搭載自動(dòng)變速箱越野車?yán)淦饎?dòng)影響因素研究及關(guān)鍵系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)

摘" 要：越野車?yán)淦饎?dòng)性能是衡量越野車環(huán)境適應(yīng)性要求的關(guān)鍵指標(biāo)，也是越野車重點(diǎn)考核的技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)之一。隨著自動(dòng)變速箱在越野車的應(yīng)用趨勢(shì)，其在低溫下的較大負(fù)載大大增加了越野車?yán)淦饎?dòng)的難度。本文基于實(shí)際項(xiàng)目工作經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，重點(diǎn)研究梳理出了影響搭載AT越野車?yán)淦饎?dòng)的各項(xiàng)因素及其影響程度，并就其中的關(guān)鍵輔助系統(tǒng)包括液體加熱器、起動(dòng)機(jī)、蓄電池提出了詳細(xì)的選型匹配設(shè)計(jì)方法，具備一定的學(xué)術(shù)價(jià)值和較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，為越野車特別是搭載自動(dòng)變速箱的越野車進(jìn)行冷起動(dòng)設(shè)計(jì)和冷起動(dòng)失敗分析提供了技術(shù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：越野車；冷啟動(dòng)；自動(dòng)變速箱

中圖分類號(hào)：U464" " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " "文章編號(hào)：1005-2550（2023）01-0057-08

Research on the influencing factors of cold starting of off-road vehicles equipped with automatic transmission and matching design of key systems

MENG Xiao ， YAO Ben-rong， CHEN Shou-tao， LIU Wei， XIE Guo-fa

（ Dong Feng Off-Road Vehicle Co.，Ltd， Wuhan 430056， China）

Abstract：The cold starting performance of off-road vehicles is a key indicator to measure the environmental adaptability of off-road vehicles， and it is also one of the key technical and tactical indicators for off-road vehicles. With the application trend of automatic transmission in off-road vehicles， its heavy load at low temperature greatly increases the difficulty of cold starting of off-road vehicles. Based on the experience and lessons learned from the actual project work， this paper focuses on studying and sorting out the various factors that affect the cold start of off-road vehicles equipped with AT and their degree of influence， and proposes a detailed selection and matching design method for the key auxiliary systems， including liquid heaters， starters， and batteries， which has certain academic value and strong application value. It provides technical guidance for cold start design and cold start failure analysis of off-road vehicles， especially those equipped with automatic transmission.

Key Words： off-road vehicle; Cold start; Automatic gearbox

孟" " 宵

畢業(yè)于四川大學(xué)，碩士研究生學(xué)歷，現(xiàn)就職于東風(fēng)越野車有限公司，任責(zé)任工程師。主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)電控功能和策略開發(fā)工作，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)電控開發(fā)和應(yīng)用有較好的認(rèn)識(shí)和積累。

1" " 概述

越野車?yán)淦饎?dòng)性能是衡量越野車環(huán)境適應(yīng)性要求的關(guān)鍵指標(biāo)，也是越野車重點(diǎn)考核的技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)之一。GJB-2953規(guī)定軍用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在-41～46℃之間的任一溫度下，從吸合點(diǎn)火開關(guān)開始，發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)能5分鐘內(nèi)起動(dòng)，起動(dòng)后應(yīng)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在越野車項(xiàng)目中冷起動(dòng)一般分為兩個(gè)溫度環(huán)境：環(huán)境溫度-30 ℃時(shí)，不采取整車?yán)淦饎?dòng)輔助措施可在10分鐘內(nèi)起動(dòng)；環(huán)境溫度-41℃時(shí)，采取整車?yán)淦饎?dòng)輔助措施可在20分鐘內(nèi)起動(dòng)。

