汽車起重機吊裝工況油耗的仿真模擬

趙洋　鄭康

摘要：針對國內汽車起重機在建筑工地使用過程中，不帶空調情況下，吊裝工況進行采集并分析，對其油耗進行評估，并利用整車性能匹配分析軟件進行工作過程的模擬仿真。仿真結果與實際油耗較為吻合，驗證了模型的準確性，為汽車起重機其他工況的預測提供了仿真基礎。

關鍵詞：汽車起重機；吊裝典型工況；油耗；控制策略

汽車起重機的工作狀況及特點是：（1）工作環境惡劣、多塵，車輛流動性較大；（2）吊裝工況時作間歇性運動，即在一個工作循環中取料、轉移、卸載等動作交替工作的。隨著國家汽車行業的發展，燃油資源的緊缺，對汽車產品經濟性要求也更加嚴格，使各整車生產企業在產品開發前期對油耗的仿真模擬Ⅲ及控制優化具有重大意義。

1汽車起重機配置及工況路譜采集分析

1.1汽車起重機配置

1.2工況路譜采集分析

1.2.1工況采集分析

汽車起重機工況主要分為：吊裝工況和行駛工況，在汽車起重機上安裝了車輛行車記錄儀，行車記錄儀采集了近一個月的路譜數據，該車在路譜數據采集階段，基本情況如下：

（1）主要用于建筑工地施工，工況多用于吊裝鋼管及建筑工人，負載相對較小，且大多時間是處于一定區域內工作，行駛轉移時間相對較少；

（2）從采集的路譜數據統計的發動機轉速分布圖來看，吊裝工況多處于高怠速800R/min范圍附近且占比在整體運行工況的73%。

1.2吊裝典型工況路譜采集分析

從該汽車起重機工況采集分析來看，路譜數據采集階段用于建筑工地吊裝工況，且多用于吊裝鋼管及建筑工人，負載較小；因此，針對運行工況中的吊裝工況進行統計、篩選，并整合相關吊裝典型工況路譜，后續可作為建筑工地類似吊裝負載的吊裝工況的油耗預測使用。

如表2吊裝工況時間統計所示，紅色加大字體為剔除數據，選取路譜采集相對集中、完整的幾天，統計每天每階段的吊裝運行時間，剔除最長、最短運行時間（圖表中標紅加大數據為剔除數據，排除極限可能性，使數據具有普遍意義），將每天不同階段吊裝時間取平均值，再以天為單位，將記錄天數內的吊裝運行時間做均值處理，最終選取與吊裝均值最接近的吊裝工況片段為吊裝典型工況。

擬定P1、P2、P3、P4、P5

分別為4月11、12、13、21、23每天的階段性吊裝時間平均值，下吊裝典型工況平均時間，則

平均吊裝工作時間相對較長且每次吊裝時間范圍跨度較大，大致平均工作時間在500s范圍附近，最終選取4月21日第3階段501s的吊裝工況作為吊裝典型工況路譜。

圖2為吊裝典型工況采集流程圖，圖3給出了吊裝典型工況時間與實際輸出扭矩關系。

2吊裝工況過程及油耗仿真分析

2.1建立汽車起重機子模塊及物理連接

根據汽車起重機構造，在整車性能匹配分析軟件中建立仿真模型，搭建發動機、離合器、變速箱、主減速器、輪胎、吊臂、控制模塊等各子模塊，輸入模塊所需要的各項基本參數，并完成相關部件的機

械連接和電器信號線連接。搭建后的起重機整車模塊如圖4所示。

汽車起重機吊裝過程從變速箱取力擋齒輪取力，通過液壓系統控制吊臂及相關操作，該過程通過相應的模塊（圖5）及控制策略（圖6）來代替實現。

2.2仿真吊裝工況過程及油耗

圖7為吊裝工況在發動機map上的運行工況點仿真結果，工況點普遍在高怠速800r/mm～900 r/mm區域范圍內，負載相對較小，扭矩百分比在10%～15%區域內，與實際吊裝工作狀態情況相符。

吊裝工況過程仿真模擬輸出小時油耗量及輸出發動機轉速如圖8所示，由于吊裝過程中扭矩輸出的變化及相應零部件的機械損失，發動機輸出轉速在略低于880 r/min轉速范圍內波動變化。

吊裝工況過程輸出的發動機轉速吊裝工況過程仿真模擬輸出扭矩與實際輸出扭矩如圖9所示。

由于路譜數據采集階段主要用于建筑工地，大多時間是處于一定區域內工作，油耗相對較小。仿真模擬吊裝工況綜合小時油耗量與實際吊裝工況油耗綜合誤差控制在3.53%范圍內，與實際吊裝工況小時油耗量較為接近，進一步驗證了仿真模型、過程及經濟性結果的可行性。

3結語

基于整車性能匹配分析軟件，實現了汽車起重機動力系統及吊裝工況控制模塊的建模，根據仿真與實際吊裝工況油耗的對比分析，仿真與實際之間已經有了較好的誤差控制，驗證了仿真模型能較好的反映實際油耗的有效性。

結合該汽車起重機及以往行駛及吊裝經驗，總結概括相應吊裝典型工況路譜，也可作為油耗過高等故障的對比排查。

后續也可為吊裝不同負載工況，輕、中、重載的不同發動機控制模式，如多扭矩開關等提供指導性研究。