基于AVL CRUISE新開(kāi)發(fā)速比驅(qū)動(dòng)橋的動(dòng)力性仿真研究

高海文，王虹，王瑞鑫，王有磊，李軼楠，劉銀鳳

（1.北奔重型汽車集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，內(nèi)蒙古 包頭 010040；2.北奔重型汽車集團(tuán)有限公司總裝公司，內(nèi)蒙古 包頭 010040）

前言

根據(jù)客戶需求，我公司開(kāi)發(fā)了3.364速比驅(qū)動(dòng)橋。為實(shí)現(xiàn)整車最佳動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，應(yīng)用AVL CRUISE軟件對(duì)不同配置動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行仿真分析。根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的選型，使用仿真軟件進(jìn)行計(jì)算，不僅能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)匹配中的問(wèn)題，預(yù)估整車的動(dòng)力性水平，而且可以縮短研制周期，避免浪費(fèi)。

牽引車列車一般由牽引車底盤(pán)和掛車兩部分組成，應(yīng)用于高速物流長(zhǎng)途運(yùn)輸。本文介紹了一種新速比的驅(qū)動(dòng)橋動(dòng)力性匹配計(jì)算方法，并應(yīng)用AVL Cruise車輛性能計(jì)算軟件對(duì)一款匹配3.364速比驅(qū)動(dòng)橋的牽引車動(dòng)力性和動(dòng)力系統(tǒng)匹配進(jìn)行了仿真分析。為樣車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配提供理論支持。

1 整車動(dòng)力裝置匹配原理

1.1 最高車速

最高車速是汽車動(dòng)力性能的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，最高車速是指在水平良好的路面（混凝土或?yàn)r青）上汽車能達(dá)到的最高行駛速度。

由功率平衡方程（或功率平衡圖）汽車運(yùn)動(dòng)阻力所消耗的功率有滾動(dòng)阻力功率pf、空氣阻力功率pw、坡度阻力功率pi和加速阻力功率pj，則汽車功率平衡方程為：

當(dāng)最高檔的功率曲線與阻力功率曲線相交時(shí)，對(duì)應(yīng)車速即為車輛的最高車速ua，可根據(jù)以上的功率平衡方可以求得，其中：

G ——整車重量(N)；

f ——輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)；

CD——空氣阻力系數(shù)；

A——迎風(fēng)面積；

δ——汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；

i——道路坡度。

1.2 爬坡能力

汽車的爬坡能力是用滿載時(shí)汽車在良好路面上的最大爬坡度來(lái)表示。重卡由于在各種地區(qū)和路面上行駛，因此最大爬坡度時(shí)其動(dòng)力性的最要評(píng)價(jià)指標(biāo)。

最大爬坡度滿足以下公式：

G ——整車重量 (N)

Rk——輪胎滾動(dòng)半徑(m)

f ——輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)

αmax——牽引車最大爬坡角

ηt——牽引車傳動(dòng)系效率

Ik1——汽車變速器第一檔速比

I0—— 汽車驅(qū)動(dòng)橋速比

Iemax——牽引車最大轉(zhuǎn)矩（Nm）

1.3 加速能力

汽車的加速能力可以用它在水平良好路面上行駛時(shí)能產(chǎn)生的加速度來(lái)評(píng)價(jià)，但由于其不易測(cè)量，通常采用加速時(shí)間來(lái)表征汽車的加速能力，他對(duì)汽車的平均行駛速度影響較大。對(duì)于重卡來(lái)說(shuō)，由于其載重大，車速較低，因此，加速時(shí)間對(duì)重卡影響較小。

圖1 加速時(shí)間圖

2 仿真車輛基本性能及參數(shù)

2.1 車輛總體參數(shù)

牽引車的基本參數(shù)如下：整車外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：7055×2550×3910mm；軸距：3450+1350mm；整備質(zhì)量：9300kg；滿載總質(zhì)量：49000kg；空氣阻力系數(shù)：0.7；車輛迎風(fēng)面積：8.0m^2。整車仿真分析模型如下圖：

圖2 牽引車仿真分析模型圖

2.2 仿真車輛動(dòng)力系統(tǒng)匹配方案

汽車的動(dòng)力性和傳動(dòng)系的參數(shù)選擇匹配密切相關(guān)。理論上各參數(shù)可以連續(xù)任意變化,以獲得最優(yōu)的匹配效果。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,整車生產(chǎn)廠家在匹配時(shí)往往只能選擇市場(chǎng)上已存在的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、主減速器等。本文根據(jù)該款車的實(shí)際使用工況及牽引車比功率要求（大于5kW/t），選擇三款發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)提供了三種部件組合方案，對(duì)動(dòng)力匹配進(jìn)行方案進(jìn)行比較分析。

表1 三種方案配置表

3 車輛動(dòng)力裝置仿真分析

3.1 動(dòng)力系匹配方案仿真結(jié)果

本文采用的車輛仿真模型，已經(jīng)經(jīng)過(guò)多次的試驗(yàn)修正，能夠較為準(zhǔn)確反應(yīng)整車的動(dòng)力性能。本次動(dòng)力性能仿真只對(duì)相關(guān)部件參數(shù)進(jìn)行修改，來(lái)完成該車型的仿真計(jì)算。

表2 三種方案仿真計(jì)算結(jié)果

3.2 動(dòng)力系匹配仿真分析

本文通過(guò)仿真數(shù)據(jù)及圖表對(duì)比分析三種方案的優(yōu)劣性，為整車動(dòng)力系統(tǒng)匹配提供理論依據(jù)。下圖是三種方案功率平衡對(duì)比：

圖3 方案一的功率平衡圖

圖4 方案二的功率平衡圖

圖5 方案三的功率平衡圖

從三種方案的功率平衡圖分析，可以看出三種方案的最高車速都達(dá)到了設(shè)計(jì)任務(wù)要求，其中方案一的最高車速為105 km/h，方案二的最高車速為 109km/h、方案三的最高車速為104km/h；另外，當(dāng)評(píng)價(jià)檔位為12檔、爬坡度為5%時(shí)，方案一能達(dá)到的最高車速約為25km/h，方案二能達(dá)到的最高車速為30 km/h，方案三能達(dá)到28 km/h，并且仍然具有一定的后備功率。

4 結(jié)論

該車型主要行駛在公路上，綜合考慮到分析結(jié)果及實(shí)際使用情況，從動(dòng)力性角度認(rèn)為方案三動(dòng)力裝置匹配較為合理。

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

[2] 彭?xiàng)?Cruise基礎(chǔ)培訓(xùn)教程AVL 2006.

[3] 樊飛龍.某型礦用自卸車整車性能匹配 AVL 2009年用戶大會(huì)論文集2009.