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        基于AVL-Cruise的某載貨車變速器匹配優(yōu)化分析

        2018-11-01 05:19:54聶幸福李昕昕
        機(jī)械工程與自動化 2018年5期
        關(guān)鍵詞:載貨車速比爬坡

        聶幸福,李昕昕

        (陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司,陜西 西安 710119)

        0 引言

        隨著技術(shù)的發(fā)展,市場對變速器性能的要求越來越高,對整車匹配的要求也越來越高。變速器作為動力總成的重要組成部分,對動力總成的性能有很大的影響,因此有必要對變速器的匹配做詳細(xì)的研究。

        傳統(tǒng)的動力系統(tǒng)匹配方法為試驗驗證,存在開發(fā)周期長和費(fèi)用高等問題[1]。在設(shè)計前期利用仿真軟件對動力總成方案進(jìn)行優(yōu)化分析,縮小試驗范圍,將仿真與試驗相結(jié)合是比較合理的匹配方法,目前已得到廣泛應(yīng)用。

        AVL-Cruise是奧地利AVL公司開發(fā)的用于研究車輛動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放性能與制動性能的高級仿真軟件,主要用于車輛開發(fā)過程中的動力系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)匹配,以及整車性能預(yù)測和仿真計算,也可以進(jìn)行發(fā)動機(jī)、變速器、后橋速比、輪胎選型及匹配優(yōu)化,還可以應(yīng)用于混合動力汽車、電動汽車動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的開發(fā)和優(yōu)化[2]。

        本文利用AVL-Cruise軟件對某型6X2載貨車進(jìn)行了仿真,主要對比了ZF公司的6S500變速器和法士特公司的8JS85A、6DS60TA、C6J50T變速器與整車的匹配情況,綜合考慮整車的動力性和經(jīng)濟(jì)性,采用軟件的矩陣運(yùn)算,選擇出適合本車型的變速器。

        1 6X2載貨車整車參數(shù)及變速器速比

        本文研究的6X2載貨車整車參數(shù)見表1,4種手動變速器的各檔速比見表2,其中8JS85A為8檔變速器,其余3個為6檔變速器,數(shù)字1~8表示前進(jìn)檔,R1和R2表示倒檔。

        2 建立整車仿真模型

        根據(jù)6X2載貨車的布置建立整車仿真模型,如圖1所示。該模型主要包括Vehicle、Engine、Clutch、Gear Box、Single Ratio Transmission、Differential、Brake、Wheel、Monitor、Cockpit等模塊。添加好模塊以后對每個模塊輸入?yún)?shù),參數(shù)越準(zhǔn)確仿真結(jié)果越接近真實情況。此外,在模塊中可以開啟不同任務(wù),不同的選擇會影響到后續(xù)的數(shù)據(jù)連接和計算任務(wù)設(shè)置等。最后進(jìn)行機(jī)械連接和總線數(shù)據(jù)的連接,其中,總線數(shù)據(jù)的連接比較重要,正確的數(shù)據(jù)連接才能保證仿真的順利進(jìn)行。

        表1 6X2載貨車整車參數(shù)

        表2 變速器各檔速比

        建立完模型檢查無誤后設(shè)置計算任務(wù)。本文主要研究使用4種不同變速器時滿載情況下穩(wěn)態(tài)工況車輛的爬坡性能、加速性能、油耗和循環(huán)工況的油耗和CO2排放。其中,循環(huán)工況采用了UDC(Urban Driving Cycle)、EUDC(Extra Urban Driving Cycle)和NEDC(New Europe Driving Cycle)三種不同循環(huán)工況。

        3 滿載情況下計算結(jié)果及分析

        3.1 穩(wěn)態(tài)工況

        3.1.1 爬坡性能計算結(jié)果

        圖2為滿載情況下4種變速器匹配方案在各個檔位的最大爬坡度計算結(jié)果。由圖2可以看出:各變速器的最大爬坡度相差不大,這是因為爬坡能力和變速器速比密切相關(guān),4款變速器1檔速比相差不大,所以最大爬坡度也相差不大。實際使用中,車輛爬坡一般使用低檔位,1、2、3檔的爬坡性能計算結(jié)果見表3。由表3可以看出:8JS85A匹配方案的爬坡性能最好,在1、2、3檔均具有較大的爬坡度;6DS60TA匹配方案表現(xiàn)最差;ZF6S500匹配方案與C6J50T匹配方案的爬坡度以及車速都非常接近,差距不大,但在1檔和2檔時,使用C6J50T匹配方案時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速更低,這對降低噪聲和油耗有積極作用。

