高超，劉慧

（遼寧曙光汽車集團(tuán)股份有限公司，遼寧 丹東 118001）

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基于CRUISE的某款皮卡發(fā)動(dòng)機(jī)選型分析

高超，劉慧

（遼寧曙光汽車集團(tuán)股份有限公司，遼寧 丹東 118001）

摘 要：發(fā)動(dòng)機(jī)選型是否合理對(duì)整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性有重要的影響。通過(guò)整車設(shè)定性能要求，初步判定發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和功率要求；然后利用AVL Cruise 軟件對(duì)符合基本要求的不同的動(dòng)力總成進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比分析，選出最合理發(fā)動(dòng)機(jī)。該選型方法可以快速、便捷和有效確定最佳發(fā)動(dòng)機(jī)。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；AVL Cruise；動(dòng)力性；經(jīng)濟(jì)性

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.004

劉慧，學(xué)士學(xué)位，就職于曙光汽車集團(tuán)，從事整車BOM管理及CCC申報(bào)。

CLC NO.: U469.4Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-11-03

前言

隨著社會(huì)發(fā)展，人們對(duì)對(duì)整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性有了更高要求，特別是皮卡車型，皮卡車型不僅僅是載貨車，越來(lái)越多地承擔(dān)著戶外活動(dòng)等工具用車任務(wù)。同時(shí)對(duì)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性有了更高要求，而且車型換代、發(fā)動(dòng)機(jī)升級(jí)頻率加快，因此，快速而有效匹配動(dòng)力總成的參數(shù)尤為重要，本文通過(guò)粗選和精選兩個(gè)階段，來(lái)解決多款發(fā)動(dòng)機(jī)篩選問(wèn)題。

1、發(fā)動(dòng)機(jī)選型原理

如何從多款發(fā)動(dòng)機(jī)中選出最合理的一款發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)匹配整車，是比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問(wèn)題，那么本文通過(guò)兩個(gè)階段進(jìn)行快速解決該問(wèn)題，第一階段為粗選：通過(guò)整車性能指標(biāo)確定發(fā)動(dòng)機(jī)基本扭矩和功率需要；第二階段為精選：通過(guò)AVL CRUISE軟件進(jìn)行詳細(xì)分析對(duì)比，下面介紹兩個(gè)階段的選型原理。

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)初選原理

利用驅(qū)動(dòng)的基本方程和功率方程來(lái)確定初選所需的功率和扭矩[1]。

其中公式MR和PR為車輪所需驅(qū)動(dòng)力矩和功率。

車輪所需最大驅(qū)動(dòng)力矩出現(xiàn)時(shí)，為最大爬坡時(shí)，全負(fù)荷工況下達(dá)到的，整車只有滾動(dòng)阻力和坡度阻力，故上式變化為：

車輪所需最大功率應(yīng)大于等于最高車速時(shí)所需功率，而最高車速一般為良好的水平路面下，那么整車只有滾動(dòng)阻力和空氣阻力，故上式變化為：

將上述車輪所需最大扭矩和功率換算到發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和功率，公式如下：

式中iG為變速器1擋速比；iA為主減速比；Tη為傳動(dòng)效率。

那么公式（1.5）和（1.6）就確定出發(fā)動(dòng)機(jī)基本功率和扭矩要求，將不符合要求發(fā)動(dòng)機(jī)去除。

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)精選原理

利用AVL cruise軟件的進(jìn)行建模，并通過(guò)該軟件任務(wù)模塊中的循環(huán)工況油耗、爬坡性能、加速性能和各擋功率性能對(duì)比分析確定最佳發(fā)動(dòng)機(jī)。

2、整車參數(shù)及性能要求

本文研究整車參數(shù)如下表格：

表1　整車參數(shù)及性能要求

3、發(fā)動(dòng)機(jī)粗選分析

通過(guò)整車參數(shù)和性能要求表及公式（1.5）和（1.6）得出發(fā)動(dòng)機(jī)基本功率和扭矩值如下：

根據(jù)上述兩值初選下列發(fā)動(dòng)機(jī)：

表2　發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)及初選結(jié)果

從上表上可以看出編號(hào)為1和3的發(fā)動(dòng)機(jī)在扭矩和功率兩項(xiàng)上符合要求。

4、發(fā)動(dòng)機(jī)精選分析

4.1 CRUISE建模[2]

根據(jù)初選結(jié)果在AVL CRUISE中建模，整車動(dòng)力總成模型主要包括：車輛模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)模塊、離合器模塊、變速器模塊、主減速器模塊、輪胎模塊以及駕駛員模塊等，各模塊之間使用機(jī)械連接和信號(hào)總線連接。本文基于CRUISE軟件搭建的整車仿真模型如圖1所示。

