某客车动力总成匹配优化计算_江淮汽车王军等

某客车动力总成匹配优化计算 王 军 1 李自强 2 安徽江淮汽车股份有限公司 摘 要：本文利用 AVL BOOST 对增压器进行调整从而提升了扭矩性能，再利用 AVL CRUISE 软 件对优化前后的两组发动机和现有的两组后桥进行交叉匹配计算，选择最优的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，提升了整车的性能。 关键词：动力总成，增压器，后桥 主要软件：BOOST，CRUISE Optimized Calculation of Powertrain Match on One Passenger Car Wang Jun1 Li Zi Qiang2 Anhui Jianghuai Automobile CO.,LTD., [Abstract] Taking advantage of AVL BOOST, this issue adjusts turbo charger to improve the torque performance. It also uses AVL CRUISE software to carry on matrix matching calculation for two group engines before and after optimization and existing two group rear axles. At last, it chooses one optimal scheme to promote the vehicle performance. Key words: powertrain，turbo charger，rear axle 1 引言 汽车动力传动系统是汽车最重要的装置之一，主要包括汽车发动机和传动系。发动机为汽车提 供动力，它的性能直接影响了汽车的整车性能，汽车发动机与驱动车轮之间的动力传递装置称为传 动系，它保证了汽车在各个行驶条件下所必需的牵引力和车速，汽车发动机的性能直接决定了汽车 整车的动力性、燃油经济性和排放性能，但整车性能还与传动系的主减速比和变速箱有密切关系， 只有通过合理匹配实现动力性与燃油经济性的相互协调才能最大程度的满足使用要求。本文针对某 客车动力性不足与油耗不理想的问题采用 BOOST 和 CRUISE 软件的联合计算，实现了动力提升与 整车的优化匹配，节省了大量的试验费用和时间。 2 发动机动力提升 在与市场竞争车型比较发现，我公司产品存在低速扭矩较小，起步超车加速迟缓的现象，为了 提升整车的动力性能，首先对发动机的低端扭矩进行优化，为此选择了一款比现在使用的增压器小 的新增压器进行匹配计算，希望对低端扭矩进行提升，同时将发动机的最大扭矩由 250N.m 提升到 280N.m。废气旁通涡轮增压器的选配总是一个折中的过程，考虑压气机和涡轮机的效率，压气机的 压比，不能有效的利用增压装置。因为在低速时，废气流量小，小涡轮可以将废气能量高效的转化 为压气机的机械能。这将改善低端扭矩和整车驾驶性。而在较高转速上，需要较大废气流通，这将 加剧油耗。大涡轮则相反，在高速时，需要的废气流通相对较小，减小了燃油消耗；在低速时，由 于供给压气机的废气能量太小，从而降低了低端扭矩和整车驾驶性。 现增压器匹配选择：压气机：C201A 55 Trim 0.53 A/R ，涡轮机：GT20 T100H(47) 72 Trim 0.46 A/R 小增压器匹配选择：压气机：C201A 55 Trim 0.53 A/R ，涡轮机：GT20 T100H(47) 72 Trim 0.35 A/R 运用 BOOST 软件进行增压器匹配后的性能结果如下图： 160 180 200 220 240 260 280 300 To rq ue (N .m ) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 speed(rpm) big Torque Engine 1(N.m) small Torque Engine 1(N.m)(-) 260 280 300 320 340 360 380 BS FC (g /k W .h )( -) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 speed(rpm)(-) big BSFC Engine 1(g/kW.h)(-) small BSFC Engine 1(g/kW.h)(-) 图 1 大小增压器匹配后性能对比 由计算结果可知更换小增压器对低端扭矩提升很小，对高速端有下降趋势，增压器效率大幅下 降；低端扭矩增压器起到作用很小，基本依靠发动机的自身潜力；通过调整现有增压器即可满足高 速性能要求，建议不做更换。 3 动力总成匹配计算 本次计算运用 CRUISE 软件分别从二档起步换档加速、直接档超车加速的角度对整车的动力性 进行仿真计算；从六工况循环油耗对整车经济性进行仿真计算。某些难以确定的参数如转动惯量、 滚动阻力系数等按经验选取。动力性和经济性计算任务的整车载荷状态与整车试验状态保持一致 （5100KG）。计算中运用了 2 个后桥速比和 2 组发动机数据，我们在此约定：后桥一速比为 6.142， 后桥二速比为 6.83，发动机一为未调节增压器阀杆的数据，发动机二为调节增压器阀杆后的数据。 表 1 方案列表 后桥 发动机 方案一 后桥一 发动机一 方案二 后桥一 发动机二 方案三 后桥二 发动机一 方案四 后桥二 发动机二 3.1 模型搭建 根据整车配备的发动机，变速箱，驱动形式以及整车结构和驱动形式的分析，选用模型库中汽 车模块(Vehicle)、驾驶室模块(Cockpit)、发动机模块(Engine)、离合器模块(Clutch)、变速箱模块(Gear Box)、减速器模块(Single Ratio，作为主减速器)，以及车轮(Wheel)和制动器模块(Brake)，发动机和 传动系统以及汽车上其它耗能部件可用风扇模块(Auxiliary)代替。 