相較于民品車型，越野車?yán)淦饎?dòng)環(huán)境溫度更低，要求更嚴(yán)苛，稍有不慎就會(huì)導(dǎo)致起動(dòng)失敗，所以往往冷起動(dòng)也成為越野車項(xiàng)目的生死大考。特別是近年來(lái)隨著自主自動(dòng)變速箱（AT）的發(fā)展，AT在越野車上的搭載應(yīng)用已成為必然趨勢(shì)，以輕型戰(zhàn)術(shù)車輛為例，基本均搭載AT。雖然AT較手動(dòng)變速箱（MT）帶來(lái)了駕乘感受的提升，但對(duì)越野車?yán)淦饎?dòng)來(lái)說(shuō)，AT因其液力變矩器的存在，且沒有動(dòng)力中斷裝置，在冷起動(dòng)中成了一個(gè)大的新增負(fù)載，且溫度越低，油液粘性越大，其阻力矩越大，所以搭載AT的越野車?yán)淦饎?dòng)難度較傳統(tǒng)MT車輛大大增加，需要在充分掌握各總成相關(guān)性能數(shù)據(jù)的情況下對(duì)相應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的匹配設(shè)計(jì)，才能夠達(dá)成冷起動(dòng)。但目前的實(shí)際情況是，該項(xiàng)工作涉及發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、電器等多個(gè)系統(tǒng)，再細(xì)化到影響冷起動(dòng)的具體因素又錯(cuò)綜復(fù)雜，存在因?yàn)槿狈?duì)冷起動(dòng)影響因素的認(rèn)識(shí)以及相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考方法，從而各系統(tǒng)未科學(xué)協(xié)同配置的情況，表現(xiàn)在市場(chǎng)上輕/中/重型搭載AT的某些戰(zhàn)術(shù)車輛，在開發(fā)過(guò)程中的冷起動(dòng)試驗(yàn)均失敗過(guò)。一次冷起動(dòng)試驗(yàn)的費(fèi)用非常昂貴，重復(fù)性的以試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證和改善設(shè)計(jì)代價(jià)非常高昂。因此研究搭載AT的越野車?yán)淦饎?dòng)的影響因素以及關(guān)鍵系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)方法就顯得非常必要。

2" " 影響因素分析

搭載AT的越野車的冷起動(dòng)歸根結(jié)底還是柴油機(jī)要成功起動(dòng)，影響柴油機(jī)冷起動(dòng)成功的因素多且復(fù)雜，因此在研究冷起動(dòng)時(shí)首先必須梳理清楚各項(xiàng)影響因素及其影響程度。根據(jù)理論分析，柴油機(jī)冷起動(dòng)有兩大條件：一是混合氣壓縮終了溫度（設(shè)為T終）滿足要求；二是混合氣濃度滿足要求。據(jù)此再進(jìn)一步細(xì)化分析兩大條件各自直接的影響因素，見圖1：

2.1" "壓縮終了溫度T終滿足要求

為實(shí)現(xiàn)冷起動(dòng)T終滿足要求，有提高進(jìn)氣/燃油溫度、減小壓縮過(guò)程中的熱量損失、提高壓縮溫升等三大措施。對(duì)三大措施依次進(jìn)行分析。

2.1.1 提高進(jìn)氣/燃油溫度

對(duì)于提高進(jìn)氣溫度，目前普遍采用的是格柵進(jìn)氣預(yù)熱[1]，集成于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管內(nèi)。格柵進(jìn)氣預(yù)熱能有效提高進(jìn)氣溫度，但是耗電量也大。因此選擇合適功率的進(jìn)氣預(yù)熱器以及加熱時(shí)間的標(biāo)定就顯得很重要，功率大了或加熱時(shí)間長(zhǎng)了，雖然能將進(jìn)氣溫度提的很高，但也消耗了巨大的電量，這對(duì)后續(xù)的起動(dòng)機(jī)工作不利。關(guān)于加熱時(shí)間的標(biāo)定策略存在多種形式：基于進(jìn)氣溫度與水溫的加權(quán)確定加熱時(shí)間，或是基于水溫、機(jī)油溫度和進(jìn)氣溫度的最小值作為參考溫度確定加熱時(shí)間。當(dāng)前主流使用的預(yù)熱器一般都在1.8-2.5kW左右，-41℃下的工作時(shí)間一般都在40-50s，歧管內(nèi)氣體溫度一般能夠提高至0到十幾攝氏度，-30℃下的工作時(shí)間差異較大，從15s到30s左右不定，歧管內(nèi)溫度也從-10℃到10℃左右不等。

進(jìn)氣預(yù)熱對(duì)冷起動(dòng)的改善效果較明顯，需重點(diǎn)關(guān)注，當(dāng)預(yù)熱效果不佳時(shí)，需提高預(yù)熱器功率或工作時(shí)間。如圖2，為某型柴油機(jī)，在-41℃環(huán)境下進(jìn)氣預(yù)熱工作40s后，進(jìn)氣溫度達(dá)到了15℃，溫升超過(guò)55℃。