        圖1 整車仿真模型

        圖2 滿載情況下穩(wěn)態(tài)工況4種變速器匹配方案各檔爬坡性能計算結(jié)果

        變速器匹配方案1檔2檔3檔最大坡度(%)車速(km/h)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)最大坡度(%)車速(km/h)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)最大坡度(%)車速(km/h)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)8JS85A35.19.01 416.425.211.51 357.417.815.51 345.9ZF6S50036.38.51 382.317.7161 380.010.125.51 354.56DS60TA34.49.01 392.819.314.51 350.210.824.01 347.2C6J50T36.38.51 377.517.915.51352.910.525.01 364.0

        3.1.2 加速性能計算結(jié)果

        圖3為滿載情況下4種變速器匹配方案在各檔位的加速度計算結(jié)果。從圖3可以看出:檔位越低加速度越大,其中ZF6S500匹配方案和C6J50T匹配方案的1檔加速度最大,為4.62 m/s2;C6J50T匹配方案2檔到4檔的加速度都要略高于ZF6S500匹配方案; 三款6檔變速器匹配方案的5檔與6檔加速度一樣,是因為他們的5檔和6檔速比一樣;8JS85A匹配方案和6DS60TA匹配方案的加速度要略低于ZF6S500匹配方案和C6J50T匹配方案。

        表4為滿載情況下4種變速器匹配方案從靜止加速到某一速度所用的時間。從表4可以看出:在60 km/h以下時C6J50T匹配方案的加速時間最短,響應(yīng)最快,表現(xiàn)最好;70 km/h~80 km/h階段,8JS85A匹配方案的加速時間最短;當(dāng)車速超過80 km/h以后,ZF6S500匹配方案的加速時間最短;6DS60TA匹配方案在加速時間的表現(xiàn)一般。結(jié)合載貨車的使用情況,在低速超車的情況更多,要求車輛響應(yīng)快,加速時間短,結(jié)合圖3的分析認(rèn)為C6J50T匹配方案更適合。

        圖3 滿載情況下4種變速器匹配方案在各檔位的加速度計算結(jié)果

        3.1.3 油耗計算結(jié)果

        表5為滿載情況下4種變速器匹配方案在等速行駛時的燃油消耗量。出于實際考慮,研究30 km/h以下車速的油耗實際意義不大,而我國高速公路規(guī)定限速不能超過120 km/h,因此本文只研究30 km/h~110 km/h范圍內(nèi)的油耗[3]。由表5可以看出:車速相同時檔位越高油耗越低,而高檔位的速比更小,可以認(rèn)為在其他條件相同時,速比越小油耗越低; 3個6檔變速器匹配方案在5檔和8JS85A匹配方案在7檔時油耗一樣,這主要是由于在當(dāng)前檔位時變速器速比相同造成的; 綜合來看,8JS85A匹配方案的油耗要略低一些,其他3個6檔變速器由于速比差距不是很大,因此油耗在同一水平線。

        表4 滿載情況下車輛從靜止加速到某速度的加速時間 s

        表5 滿載情況下車輛等速行駛的燃油消耗量

        3.2 循環(huán)工況

        本文對UDC、EUDC和NEDC三種循環(huán)工況進(jìn)行了計算。表6是滿載情況下4種變速器匹配方案的循環(huán)工況計算結(jié)果??梢钥闯?,三種循環(huán)工況計算中8JS85A匹配方案的油耗和CO2排放量要明顯高于其他3款變速器方案。而ZF6S500、6DS60TA和C6J50T三種方案油耗和CO2排放量相當(dāng),但C6J50T的計算結(jié)果要略好一點。

        表6 滿載情況下循環(huán)工況計算結(jié)果

        4 結(jié)論

        本文對4種變速器匹配方案進(jìn)行了計算,得出以下結(jié)論:

        (1) 循環(huán)工況UDC、EUDC和NEDC的測試表明,8JS85A匹配方案表現(xiàn)一般,其他3個6檔變速器匹配方案油耗低,CO2排放少,其中C6J50T表現(xiàn)最好。

        (2) 爬坡性能與速比關(guān)系較大,8JS85A匹配方案的爬坡度最大。綜合考慮爬坡度和爬坡時的車速,C6J50T匹配方案在3款6檔變速器中表現(xiàn)最好。

        (3) ZF6S500匹配方案和C6J50T匹配方案的1檔加速度最大,為4.62 m/s2;60 km/h以下時C6J50T匹配方案的加速時間最短,表現(xiàn)最好;車速超過80 km/h以后,ZF6S500匹配方案的加速時間最短。

        (4) 8JS85A變速器的速比小,等速行駛時的燃油消耗量要比其他三款變速器低。3個6檔變速器速比較為接近,等速行駛時的燃油消耗量相差不大。

        (5) 綜合各測試結(jié)果,考慮整車的動力性和經(jīng)濟(jì)性,認(rèn)為C6J50T匹配方案較為適合本文研究的6X2載貨車。

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