某牵引车动力性经济性分析和改善研究

易 彪

某牵引车动力性经济性分析和改善研究

易 彪

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230000）

为改善某款牵引车动力性和经济性性能，利用Cruise软件建立整车仿真模型，对原型车进行了动力性和经济性分析。对比竞品的试验数据发现，该车的动力性好，而经济性较差。根据原型车和竞品车的滑行试验对比数据分析了整车的行驶阻力。通过计算流体动力学（CFD）分析并提出驾驶室顶部的优化方案，改善了整车的行驶阻力；分析不同后桥速比下发动机的工作区间，并结合客户使用需求情况，提出了优化后桥速比的改进方案。试验结果表明，优化方案有效，改善了整车性能，提升了产品竞争力。

牵引车；整车性能；动力性；经济性

汽车的动力性和经济性是衡量汽车性能的重要指标[1]。原车型是一款6×4牵引车，设计总质量为49 t，搭载13 L国六发动机，12挡电控机械自动变速箱（Automated Mechanical Transmission, AMT），单级减速后桥，后桥速比3.08。整车基本参数如表1所示，其中各挡位速比如表2所示。

表1 整车基本参数

项目参数 整车驱动6×4 综合总重/kg49 000 发动机型式六缸、直列、水冷、四冲程、增压中冷 额定功率/kW/(r·min-1)412/1 800 最大扭矩/(Nm)/(r·min-1)2 600/1 000～1 400 排量/L12.9 变速箱型式AMT 后桥主减速比3.08 轮胎型号12R22.5

表2 变速箱各挡位速比

挡位速比挡位速比 I16.69Ⅷ2.83 II12.92IX2.17 III9.93X1.68 IV7.67XI1.29 V5.9XII1 VI4.57R115.54 VII3.66R212.03

1 原型车动力性经济性分析

1.1 建模仿真

在Cruise软件中建立6×4牵引车的整车模型[2]，如图1所示。在Cruise模型中输入整车滑行阻力及各部件参数，模拟整车动力性经济性转毂试验。

图1 6×4牵引车Cruise模型

1.2 原型车试验验证

在转毂试验室对原型车开展了如图2所示的动力性经济性试验[3]，通过试验结果分析整车的实际性能及Cruise模型搭建的精度。

图2 原型车动力性经济性试验

1.3 数据分析

原型车的动力性经济性仿真数据、试验数据及竞品试验数据如表3所示。通过对比分析原型车的仿真数据与试验数据可知，该6×4牵引车Cruise模型仿真数据误差范围在5%以内，认为该仿真模型精度很好。精度较高的Cruise仿真可以在一定程度上替代部分试验，减少试验的次数、节省成本和缩短开发周期。

通过对比原型车与竞品的试验数据可知，原型车动力性好于竞品，但是经济性比竞品差，特别是高速段，油耗差距较大。故需对原型车经济性进行优化，提升产品竞争力。

表3 原型车仿真数据、试验数据和竞品试验数据对比分析

项目仿真值试验值竞品性能误差分析/%性能对比/% 最高车速/(km/h)≥100≥100≥10000 0～70 km/h换挡加速时间/s51.5153.1458.473.16+10.03 最高挡60～100 km/h加速时间/s61.1763.8571.154.38+11.43 最大爬坡度/%23.523.120.1-1.70+12.99 最高挡经济性（L/100 km）60 km/h25.5225.4625.65-0.24+0.75 70 km/h28.6228.7828.400.56-1.32 80 km/h32.6132.9631.991.07-2.94 90 km/h37.3637.4235.950.16-3.93 100 km/h43.2042.9940.72-0.49-5.28

注：性能对比中，“+”表示原型车比竞品好，“−”表示原型车比竞品差。

2 优化方案

2.1 行驶阻力分析

优化整车动力性、经济性首先考虑优化整车行驶阻力，对原型车进行滑行阻力试验[4]，整理原型车与竞品整车滑行数据如图3所示。

图3 原型车与竞品滑行阻力对比

在低速段，原型车与竞品滑行阻力基本相当。但是随着车速的增加，原型车滑行阻力明显比竞品要大，且随着车速的增加，劣势越来越大。因低速段整车行驶阻力主要受滚动阻力影响，高速段主要受空气阻力影响。可以初步判定原型车滚动阻力与竞品相当，空气阻力比竞品要大，需要对原型车和竞品进行计算流体动力学（Comput- ational Fluid Dynamics, CFD）分析[5]。应用Power FLOW软件对竞品开展如图4所示的CFD分析，对原型车开展如图5所示的CFD分析。通过CFD分析对比可以看出原型车导流罩角度不合理，导致驾驶室的CFD分析结果较差。

图4 竞品CFD分析

通过对原型车驾驶室顶部导流罩角度进行优化，减小导流罩正面流动滞止区面积，降低阻力；同时控制导流罩顶部气流分离点后移，并再次分析，相关结果如图6所示。改进后样车的滑行试验数据如图7所示。

图6 改进车CFD分析

图7 改进车、竞品和原型车滑行阻力对比

2.2 动力匹配分析

动力匹配分析首先要进行市场调研，明确开发车型的应用场景，确认客户的使用路况、常用车速和常用挡位等。通过分析等速条件下整车在发动机MAP图上的工作区间，判定车型使用场景是否在发动机经济区间。

