某煤炭运输牵引车经济性改善设计

李冀，张衡，刘伟，陈伟建，李艳慧（东风商用车有限公司技术中心，武汉 430056）

某煤炭运输牵引车经济性改善设计

李冀，张衡，刘伟，陈伟建，李艳慧
（东风商用车有限公司技术中心，武汉 430056）

为改善某车型投放至市场后的经济性，保持车型竞争力，从发动机与整车匹配技术方案上着手，就细分市场传动匹配优化、电控风扇搭载及EBP策略调整等技术方案对整车经济性的改善进行了分析，并完成了对应试验，结果表明经济性改善效果明显。

经济性；传动匹配；电控风扇；EBP策略

新车型设计开发过程中需要对布置方案和技术方案固化，实现空间及成本目标的充分利用。整车经济性在车型设计开发完毕后已基本定型，但具体运行路况不同及驾驶习惯差异仍会导致油耗水平出现较大波动。当前不同区域不同排放要求带来的运营成本增加使部分市场的用户对车辆经济性十分敏感，如何寻找并匹配技术方案对经济性进行改善，从而帮助用户节省运营成本，同时保证下一年度车型竞争力是年型车设计中必须要考虑问题。

本文从某煤炭运输牵引车的发动机和整车匹配技术方案着手，结合市场运行情况和驾驶习惯，分析传动匹配、电控风扇和EBP策略对整车经济性影响，通过优化和试验验证，最终达到改善整车燃油经济性的目的，并取得良好效果。

1　车型经济性改善需求及市场背景

某煤炭运输牵引车是针对煤炭运输工况开发的经济型车辆，行驶区域多为平原及丘陵，路况较好，且无超载情况。

车型相关参数如下：

表1　车型参数

在市场投放正值国四排放标准升级，部分地区用户抱怨尿素消耗新增运营成本，期望车型运营成本有所降低。

2　经济性优化技术方案

2.1基于市场需求的传动速比优化

整车特性中动力性与经济性需要相互平衡，比如高效运输车辆注重动力性，经济性必然无法做到经济型车辆水平，而经济型车辆的动力性则会更弱一些。虽然动力性与经济性的平衡取决于整个动力总成的设计，但对于某一需求，必然存在动力性与经济性最优的配置。

在车型设计之初，传动速比已根据市场需求进行过优化匹配，但由于用户使用习惯、路况等多方面影响，车型立项前的特性需求总会与车辆投放市场后的使用情况存在些许偏差，从而可能导致车型当前配置在某种路况下并不是最优的情况。

影响车型动力性经济性的配置中，发动机MAP在固化后难以轻易变更，同一接口的变速箱与后桥可以存在多种速比进行互换，车轮一般会有多种配置由用户选择，难以进行固化或完全变更。针对车型投放进入市场后发动机无法更换和车轮存在多种配置情况，可以通过同一接口变速箱和后桥中不同传动速比的调节进行细微调整，即通过传动速比再次调整进行优化。

2.2电控风扇搭载

发动机热管理是目前实现提高发动机功率密度、改善经济性和可靠性的重要技术手段之一，除基于朗肯循环的废气热量利用等技术外，控制发动机水温，使发动机尽快暖机，并使水温在小范围内浮动的技术更成熟，更容易在整车实现，电控风扇技术就是这其中之一。

电控风扇是通过标定，使不同水温与发动机转速关联，通过调整风扇离合器接合占空比，使不同发动机转速下的风扇转速可控，从而使水温尽快升至合适温度后进行精确控制。

2.3EBP策略调整

针对不同车辆负荷及动力需求，在同一发动机MAP上进行不同的策略设置，从而提升经济性的技术已在很多发动机上实现，康明斯发动机将此技术的实现形式称为EBP节油开关。

EBP节油开关有三档：Economic（经济模式）、Basic（标准模式）、Power（动力模式），不同模式下发动机MAP外特性限值不同，加速度限值也不同，通过这种方法限制粗暴操作影响，使发动机尽可能多时间工作在MAP经济区。