對(duì)于提高燃油溫度，目前可在燃油濾清器上加裝電加熱器，燃油電加熱器的功率較小，一般幾百瓦。由于冷起動(dòng)都會(huì)采用-50#燃油，本身不會(huì)存在結(jié)蠟等情況，從以往試驗(yàn)的情況看，燃油加熱對(duì)冷起動(dòng)的改善效果很有限。

2.1.2 減小壓縮過(guò)程中的熱量損失

對(duì)于減小壓縮過(guò)程中的熱量損失，有減小氣缸傳熱損失和減少漏氣損失兩種途徑。

2.1.2.1 減小氣缸傳熱損失

如表1，對(duì)某款柴油機(jī)T終的仿真數(shù)據(jù)分析，A是漏氣損失，B是傳熱損失。以傳熱損失B的數(shù)據(jù)為例，-30℃情況下傳熱導(dǎo)致的溫度損失達(dá)32%，-40℃情況下傳熱導(dǎo)致的溫度損失達(dá)37%，氣溫越低，T終越低，傳熱導(dǎo)致的溫度損失比例越大。由此可見，減小氣缸傳熱損失對(duì)提高T終的意義巨大，而最直接減小氣缸傳熱損失的方式就是在冷起動(dòng)前提高氣缸溫度。

目前越野車上均配置液體加熱器，經(jīng)液體加熱器給發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液加熱，加熱水流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)水套，通過(guò)熱傳遞提高氣缸體溫度。液體加熱器能夠有效提高氣缸體溫度，減少混合氣壓縮過(guò)程中的熱量傳出。

2.1.2.2 減小壓縮漏氣損失

發(fā)動(dòng)機(jī)在開發(fā)過(guò)程中，都會(huì)對(duì)活塞漏氣量有嚴(yán)格的要求，但隨著環(huán)境溫度降低，缸內(nèi)混合氣通過(guò)活塞環(huán)間隙的漏氣率會(huì)急劇增大，如圖3，主要原因是在于活塞環(huán)的間隙隨著溫度的降低而增大。

雖然漏氣量會(huì)隨溫度降低而增大，但是漏氣量對(duì)T終的影響遠(yuǎn)小于熱量傳遞帶來(lái)的影響。從上文中表1即可看出，漏氣量損失占比僅占10%左右，對(duì)T終影響不大。

同時(shí)上文提到的氣缸加熱也能大大減小活塞間隙，減小漏氣量。

2.1.3 提高壓縮溫升

對(duì)于提高壓縮溫升，具體有提高起動(dòng)轉(zhuǎn)速和提高壓縮比兩種措施。

2.1.3.1 提高起動(dòng)轉(zhuǎn)速

圖4為分別某柴油機(jī)在0℃、-10℃、-20℃溫度下不同轉(zhuǎn)速對(duì)T終的影響，橫坐標(biāo)為曲軸轉(zhuǎn)角，縱坐標(biāo)為缸內(nèi)溫度，不同的曲線線型代表不同的轉(zhuǎn)速。

對(duì)圖4分析可知：

①同一環(huán)境溫度下，隨著轉(zhuǎn)速的增加，T終增加，且增益明顯；

②同轉(zhuǎn)速下，環(huán)境溫度越低，T終越低；

③在三種溫度條件下，為達(dá)到同樣的T終，溫度越低所需的轉(zhuǎn)速越高。

綜上，起動(dòng)速度會(huì)對(duì)T終產(chǎn)生積極影響，轉(zhuǎn)速越高，T終越高，同時(shí)環(huán)境溫度越低，為達(dá)到最低壓燃溫度，對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)速要求越高。因此在冷起動(dòng)中，提高起動(dòng)轉(zhuǎn)速就是個(gè)很關(guān)鍵的變量，直接關(guān)系到T終。而起動(dòng)轉(zhuǎn)速又與起動(dòng)阻轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)機(jī)性能、蓄電池低溫放電特性與容量密切相關(guān)。