根据市场调研客户使用场景，此车型应用于平原高速物流，常用挡位为12挡（最高挡），常用车速为70～100 km/h，其中90～100 km/h居多。绘制整车最高挡常用车速在发动机MAP图上的工作区间，如图8所示。

通过图8可以看出，发动机经济区间在 185 g/kW·h内。整车车速70～100 km/h在发动机MAP图上的工作区间并未落在经济区间内，特别是在最常用的车速90～100 km/h，整车在发动机MAP图上工作区间较差。为了优化整车常用车速在发动机MAP图上的运行区间，可以采取在保证动力性的条件下，通过匹配较小速比，把整车工作区间向经济区间移动[6]的方法。参考竞品动力性试验数据，推算整车后桥速比需大于等于2.4。初步选定2.44、2.64、2.85三组后桥速比进行仿真分析，结果如表4所示。

图8 最高挡发动机工作区间

表4 不同后桥速比动力性经济性仿真结果

项目不同后桥速比条件下的仿真值 2.442.642.85 最高车速/(km/h)≥100≥100≥100 0～70 km/h换挡加速时间/s56.1454.2152.41 最高挡0～100 km/h加速时间/s70.1268.2065.45 最大爬坡度/%20.521.222.1 最高挡经济性/(L/100 km)60 km/h25.1425.0825.22 70 km/h27.7227.8427.99 80 km/h30.1930.7831.51 90 km/h33.6234.8435.32 100 km/h36.4438.0139.73

分析结果显示，匹配后桥速比为2.44的油耗最低，特别是在最常用车速90～100 km/h，油耗改善效果显著，且动力性比竞品略好。绘制不同速比下整车在发动机MAP图上的工作区间，如图9所示。整车匹配后桥速比2.44时，常用车速 70～100 km/h在发动机MAP图上的运行区间较好，特别是在最常用车速90～100 km/h全部在发动机的经济区间内，与Cruise仿真数据一致。综合考虑，建议匹配2.44的后桥速比。

图9 各速比最高挡发动机工作区间分析

3 试验验证

表5 优化后转毂测试动力性经济性与竞品对比

项目车型评价 2.44后桥速比竞品 最高车速/(km/h)≥100≥100竞品相当 0～70 km/h换挡加速时间/s56.2558.47优于竞品 最高挡60～100 km/h加速时间/s70.0471.15优于竞品 最大爬坡度/%20.720.1优于竞品 最高挡经济性/(L/100 km)60 km/h24.9625.65优于竞品 70 km/h27.2228.40优于竞品 80 km/h29.1431.99优于竞品 90 km/h31.5435.95优于竞品 100 km/h34.2340.72优于竞品

确认优化方案后，在转毂台架上进行了试验，结果与竞品对比如表5所示。通过对比分析，可以确认改进后的车型动力性略优于竞品，经济性的提升效果显著，综合来说，优化方案是有效的。

4 总结

1）整车的行驶阻力对动力性经济性影响很大，可以通过优化整车风阻来降低整车行驶阻力，以改善整车的动力性经济性。

2）在动力匹配的过程中，根据用户使用场景，在保证动力性的前提下，可以通过使用较小后桥速比将整车常用车速在发动机MAP中的运行区间向经济区间移动，改善整车的燃油经济性。

3）利用Cruise软件进行整车动力性经济性仿真计算，计算结果与实际测量结果十分相近。在动力性经济性研究中可以减少试验次数，缩短开发周期和减少开发费用。

[1] 高睿,张伟.基于客户需求的整车竞争力测评方法[J].汽车实用技术,2022,47(4):174-178.

[2] 缪明雅.基于AVL Cruise的某纯电动汽车动力系统匹配设计[J].汽车实用技术,2022,47(23):109-113.

[3] 李海辉,张伟,赵向兵.排气背压对整车燃油经济性影响的试验[J].汽车实用技术,2022,47(22):88-91.

[4] 罗雄,刘易斯.汽车道路滑行阻力的研究[J].汽车科技, 2019(6):19-22.

[5] 冯柏超.汽车空气动力学与车身造型研究进展[J].时代汽车,2019(6):27-28.

[6] 高强.氢燃料卡车动力系统匹配设计[J].时代汽车, 2021(11):124-125.

Research on Analysis and Improvement of Power and Economy of a Tractor

YI Biao

( Anhui Jianghuai Automobile Company Limited, Hefei 230000, China )

In order to improve the power and economic performance of a tractor, the whole vehicle simulation model is established by using Cruise software, and the power and economic performance of the prototype vehicle is analyzed. By comparing the test data of competing products, it is found that the car has good power performance but poor economy. By comparing the coasting test data of the prototype vehicle and the competitive vehicle, the driving resistance of the whole vehicle is analyzed. Through computational fluid dynamics (CFD) analysis, the optimization scheme of the top of the cab is proposed to improve the driving resistance of the whole vehicle; The working range of the engine under different rear axle speed ratios is analyzed, and the improvement scheme for optimizing the rear axle speed ratio is put forward according to the customer's demand. The test results show that the optimization scheme is effective, improves the vehicle performance and enhances the product competitiveness.

Tractor; Vehicle performance; Power; Economy

U462

A

1671-7988(2023)18-10-05

易彪（1990－），男，工程师，研究方向为整车集成，E-mail:1107123273@qq.com。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.018.003