某牽引車動力性經濟性分析和改善研究

易 彪

某牽引車動力性經濟性分析和改善研究

易 彪

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230000）

為改善某款牽引車動力性和經濟性性能，利用Cruise軟件建立整車仿真模型，對原型車進行了動力性和經濟性分析。對比競品的試驗數據發現，該車的動力性好，而經濟性較差。根據原型車和競品車的滑行試驗對比數據分析了整車的行駛阻力。通過計算流體動力學（CFD）分析并提出駕駛室頂部的優化方案，改善了整車的行駛阻力；分析不同后橋速比下發動機的工作區間，并結合客戶使用需求情況，提出了優化后橋速比的改進方案。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。

牽引車；整車性能；動力性；經濟性

汽車的動力性和經濟性是衡量汽車性能的重要指標[1]。原車型是一款6×4牽引車，設計總質量為49 t，搭載13 L國六發動機，12擋電控機械自動變速箱（Automated Mechanical Transmission, AMT），單級減速后橋，后橋速比3.08。整車基本參數如表1所示，其中各擋位速比如表2所示。

表1 整車基本參數

項目參數 整車驅動6×4 綜合總重/kg49 000 發動機型式六缸、直列、水冷、四沖程、增壓中冷 額定功率/kW/(r·min-1)412/1 800 最大扭矩/(Nm)/(r·min-1)2 600/1 000～1 400 排量/L12.9 變速箱型式AMT 后橋主減速比3.08 輪胎型號12R22.5

表2 變速箱各擋位速比

擋位速比擋位速比 I16.69Ⅷ2.83 II12.92IX2.17 III9.93X1.68 IV7.67XI1.29 V5.9XII1 VI4.57R115.54 VII3.66R212.03

1 原型車動力性經濟性分析

1.1 建模仿真

在Cruise軟件中建立6×4牽引車的整車模型[2]，如圖1所示。在Cruise模型中輸入整車滑行阻力及各部件參數，模擬整車動力性經濟性轉轂試驗。

圖1 6×4牽引車Cruise模型

1.2 原型車試驗驗證

在轉轂試驗室對原型車開展了如圖2所示的動力性經濟性試驗[3]，通過試驗結果分析整車的實際性能及Cruise模型搭建的精度。

圖2 原型車動力性經濟性試驗

1.3 數據分析

原型車的動力性經濟性仿真數據、試驗數據及競品試驗數據如表3所示。通過對比分析原型車的仿真數據與試驗數據可知，該6×4牽引車Cruise模型仿真數據誤差范圍在5%以內，認為該仿真模型精度很好。精度較高的Cruise仿真可以在一定程度上替代部分試驗，減少試驗的次數、節省成本和縮短開發周期。

通過對比原型車與競品的試驗數據可知，原型車動力性好于競品，但是經濟性比競品差，特別是高速段，油耗差距較大。故需對原型車經濟性進行優化，提升產品競爭力。

表3 原型車仿真數據、試驗數據和競品試驗數據對比分析

項目仿真值試驗值競品性能誤差分析/%性能對比/% 最高車速/(km/h)≥100≥100≥10000 0～70 km/h換擋加速時間/s51.5153.1458.473.16+10.03 最高擋60～100 km/h加速時間/s61.1763.8571.154.38+11.43 最大爬坡度/%23.523.120.1-1.70+12.99 最高擋經濟性（L/100 km）60 km/h25.5225.4625.65-0.24+0.75 70 km/h28.6228.7828.400.56-1.32 80 km/h32.6132.9631.991.07-2.94 90 km/h37.3637.4235.950.16-3.93 100 km/h43.2042.9940.72-0.49-5.28

注：性能對比中，“+”表示原型車比競品好，“?”表示原型車比競品差。

2 優化方案

2.1 行駛阻力分析

優化整車動力性、經濟性首先考慮優化整車行駛阻力，對原型車進行滑行阻力試驗[4]，整理原型車與競品整車滑行數據如圖3所示。

圖3 原型車與競品滑行阻力對比

在低速段，原型車與競品滑行阻力基本相當。但是隨著車速的增加，原型車滑行阻力明顯比競品要大，且隨著車速的增加，劣勢越來越大。因低速段整車行駛阻力主要受滾動阻力影響，高速段主要受空氣阻力影響。可以初步判定原型車滾動阻力與競品相當，空氣阻力比競品要大，需要對原型車和競品進行計算流體動力學（Comput- ational Fluid Dynamics, CFD）分析[5]。應用Power FLOW軟件對競品開展如圖4所示的CFD分析，對原型車開展如圖5所示的CFD分析。通過CFD分析對比可以看出原型車導流罩角度不合理，導致駕駛室的CFD分析結果較差。

圖4 競品CFD分析

通過對原型車駕駛室頂部導流罩角度進行優化，減小導流罩正面流動滯止區面積，降低阻力；同時控制導流罩頂部氣流分離點后移，并再次分析，相關結果如圖6所示。改進后樣車的滑行試驗數據如圖7所示。

圖6 改進車CFD分析

圖7 改進車、競品和原型車滑行阻力對比

2.2 動力匹配分析

動力匹配分析首先要進行市場調研，明確開發車型的應用場景，確認客戶的使用路況、常用車速和常用擋位等。通過分析等速條件下整車在發動機MAP圖上的工作區間，判定車型使用場景是否在發動機經濟區間。

