某煤炭運輸牽引車經濟性改善設計

李冀，張衡，劉偉，陳偉建，李艷慧（東風商用車有限公司技術中心，武漢 430056）

某煤炭運輸牽引車經濟性改善設計

李冀，張衡，劉偉，陳偉建，李艷慧
（東風商用車有限公司技術中心，武漢 430056）

為改善某車型投放至市場后的經濟性，保持車型競爭力，從發動機與整車匹配技術方案上著手，就細分市場傳動匹配優化、電控風扇搭載及EBP策略調整等技術方案對整車經濟性的改善進行了分析，并完成了對應試驗，結果表明經濟性改善效果明顯。

經濟性；傳動匹配；電控風扇；EBP策略

新車型設計開發過程中需要對布置方案和技術方案固化，實現空間及成本目標的充分利用。整車經濟性在車型設計開發完畢后已基本定型，但具體運行路況不同及駕駛習慣差異仍會導致油耗水平出現較大波動。當前不同區域不同排放要求帶來的運營成本增加使部分市場的用戶對車輛經濟性十分敏感，如何尋找并匹配技術方案對經濟性進行改善，從而幫助用戶節省運營成本，同時保證下一年度車型競爭力是年型車設計中必須要考慮問題。

本文從某煤炭運輸牽引車的發動機和整車匹配技術方案著手，結合市場運行情況和駕駛習慣，分析傳動匹配、電控風扇和EBP策略對整車經濟性影響，通過優化和試驗驗證，最終達到改善整車燃油經濟性的目的，并取得良好效果。

1　車型經濟性改善需求及市場背景

某煤炭運輸牽引車是針對煤炭運輸工況開發的經濟型車輛，行駛區域多為平原及丘陵，路況較好，且無超載情況。

車型相關參數如下：

表1　車型參數

在市場投放正值國四排放標準升級，部分地區用戶抱怨尿素消耗新增運營成本，期望車型運營成本有所降低。

2　經濟性優化技術方案

2.1基于市場需求的傳動速比優化

整車特性中動力性與經濟性需要相互平衡，比如高效運輸車輛注重動力性，經濟性必然無法做到經濟型車輛水平，而經濟型車輛的動力性則會更弱一些。雖然動力性與經濟性的平衡取決于整個動力總成的設計，但對于某一需求，必然存在動力性與經濟性最優的配置。

在車型設計之初，傳動速比已根據市場需求進行過優化匹配，但由于用戶使用習慣、路況等多方面影響，車型立項前的特性需求總會與車輛投放市場后的使用情況存在些許偏差，從而可能導致車型當前配置在某種路況下并不是最優的情況。

影響車型動力性經濟性的配置中，發動機MAP在固化后難以輕易變更，同一接口的變速箱與后橋可以存在多種速比進行互換，車輪一般會有多種配置由用戶選擇，難以進行固化或完全變更。針對車型投放進入市場后發動機無法更換和車輪存在多種配置情況，可以通過同一接口變速箱和后橋中不同傳動速比的調節進行細微調整，即通過傳動速比再次調整進行優化。

2.2電控風扇搭載

發動機熱管理是目前實現提高發動機功率密度、改善經濟性和可靠性的重要技術手段之一，除基于朗肯循環的廢氣熱量利用等技術外，控制發動機水溫，使發動機盡快暖機，并使水溫在小范圍內浮動的技術更成熟，更容易在整車實現，電控風扇技術就是這其中之一。

電控風扇是通過標定，使不同水溫與發動機轉速關聯，通過調整風扇離合器接合占空比，使不同發動機轉速下的風扇轉速可控，從而使水溫盡快升至合適溫度后進行精確控制。

2.3EBP策略調整

針對不同車輛負荷及動力需求，在同一發動機MAP上進行不同的策略設置，從而提升經濟性的技術已在很多發動機上實現，康明斯發動機將此技術的實現形式稱為EBP節油開關。

EBP節油開關有三檔：Economic（經濟模式）、Basic（標準模式）、Power（動力模式），不同模式下發動機MAP外特性限值不同，加速度限值也不同，通過這種方法限制粗暴操作影響，使發動機盡可能多時間工作在MAP經濟區。

