劉航瑜，許海峰，王博，康建偉，王莎莎

（1.陜汽集團商用車有限公司，陜西 寶雞 721000；2.陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

前言

全球海拔2000m 以上的高原地域有超過68%分布在中國，中國是高原地域最廣闊的國家[1]。長久以來，在高原地域運行的車輛都會受到惡劣環(huán)境的影響，主要表現(xiàn)為動力性能下降、燃油經(jīng)濟性變差及發(fā)動機冷卻能力不足等問題，高原地區(qū)含氧量少、氣壓低、氣溫低等惡劣氣候環(huán)境則是造成車輛高原運行能力下降的最主要因素[2]。

汽車行業(yè)常用AVL-Cruise 軟件對車輛的實際工作狀況進行仿真模擬。在Cruise 軟件中，采用模塊化建模理念，能夠方便快捷地建立各種不同結(jié)構(gòu)類型的整車模型，采用不同任務求解器對計算任務快速求解，模擬分析出整車的動力性、燃油經(jīng)濟性和排放等性能。

圖1 Cruise 整車仿真計算模塊

Cruise 軟件的建模流程較為簡單，參數(shù)配置、修改便捷，可以實時對發(fā)動機模塊（CRUISE M Engine）、整車及傳動系統(tǒng)模塊（CRUISE M Driveline）、冷卻與潤滑系統(tǒng)模塊（CRUISE M Flow）和發(fā)動機尾氣后處理模塊（CRUISE M Aftertreat -ment ）進行修改計算，且不同方案結(jié)果對比直觀，軟件各模塊如圖1 所示[3]。

1 動力性仿真模型搭建

按照該車型動力匹配和傳動路線，在Cruise 軟件中搭建各系統(tǒng)總成和整車模型。

1.1 傳動系統(tǒng)總成模型

在Cruise 建模過程中，分別搭建該車型傳動系統(tǒng)的液力變矩器、變速器、分動器、驅(qū)動車橋等子系統(tǒng)。

1.1.1 液力變矩器模型建立

該車選用的是ALLISON TC551 液力變矩器。主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 ALLISON TC551 液力變矩器主要技術(shù)參數(shù)

ALLISON TC551 液力變矩器的特性曲線參數(shù)輸入得到曲線如圖2 所示。

圖2 ALLISON TC551 液力變矩器特性曲線

1.1.2 變速器

該車型選用的是ALLISON 4500P 型變速器，主要技術(shù)參數(shù)見表2。變速器控制程序是變速器仿真計算的核心。根據(jù)給定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速或汽車行駛速度，模擬出換擋曲線，選擇換擋時機，完成AT 變速器換擋機構(gòu)控制的設(shè)置（見圖3）。

表2 ALLISON 4500P 型變速器主要技術(shù)參數(shù)

圖3 ALLISON 4500P 型變速器控制邏輯

1.1.3 分動器

該車型選用ZQC2000 型分動器，其主要技術(shù)參數(shù)如表3所示。

表3 ZQC2000 型分動器主要技術(shù)參數(shù)

分動器總成模塊的組成如圖4 所示。

圖4 ZQC2000 型分動器模塊組成圖

1.1.4 驅(qū)動車橋

該車型選用中央單級減速帶輪邊行星減速器結(jié)構(gòu)的雙級驅(qū)動橋，驅(qū)動橋主要技術(shù)參數(shù)如表4 所示。

表4 驅(qū)動橋主要技術(shù)參數(shù)

驅(qū)動橋總成模塊的組成如圖5 所示。

圖5 驅(qū)動車橋總成模塊組成圖

該車采用6×6 驅(qū)動型式，全輪驅(qū)動的實現(xiàn)是通過分動器將動力分別向前、后輸出，其動力傳遞路線和各總成的布置方式與常規(guī)全輪驅(qū)動的車輛相同，動力傳遞路線如圖6 所示。

圖6 動力傳遞路線圖

1.2 發(fā)動機總成模型

該車型選用濰柴動力股份有限公司生產(chǎn)的WP12.570 型發(fā)動機，其主要技術(shù)參數(shù)見表5，發(fā)動機平原地區(qū)的外特性和萬有特性見圖7。