根據市場調研客戶使用場景，此車型應用于平原高速物流，常用擋位為12擋（最高擋），常用車速為70～100 km/h，其中90～100 km/h居多。繪制整車最高擋常用車速在發動機MAP圖上的工作區間，如圖8所示。

通過圖8可以看出，發動機經濟區間在 185 g/kW·h內。整車車速70～100 km/h在發動機MAP圖上的工作區間并未落在經濟區間內，特別是在最常用的車速90～100 km/h，整車在發動機MAP圖上工作區間較差。為了優化整車常用車速在發動機MAP圖上的運行區間，可以采取在保證動力性的條件下，通過匹配較小速比，把整車工作區間向經濟區間移動[6]的方法。參考競品動力性試驗數據，推算整車后橋速比需大于等于2.4。初步選定2.44、2.64、2.85三組后橋速比進行仿真分析，結果如表4所示。

圖8 最高擋發動機工作區間

表4 不同后橋速比動力性經濟性仿真結果

項目不同后橋速比條件下的仿真值 2.442.642.85 最高車速/(km/h)≥100≥100≥100 0～70 km/h換擋加速時間/s56.1454.2152.41 最高擋0～100 km/h加速時間/s70.1268.2065.45 最大爬坡度/%20.521.222.1 最高擋經濟性/(L/100 km)60 km/h25.1425.0825.22 70 km/h27.7227.8427.99 80 km/h30.1930.7831.51 90 km/h33.6234.8435.32 100 km/h36.4438.0139.73

分析結果顯示，匹配后橋速比為2.44的油耗最低，特別是在最常用車速90～100 km/h，油耗改善效果顯著，且動力性比競品略好。繪制不同速比下整車在發動機MAP圖上的工作區間，如圖9所示。整車匹配后橋速比2.44時，常用車速 70～100 km/h在發動機MAP圖上的運行區間較好，特別是在最常用車速90～100 km/h全部在發動機的經濟區間內，與Cruise仿真數據一致。綜合考慮，建議匹配2.44的后橋速比。

圖9 各速比最高擋發動機工作區間分析

3 試驗驗證

表5 優化后轉轂測試動力性經濟性與競品對比

項目車型評價 2.44后橋速比競品 最高車速/(km/h)≥100≥100競品相當 0～70 km/h換擋加速時間/s56.2558.47優于競品 最高擋60～100 km/h加速時間/s70.0471.15優于競品 最大爬坡度/%20.720.1優于競品 最高擋經濟性/(L/100 km)60 km/h24.9625.65優于競品 70 km/h27.2228.40優于競品 80 km/h29.1431.99優于競品 90 km/h31.5435.95優于競品 100 km/h34.2340.72優于競品

確認優化方案后，在轉轂臺架上進行了試驗，結果與競品對比如表5所示。通過對比分析，可以確認改進后的車型動力性略優于競品，經濟性的提升效果顯著，綜合來說，優化方案是有效的。

4 總結

1）整車的行駛阻力對動力性經濟性影響很大，可以通過優化整車風阻來降低整車行駛阻力，以改善整車的動力性經濟性。

2）在動力匹配的過程中，根據用戶使用場景，在保證動力性的前提下，可以通過使用較小后橋速比將整車常用車速在發動機MAP中的運行區間向經濟區間移動，改善整車的燃油經濟性。

3）利用Cruise軟件進行整車動力性經濟性仿真計算，計算結果與實際測量結果十分相近。在動力性經濟性研究中可以減少試驗次數，縮短開發周期和減少開發費用。

[1] 高睿,張偉.基于客戶需求的整車競爭力測評方法[J].汽車實用技術,2022,47(4):174-178.

[2] 繆明雅.基于AVL Cruise的某純電動汽車動力系統匹配設計[J].汽車實用技術,2022,47(23):109-113.

[3] 李海輝,張偉,趙向兵.排氣背壓對整車燃油經濟性影響的試驗[J].汽車實用技術,2022,47(22):88-91.

[4] 羅雄,劉易斯.汽車道路滑行阻力的研究[J].汽車科技, 2019(6):19-22.

[5] 馮柏超.汽車空氣動力學與車身造型研究進展[J].時代汽車,2019(6):27-28.

[6] 高強.氫燃料卡車動力系統匹配設計[J].時代汽車, 2021(11):124-125.

Research on Analysis and Improvement of Power and Economy of a Tractor

YI Biao

( Anhui Jianghuai Automobile Company Limited, Hefei 230000, China )

In order to improve the power and economic performance of a tractor, the whole vehicle simulation model is established by using Cruise software, and the power and economic performance of the prototype vehicle is analyzed. By comparing the test data of competing products, it is found that the car has good power performance but poor economy. By comparing the coasting test data of the prototype vehicle and the competitive vehicle, the driving resistance of the whole vehicle is analyzed. Through computational fluid dynamics (CFD) analysis, the optimization scheme of the top of the cab is proposed to improve the driving resistance of the whole vehicle; The working range of the engine under different rear axle speed ratios is analyzed, and the improvement scheme for optimizing the rear axle speed ratio is put forward according to the customer's demand. The test results show that the optimization scheme is effective, improves the vehicle performance and enhances the product competitiveness.

Tractor; Vehicle performance; Power; Economy

U462

A

1671-7988(2023)18-10-05

易彪（1990－），男，工程師，研究方向為整車集成，E-mail:1107123273@qq.com。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.018.003