3　技術方案實施

3.1傳動速比優化

整車傳動系統由12檔變速箱和4.44速比后橋組成，與此變速箱接口相同，可以互換的變速箱速比可分直接檔和超速檔，原車采用超速檔速比。同時同一接口的后橋在4.44附近還有3.42和4.88等速比可選擇，由于是經濟型車型，選取3.42速比進行對比。

在設計開發之初，針對“直接檔+4.44”和“超速檔+3.42”進行過動力性經濟性仿真分析，仿真模型如圖1所示，次高檔與最高檔油耗對比見表2：

表2　次高檔與最高檔經濟性對比

考慮設計輸入中實際運輸狀況為“空載去程、滿載回程，常用車速60～80km/h”，由于次高檔與最高檔均能覆蓋60～80km/h，為提高車輛在行駛過程中的檔位維持能力，推薦駕駛員在常用車速內選用動力性更足的次高檔，從而選取次高檔更經濟的“直接檔+4.44”配置。

但此速比是否與駕駛員駕駛習慣匹配，是否還有繼續優化的空間，還需對后市場數據收集、分析。現選取八位用戶，安裝數據采集系統，進行數據收集，并在一段時間后為其中兩位更換為配置“超速檔+3.42”進行比較。

3.2電控風扇

原車型開發設計時從經濟性考慮，配置機械直連風扇，隨著時間推移，電控風扇技術日趨成熟，電控硅油離合器風扇在商用車上逐漸推廣應用，但用戶在前期購買支出后，后續可因此技術節省運營成本程度如何，還需要試驗驗證。

由于發動機策略為閉環控制，電控風扇精確控制策略無法應用，本次試驗采用on/off控制模式。

電控風扇試驗方案見表3，與此同時，數據采集系統也從5月到11月一直搭載在換裝有電控風扇的用戶車上進行數據采集，以此作為用戶的使用情況和全年使用情況數據積累。

表3　電控風扇試驗方案

3.3EBP策略調整

經過對用戶數據及使用習慣分析，了解到用戶一般去程空載時使用E檔，返程滿載時使用B檔，但仍存在去程半載帶一些貨物的情況，當前E/B/P三檔動力無問題。

為避免修改E/B檔曲線后造成用戶難以適應的情況，確定不對E/B檔曲線進行更改，曲線如圖2所示EBP曲線。其中E檔曲線能確保車貨總重不超過40t時的動力性，B檔、P檔能確保滿載時動力性。

同時對E檔和B檔加速度進行管理，避免粗暴操作帶來發動機負荷突變，從而跳出經濟區的情況，由于加速度管理策略無法在仿真計算中體現效果，所以本技術應用主要靠試驗數據驗證。

新舊EBP策略對比試驗方案如表4，以B檔經濟性改善情況作為評價指標，通過滿載B檔對比驗證加速度管理策略的效果。

表4　新舊B檔曲線對比試驗方案

4　試驗結果及分析

4.1傳動速比優化分析

4.1.1用戶使用情況

用戶使用工況為“全程平原或丘陵路況，去程空載走高速，返程滿載走國道，且收費站前存在堵車情況”，比設計輸入工況更豐富，并存在一定差異。經過長期統計歸納，市場上此車型油耗水平處于34～37L/100km之間。更換速比后的用戶經濟性提升2.5%，但有用戶改變路線，行程經過山區路況時經濟性明顯惡化。

更換過速比配置車輛的用戶油門開度、檔位分布、車速分布、發動機負荷及轉速分布及如圖3所示：

4.1.2換速比前后數據分析

圖3中油門開度＞10%區間內趨勢及數值基本相同，可見用戶駕駛習慣基本不變，不受配置變更影響。

在使用習慣不變情況下，換裝后車速比換裝前車速略低，使用第12檔時間更長，此工況下發動機轉速向低于1300轉/min區間轉移，同時大于90%的負荷率占比下降。

相比換速比前，更高的直接檔使用比例和低轉速低負荷轉移趨勢使整車傳動效率提高同時，發動機工作區間也向經濟區收縮。這兩點變化是經濟性改善的原因，而導致實際使用情況與前期仿真計算出現偏差的原因，則是復雜的路況信息及駕駛員應對路況時的駕駛習慣與仿真固有策略的差異。