2.1.3.1.1起動(dòng)阻轉(zhuǎn)矩

起動(dòng)阻轉(zhuǎn)矩包括摩擦阻轉(zhuǎn)矩、壓縮空氣阻轉(zhuǎn)矩、運(yùn)動(dòng)件慣性阻轉(zhuǎn)矩。

摩擦阻轉(zhuǎn)矩包括發(fā)動(dòng)機(jī)阻轉(zhuǎn)矩和AT阻轉(zhuǎn)矩，對(duì)于AT而言，其既不可更換油液，也沒有加熱水循環(huán)，與外系統(tǒng)無(wú)任何交互，因此AT在冷起動(dòng)中的阻力矩?zé)o法改善。AT在低溫下摩擦阻轉(zhuǎn)矩很大，以越野車某6AT為例，在-41℃下，約94Nm。

對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)而言，在低溫環(huán)境下，其摩擦阻轉(zhuǎn)矩主要來(lái)自于機(jī)油粘度引起的摩擦力矩，而且溫度越低，機(jī)油粘度越大，其摩擦力矩將快速增加。在試驗(yàn)前必須更換0W的低溫機(jī)油，同時(shí)鍋爐加熱能夠有效提高機(jī)油溫度，大幅降低摩擦阻力矩，我們對(duì)某型柴油機(jī)做過(guò)相應(yīng)測(cè)試，如表2所示，在-41℃條件下有鍋爐加熱后，其阻力矩可以降低至與-15℃同等水平。

壓縮空氣阻轉(zhuǎn)矩是指活塞在壓縮空氣過(guò)程中所產(chǎn)生的阻力矩，我們同樣對(duì)某型柴油機(jī)做過(guò)摸底，其壓縮空氣阻力矩最大可達(dá)190Nm。雖然該阻力矩相對(duì)較大，但降低該阻力矩，就意味著必須降低壓縮比，反而不利于冷起動(dòng)，而且活塞屬于往復(fù)做功，阻力矩在壓縮沖程中是做負(fù)功，但其形成的能量在做功沖程中又是做正功，兩者幾乎可以相互抵消。表現(xiàn)在其力矩呈正弦波形式（參照起動(dòng)機(jī)電流，冷起動(dòng)階段的起動(dòng)機(jī)電流與發(fā)動(dòng)機(jī)阻力矩是正比例關(guān)系），如圖5。因此該阻力矩僅參考了解即可。

運(yùn)動(dòng)件慣性阻轉(zhuǎn)矩是指各運(yùn)動(dòng)件在速度變化過(guò)程中所產(chǎn)生慣性轉(zhuǎn)矩。運(yùn)動(dòng)件包括曲軸、柔性連接盤、各齒輪軸等。慣性阻轉(zhuǎn)矩是在起動(dòng)機(jī)開始拖動(dòng)的瞬間最大，以上述某型柴油機(jī)搭載某6AT為例，拖動(dòng)瞬態(tài)最大慣性阻轉(zhuǎn)矩大約為40Nm，在總阻轉(zhuǎn)矩中占比很小，且隨著拖動(dòng)速度趨于平穩(wěn)后，該值將進(jìn)一步大幅縮小，因此該阻轉(zhuǎn)矩可忽略。

2.1.3.1.2 起動(dòng)機(jī)性能

現(xiàn)在常用的直流起動(dòng)機(jī)，有幾點(diǎn)特性，如圖6所示：

①起動(dòng)機(jī)自身輸出性能特性曲線與溫度不相關(guān)，只與輸入的電流電壓相關(guān)。也就是說(shuō)常溫下測(cè)取的起動(dòng)機(jī)特性曲線完全可以適用于低溫環(huán)境。簡(jiǎn)單舉例就是將起動(dòng)機(jī)置于-41℃環(huán)境下，外接常溫電池，其輸出特性與常溫下是一致的。

②起動(dòng)機(jī)的輸出扭矩與輸入電流呈正比例線性關(guān)系，M=CmφI+b，M—輸出扭矩，Cm—電機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)；φ—磁極磁通量；I—輸入電流；b—常數(shù)。

③起動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓相關(guān)，電壓越高，轉(zhuǎn)速越高。