圖7 WP12.570 型發(fā)動機平原地區(qū)外特性和萬有特性曲線

表5 WP12.570 型發(fā)動機主要技術(shù)參數(shù)

圖8 WP12.570 型發(fā)動機平原和海拔4000m 地區(qū)外特性曲線對比

根據(jù)WP12.570型發(fā)動機的平原和海拔4000m環(huán)境下的外特性對比曲線（如圖8）可知，低海拔地區(qū)時發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩為2300N·m，最大功率418kW。在高原時發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩為1417N·m，最大功率218kw，相應的轉(zhuǎn)速為1700r/min，未實施高原動力提升措施的發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩下降38%，最大功率下降了約48%。

根據(jù)車輛實際的動力傳遞路線和布置方式，在Cruise中對各總成模塊依次進行設(shè)置，并對液力變矩器、變速器換擋控制、油門、制動以及駕駛室模塊控制邏輯系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行連接，構(gòu)建出整車仿真模型，如圖9 所示。其中整車輸入?yún)?shù)見表6。

表6 該車型整車模型輸入?yún)?shù)

圖9 Cruise 模型中建立的整車模型

2 動力性仿真結(jié)果

通過Cruise 軟件對該車動力性進行求解計算，對比該車在未進行高原動力提升措施時，平原與高原不同工作環(huán)境下的動力性差異。

2.1 最高車速分析

由Constan Drive 任務的 Maximum Velocity 模塊，可計算出每擋位的最高車速如圖10。

圖10 車速和功率平衡曲線圖

計算結(jié)果顯示，該車在平原地區(qū)的最高車速為129km/h，在高原地區(qū)的最高車速為105km/h，滿足最高車速不小于100km/h 的高原地區(qū)動力性指標要求。

2.2 加速性能分析

根據(jù)換擋曲線設(shè)置變速器控制程序，選擇相應的換擋點及換擋方式，模擬計算0～80km/h 的連續(xù)換擋加速時間。車速和加速時間的關(guān)系圖如圖11 所示。

圖11 車速和加速時間關(guān)系圖

計算結(jié)果顯示，該車在平原地區(qū)0～80km/h 的加速時間為34.33s；而在海拔高度為4000m 的高原地區(qū)環(huán)境下，由于高原低氣壓造成的動力性損耗過大，0～80km/h 的加速時間增加到67.90s，不滿足指標要求。

2.3 爬坡性能分析

在climbing performance 任務中選擇原地起步、不考慮輪胎滑移等仿真條件，利用已經(jīng)配置好的參數(shù)，模擬計算出所有擋位的爬坡能力（見圖12）。

圖12 各擋位下最大爬坡度與車速關(guān)系圖

計算結(jié)果顯示，在平原地區(qū)，該車最大爬坡度為45%，可以滿足技戰(zhàn)術(shù)指標要求的最大爬坡度40%的要求，而在海拔高度為4000m 的高原地區(qū)環(huán)境下，由于高原低氣壓造成的動力性損耗過大，最大爬坡度只能達到37%，無法滿足指標要求。

3 結(jié)論

根據(jù)仿真計算結(jié)果可以看出，該車在平原地區(qū)與高原地區(qū)動力性有著顯著的差異，高原地區(qū)的低壓、低溫、低含氧量已經(jīng)使車輛加速性能與爬坡性能不能滿足相應的指標要求，因此該重型越野車在未采取動力提升措施前，環(huán)境適應性較差，不能滿足相應需求。

高原地區(qū)動力性改善方案源自于高原地區(qū)環(huán)境特點對渦輪增壓柴油機影響的研究，消除和解決這些影響是改善其動力性能的根本方案，在后續(xù)的研究中，將在Cruise 軟件中進行渦輪增壓器匹配優(yōu)化和發(fā)動機高原噴油策略優(yōu)化分析計算，并進行發(fā)動機性能和整車動力性仿真計算得出結(jié)果，以驗證經(jīng)過高原動力性提升措施后，整車動力性指標在高原工況下有無明顯提升。