基于滑行試驗的載貨汽車動力性經濟性仿真與試驗分析

朱偉偉，陳剛

（安徽江淮汽車股份有限公司，合肥230601）

基于滑行試驗的載貨汽車動力性經濟性仿真與試驗分析

朱偉偉，陳剛

（安徽江淮汽車股份有限公司，合肥230601）

通過對比原型車和競品車的滑行試驗數據，分析了整車的行駛阻力，試驗結果表明原型車的空氣阻力大于競品，通過CFD分析并提出了駕駛室造型的優化方案，改善了整車行駛阻力。并針對新的滑行阻力優化了動力總成的匹配，在轉轂上進行了動力性經濟性試驗。試驗結果表明，優化方案有效，改善了整車性能，提升了產品競爭力。

滑行試驗；動力性；經濟性；優化

朱偉偉

碩士研究生學歷，現任安徽江淮汽車股份有限公司技術中心工程師，研究方向：商用車動力匹配工作。

1　引言

整車的動力性經濟性除了受動力總成的匹配合理程度的影響，也和整車的行駛阻力有很大的關系。目前，國內的很多企業都選擇采用滑行試驗測算整車的行駛阻力，并應用到轉轂臺架進行動力性經濟性的試驗。這種方法開發周期短，試驗誤差小。而且滑行阻力測定完成后可以結合相關仿真軟件，更為準確的分析動力性經濟性的優化方案。文中通過分析某款載貨車的滑行阻力，改善了整車的空氣阻力，并針對新的滑行阻力調整了發動機的萬有特性區間的分布，優化了傳動系的速比，方案實施后，試驗結果表明改進效果明顯。

2　原車滑行試驗分析及阻力優化

汽車滑行是指汽車在水平路面且無風的條件下，加速至某預定速度后，摘擋脫開發動機，利用汽車的動能繼續行駛的減速運動?？梢愿鶕囁倥c時間的關系計算汽車的行駛阻力，再設定底盤測功機進行道路模擬試驗。

原車型是一款4X2載貨車，設計總質量16噸，搭載4缸渦輪增壓柴油機，手動變速箱，單級減速后驅動橋，整車基本參數如表1所示：

表1：整車參數

滑行試驗依據相關標準進行［9］［10］，要求平均風速≤2m/s，最大風速≤3m/s，溫度 5℃～35℃范圍內；相對濕度小于80%；試驗路面應為干燥、平整的混凝土或具有相同附著系數的其他路面，路面上不許有松散的雜物，縱向坡度0.1%以內。滑行過程中，每隔5km/h，記錄一次滑行時間，試驗往返各滑行4 次，取平均值，作為滑行試驗結果，往返區段盡量重合。分別對競品和原型車進行試驗，最終試驗結果如圖1所示：

如滑行阻力圖所示：原型車在低速段的阻力與競品基本相當，而隨著速度的增加，滑行阻力則大于競品，根據工程經驗，低速段對滑行阻力影響較大的是輪胎的滾動阻力，高速段對滑行阻力影響較大的是空氣阻力，因此可以初步判定該車型的空氣阻力不如競品。為了進一步明確原因，對駕駛室做了CFD分析，從分析結果中可以看出，與競品車相比，原型車駕駛室的車頂存在明顯的流動分離現象，導致整車的空氣阻力較大。

表2：風阻系數與迎風面積對比

原型車駕駛室加高后，雖然增加了迎風面積，但是明顯的改善了風阻系數，綜合來看改進了空氣阻力。改進后樣車的滑行試驗也驗證了這一點：

3　動力匹配分析及優化

整車的行駛阻力是動力性經濟性的基礎，動力性經濟性的好壞還受發動機萬有特性、低油耗率區間的分布和傳動系速比匹配等因素的影響。因此需要基于整車的滑行阻力，對整車的動力匹配做進一步的分析，明確是否可以優化。

經過市場調研，明確客戶的常用車速和檔位，分析了等車速情況下發動機在MAP圖上對應的工作區間［1］。

（1）根據市場調研可以得知，一般客戶常使用5檔或6檔，就是最高檔和次高檔。常用車速為50-90km/h。

（2）計算常用車速對應的發動機轉速ne

式中：ne是 發動機轉速，單位：r/min；Ve是相應的車速，單位：km/h：ig是相應檔位的速比：i0是驅動橋速比：r 是輪胎滾動半徑，單位：m.

（3）行駛時，阻力等于整車的驅動力，就可以根據車速對應的阻力計算發動機所需的扭矩。

寫作是構成語文結構的要素之一，語文寫作在初中語文教學中占有大量比重，是初中語文學習的重中之重。在進行語文寫作教學時，教師可以根據寫作中心思想所表達的意思設計情景教學，這不僅可以激發學生練習寫作的興趣，還能培養學生獨立思考、聯系生活的寫作能力。學生在學習寫作時，通過使用合理的語言描繪方式與修辭手法進行寫作，既可以增強學生寫作手法的運用，還可以提高學生寫作能力。