簡(jiǎn)言之，起動(dòng)機(jī)完全受控于輸入的電壓電流。

起動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，其所具有的性能必須與冷起動(dòng)所需的能力相匹配[2]，基于相關(guān)數(shù)據(jù)，選型或開發(fā)一款性能合適的起動(dòng)機(jī)非常重要。對(duì)于起動(dòng)機(jī)功率，選擇合適的覆蓋起動(dòng)需求功率的即可，不需要貪大，因?yàn)槔淦饎?dòng)中起動(dòng)機(jī)性能完全受制于蓄電池提供的電壓電流，大功率起動(dòng)機(jī)發(fā)揮不出其性能。下文有具體選型方法。

2.1.3.1.3 蓄電池低溫放電特性與容量

蓄電池的選型設(shè)計(jì)是越野車?yán)淦饎?dòng)的關(guān)鍵。目前越野車常用蓄電池為鉛酸電池，其放電過(guò)程是正極PbO2、負(fù)極Pb與電解液H2SO4發(fā)生反應(yīng)，最終形成難溶物質(zhì)PbSO4和水[3]，但在低溫環(huán)境下蓄電池內(nèi)離子運(yùn)動(dòng)速度變慢，化學(xué)反應(yīng)活性降低，表征現(xiàn)象是低溫下的內(nèi)阻比常溫下內(nèi)阻大，進(jìn)而影響到放電容量，以某越野車使用的鉛酸電池為例，標(biāo)稱容量180Ah，在低溫-40℃放電容量?jī)H有約70Ah，不足其標(biāo)稱容量的40%。

在冷起動(dòng)中，對(duì)于蓄電池歸根結(jié)底都是要看電池在低溫下的電壓電流輸出，蓄電池的低溫放電特性越好、容量越大，就能提供更大的功率輸出，從而起動(dòng)機(jī)輸出性能更強(qiáng)，冷起動(dòng)成功的概率越大。但同時(shí)，基于車載空間和重量的要求，蓄電池的容量也不可能無(wú)限大，因此根據(jù)冷起動(dòng)的用電需求以及蓄電池自身的放電特性選擇合適的電池容量就成了冷起動(dòng)的關(guān)鍵。

2.1.3.2 提高壓縮比

提高壓縮溫升的措施就是提高壓縮比，其優(yōu)點(diǎn)是更高壓縮比可以提高T終，更容易達(dá)到燃點(diǎn)。缺點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比提高，最大爆壓增大，需要增強(qiáng)缸體缸蓋等基礎(chǔ)機(jī)零件，改動(dòng)較大，不建議。

2.2" "混合氣濃度滿足要求

上文對(duì)柴油機(jī)冷起動(dòng)的條件之一：壓縮終了溫度滿足要求進(jìn)行了分析，因?yàn)橐话愕搅苏嚰呻A段，選型的柴油機(jī)均已是市場(chǎng)成熟的機(jī)型，機(jī)體機(jī)構(gòu)已經(jīng)成熟，在整車集成階段輕易不進(jìn)行改動(dòng)。但在軟件層面可以進(jìn)行一些優(yōu)化，如在低溫起動(dòng)時(shí)，能在正確的供油時(shí)刻加濃噴射，適當(dāng)提高噴油量，一般啟動(dòng)油量為標(biāo)定油量的1.5-2倍。另外，由于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)速比較低，只能在壓縮上止點(diǎn)附近才能達(dá)到著火溫度，所以啟動(dòng)時(shí)最佳供油提前角較正常工況時(shí)小，如果噴油過(guò)早，溫度達(dá)不到著火溫度，噴霧不能自行著火，待蒸發(fā)氣化后又會(huì)因?yàn)檎舭l(fā)吸熱進(jìn)一步降低壓縮溫度，更無(wú)法自引著火，故而當(dāng)冷起動(dòng)困難時(shí)，適當(dāng)減小供油提前角，也是解決的一種方法[4]。

3" " 關(guān)鍵系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)

根據(jù)上文的分析，除發(fā)動(dòng)機(jī)自身特性外，氣缸加熱、起動(dòng)機(jī)的選型、蓄電池的選型對(duì)冷起動(dòng)有著關(guān)鍵的影響作用，因此對(duì)這三個(gè)系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)就顯得非常重要。

