LNG重型牽引車經濟性及動力性研究

張恒，鄭志強，肖城

LNG重型牽引車經濟性及動力性研究

張恒，鄭志強，肖城

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

文章針對不同動力匹配的LNG重型牽引車，采用CRUISE仿真分析與車輛實際運行數據分析相結合的方法進行經濟性及動力性研究，確定了仿真分析方法的可行性，為通過仿真分析進行動力匹配的優化提供了借鑒。

CRUISE；LNG重型牽引車；經濟性；動力性：動力匹配

前言

LNG重型牽引車作為一種生產資料，其經濟性備受關注[1-4]。動力匹配作為影響整車動力性與經濟性的關鍵因素，在車型開發中至關重要。本文采用CRUISE仿真與車輛實際運行數據分析相結合來進行動力匹配對整車經濟性及動力性的影響研究，這一方法降低了車型開發中動力匹配設計的周期和成本，同時保證了在特定工況下整車動力性及經濟性更優。

1 整車仿真

1.1 仿真模型

采用CRUISE建立天然氣牽引車整車仿真模型，并進行各部件參數設置，整車仿真模型如圖1所示，包括牽引車、掛車、發動機、變速器、主減速器、駕駛員、車輪等。各模塊之間采用機械連接和CAN總線連接，實現駕駛員對整車的控制[5]。

圖1 整車仿真模型

圖2 Ⅰ和Ⅱ機型發動機外特性曲線

1.2 參數設置

進行整車及動力總成的參數設置，整車參數包括整備質量，車貨總重，阻力系數等。發動機分別采用了某天然氣發動機，分別為Ⅰ機型（P12）和Ⅱ機型（P13），其外特性曲線如圖2所示，Ⅱ發動機扭矩和功率明顯高于Ⅰ，同時在中間轉速區（1100rpm-1500rpm），扭矩輸出也更加平穩。

為保證仿真分析結果的可靠性，模型中變速箱參數與實際車輛保持一致，均采用某12檔直接檔變速箱a和超速檔變速箱b，進行各檔變速比見表1，動力匹配方案見表2。

表1 變速箱各檔速比

表2 動力匹配方案

1.3 仿真結果

采用Cruise進行了6種不同動力匹配的動力性和經濟性計算，采用路譜如圖3所示。

圖3 國道及高速路譜

仿真結果如表3所示。動力匹配引起的經濟性差異可通過對比方案1~3、方案4~6得出。從表3中可以看出，在國道工況下，經濟性方案5優于方案4優于方案6，方案2優于方案1優于方案3；在高速工況下，經濟性方案4優于方案6優于方案5，經濟性方案1優于方案3優于方案2。

對比不同動力匹配下整車的動力性可看出，匹配Ⅱ發動機的整車較Ⅰ發動機最高車速更高。原地起步加速時間方案5優于方案4優于方案6，方案2優于方案1優于方案3。次高檔與最高檔超越加速時間方案4優于方案6優于方案5，方案1優于方案3優于方案2。考慮附著力，最大爬坡度為25%。爬坡能力方案4優于方案6優于方案5，方案1優于方案3優于方案2。

綜合上述經濟性、動力性分析，Ⅱ發動機動力性優于Ⅰ發動機，Ⅰ發動機則具有更優的經濟性；動力匹配方案2（方案5）更適用于國道工況，方案1（方案4）更適用于高速工況。

表3 不同動力匹配方案經濟性、動力性對比

2 車輛實際運行數據分析

2.1 車輛配置

Cruise仿真對比分析了不同排量發動機及不同動力匹配方案下的經濟性及動力性，但仿真模型和實際工況仍有一定差異。仿真結果表明動力匹配方案2（方案5）更適用于國道工況，方案1（方案4）更適用于高速工況，但在車輛實際運行中，路況并非單一不變，因此，方案3（方案6）動力匹配的實際應用意義更大。

