基于油门特性的汽车动力性改善研究

赵振和，邢红岩，田 勇

Zhao Zhenhe，Xing Hongyan，Tian Yong

（东风商用车技术中心，湖北 武汉 430056）

0 引 言

为了满足快递行业对车辆的需求，公司开发了一款适用于500 km范围内的城际间高速物流的车型。该车型上市后，以其质量轻、油耗低及可靠性好等特点，取得了广大用户的认可。但随着投放市场的不断扩大，有用户反映该车动力性差。为了解决问题，对该车的动力性能进行了一系列的试验与研究。

1 动力传动系统分析

动力传动系统具体参数如表1所示。

表1 动力传动系统参数

在提出动力性改善方案之前，首先按照市场用户的装载情况，进行驾驶体会。通过实车驾驶，了解到该车的动力性差主要体现在Ⅱ挡和Ⅲ挡加速能力差。根据汽车动力学公式（1）可以绘制图1所示的升挡示意图，从图1可以看到，用I挡起步后，发动机转速上升到2000 r/min时（经济区上限）换入Ⅱ挡后，发动机转速下降到1067 r/min；用Ⅱ挡使发动机转速上升到2000 r/min时换入Ⅲ挡，发动机转速下降到1178r/min。结合图2所示的发动机特性图可以知道，发动机最大转矩区间为1300～1700 r/min，I挡升入Ⅱ挡、Ⅱ挡升入Ⅲ挡后，发动机转速处于最大转矩区间以下。

式中，v为车速；n为发动机转速；ig为变速箱速比；i0为驱动桥速比。

为了改善Ⅱ挡、Ⅲ挡的动力性，通常有两种方案可供考虑[1]：

方案1：采用大速比驱动桥。

采用大速比驱动桥可以整体提升车辆的动力性能，但同时也会降低车速，无法满足快递运输对于高速的要求，因此方案1不可取。

方案2：增大变速箱Ⅱ挡、Ⅲ挡速比。

选择一款Ⅱ挡、Ⅲ挡速比大的变速箱可以从根本上解决这 2个挡位动力性差的问题，也能够保证最高挡车速满足快递运输的需求。但是由于变速箱类型资源有限，方案 2实施起来难度较大。

2 油门特性

在上述两种方案都无法实现的情况下，文中从驾驶员的驾驶习惯角度出发，期望能够通过改变车辆的油门特性来改善动力性。

在实车驾驶中发现，如果按照平常的驾驶习惯，确实会出现升挡后Ⅱ挡和Ⅲ挡动力性差的问题，如果在换挡后有意识地比平常增大一定的油门开度，这2个挡位的动力性会有一定的改善，基本达到用户可以接受的水平。由于用户的驾驶习惯是多年形成的，而且现在的用户对经济性特别敏感，一般都不会采用大油门驾驶方式，所以需要改变油门特性，在不改变用户驾驶习惯的前提下，改善车辆动力性。

所谓油门特性，是指驾驶室内油门踏板行程与发动机油门开度的关系。通常情况下，踏板行程与油门开度是线性关系，如图3所示正常模式曲线，这种线性关系很好地兼顾了车辆的动力性和经济性。而对于这款动力性偏差的车辆，选择采取加强模式曲线所示的抛物线关系，应用这种油门特性，驾驶员按照平常习惯将油门踏板行程控制在中、低范围内时，实际油门开度比预期的要大，且在中低行程范围内，油门开度随踏板行程是递增式的增长，驾驶员会感觉到动力性有所改善。

当然，从理论上讲，采用抛物线性的油门特性会造成车辆行驶中油门开度偏大，车辆经济性变差的问题，所以需要对抛物线形的油门特性进行标定，选择最合适的关系曲线特征。

3 动力性仿真计算

由于在实车试验中驾驶员无法精确控制油门开度，故采取模拟仿真进行部分油门开度下的加速性能计算。通过Cruise建模[2]，对最终选定的油门特性进行动力性计算。仿真模型如图4所示，计算结果如表2所示。

表2 动力性计算结果

4 动力性主观评价

从动力性的仿真计算可以看到，采用抛物线形的油门特性后，部分油门开度下的动力性有了一定的提升。为了验证此方案能否得到用户的认可，进行了道路驾驶主观评价试验。试验在山区二级公路上进行，由4名驾驶员对原地起步能力（图5）、坡道行驶能力（图6）、超车能力（图7）、挡位维持行驶能力（图8）进行了对比试验。主观评价结果显示，采用抛物线形的油门特性（加强模式）比原来采用线性油门特性（正常模式）的动力性有了明显改善。

5 经济性道路试验

在通过改变油门特性来改善动力性的同时，需要保证整车的经济性不能恶化。由于货车的营运工况复杂，目前尚无准确反映货车运行状况的仿真工况，故选择实车道路行驶的方式进行经济性试验。

如图9所示，通过对平原一般公路、平原高速公路、丘陵一般公路、丘陵高速公路的经济性对比试验可以看出，改善后的加强模式油门特性下的整车燃油经济性不但没有恶化，反而比原正常模式提高了1.3%。

6 结 论

在不改变原车动力传动系统的前提下，通过改变油门特性，用抛物线形的踏板行程与发动机油门开度的关系代替原来的线性关系，改善了原车动力性差的问题。

通过实车对比试验发现，新的油门特性不但改善了原车动力性，且其经济性也有一定程度的改善。试验结果表明，汽车动力性和经济性并不是简单的“跷跷板”式关系，适度改善汽车动力性也会提高燃油经济性。

[1]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2]AVL-Cruise manuals[M].