要進(jìn)行一系列選型設(shè)計(jì)，前提是必須先掌握發(fā)動(dòng)機(jī)和AT在低溫下的阻轉(zhuǎn)矩，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)的最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速通常在100rpm左右，根據(jù)上文，環(huán)境溫度越低，轉(zhuǎn)速需求越大，設(shè)-41℃最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速為n-41，-30℃最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速為n-30，一般在發(fā)動(dòng)機(jī)自身進(jìn)行冷起動(dòng)時(shí)已掌握該數(shù)據(jù)。已知?dú)飧准訜崮軌蛴行p小發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦阻轉(zhuǎn)矩，因此我們首先需要掌握鍋爐加熱的情況，然后在同等加熱水溫的情況下測(cè)取-41℃下發(fā)動(dòng)機(jī)+AT在n-41下的總阻轉(zhuǎn)矩T-41，再測(cè)取在-30℃無(wú)鍋爐在n-30下的總阻轉(zhuǎn)矩T-30。

3.1" "液體加熱器選型設(shè)計(jì)

液體加熱器是按照發(fā)動(dòng)機(jī)本體濕重來(lái)選型的，有經(jīng)驗(yàn)推薦值：1h內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)從-40℃升高至30℃，溫升70℃，發(fā)動(dòng)機(jī)每千克所需功率為10.2W。通常越野車中對(duì)液體加熱器的目標(biāo)要求為：-41℃溫度下，在20min內(nèi)完成冷卻液70℃溫升。則按照經(jīng)驗(yàn)公式，液體加熱器功率為：

P液—液體加熱器功率，kW；

m—除去發(fā)電機(jī)等附件后的發(fā)動(dòng)機(jī)濕重，kg。

3.2" "起動(dòng)機(jī)選型設(shè)計(jì)

在冷起動(dòng)中，由于負(fù)載的巨大增加，對(duì)起動(dòng)機(jī)功率的需求遠(yuǎn)高于常溫條件下，因此起動(dòng)機(jī)所具有的功率應(yīng)和發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)所需的功率相匹配。由上文，-41℃在使用鍋爐的情況下，其阻轉(zhuǎn)矩是大幅小于-30℃的，而最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速差異并不大，因此-30℃是需求功率最大的工況，則對(duì)起動(dòng)機(jī)功率需求有如下計(jì)算式：

P起—起動(dòng)機(jī)功率，kW；

P需—-30℃起動(dòng)所需的功率，kW；

n—最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速，rpm；

μ—傳動(dòng)效率，經(jīng)驗(yàn)值0.95。

以某越野車為例，其發(fā)動(dòng)機(jī)+AT的T-30約為490Nm，n-30為90rpm，帶入上述公式，則P起≥5kW ，也就是說(shuō)至少需要選擇額定功率在5kW以上的起動(dòng)機(jī)，為保證一定設(shè)計(jì)裕度，功率可適當(dāng)選大。

在確定了起動(dòng)機(jī)功率需求，我們優(yōu)先選型廠家現(xiàn)有成熟產(chǎn)品，在保證結(jié)構(gòu)適配的情況下，選型出滿足功率要求的幾款起動(dòng)機(jī)，再進(jìn)行進(jìn)一步的校核。校核可采用最大允許負(fù)載校核法：已知發(fā)動(dòng)機(jī)的n-30和發(fā)動(dòng)機(jī)齒圈與起動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比ε，則在要求起動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速為εn-30；在n-I曲線上找到εn-30轉(zhuǎn)速點(diǎn)，豎直方向上作紅虛線，則左側(cè)區(qū)域即為能夠起動(dòng)的起動(dòng)機(jī)工作區(qū)域（右側(cè)區(qū)域轉(zhuǎn)速不達(dá)標(biāo)），與T-I曲線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩乘以ε即為最大允許外負(fù)載M'。如圖7示意：

如果該M'大于實(shí)測(cè)的T-30，則說(shuō)明該起動(dòng)機(jī)滿足冷起動(dòng)使用要求。然后再根據(jù)輕量化、尺寸、成本等方面進(jìn)行權(quán)衡選擇。

3.3" "蓄電池選型設(shè)計(jì)

蓄電池的容量應(yīng)與起動(dòng)機(jī)的功率成正比，推薦經(jīng)驗(yàn)公式：

C—蓄電池容量，Ah；

U—起動(dòng)機(jī)額定電壓，越野車為24V；

但該經(jīng)驗(yàn)公式系數(shù)范圍跨度較大，而蓄電池容量越大，體積與重量越大，這對(duì)整車布置和輕量化不利。因此需要在經(jīng)驗(yàn)公式的基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化具體的容量選型方法。