3　技术方案实施

3.1传动速比优化

整车传动系统由12档变速箱和4.44速比后桥组成，与此变速箱接口相同，可以互换的变速箱速比可分直接档和超速档，原车采用超速档速比。同时同一接口的后桥在4.44附近还有3.42和4.88等速比可选择，由于是经济型车型，选取3.42速比进行对比。

在设计开发之初，针对“直接档+4.44”和“超速档+3.42”进行过动力性经济性仿真分析，仿真模型如图1所示，次高档与最高档油耗对比见表2：

表2　次高档与最高档经济性对比

考虑设计输入中实际运输状况为“空载去程、满载回程，常用车速60～80km/h”，由于次高档与最高档均能覆盖60～80km/h，为提高车辆在行驶过程中的档位维持能力，推荐驾驶员在常用车速内选用动力性更足的次高档，从而选取次高档更经济的“直接档+4.44”配置。

但此速比是否与驾驶员驾驶习惯匹配，是否还有继续优化的空间，还需对后市场数据收集、分析。现选取八位用户，安装数据采集系统，进行数据收集，并在一段时间后为其中两位更换为配置“超速档+3.42”进行比较。

3.2电控风扇

原车型开发设计时从经济性考虑，配置机械直连风扇，随着时间推移，电控风扇技术日趋成熟，电控硅油离合器风扇在商用车上逐渐推广应用，但用户在前期购买支出后，后续可因此技术节省运营成本程度如何，还需要试验验证。

由于发动机策略为闭环控制，电控风扇精确控制策略无法应用，本次试验采用on/off控制模式。

电控风扇试验方案见表3，与此同时，数据采集系统也从5月到11月一直搭载在换装有电控风扇的用户车上进行数据采集，以此作为用户的使用情况和全年使用情况数据积累。

表3　电控风扇试验方案

3.3EBP策略调整

经过对用户数据及使用习惯分析，了解到用户一般去程空载时使用E档，返程满载时使用B档，但仍存在去程半载带一些货物的情况，当前E/B/P三档动力无问题。

为避免修改E/B档曲线后造成用户难以适应的情况，确定不对E/B档曲线进行更改，曲线如图2所示EBP曲线。其中E档曲线能确保车货总重不超过40t时的动力性，B档、P档能确保满载时动力性。

同时对E档和B档加速度进行管理，避免粗暴操作带来发动机负荷突变，从而跳出经济区的情况，由于加速度管理策略无法在仿真计算中体现效果，所以本技术应用主要靠试验数据验证。

新旧EBP策略对比试验方案如表4，以B档经济性改善情况作为评价指标，通过满载B档对比验证加速度管理策略的效果。

表4　新旧B档曲线对比试验方案

4　试验结果及分析

4.1传动速比优化分析

4.1.1用户使用情况

用户使用工况为“全程平原或丘陵路况，去程空载走高速，返程满载走国道，且收费站前存在堵车情况”，比设计输入工况更丰富，并存在一定差异。经过长期统计归纳，市场上此车型油耗水平处于34～37L/100km之间。更换速比后的用户经济性提升2.5%，但有用户改变路线，行程经过山区路况时经济性明显恶化。

更换过速比配置车辆的用户油门开度、档位分布、车速分布、发动机负荷及转速分布及如图3所示：

4.1.2换速比前后数据分析

图3中油门开度＞10%区间内趋势及数值基本相同，可见用户驾驶习惯基本不变，不受配置变更影响。

在使用习惯不变情况下，换装后车速比换装前车速略低，使用第12档时间更长，此工况下发动机转速向低于1300转/min区间转移，同时大于90%的负荷率占比下降。

相比换速比前，更高的直接档使用比例和低转速低负荷转移趋势使整车传动效率提高同时，发动机工作区间也向经济区收缩。这两点变化是经济性改善的原因，而导致实际使用情况与前期仿真计算出现偏差的原因，则是复杂的路况信息及驾驶员应对路况时的驾驶习惯与仿真固有策略的差异。

