基于快運工況下商用車動力總成匹配優(yōu)化分析

許家毅

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，廣西 柳州 545005）

1 問題背景

隨著社會經(jīng)濟水平的不斷提高，中國物流行業(yè)的發(fā)展非常迅速。近年來，現(xiàn)代物流已成為人們生活中的熱門話題。物流企業(yè)大批量涌現(xiàn)，行業(yè)競爭更加激烈。作為物流行業(yè)的基礎(chǔ)的物流裝備，中國物流與采購聯(lián)合會副會長蔡進認為物流裝備未來將呈現(xiàn)6 大特點：①物流運營數(shù)字化。②整個物流智能化操作。③物流裝備專業(yè)化、標準化。④業(yè)態(tài)服務(wù)化。⑤物流治理的網(wǎng)絡(luò)化。⑥高端化趨勢[1]。

在目前情況下，國內(nèi)各行各業(yè)政策充滿不確定的環(huán)境下，依托于公路運輸?shù)目爝\物流市場迎來了超強政策利好。并且目前國內(nèi)快運市場集中度低，隨著電商消費逐步滲透率不斷提升，市場對大件物流需求不斷升級，快運市場存在巨大的發(fā)展空間[2]。本文基于快運市場商用車運營工況特征，對商用車整車動力總成進行匹配優(yōu)化分析研究，通過仿真分析得到整車動力匹配最優(yōu)方案，用于指導(dǎo)商用車動力總成正向開發(fā)，提升整車動力性、經(jīng)濟性等性能，提升產(chǎn)品競爭力。

2 快運物流市場需求分析

對于快運物流市場商用車需求，講究運輸?shù)臅r效性，大排量發(fā)動機不僅滿足運輸?shù)臅r效性，還能兼顧整車運行的燃油經(jīng)濟性。國際快運市場上，大件牽引列車總重限制較國內(nèi)高，歐洲列車總重限值小于80t，澳大利亞四掛車總質(zhì)量小于119t，國際商用車品牌大排量15～16L 機型產(chǎn)品主要用于大件牽引、模塊化列車運營需求。在國內(nèi)快運物流市場，進口商用車車企主銷13L 機型，國內(nèi)主流商用車品牌主銷13L、14L 機型。各廠家都在布局15L、16L 機型用于快運市場[9]。

3 快運物流市場動力總成匹配優(yōu)化

基于長途物流運輸市場車輛運行的工況特性，通過車聯(lián)網(wǎng)運行大數(shù)據(jù)分析，進行市場細分，并爭對各細分市場的工況特征構(gòu)建典型工況路譜。對不同的工況路譜進行分析，并結(jié)合長途物流市場對動力性、經(jīng)濟性、時效性等需求，在滿足動力性的前提下，通過整車動力總成匹配優(yōu)化、發(fā)動機效率提升、變速箱效率提升、AMT 換擋策略優(yōu)化、小速比后橋等技術(shù)對整車燃油經(jīng)濟性能進行優(yōu)化提升，利用仿真軟件計算分析得出動力總成匹配的最優(yōu)方案，發(fā)動機萬有特性對整車常用工況符合經(jīng)濟區(qū)范圍（圖1），用于指導(dǎo)動力總成正向開發(fā)[3]。

圖1 發(fā)動機萬有特性

3.1 整車運行工況分析

3.1.1 市場細分

根據(jù)車貨總重、驅(qū)動形式、主要坡度、平均車速及客戶關(guān)注點，將長途物流運營車輛分為快遞、快運、平原專線及西南專線4種細分市場如表1 所示。

3.1.2 快運物流市場典型工況路譜提取

通過對75 輛車車聯(lián)網(wǎng)運行大數(shù)據(jù)進行分析，細分市場劃分，提取快運市場車輛23 輛進行車輛工況分析，其中14L（560Ps）10 輛，14L（600Ps）13 輛，運營總里程300 萬km，平均油耗37.69L/100km。重點關(guān)注怠速運行工況、空擋滑行工況、空載低負荷工況，快運市場車輛運營工況特征如表2 所示。通過對運營工況及整車運行數(shù)據(jù)分析，提取快運市場車輛運行典型路譜如圖2 所示。

表2 快運市場車輛配置及運營工況特征

圖2 快運市場車輛運營工況典型路譜

3.1.3 整車車速趨勢分析

基于23 輛快運物流市場車輛運行車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)車速趨勢分析，560Ps 和600Ps 車型速度譜如圖3 所示。快運市場工況坡道占比較少，600Ps 車型平均車速較560Ps 車型高1.51%。

基于23 輛車輛市場車輛車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)，統(tǒng)計600Ps 和560Ps 車型在各坡度下的平均車速，分析車速變化趨勢如圖3 所示。在快運市場車輛運行工況下，主要以平原工況為主，600Ps 和560Ps 車型平均車速差異較小，主要圍繞動力匹配進行整車油耗性能優(yōu)化[7]。