由相關(guān)研究可知：

①隨著持續(xù)放電，蓄電池電量降低，其內(nèi)阻會(huì)增大，電壓被內(nèi)阻分壓，施加在負(fù)載上的電壓就會(huì)隨之持續(xù)降低；

②放電電流越大，電壓下降越快[5]；

③蓄電池容量越大，同樣的放電電流下，電壓下降越緩慢。

蓄電池的電壓與放電量、蓄電池容量沒有特定公式關(guān)系，但可通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量出蓄電池的放電特性曲線：

①根據(jù)推薦公式，取上限、下限和中間值容量蓄電池三組；

②將前期已測(cè)取的總阻轉(zhuǎn)矩T-41、T-30，代入起動(dòng)機(jī)M-I正比例線，得出起動(dòng)機(jī)電流I-41和I-30；

③將三組蓄電池置于-30℃和-41℃下，分別按I-30和I-41進(jìn)行放電測(cè)試，測(cè)出三組放電電壓特性曲線，如圖8示意；

④由起動(dòng)機(jī)特性表，可知n-41、n-30對(duì)應(yīng)的電壓需求，再考慮起動(dòng)機(jī)內(nèi)阻及蓄電池到起動(dòng)機(jī)的線阻所產(chǎn)生的壓差，兩者相加即是對(duì)蓄電池電壓的需求U-30需和U-41需；

特別說(shuō)明下，在冷起動(dòng)拖動(dòng)階段時(shí)，起動(dòng)機(jī)電流非常大，往往都在500-800A之間，這時(shí)候線阻哪怕只有0.002Ω，最終都會(huì)產(chǎn)生1-2V的壓差，因此從蓄電池到起動(dòng)機(jī)的線束需要通過(guò)增大線徑、縮短長(zhǎng)度等方式盡可能減小電壓損失。

⑤與測(cè)得的三組蓄電池放電特性曲線進(jìn)行比較，因?yàn)橐淮卫淦饎?dòng)起動(dòng)機(jī)連續(xù)工作時(shí)間一般不超過(guò)30s，因此蓄電池最優(yōu)解需保證30s內(nèi)的電壓均在U-30需和U-41需之上。據(jù)此完成蓄電池容量的擇優(yōu)選擇。

4" " 結(jié)論

綜上，對(duì)自動(dòng)變速箱越野車?yán)淦饎?dòng)影響因素的匯總?cè)绫?：

同時(shí)提出的針對(duì)液體加熱器、起動(dòng)機(jī)和蓄電池的選型設(shè)計(jì)方法，是基于工程中思考而來(lái)的，具有較強(qiáng)的應(yīng)用指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉少明、李強(qiáng)、王波.柴油機(jī)低溫啟動(dòng)困難機(jī)理 [軍]. 移動(dòng)電源與車輛，2016，（4）：54-56.

[2]王麗萍.柴油機(jī)對(duì)匹配起動(dòng)機(jī)的技術(shù)要求[J].陜西煤炭，2008（06）：98-99.

[3]鄭昆.低溫-40℃下鉛酸蓄電池的放電特性，通信電源技術(shù). 2020.1：81-82.

[4]張立峰，王素娥.影響柴油機(jī)冷啟動(dòng)的因素及改善措施[J].山東農(nóng)機(jī)化，2006（10）：21.

[5]陸虎瑜.蓄電池充放電保護(hù)技術(shù)分析和建議[J].太陽(yáng)能，2004（03）：31-33.

專家推薦語(yǔ)

王必璠

東風(fēng)商用車技術(shù)中心平臺(tái)總師

研究員級(jí)高級(jí)工程師

整車?yán)鋯?dòng)是一個(gè)比較重要的整車特性。文章對(duì)整車?yán)鋯?dòng)的影響因素給予了比較全面的綜合分析，對(duì)冷啟動(dòng)問題正向設(shè)計(jì)給予了很好的指導(dǎo)。文章整體，理論上沒有問題，邏輯性強(qiáng)，語(yǔ)句比較通順，對(duì)其它類似的工作有較好的借鑒作用。