基于AVL Cruise的某載貨車降油耗方案分析

陳曉雯，徐世福，周從源

（陜汽集團寶雞華山工程車輛有限公司，陜西 寶雞 721000）

引言

隨著近幾年高速物流行業(yè)的迅速發(fā)展，長途運輸車輛也飛速發(fā)展起來，而近兩年油價持續(xù)上漲，使得用戶用車成本增加，由于高速物流行業(yè)利潤微薄，為了增加經(jīng)濟效益，降低運輸成本，降低車輛的使用油耗，在目前來看，這將不失為一種降低運輸成本的有效手段，也將是吸引客戶的一大亮點。

1 某載貨車基本參數(shù)及油耗試驗結(jié)果

1.1 試驗對象

表1

1.2 試驗條件

表2

1.3 試驗儀器

表3

1.4 試驗結(jié)果

表4

1.5 試驗結(jié)果分析

1.5.1 國道

地點B-地點A(超車頻繁，車多)，發(fā)動機特征工作點時間占25.63%，油耗占49.74%。

地點A-地點B(偶爾超車，車略少于地點B-地點A)，發(fā)動機特征工作點時間占 39.65%，油耗占 72.12%。發(fā)動機特征工作點在萬有特性圖上的分布分別如下圖1、圖2：

圖1 地點A-地點B段發(fā)動機工作區(qū)域

圖2 地點B-地點A段發(fā)動機工作區(qū)域

地點B-地點A段的油耗遠高于地點A-地點B，原因之一是道路車輛略多于后者，最根本的原因是超車頻繁，使發(fā)動機經(jīng)常工作在滿負荷區(qū)；不考慮超車的情況時，地點 B-地點A和地點A-地點B段發(fā)動機的特征工作點大致相當：分布在500Nm、1200-1600rpm附近。

因此，從動力匹配降油耗的角度分析國道工況時，忽略不良駕駛習慣，發(fā)動機特征工作點分布在500Nm、1200-1600 rpm附近。此范圍屬于發(fā)動機中等效率區(qū)，不需優(yōu)化車輛配置；且當車輛載重量繼續(xù)增加到最大設計總質(zhì)量(25噸)時，發(fā)動機工作點會向正上方移動(約 630Nm，1200-1600rpm附近)，所在區(qū)域效率更高。

國道工況，不需要對車輛進行動力匹配優(yōu)化。

1.5.2 高速

地點B-地點C段發(fā)動機特征工作點工作時間占62.79%，油耗占69.44%；地點C-地點B段發(fā)動機特征工作點工作時間占 54.06%，油耗占 63.12%。發(fā)動機特征工作點在萬有特性圖上的分布分別如下圖3、圖4：

圖3 地點B-地點C段發(fā)動機工作區(qū)域

圖4 地點C-地點B段發(fā)動機工作區(qū)域

地點B-地點C段與地點C-地點B段的油耗相當。集中分布在 500Nm、1500-1600rpm的工作區(qū)。常用車速 85-90km/h。1500-1600rpm不屬于發(fā)動機的高效區(qū)，而高效區(qū)的轉(zhuǎn)速為1400rpm。更改車輛配置，使轉(zhuǎn)速降為1400rpm時，發(fā)動機處在高效區(qū)；當總質(zhì)量增加到最大設計總質(zhì)量時，發(fā)動機工作區(qū)向正上方移動(約 700Nm，1400rpm附近)，此區(qū)域仍屬于高效區(qū)。因此，從動力匹配降油耗的角度分析，傳動系應當使用更小的傳動比以降低發(fā)動機工作轉(zhuǎn)速。此路段變速箱經(jīng)常處在8檔，無法通過換檔降低傳動比，因此建議降低后橋速比。

1.5.3 山路

第一次試驗發(fā)動機特征工作點工作時間占21.44%，油耗占49.1%；第二次試驗發(fā)動機特征工作點工作時間占16.68%，油耗占41.12%；發(fā)動機特征工作點在萬有特性圖上的分布分別如下圖5、圖6：

圖5 第一次山路發(fā)動機工作區(qū)域

圖6 第二次山路發(fā)動機工作區(qū)域

山路的兩次試驗平均油耗、平均車速以及發(fā)動機特征工作點分布都很一致。其中，發(fā)動機特征工作點集中分布在1600-1900rpm的峰值負載區(qū)，并在高轉(zhuǎn)速、中高負載下也有少量分布。