当各子系统模型选定之后，应根据汽车配置方案和部件连接关系建立模型的物理连接，该步骤 相对简单，只须用 Connect 连接功能建立物理连接，传动系各部件之间有直接的物理连接关系，车 轮和制动器之间也有物理连接关系，但驾驶室与动力传动系和制动系之间没有物理连接，在仿真过 程中，它们之间是通过信号连接来传递信息。 要想正确建立汽车各子模型之间的信号连接关系，必须对汽车系统内部各部件之间的连接和控 制关系、信息传递关系以及汽车动力学有深入的理解。如传统后轮驱动汽车，驾驶室需要的转速信 号来自于发动机转速，需要的挡位指示信号来自于变速器的当前挡位。同样，制动器需要的制动压 力、摩擦离合器需要的期望的结合程度、发动机需要的负荷信号和起动开关信号以及变速箱需要的 期望挡位信号都来自于驾驶室。汽车系统模型各信号连接在模型窗口的下方进行操作。 图 2 整车和发动机 cruise 计算模型 3.2 输入数据 利用 CRUISE 进行汽车性能仿真的最大特点是各子系统的模块化 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 以及子模块的参数化输入 很方便，双击模型中的子模块即可弹出对应各子系统的参数输入界面，子系统参数通过参数输入界 面输入。也可通过从已有模型中调入数据、从已有数据文件中导入数据以及拷贝与粘贴方式输入输 出数据输入到新建的子模块中。通过输入 模板 个人简介word模板免费下载关于员工迟到处罚通告模板康奈尔office模板下载康奈尔 笔记本 模板 下载软件方案模板免费下载 中各模块的参数，确定出较为准确的整车仿真模型。 需要输入的整车参数主要包括整车空满载质量，整车的迎风面积和风阻系数，发动机的外特性曲线， 燃油消耗量 MAP 图，变速箱各档速比及传动效率，主减速器速比及传动效率，轮胎的滚动阻力系数 及离合器结合过程规律、各档位换档规律、旋转部件的转动惯量、能耗原件的耗能率等。当然，要 得到准确的计算结果，部分数据则需要根据大量物理试验、虚拟计算及相关性分析的结果进行适当 修正。 3.3 任务定制 建模和参数输入完成之后，利用检查功能来检查模型是否正确。如果通过检查便可进行仿真。 在仿真计算之前，要定制仿真任务，根据汽车试验和性能分析要求，CRUISE 已经定制了 6 种计算 任务，分别是循环测试(Cycle Run)，爬坡性能测试(Climbing Performance)，等速行驶性能测试(Constant Drive)，全负荷加速测试(Full Load Acceleration )，最大牵引力测试(Maximum Traction Force)，巡航测 试(Cruising)，制动/滑行/倒拖(Brake/Coast/Thrust)。可根据仿真要求选择合适的计算任务。 3.4 计算模型修正 对搭建完成的模型，如果有准确性较高的试验数据的话，可以利用试验的数据对模型进行校正， 包括各个车辆模块输入数据与试验参数靠近的修正，和任务仿真时的修正，比较关键的参数有阻力、 传动效率、车轮滚动半径等。 下表为模型修正后的对比结果： 表 2 试验与模拟数据比较 试验值 模拟值 载荷状况（kg） 5100 5100 最高档最高车速（km/h） 130 127 二档起步加速到 90km/h 时间（s） 34.4 33.1 四档 30km/h 加速到 90km/h 时间（s） 44.37 45.5 六工况循环油耗 （L/100km） 13.7 13.3 五档 90km/h 油耗 （L/100km） 19.82 19.7 五档 120km/h 油耗 （L/100km） 33.74 34.06 综上，我们可以看出，其他的模拟值基本能够很好的贴近试验数据，我们认为此时的模型可以 对提出的各个方案做对比性的分析比较。 4 方案的确立及计算结果分析 4.1 增压器调节前后各档位动力性经济性曲线 图 3 三档动力性经济性曲线 图 4 四档动力性经济性曲线 图 5 五档动力性经济性曲线 从几组动力性经济性曲线可以得出：6.142 的后桥基本能够很好的平衡动力性和经济性，速比为 6.83 的后桥动力性很强，但是油耗很恶劣。 4.2 计算结果比较 表 3 动力性对比 方案一 方案二 方案三 方案四 载荷状况（kg） 5100 5100 5100 5100 最高档最高车速（km/h） 127（4565rpm） 132（4745rpm） 120（4800rpm） 120（4800rpm） 二档起步 0km/h 加速到 90km/h 时间 （s） 33.06 27.78 30.41 25.98 直接档 30km/h 加速到 90km/h 时间 （s） 45.47 36.84 37.13 26.55 表 4 经济性对比 方案一 方案二 方案三 方案四 载荷状况（kg） 5100 5100 5100 5100 六工况循环油耗 （L/100km） 13.31 13.4 13.65 13.85 70km/h 16.73 16.95 17.74 17.77 Ⅳ档等速行驶 燃料消耗 （L/100km） 90km/h 21.36 21.78 22.64 23.36 90km/h 19.7 20.54 20.64 21.43 Ⅴ档等速行驶 燃料消耗 （L/100km） 120km/h 34.06 36.67 35.74 39.86 从四种方案性能对比来看，方案四的动力性最好，经济性最差；方案一的经济性最好，动力性 最差；方案二和方案三的动力性、经济性都相差不多，介于方案一和方案四之间，方案二略优于方 案三。 5 结论 （1）由后桥速比的计算我们可以看出 6.142 的后桥速比在动力性和经济性的平衡性上要好于 6.83 的后桥，所以现在的速比为 6.142 的后桥； （2）方案二很好的提升了整车的动力性，同时经济性也完全在可以接受的范围内，后期搭载整 车后的试验也验证了该方案的预测准确性。 参考文献 [1]《BOOST User’Guide》奥地利 AVL 公司 2008 [2]《CRUISE User’Guide》奥地利 AVL 公司 2008 [3] 余志生，汽车理论[M]，北京，机械工业出版社，2000