式中：Ttq發動機扭矩，單位N.m；Ft是相應的驅動力，單位是N；ηT是傳動系效率

（4）結合第（2）、（3）步計算的轉速和扭矩，得到對應的發動機功率。

式中：Pe是 發動機功率，單位是KW；

（5）結合已知的等速百公里油耗計算燃油消耗率。

式中：be是燃油消耗率，單位是g/（kw.h）；Qs是等速百公里油耗的仿真數據，單位是L/100km，ρ是燃油密度，g為重力加速度常數。

（6）利用繪圖軟件，結合轉速、扭矩和發動機的萬有特性數據繪制發動機工作區間圖，如圖6所示：

定義發動機最低燃油消耗率為bemin，而把110%bemin對應的油耗線所包括的范圍定義為經濟區間［3］，從圖6可以比較直觀的看出，原車常用車速對應的發動機區間偏離經濟區間，而且隨著車速的增高，愈發的偏離經濟區間。這會導致經濟性不好，而且隨著車速增高變得更差。出現這種問題的原因是發動機的經濟區間偏向低轉速區。而且傳動系速比匹配的偏高，導致整車的常用車速對應的發動機轉速偏高，偏離了經濟區間對應的轉速，因此，準備采用兩種措施進行改進：

措施1：通過重新匹配增壓器，優化燃燒開發，擴大發動機萬有特性的經濟區間，但是發動機的原排會有一定的惡化，需要對后處理系統重新標定保證排放達標。改進前后的發動機萬有特性對比如圖7所示，發動機經濟區間有了明顯的擴大：

措施2：優化后的發動機萬有特性，如圖7所示，經濟區間還是偏向于低轉速，需要重新匹配較小后橋速比，把最高檔和次高檔常用車速對應的發動機轉速區間向經濟區間移動。同時加大變速箱低檔位速比保證爬坡度＞20%，結果如圖8所示， 改進后的方案主要車速的工作區間明顯優于原車工作區間。

4　改進方案的仿真與驗證

改進工作完成后根據滑行阻力和整車相關參數，在CRUISE軟件中建立整車的模型，如圖9如下，并在模型中設立相關計算任務，模塊之間在軟件模版上都有數據線相連接， 彼此之間傳遞信息［2］［4］，計算完成后，可以在軟件專用的后處理模塊中查看相關計算結果。

為了上述各種分析的準確性，并確認整車的實際性能，在轉轂試驗臺架上進行了如圖10所示的的動力性經濟性試驗［6］。

整理改進車的仿真和試驗數據如表3所示，結果表明仿真值與試驗值的試驗誤差控制在±5%以內，說明模型精度較高，對設計工作具有很強的指導意義。

通過對原型車、改進車和競品車的試驗數據的整理和對比， 改進后，整車的動力性經濟性有較大的改善，尤其在高車速段經濟性很差的問題得到了解決。與競品相比在動力性經濟性上也有一定的優勢，增強了產品的競爭力。

表3：改進車仿真和試驗數據對比

5　結論

通過滑行試驗的數據對比，改善了整車的空氣阻力，同時針對新的阻力優化發動機的萬有特性，并重新匹配了傳動系速比，可以得到如下結論：

1）研究整車的行駛阻力是動力性經濟性開發的基礎，通過滑行試驗分析行駛阻力是提高動力性經濟性的一種有效措施。

2）發動機萬有特性的經濟區間的范圍和分布區域，也是影響經濟性的重要因素。在保證排放的情況下，盡量擴大發動機的經濟區間，改善燃油消耗率，會取得更好的經濟性。

3）在動力匹配的過程當中，要根據常用車速或者市場上客戶實際的駕駛習慣，結合行駛阻力，來判定工況下發動機常用工作區間，在保證動力性的情況下，可以通過匹配適當的速比來調整經濟區間與工作區間的重合。

4）以滑行阻力為基礎，結合仿真軟件和轉轂臺架試驗，可以提高動力性和經濟性開發的效率，大大縮短了產品開發周期，有效提升產品的市場競爭力。

［1］余志生.汽車理論［M］.北京：機械工業出版社，2009.

［2］AVL Cruise User Guide.

［3］岳驚濤.汽車動力系統的合理匹配評價［J］.汽車工程. 2004年（1）.

［4］陳斐雅，劉祚時.基于CRUSE研究不同主減速比對汽車動力性的影響［J］.科學技術與工程.2010（33）．

［5］林學東.汽車動力匹配技術［M］.北京：中國水利水電出版社，2010.

［6］GB/T 12545.2-200l，商用車輛燃料消耗量試驗方法［s］.

［7］雷嗣軍.汽車動力傳動系參數匹配與仿真優化［M］.杭州：浙江大學出版社，2010.

［8］韓宗奇，李亮，測定汽車滑行阻力系數的方法［J］，汽車工程，2002（4）．

［9］GB/T 12536-1990，汽車滑行試驗方法 ［s］.

［10］張富興，高海洋．重型汽車滑行試驗方法的研究［J］.北京汽車，2010（3）.

專家推薦

鄧亞東：

論文針對某載貨汽車動力性和經濟性改進，運用滑行試驗數據和計算機仿真等方法，就車身風阻及傳動系結構和參數進行了調整和優化，研究結果表明，仿真分析與試驗結果具有可比性，改進車型與對比車有明顯的性能改善。論文結構完整、理論分析和試驗結果可信，對汽車動力性分析和優化的相關開發工作有指導意義。

Simulation and Test analysis Of Heavy-Duty Truck Power And Economical Performance base on coating test

ZHU Wei-wei ，CHEN Gang
（An-Hui Jiang-Huai Automobile Company， Hefei 230601， China）

Analyze the running resistance through the test data comparison between the competing product and the origin one. the test result show that the air resistance is greater than the competing product. The cab optimization scheme is proposed to improve the air resistance through the CFD analysis， a bench test is run after optimized the powertrain match for the new resistance. The test results show that the improved scheme is better than the original one， not only to improve the performance， but also to enhance the competitiveness of products.

Coasting test； Power Performance； Economical Performance； Optimization

U462.3

A

1005-2550（2015）04-0020-05

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.04.005

2015-03-06