基于油門特性的汽車動(dòng)力性改善研究

趙振和，邢紅巖，田 勇

Zhao Zhenhe，Xing Hongyan，Tian Yong

（東風(fēng)商用車技術(shù)中心，湖北 武漢 430056）

0 引 言

為了滿足快遞行業(yè)對(duì)車輛的需求，公司開發(fā)了一款適用于500 km范圍內(nèi)的城際間高速物流的車型。該車型上市后，以其質(zhì)量輕、油耗低及可靠性好等特點(diǎn)，取得了廣大用戶的認(rèn)可。但隨著投放市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，有用戶反映該車動(dòng)力性差。為了解決問題，對(duì)該車的動(dòng)力性能進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)與研究。

1 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)分析

動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)具體參數(shù)如表1所示。

表1 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)

在提出動(dòng)力性改善方案之前，首先按照市場(chǎng)用戶的裝載情況，進(jìn)行駕駛體會(huì)。通過實(shí)車駕駛，了解到該車的動(dòng)力性差主要體現(xiàn)在Ⅱ擋和Ⅲ擋加速能力差。根據(jù)汽車動(dòng)力學(xué)公式（1）可以繪制圖1所示的升擋示意圖，從圖1可以看到，用I擋起步后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到2000 r/min時(shí)（經(jīng)濟(jì)區(qū)上限）換入Ⅱ擋后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降到1067 r/min；用Ⅱ擋使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到2000 r/min時(shí)換入Ⅲ擋，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降到1178r/min。結(jié)合圖2所示的發(fā)動(dòng)機(jī)特性圖可以知道，發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩區(qū)間為1300～1700 r/min，I擋升入Ⅱ擋、Ⅱ擋升入Ⅲ擋后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速處于最大轉(zhuǎn)矩區(qū)間以下。

式中，v為車速；n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；ig為變速箱速比；i0為驅(qū)動(dòng)橋速比。

為了改善Ⅱ擋、Ⅲ擋的動(dòng)力性，通常有兩種方案可供考慮[1]：

方案1：采用大速比驅(qū)動(dòng)橋。

采用大速比驅(qū)動(dòng)橋可以整體提升車輛的動(dòng)力性能，但同時(shí)也會(huì)降低車速，無法滿足快遞運(yùn)輸對(duì)于高速的要求，因此方案1不可取。

方案2：增大變速箱Ⅱ擋、Ⅲ擋速比。

選擇一款Ⅱ擋、Ⅲ擋速比大的變速箱可以從根本上解決這 2個(gè)擋位動(dòng)力性差的問題，也能夠保證最高擋車速滿足快遞運(yùn)輸?shù)男枨?。但是由于變速箱類型資源有限，方案 2實(shí)施起來難度較大。

2 油門特性

在上述兩種方案都無法實(shí)現(xiàn)的情況下，文中從駕駛員的駕駛習(xí)慣角度出發(fā)，期望能夠通過改變車輛的油門特性來改善動(dòng)力性。

在實(shí)車駕駛中發(fā)現(xiàn)，如果按照平常的駕駛習(xí)慣，確實(shí)會(huì)出現(xiàn)升擋后Ⅱ擋和Ⅲ擋動(dòng)力性差的問題，如果在換擋后有意識(shí)地比平常增大一定的油門開度，這2個(gè)擋位的動(dòng)力性會(huì)有一定的改善，基本達(dá)到用戶可以接受的水平。由于用戶的駕駛習(xí)慣是多年形成的，而且現(xiàn)在的用戶對(duì)經(jīng)濟(jì)性特別敏感，一般都不會(huì)采用大油門駕駛方式，所以需要改變油門特性，在不改變用戶駕駛習(xí)慣的前提下，改善車輛動(dòng)力性。

所謂油門特性，是指駕駛室內(nèi)油門踏板行程與發(fā)動(dòng)機(jī)油門開度的關(guān)系。通常情況下，踏板行程與油門開度是線性關(guān)系，如圖3所示正常模式曲線，這種線性關(guān)系很好地兼顧了車輛的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。而對(duì)于這款動(dòng)力性偏差的車輛，選擇采取加強(qiáng)模式曲線所示的拋物線關(guān)系，應(yīng)用這種油門特性，駕駛員按照平常習(xí)慣將油門踏板行程控制在中、低范圍內(nèi)時(shí)，實(shí)際油門開度比預(yù)期的要大，且在中低行程范圍內(nèi)，油門開度隨踏板行程是遞增式的增長(zhǎng)，駕駛員會(huì)感覺到動(dòng)力性有所改善。

當(dāng)然，從理論上講，采用拋物線性的油門特性會(huì)造成車輛行駛中油門開度偏大，車輛經(jīng)濟(jì)性變差的問題，所以需要對(duì)拋物線形的油門特性進(jìn)行標(biāo)定，選擇最合適的關(guān)系曲線特征。

3 動(dòng)力性仿真計(jì)算

由于在實(shí)車試驗(yàn)中駕駛員無法精確控制油門開度，故采取模擬仿真進(jìn)行部分油門開度下的加速性能計(jì)算。通過Cruise建模[2]，對(duì)最終選定的油門特性進(jìn)行動(dòng)力性計(jì)算。仿真模型如圖4所示，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 動(dòng)力性計(jì)算結(jié)果

4 動(dòng)力性主觀評(píng)價(jià)

從動(dòng)力性的仿真計(jì)算可以看到，采用拋物線形的油門特性后，部分油門開度下的動(dòng)力性有了一定的提升。為了驗(yàn)證此方案能否得到用戶的認(rèn)可，進(jìn)行了道路駕駛主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)。試驗(yàn)在山區(qū)二級(jí)公路上進(jìn)行，由4名駕駛員對(duì)原地起步能力（圖5）、坡道行駛能力（圖6）、超車能力（圖7）、擋位維持行駛能力（圖8）進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。主觀評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，采用拋物線形的油門特性（加強(qiáng)模式）比原來采用線性油門特性（正常模式）的動(dòng)力性有了明顯改善。

5 經(jīng)濟(jì)性道路試驗(yàn)

在通過改變油門特性來改善動(dòng)力性的同時(shí)，需要保證整車的經(jīng)濟(jì)性不能惡化。由于貨車的營運(yùn)工況復(fù)雜，目前尚無準(zhǔn)確反映貨車運(yùn)行狀況的仿真工況，故選擇實(shí)車道路行駛的方式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)。

如圖9所示，通過對(duì)平原一般公路、平原高速公路、丘陵一般公路、丘陵高速公路的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比試驗(yàn)可以看出，改善后的加強(qiáng)模式油門特性下的整車燃油經(jīng)濟(jì)性不但沒有惡化，反而比原正常模式提高了1.3%。

6 結(jié) 論

在不改變?cè)噭?dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的前提下，通過改變油門特性，用拋物線形的踏板行程與發(fā)動(dòng)機(jī)油門開度的關(guān)系代替原來的線性關(guān)系，改善了原車動(dòng)力性差的問題。

通過實(shí)車對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，新的油門特性不但改善了原車動(dòng)力性，且其經(jīng)濟(jì)性也有一定程度的改善。試驗(yàn)結(jié)果表明，汽車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性并不是簡(jiǎn)單的“蹺蹺板”式關(guān)系，適度改善汽車動(dòng)力性也會(huì)提高燃油經(jīng)濟(jì)性。

[1]余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2]AVL-Cruise manuals[M].