本節共選擇40輛市場運行車輛，針對市場占有量較大的超速檔+3.73動力匹配，分析Ⅰ和Ⅱ發動機的經濟性與動力性，同時對比仿真分析結果進行驗證。

2.2 高速路況車輛運行數據分析

圖4 燃料消耗率分布曲線

圖5 功率分布曲線

選擇常用車速在70-100km/h，常用擋位集中在11擋和12擋的兩批車輛進行高速路況車輛運行數據分析。Ⅰ和Ⅱ發動機車輛高速路況下氣耗分別為28.06kg/hkm和30.83kg/ hkm。圖4和圖5分別為Ⅰ和Ⅱ發動機在高速路況下燃料消耗率和功率分布曲線，從圖4中可看出，除在200-210g/kw·h燃料消耗率區間內Ⅱ發動機占比更高外，其余區間Ⅱ發動機占比均小于Ⅰ發動機。從圖5中可看出，在高功率區，Ⅱ發動機車輛占比更大，結合圖4和圖5，可得出發動機輸出功率的增加導致Ⅰ發動機的氣耗增加。根據功率的分布曲線可看出，在高速路況下，大功率發動機的市場需求更高。圖6為Ⅰ發動機和Ⅱ發動機的車速分布，加權車速分別為74.95km/h和75.38km/h，車速差異較小，因此，更高的功率需求可認為是較高的后備功率需求。

圖6 車速分布曲線

2.3 國道路況車輛運行數據分析

選擇常用車速在40-60km/h，常用擋位也集中在10擋、11擋和12擋的兩批車輛進行國道路況車輛運行數據分析。Ⅰ和Ⅱ發動機車輛其百公里氣耗分別為31.96kg和37.48kg。從圖7中可看出，整車工況主要分布在外特性曲線的前半部分。圖8為國道路況功率分布曲線，對比可看出在國道路況下，常用功率分布無明顯差異，在較高功率區，Ⅱ發動機車輛無后備功率需求。

由圖6可看出，Ⅰ和Ⅱ發動機國道路況下車速均主要分布在40-60km/h。Ⅰ和Ⅱ發動機的加權車速分別為45.64km/h和46.22km/h，車速差異較小。綜合分析可看出，在國道工況下，Ⅰ發動機功率輸出可以滿足實際工況需求，同時經濟性也更優。

2.4 經濟性與動力性分析

根據整車仿真及車輛實際運行結果對比，Ⅱ發動機動力性更優，而Ⅰ發動機經濟性更優；實際運行中，路況并非單一不變，方案3（方案6）動力匹配的實際應用意義最大。

從方案3和方案6動力匹配方案下的車輛實際運行的數據可看出，在高速路況下，方案6更能夠滿足動力需求，同時也可看出市場對后備功率有一定需求；反觀國道路況下，方案3和方案6輸出功率分布無較大差異。綜合分析，在動力匹配的過程中，常用路況為高速的車輛應匹配大馬力發動機，而常用路況為國道的車輛對大馬力發動機需求不明顯，在進行動力匹配時，應更加注重經濟性，在輸出扭矩可滿足的情況下小馬力發動機更能滿足實際需求。

3 結論

（1）基于Cruise仿真分析了兩種馬力發動機、6種動力匹配方案下的整車動力性、經濟性，并通過實際車輛運行數據驗證了模擬仿真計算的可行性。

（2）對比分析高速和國道路況下，相同動力匹配的兩種馬力車輛的實際運行數據，得出高速路況，可匹配大馬力的發動機；國道工況，小馬力發動機可滿足實際需求。

[1] 陳昊,韓斌,陳軼嵩,等.天然氣汽車發展現狀及趨勢[J].中國能源, 2018 2:36-41.

[2] 柯賢志.淺析LNG在商用車中的應用[J].汽車實用技術,2014 3:14- 17.

[3] 丁祁玉.關于LNG清潔能源汽車的應用與推廣探討[J].汽車實用技術,2017 7:27-28.

[4] 王占黎,李廣,劉勇,等.LNG在陸上交通領域利用現狀及前景分析[J].天然氣技術與經濟,2014 8(4):60-63.

[5] 姚鵬華,王鐵,申晉憲,等.LNG牽引汽車動力傳動系統正交優化匹配[J].機械科學與技術,2016 35(5):774-777.

Research on Economy and Dynamic Performance of LNG Heavy-duty Trucks

Zhang Heng, Zheng Zhiqiang, Xiao Cheng

( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200 )

In this thesis, the method of combining software simulation as CRUISE with actual operation data of vehicle was used for economic and dynamic analysis of LNG heavy-duty trucks which matching different engines, drive axles and gearboxes. Different dynamic matching schemes adapt to the working conditions was identified and reference was provided for dynamic matching optimization in this thesis.

CRUISE; LNG heavy-duty trucks; Economic; Dynamic; Power matching

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.032

U461.2

A

1671-7988(2021)03-106-03

U461.2

A

1671-7988(2021)03-106-03

張恒（1993-），男，碩士，就職于陜西重型汽車有限公司，從事替代燃料重型貨車整車設計工作。