4.2電控風扇經濟性改善程度分析

4.2.1試驗數據

電控風扇直連和on/off對比試驗數據見表5：

表5　電控風扇對比試驗結果

圖4為實際風扇工作時間占比，直連風扇工作時間占比100%，電控風扇工作時間占比1.8%。

圖5為數據采集系統同期跟車監測數據，跟車時間從5月至11月，覆蓋整個夏天，為一年中經濟性改善效果最小的半年。

4.2.2試驗數據分析

本次試驗選取符合用戶使用情況的高速路進行，但由于水溫及電控風扇優化效果受氣溫影響較大。此處結合數據采集系統數據進行理論計算擬合。

根據圖6電控風扇功耗曲線，結合試驗和數據采集系統收集數據，理論節油效果見表6。

表6　5至11月平均節油效果

從本次試驗及數據收集分析看來，在包括有整個夏季的半年中，電控風扇結合率高于全年水平，節油效果仍可達到2.8%，此值可作為電控風扇全年節油效果的偏向保守的參考值。

4.3EBP策略調整方案驗證

4.3.1用戶使用情況

新舊B檔曲線對比試驗結果見表7，添加加速度管理策略后，新標定B檔曲線相比原標定B檔曲線能提升經濟性1.91%。

表7　新舊B檔曲線對比試驗結果

4.3.2試驗數據分析

本次試驗平均車速均在40～42km/h之間，且平均車速與百公里油耗趨勢相同。發動機工況分布見圖7，主要工作區分布合理，可見操作正常，無刻意粗暴操作。

對比新舊標定B檔曲線下的發動機主要工作區，可見分布情況類似，對于試驗結果差異，應是加速度管理策略導致，如操作粗暴，則優化效果會更明顯。

5　結論

由于理論及仿真計算的最優速比并不完全能適應市場需求，后市場還需根據具體路況和用戶習慣進行針對性調整，本車型通過速比優化可帶來原運輸線路2.5%經濟性改善。

雖然電控風扇節油效果與環境溫度有關，但應用于本車型可帶來至少2.8%經濟性改善。若應用于運行于南方區域的車型，改善效果會減弱。

本車型通過對EBP策略加入加速度管理功能，帶來了至少1.91%的經濟性改善，對于操作習慣不好的駕駛員，經濟性改善情況更為明顯。

該車型應用以上技術后，經濟性優化超過7%，用戶感知明顯。

［1］張波濤，鄧禮建，陳其志，鄭國世，電控硅油風扇改善車輛燃油經濟性的研究，汽車科技，2014.1.

［2］唐應時，肖啟瑞，李雪鵬，姚漢波，汽車動力傳動系仿真與優化，計算機仿真，2009.6.

［3］蔣學鋒，徐賢，坡道行駛工況下載貨汽車換擋規律的研究，汽車科技，2011.3.

［4］付強，朱陶鋒，電子風扇在海格客車上的節能應用，客車技術與研究，2011.6.

［5］馬小峰，匹配技術方案對國III柴油機油耗影響，現代車用動力，2012.4.

專家推薦

汪曙：

本文通過對特定區域運輸環境的分析，運用傳動系統速比匹配、電控風扇和EBP策略對牽引車在特定運輸環境下的經濟性進行優化，經實車驗證取得良好的改善效果。文中敘述的技術方案是目前國際上比較成熟的技術，但在國內仍處于行業領先水平，有很強的實用性，是未來智能卡車自學習功能的基礎，建議發表。該技術方案可以作為區域市場動力性、經濟性優化措施加以推廣應用。

Optimize of A Coal Transportation Tractor's Fuel Economy

LI Ji, ZHANG Heng, LIU Wei, CHEN Wei-jian, LI Yan-hui
（ DongFeng Commercial Vehicle Technical Center, Wuhan 430056, China ）

As one way to keep the vehicle more competitive which after putting into market, we should improve the fuel economy of this vehicle. From the aspect of how to match engine and vehicle, we analyzed the plan of choose transmission system matching, use electronic fan, optimize EBP strategy, and then finished experiments. The results of these experiments shows the fuel economy is improved obviously.

Fuel economy； Transmission system matching； Electronic fan； EBP strategy

U462.1

A

1005-2550（2016）03-0007-06