圖3 干線物流運輸市場大馬力車型速度譜

3.2 動力總成優(yōu)化分析

3.2.1 動力總成降轉(zhuǎn)速優(yōu)化分析

相同工況下，降低整車運行中發(fā)動機平均轉(zhuǎn)速，發(fā)動機摩擦扭矩降低，發(fā)動機負荷提高，發(fā)動機進入熱管理的時間減少[5]。如表3 所示為快運物流市場驗證車輛，4 輛車輛的運營工況相似，1輛正常運營車輛，3 輛為根據(jù)實際工況對換擋轉(zhuǎn)速進行調(diào)整。如表3 所示分析運營數(shù)據(jù)得到，降低整車運行平均轉(zhuǎn)速對整車燃油經(jīng)濟性提升效果明顯[8]。

表3 整車運營數(shù)據(jù)

3.2.2 發(fā)動機萬有特性曲線優(yōu)化

通過整車快運市場運營大數(shù)據(jù)典型工況分析確定發(fā)動機萬有特性曲線優(yōu)化需求用于整車性能仿真計算分析。按照快運市場需求確定發(fā)動機最大扭矩，對外特性扭矩按照等功率線調(diào)整及燃油消耗率MAP 同比調(diào)整，根據(jù)最大扭矩變化按比例確定發(fā)動機油耗MAP。

3.2.3 動力總成傳動效率分析[6]

根據(jù)五軸試驗結(jié)果得知，直接檔傳動效率為97.26%，超速檔傳動效率為95.51%，直接檔較超速檔傳動效率高1.75%，等速80km/h 摩擦功損失油耗油耗優(yōu)0.22L，優(yōu)勢明顯，如表4 所示。

表4 直接檔-超速檔效率差值

3.2.4 AMT 換擋規(guī)律優(yōu)化分析

根據(jù)發(fā)動機不同負荷區(qū)域的運行工況特性，按換擋線設(shè)計主流程圖（圖4），對AMT 換擋規(guī)律進行針對性優(yōu)化。

圖4 換擋策略優(yōu)化設(shè)計流程

（1）中高負荷區(qū)：在保證整車動力性和平順性的前提下，降低換擋轉(zhuǎn)速，提升發(fā)動機負荷，遠離發(fā)動機熱管理區(qū)域，發(fā)動機平均轉(zhuǎn)速降低后，整車摩擦功降低，同時提升發(fā)動機負荷，減少發(fā)動機熱管理，理論上降轉(zhuǎn)速對整車節(jié)油貢獻效果明顯大數(shù)據(jù)每降低100r/min，整車油耗降低4%。

（2）低負荷區(qū)：優(yōu)化換擋曲線，減少發(fā)動機在熱管理區(qū)域的運行時長。

（3）怠速運行：降低怠速運行油耗，同時提高空擋滑行占比。

優(yōu)化前后主要如表5 所示。

表5 換擋規(guī)律優(yōu)化前后對比

3.3 動力總成分析結(jié)果

3.3.1 發(fā)動機排量分析結(jié)合車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)路譜進行仿真分析計算，針對快運物流市場選擇發(fā)動機，快運市場主推最大扭矩3000N·m 的機型。結(jié)合市場競爭策略，行業(yè)主推馬力段升扭矩，計算得到發(fā)動機排量，根據(jù)整車開發(fā)需求及行業(yè)發(fā)動機主推馬力段升扭矩指標，確定發(fā)動機排量如表6 所示。

表6 快運市場發(fā)動機排量選型

3.3.2 動力總成開發(fā)指標需求分析[4]

根據(jù)發(fā)動機排量分析結(jié)果，從整車動力匹配及控制策略、發(fā)動機效率提升、AMT 換擋及小速比橋等技術(shù)，如圖5 所示基于路譜的CRUISE 整車仿真分析計算匹配方案，得到最優(yōu)整車動力總成匹配方案如表7 所示，整車運行油耗較原狀態(tài)14L（560Ps）優(yōu)化4.75%，平均車速提升2.21%。

圖5 基于路譜的CRUISE 整車仿真分析計算

表7 快運市場整車動力總成最優(yōu)匹配方案

4 結(jié)語

基于干線物流運輸市場車輛車聯(lián)網(wǎng)運行大數(shù)據(jù)進行市場細分，并爭對其中的快運物流市場車輛的實際運行工況進行數(shù)據(jù)分析，構(gòu)建快遞物流市場的典型工況路譜，結(jié)合快運物流市場對時效性，經(jīng)濟性需求，以及在滿足動力性要求的前提下，從整車動力總成匹配優(yōu)化、發(fā)動機效率提升、變速箱效率提升、AMT 換擋策略優(yōu)化、直接檔配小速比后橋等技術(shù)對整車燃油經(jīng)濟性能進行優(yōu)化提升，利用仿真軟件計算分析得出動力總成匹配的最優(yōu)方案，用于指導(dǎo)動力總成正向開發(fā)。實現(xiàn)整車市場性運營動力性、經(jīng)濟性等性能提升，提升產(chǎn)品競爭力。