高軍,牟鑫,龔佳慧,田雨
(陜西重型汽車有限公司,陜西 西安 710200)
車輛改裝時(shí),在滿足用戶特殊要求的同時(shí),應(yīng)同時(shí)考慮車輛的安全性及對(duì)車輛性能的影響。本文根據(jù)用戶的要求,在軍用越野汽車上加裝一個(gè)大功率附件——20kW 發(fā)電機(jī)供上裝使用。發(fā)電機(jī)通過(guò)夾心式全功率取力器提供動(dòng)力。增加取力器后對(duì)車輛的安全性基本沒(méi)有影響,所以本文主要討論增加取力器后,對(duì)汽車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的影響。
動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性是衡量汽車性能的重要指標(biāo),其中動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)有汽車的最高車速、原地起步加速時(shí)間、最大爬坡能力;經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)主要是燃油消耗率或者是百公里油耗。本文針對(duì)用戶增加大功率發(fā)電機(jī),利用AVL Cruise軟件模擬計(jì)算加裝前和加裝后整車最高車速、加速時(shí)間、最大爬坡度及百公里油耗的變化,分析大功率發(fā)電機(jī)對(duì)底盤性能的影響。
選擇了兩款不同性能的發(fā)電機(jī)(見圖 3,發(fā)電機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下輸出額定功率)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算。將不帶發(fā)電機(jī)的作為方案一,帶發(fā)電機(jī)一的作為方案二,帶發(fā)電機(jī)二的作為方案三。
底盤主要參數(shù)見表1,發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線見圖1。
利用AVL Cruise仿真軟件,對(duì)未加發(fā)電機(jī)和加裝發(fā)電機(jī)后的車輛建立整車模型,創(chuàng)建爬坡度計(jì)算任務(wù)、全負(fù)荷加速計(jì)算子任務(wù)原地起步連續(xù)換檔加速性能、穩(wěn)態(tài)行駛性能子任務(wù)最高車速和循環(huán)行駛工況工作任務(wù)。
表1 底盤主要參數(shù)
發(fā)電機(jī)用在Cruise軟件中PTO的輸出模塊來(lái)體現(xiàn)發(fā)電機(jī)功率的消耗。發(fā)電機(jī)參數(shù)按照廠家提供的轉(zhuǎn)速與功率的關(guān)系設(shè)定兩種性能發(fā)電機(jī)曲線(見圖2發(fā)電機(jī)一、發(fā)電機(jī)二)。
圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線圖
圖2 發(fā)電機(jī)性能圖
表2是三種方案的計(jì)算結(jié)果,圖3是三種方案結(jié)果的比較圖。
表2 三種方案爬坡度對(duì)比
從爬坡度的計(jì)算結(jié)果可以看出:
三種方案的最大爬坡度基本相同,說(shuō)明車輛有足夠的動(dòng)力,但是地面所能提供的附著力有限,所以圖3中三種方案的1檔的最大爬坡度都是一條直線。2檔-9檔的最大爬坡度有比較大的差別,方案三比方案一的爬坡度略小,明顯的好于方案二的爬坡度。查看方案二和方案三的發(fā)電機(jī)性能曲線,發(fā)現(xiàn)方案二的發(fā)電機(jī)功率輸出轉(zhuǎn)速在1200r/min-2000r/min之間,方案三的發(fā)電機(jī)功率輸出轉(zhuǎn)速在1500r/min-2200r/min之間,而發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩點(diǎn)轉(zhuǎn)速范圍是1200r/min-1500r/min之間,所以方案二的發(fā)電機(jī)額定功率輸出轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩轉(zhuǎn)速基本重合,當(dāng)車輛在爬坡時(shí)需要輸出最大扭矩時(shí),也是發(fā)電機(jī)輸出扭矩的時(shí)刻,所以對(duì)爬坡度影響較多;方案三的發(fā)電機(jī)額定功率輸出轉(zhuǎn)速區(qū)間剛好避開了發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩轉(zhuǎn)速區(qū)間,所以對(duì)爬坡度的影響較小。同時(shí),同一檔位方案二的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速明顯的高于方案三和方案一,說(shuō)明在爬坡時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)提高轉(zhuǎn)速來(lái)滿足爬坡和發(fā)電機(jī)需要的功率。