圖1　整車仿真模型

4.2 仿真結(jié)果分析

4.2.1 燃油經(jīng)濟(jì)型分析

NEDC城市循環(huán)燃料經(jīng)濟(jì)性結(jié)果如下：

表3　燃油經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

從上表得出兩款發(fā)動(dòng)機(jī)都符合設(shè)計(jì)要求，但3號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)。

4.2.2 爬坡性能分析

從圖2得出兩款發(fā)動(dòng)機(jī)最大爬坡度都滿足整車設(shè)計(jì)要求，但1號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)各檔位的爬坡度均大于3號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)，另外1號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)2擋最大爬坡度保持在較大的速度范圍內(nèi)，從而可以看出1發(fā)動(dòng)機(jī)低速段扭矩好，保持轉(zhuǎn)速范圍比較大，故1號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)較優(yōu)。

圖2?、偬?hào)和③號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)爬坡度對(duì)比圖

4.2.3 加速性能分析

0-100km/h加速時(shí)間結(jié)果如下：

表4　0-100km/h加速時(shí)間

60-100km/h 4擋超車分析。

表5　60-100km/h 4擋加速時(shí)間

從表4、表5看出，兩款發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性能相當(dāng)。

4.2.4 各擋功率性能分析

圖3　1號(hào)和3號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)各擋功率對(duì)比圖

從圖3和圖4中可以看出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在3300rpm以下，1號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的各擋功率均優(yōu)于3號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于3300rpm時(shí)，3號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)功率明顯大于1號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)，另外在5擋時(shí)，兩款發(fā)動(dòng)機(jī)功率交點(diǎn)位于車速為140km/h處。

圖4　各擋發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車速圖

綜合上面分析和皮卡車的使用特性選擇1號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)為最佳，雖然在燃油經(jīng)濟(jì)性方面3號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)于1號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)，但皮卡車型大部分使用工況為非鋪裝路面，那么爬坡性尤為重要，另外從功率圖看以看出1號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速3300rpm以下較優(yōu)，符合皮卡車使用特性，即中低速時(shí)的加速性要求較高的特性。

5、結(jié)語(yǔ)

在發(fā)動(dòng)機(jī)選型方面利用粗選得出發(fā)動(dòng)機(jī)基本功率和扭矩要求，可以快速篩選出幾個(gè)合適動(dòng)力，在利用 AVL CRUISE軟件進(jìn)行建模和詳細(xì)仿真分析動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)所匹配車型使用特性選擇最終發(fā)動(dòng)機(jī)，這樣不僅可以快速完成篩選工作，而且可以從分析中看出對(duì)比發(fā)動(dòng)機(jī)有缺點(diǎn)，為下一步傳動(dòng)系統(tǒng)分析提供方向。

參考文獻(xiàn)

[1] Manfred Mitschke,Henning Wallentowitz著陳萌三，余強(qiáng) 譯.汽車動(dòng)力學(xué).[第4版].清華大學(xué)出版社，2009,12

[2] AVL Cruise User’s Guide.

中圖分類號(hào)：U469.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2016)04-11-03

作者簡(jiǎn)介：高超，學(xué)士學(xué)位，就職于曙光汽車集團(tuán)，從事動(dòng)力總成性能匹配及布置。

Based on the analysis of CRUISE pick-ups engine selection

Gao Chao, Liu Hui
( Liaoning suguang automotive group Co., Ltd., Liaoning Dandong 118001 )

Abstract:Engine selection is reasonable has important influence on the vehicle's power and economy. Through the vehicle setting performance requirements, preliminary determination of the engine torque and power requirements; then the AVL cruise software to meet the basic requirements of different power assembly detailed comparative analysis, select the most reasonable engine. The selection method can quickly, conveniently and effectively determine the optimal engine.

Keywords:Engine; AVL Cruise; Performance; Economic