)構(gòu)可以建立各種汽車概念的汽車模型。

建模過程分為下列步驟：模型前處理→原型車結(jié)構(gòu)分析和子模型模塊選擇→建立物理連接→建立信號(hào)連接→輸入模型數(shù)據(jù)。

圖1 軟件模型圖

2 模型參數(shù)輸入

（1）樣車參數(shù)輸入

輸入樣車（汽車列車）整備質(zhì)量、滿載質(zhì)量、迎風(fēng)面積、鞍座高度等參數(shù)。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)輸入

輸入發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)速、萬有特性曲線等參數(shù)。

（3）變速器相關(guān)參數(shù)輸入

輸入變速箱擋位、速比、傳動(dòng)效率等參數(shù)。

（4）驅(qū)動(dòng)橋參數(shù)輸入

輸入驅(qū)動(dòng)橋速比及傳動(dòng)效率等參數(shù)。

3 車輛運(yùn)行工況參數(shù)輸入

（1）運(yùn)行策略選擇

計(jì)算模型里面有兩個(gè)運(yùn)行策略，一個(gè)是基于時(shí)間的車輛運(yùn)行狀態(tài)，另一個(gè)是基于距離的車輛運(yùn)行狀態(tài)。在采集實(shí)際路譜中，車速、換擋都是以時(shí)間為基準(zhǔn)進(jìn)行采集，所以運(yùn)行策略選擇基于時(shí)間的運(yùn)行策略。

（2）工況處理

根據(jù)選擇的運(yùn)行策略，需要采集車輛的車速、時(shí)間、距離、擋位、換擋時(shí)間等信息，目前重型半掛車無擋位傳感器信號(hào)，無法采集擋位信號(hào)，可以通過公式計(jì)算出擋位信息。

公式中v 為車輛車速（km/h）；r 為車輪半徑（m）；ig為變速箱傳動(dòng)比，對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比為擋位信息；i0為主減速器傳動(dòng)比。

下表1 為模擬軟件要求的輸入工況參數(shù)。

除運(yùn)行工況外，環(huán)境溫度、風(fēng)速、海拔都影響油耗結(jié)果，特別是海拔，受采集設(shè)備精度的影響，采集的海拔數(shù)據(jù)梯度較大，即坡度較大。當(dāng)該坡度大于實(shí)際坡度，小于車輛的爬坡能力或最大減速能力，模型計(jì)算出來的結(jié)果偏大，當(dāng)該坡度大于車輛的爬坡能力或最大減速能力，模型無法進(jìn)行計(jì)算，只能重新修正坡度。

表1 工況參數(shù)表

4 模型輸出結(jié)果

通過模型，可以計(jì)算出不同動(dòng)力總成在該工況下的百公里燃油消耗、瞬時(shí)油耗、累計(jì)油耗及油耗分布情況，進(jìn)而分析工況對(duì)車輛影響的具體范圍。

5 車輛路試驗(yàn)證

選取同一樣車，進(jìn)行模型要求的動(dòng)力總成的道路油耗試驗(yàn)，記錄道路路譜，環(huán)境溫度、風(fēng)速等信息。

通過模擬計(jì)算結(jié)果與路試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,平原工況燃油消耗量偏差在5%左右，山路工況燃油消耗量偏差在8%左右，證明了該分析方法的可行性。通過計(jì)算，可以根據(jù)用戶的需求，給出其合理的動(dòng)力總成配置，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

6 結(jié)語

本文以重型半掛牽引車為研究對(duì)象，以動(dòng)力匹配為研究?jī)?nèi)容，通過CRUISE 軟件運(yùn)用現(xiàn)代模擬預(yù)測(cè)方法及計(jì)算機(jī)技術(shù)，以實(shí)際運(yùn)營(yíng)工況為輸入，通過對(duì)車輛動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)對(duì)車輛動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的影響，在諸多匹配設(shè)計(jì)方案中選擇最佳方案。最后結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)對(duì)模擬推薦方案進(jìn)行了驗(yàn)證。在自由駕駛工況中模型計(jì)算輸入的換擋轉(zhuǎn)速、換擋時(shí)間、行駛路譜都是把實(shí)際路譜進(jìn)行修正而來，無法與實(shí)際工況參數(shù)相同，導(dǎo)致實(shí)際油耗與計(jì)算油耗誤差較大，因此只能不斷的進(jìn)行修正，使兩者的輸入靠近而減小誤差。未來幾年隨著工況研究的深入，模擬計(jì)算的精度會(huì)越來越高，進(jìn)行動(dòng)力匹配可以更加合理。