圖3 三種方案爬坡度圖
原地起步加速時(shí)間以0-60km/h的加速時(shí)間來(lái)比較。采用二檔起步,表3是計(jì)算結(jié)果。
表3 三種方案原地起步加速時(shí)間對(duì)比
圖4 車輛最大加速度圖
從結(jié)果中可以看出,帶發(fā)電機(jī)后,0-60km/h的加速時(shí)間比不帶發(fā)電機(jī)的加速時(shí)間和距離都增加了。由于發(fā)電機(jī)的影響,無(wú)論是方案二還是方案三,換檔時(shí)機(jī)都有所推后,從圖4的車輛各檔位加速度圖中可以看出,方案二的換檔推后主要發(fā)生在前幾個(gè)檔位,方案三的換檔時(shí)機(jī)推后主要發(fā)生在后幾個(gè)檔位。換檔時(shí)機(jī)的推后說(shuō)明發(fā)電機(jī)功率的輸出影響了車輛加速至最大加速度的時(shí)間,導(dǎo)致加速時(shí)間變長(zhǎng)。方案二和方案三發(fā)電機(jī)功率輸出在發(fā)動(dòng)機(jī)不同的轉(zhuǎn)速下導(dǎo)致?lián)Q檔時(shí)機(jī)推后表現(xiàn)在不同的檔位。方案二對(duì)扭矩影響較大,換檔時(shí)機(jī)的推后發(fā)生在扭矩輸出較大的檔位;方案三對(duì)扭矩影響較小,換檔時(shí)機(jī)的推后發(fā)生在后幾個(gè)檔位。
表4 三種方案最高車速對(duì)比
從計(jì)算結(jié)果的可以看出,不帶發(fā)電機(jī)的理論最高車速比帶發(fā)電機(jī)的理論最高車速高出 5km/h,這是發(fā)電機(jī)輸出功率對(duì)車輛動(dòng)力性的影響;但是實(shí)際的最高車速都是113.18km/h,這說(shuō)明車輛的后備功率較大,發(fā)電機(jī)對(duì)車輛有影響,增加了達(dá)到最高車速的時(shí)間,但沒(méi)有影響實(shí)際所能達(dá)到的最高車速。
表5 三種方案綜合油耗對(duì)比
表5的油耗計(jì)算結(jié)果顯示方案二車輛百公里油耗增加了5.86L,方案三車輛百公里油耗增加了3.81L。這是因?yàn)樵黾影l(fā)電機(jī)后,一部分功率輸出到了發(fā)電機(jī)上,發(fā)動(dòng)機(jī)想要達(dá)到不帶發(fā)電機(jī)時(shí)的功率,必須通過(guò)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)彌補(bǔ)發(fā)電機(jī)的功率消耗,增加了車輛的循環(huán)油耗。發(fā)電機(jī)功率的輸出使得車輛的油耗增加,方案三的經(jīng)濟(jì)性好于方案二的經(jīng)濟(jì)性。
(1)軍用越野汽車后備功率大,增加20kW的大功率發(fā)電機(jī)后,車輛的最大爬坡度沒(méi)有影響;原地起步加速時(shí)間略有增加;最高車速?zèng)]有變化;綜合油耗增加。
(2)不同性能的發(fā)電機(jī)對(duì)車輛動(dòng)力性的影響不同,如果能在發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩區(qū)間以外輸出附件的功率,這將大大的減小對(duì)車輛動(dòng)力性能的影響。
(3)方案二和方案三百公里油耗相差2.05L,說(shuō)明性能不同的大功率附件對(duì)車輛經(jīng)濟(jì)性的影響也不同。所以選擇合適的附件,可以有效的降低車輛燃油消耗量。
(4)每一款發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)不同的萬(wàn)有特性曲線和外特性曲線,在計(jì)算針對(duì)大功率附件對(duì)車輛的影響時(shí)應(yīng)具體問(wèn)題具體對(duì)待,選擇對(duì)重要參數(shù)影響較小的附件。
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