金旭，杜憲峰，劉厚全，程貴剛

（遼寧工業(yè)大學汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001）

前言

在對汽車性能的分析方面，人工計算由于設計周期、結(jié)果精確度和成本的限制，極大的消耗了財力、人力并延長了研發(fā)時間，正逐漸被相應的軟件所取代。奧地利公司所研發(fā)的 AVL-Cruise 軟件就是近年涌現(xiàn)出的一款用于車輛整車動力學仿真研究的軟件[1]。本文根據(jù)給定汽車數(shù)據(jù)計算匹配發(fā)動機和動力系統(tǒng)傳動比，并基于 AVL-Cruise 軟件搭建整車動力系統(tǒng)的仿真模型，對車輛動力性能進行仿真計算分析。

1 某中型卡車特征參數(shù)

某一中型卡車部分參數(shù)以及進行動力匹配設計需滿足的整車動力性要求如表1 所示。

表1 整車部分基本參數(shù)及動力性設計要求

2 動力系統(tǒng)參數(shù)匹配與選型

2.1 發(fā)動機的最大功率及最大轉(zhuǎn)矩的確定

一般情況下發(fā)動機功率應滿足汽車以最高車速行駛時的需求[2]，即：

式中，Pemax為發(fā)動機的最大功率；ηt為傳動效率；ma為汽車總重量；g 為重力加速度；fr為滾動阻力系數(shù)；uamax為最高車速；CD為空氣阻力系數(shù)；A 為汽車正面投影面積。

式中，Temax為發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩；α 為轉(zhuǎn)矩適應系數(shù)；Pe為發(fā)動機額定功率；np為對應轉(zhuǎn)速。

2.2 發(fā)動機的選型

經(jīng)過計算以及資料查詢，最終選中某國五型柴油發(fā)動機，參數(shù)如表2 所示。

表2 發(fā)動機參數(shù)

2.3 各檔速比的理論計算

傳動系的總傳動比是各部件傳動比的乘積，即：

式中，ig為變速器速比；i0為主減速比；ic為分、副減器速比。

變速器的最高檔位一般為直接檔，故而減速器速比即為車輛傳動系統(tǒng)的最小傳動比，而最大傳動比是由變速器最低檔位與減速器的速比相乘得到[3]。以下公式可求出變速器1檔位傳動比的取值范圍。

根據(jù)汽車以最大爬坡度勻速緩慢行駛時所需轉(zhuǎn)矩的條件有：

式中，αmax道路最大坡度角；rr為車輪滾動半徑。

根據(jù)驅(qū)動車輪與路面的附著條件有：

式中，φ 為附著系數(shù)；G2 為車輛滿載并且停在水平面上時，車輛驅(qū)動橋上的垂向載荷。

因本次設計的動力匹配的車型為中型卡車，故采用相對簡單的五檔變速器即可滿足要求。按等比級數(shù)計算并適當調(diào)寬低速檔位間隔，最終獲取傳動系參數(shù)如表2-3 所示。

表3 傳動系參數(shù)

3 動力系統(tǒng)模型的建立及動力性的仿真計算

3.1 整車動力系統(tǒng)仿真模型

依據(jù)動力匹配結(jié)果以及相同車型部分參數(shù)，建立整車動力系統(tǒng)的仿真模型如圖1 所示。

圖1 整車仿真模型

動力性能對任何一種車輛都是最重要的、基礎的性能，其直接影響車輛性能的評估，對汽車動力性的評價標準，主要從三方面進行評價，即最高車速、加速時間、最大爬坡度[3]。

3.2 最高車速仿真分析

圖2 是車輛在水平路面穩(wěn)態(tài)行駛時不同檔位對應的的發(fā)動機轉(zhuǎn)速與車速之間的關(guān)系。五檔位時車速最高為101.24 km/h，滿足大于95km/h 的設計要求。

圖2 發(fā)動機轉(zhuǎn)速-車速關(guān)系

3.3 加速時間仿真分析

如圖3 是各個檔位所能達到的加速度變化曲線，可以看出隨著檔位提高車輛的加速度就會相對降低。設計車輛在一檔位時有最大加速度2.19m/s2。圖4 為車輛起步加速的仿真結(jié)果。可以看出0～60km 的加速僅僅花費26.2s，滿足設計要求。

圖3 各檔加速度曲線

圖4 原地起步加速時間

3.4 最大爬坡度仿真分析

圖5 所示為該汽車不同檔位對應的的爬坡度表現(xiàn)，可以看出檔位越低爬坡度性能表現(xiàn)越好。仿真結(jié)果中的一檔最大爬坡度為33.18%，滿足大于30%的設計要求。

圖5 各檔爬坡度-速度曲線

4 結(jié)束語

本次對某中型卡車進行動力匹配設計及性能仿真計算的研究，內(nèi)容總結(jié)如下：

（1）根據(jù)給定車輛參數(shù)及要求算出了本車所需的發(fā)動機功率扭矩轉(zhuǎn)速等參數(shù)，根據(jù)計算出的參數(shù)選定了發(fā)動機型號。選定了變速器檔位數(shù)，以等比級數(shù)為基礎再次進行微調(diào)得到了各檔傳動比，完成動力匹配設計。

（2）以AVL-Cruise 軟件為平臺，結(jié)合匹配計算設計結(jié)果及相同車型車輛的部分物理參數(shù)，搭建了整車動力系統(tǒng)的仿真模型。

（3）基于模型仿真計算了車輛的動力性能，結(jié)果表明本次的動力匹配設計較為成功。