峰值負載區(qū)的存在說明，發(fā)動機輸出功率非常接近額定功率，因此車輛所配的發(fā)動機功率偏小，建議換裝大功率的機型。峰值負載區(qū)的存在還說明，在一定的車速下上坡時，升檔會引起車輛驅(qū)動扭矩降低，車輛難以繼續(xù)前進，降檔會引起發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高，進一步增加油耗。因此首先要降低車速，使發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低(降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速)，并降檔(降低發(fā)動機負載)，從而使發(fā)動機工作在高效區(qū)附近。從實驗數(shù)據(jù)來看，車速應當降低一半，控制在25km/h附近，并將檔位降至5檔。

高轉(zhuǎn)速、中高負載下的油耗優(yōu)化，可以通過升檔實現(xiàn)。

1.6 試驗結(jié)果分析總結(jié)

山路、國道工況的降油耗，可以通過改變駕駛習慣來實現(xiàn)。而高速工況降油耗，必須通過優(yōu)化車輛配置才可能實現(xiàn)。

2 某載貨車動力匹配優(yōu)化方案分析

利用AVLCruise軟件針對速比的變化，從定性角度對比分析整車動力性、經(jīng)濟性的變化。計算包括：原裝發(fā)動機與4.44(原配置)、4.11后橋組合、245馬力發(fā)動機與4.11后橋組合。

2.1 最高車速

計算的邊界條件與試驗條件基本吻合：整車質(zhì)量 19.34噸(非滿載)。

發(fā)動機不變，當后橋速比為 4.44(原配置)時，最高車速為107km/h；當后橋速比為4.11時，最高車速為108km/h，說明降速比后最高車速沒有變化；換裝245馬力發(fā)動機、4.11后橋后，最高車速為 111km/h，最高車速略有增加，可以認為最高車速不受影響。見附圖7。

圖7 不同后橋速比的最高車速

2.2 加速時間(80-100km/h)

發(fā)動機不變，當后橋速比為4.44(原配置)時，80-100km/h加速時間為100s，當后橋速比為4.11時，80-100km/h加速時間為150s，加速時間增加50%；換裝245馬力發(fā)動機、4.11后橋后，加速時間與原配置相當。見附圖8。

圖8 不同后橋速比的加速時間（80-100km/h）

2.3 爬坡度

發(fā)動機不變，當后橋速比為 4.44(原配置)時，最大爬坡度為35%，當后橋速比為4.11時，最大爬坡度為32%，爬坡能力減小8.6%；換裝245馬力發(fā)動機、4.11后橋后，爬坡度與原配置相當。見附圖9。

圖9 不同后橋速比爬坡度

2.4 燃油經(jīng)濟性

高速公路常用車速為80-100km/h。后橋速比平均油耗為29.32L/100km，當發(fā)動機不變，后橋速比降為 4.11時，80-100km/h下各點油耗均有降低，平均油耗由29.32L/100km降為28.91L/100km；再換裝245馬力發(fā)動機，油耗沒有明顯變化，見附圖10。

圖10 不同后橋速比經(jīng)濟性

2.5 基于AVL Cruise軟件動力匹配優(yōu)化分析結(jié)果

當發(fā)動機不變時，換裝4.11速比的后橋，在高速公路工況下，理論上可降低油耗 0.41L/100km，最大爬坡度降低8.6%，特定加速時間延長50%，最高車速不變；換裝245馬力發(fā)動機與4.11速比后橋，動力性不變化，油耗仍比原配置降低0.41L/100km。

3 結(jié)論

本文根據(jù)試驗結(jié)果分析，得出該載貨車在不同路況的動力性和燃油經(jīng)濟性，并分析該載貨車的動力匹配是否為最佳狀態(tài)。針對高速公路路況時，利用AVL Cruise軟件對該載貨車進行了整車性能分析，通過動力總成優(yōu)化匹配分析，在確保整車動力性前提下，選出燃油經(jīng)濟性最優(yōu)動力匹配，并達到降油耗的目的，同時驗證了當前高速物流車的最佳動力匹配原則：即“大馬力、小速比”。為以后優(yōu)化同類車型動力匹配提供了理論依據(jù)。