4.2电控风扇经济性改善程度分析

4.2.1试验数据

电控风扇直连和on/off对比试验数据见表5：

表5　电控风扇对比试验结果

图4为实际风扇工作时间占比，直连风扇工作时间占比100%，电控风扇工作时间占比1.8%。

图5为数据采集系统同期跟车监测数据，跟车时间从5月至11月，覆盖整个夏天，为一年中经济性改善效果最小的半年。

4.2.2试验数据分析

本次试验选取符合用户使用情况的高速路进行，但由于水温及电控风扇优化效果受气温影响较大。此处结合数据采集系统数据进行理论计算拟合。

根据图6电控风扇功耗曲线，结合试验和数据采集系统收集数据，理论节油效果见表6。

表6　5至11月平均节油效果

从本次试验及数据收集分析看来，在包括有整个夏季的半年中，电控风扇结合率高于全年水平，节油效果仍可达到2.8%，此值可作为电控风扇全年节油效果的偏向保守的参考值。

4.3EBP策略调整方案验证

4.3.1用户使用情况

新旧B档曲线对比试验结果见表7，添加加速度管理策略后，新标定B档曲线相比原标定B档曲线能提升经济性1.91%。

表7　新旧B档曲线对比试验结果

4.3.2试验数据分析

本次试验平均车速均在40～42km/h之间，且平均车速与百公里油耗趋势相同。发动机工况分布见图7，主要工作区分布合理，可见操作正常，无刻意粗暴操作。

对比新旧标定B档曲线下的发动机主要工作区，可见分布情况类似，对于试验结果差异，应是加速度管理策略导致，如操作粗暴，则优化效果会更明显。

5　结论

由于理论及仿真计算的最优速比并不完全能适应市场需求，后市场还需根据具体路况和用户习惯进行针对性调整，本车型通过速比优化可带来原运输线路2.5%经济性改善。

虽然电控风扇节油效果与环境温度有关，但应用于本车型可带来至少2.8%经济性改善。若应用于运行于南方区域的车型，改善效果会减弱。

本车型通过对EBP策略加入加速度管理功能，带来了至少1.91%的经济性改善，对于操作习惯不好的驾驶员，经济性改善情况更为明显。

该车型应用以上技术后，经济性优化超过7%，用户感知明显。

［1］张波涛，邓礼建，陈其志，郑国世，电控硅油风扇改善车辆燃油经济性的研究，汽车科技，2014.1.

［2］唐应时，肖启瑞，李雪鹏，姚汉波，汽车动力传动系仿真与优化，计算机仿真，2009.6.

［3］蒋学锋，徐贤，坡道行驶工况下载货汽车换挡规律的研究，汽车科技，2011.3.

［4］付强，朱陶锋，电子风扇在海格客车上的节能应用，客车技术与研究，2011.6.

［5］马小峰，匹配技术方案对国III柴油机油耗影响，现代车用动力，2012.4.

专家推荐

汪曙：

本文通过对特定区域运输环境的分析，运用传动系统速比匹配、电控风扇和EBP策略对牵引车在特定运输环境下的经济性进行优化，经实车验证取得良好的改善效果。文中叙述的技术方案是目前国际上比较成熟的技术，但在国内仍处于行业领先水平，有很强的实用性，是未来智能卡车自学习功能的基础，建议发表。该技术方案可以作为区域市场动力性、经济性优化措施加以推广应用。

Optimize of A Coal Transportation Tractor's Fuel Economy

LI Ji, ZHANG Heng, LIU Wei, CHEN Wei-jian, LI Yan-hui
（ DongFeng Commercial Vehicle Technical Center, Wuhan 430056, China ）

As one way to keep the vehicle more competitive which after putting into market, we should improve the fuel economy of this vehicle. From the aspect of how to match engine and vehicle, we analyzed the plan of choose transmission system matching, use electronic fan, optimize EBP strategy, and then finished experiments. The results of these experiments shows the fuel economy is improved obviously.

Fuel economy； Transmission system matching； Electronic fan； EBP strategy

U462.1

A

1005-2550（2016）03-0007-06