畢業(yè)論文：基于GT-DRIVE的牽引車整車性能及動力裝置匹配分析

1、基于GT-DRIVE的牽引車整車性能及動力裝置匹配分析【摘 要】 本文介紹了牽引車性能分析的理論計算方法，并基于GT-DRIVE對一款牽引車的整車根本性能進行了分析，進一步優(yōu)化了車輛的三種動力裝置匹配方案。該性能分析結(jié)果不僅可以指導(dǎo)設(shè)計人員的設(shè)計工作，而且為車輛的進一步改型設(shè)計提供了理論的量化依據(jù)?！娟P(guān)鍵詞】 動力裝置 整車匹配 動力性 燃油經(jīng)濟性中圖分類號:U464.32文獻標(biāo)識碼:A Tractor performance and power equipments matching analysis Bai Fengliang Xu Xianfeng Ma Dong(Computer An

2、alysis Department, R&D Center, Beiqi Foton Motor Co. Ltd., Beijing, 102206)Abstract：This paper introduces the theory about vehicle performance analysis. Based on this theory , the author analyses a tractors performance and evaluates three schemes of power equipments matching . The result help th

3、e vehicle designers optimize their design .Key Words: Dynamic Equipments; Vehicle Matching; Dynamic Performance; Fuel Economy1 前言在汽車的研制過程中利用合理的理論建立正確的數(shù)學(xué)模型和力學(xué)模型，利用模擬計算的研究方法研究部件性能的各參數(shù)對整車性能的影響效果以及各個參數(shù)之間的相互影響關(guān)系，不僅能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的問題，預(yù)見整車的性能水平，并且能大大縮短研制周期，防止不必要的錯誤和損失。牽引車一般由牽引頭和掛車兩大局部組合而成，適用于大宗貨物和集裝箱的中長途運輸。本文介紹了牽

4、引車的性能分析方法，并應(yīng)用車輛性能計算原理對一款牽引車的性能和動力裝置匹配進行了分析。2 車輛性能和動力匹配分析原理21發(fā)動機性能參數(shù)的修正發(fā)動機制造廠提供的發(fā)動機特性曲線，有時是在實驗臺上未帶水泵，發(fā)電機等條件下測得的，帶上全部附件設(shè)備時發(fā)動機的特性曲線稱為使用外特性曲線。一般汽油機的使用外特性的最大功率比外特性最大功率小15%；貨車柴油機約小5%；轎車與輕型汽車柴油機約小10%。發(fā)動機工作性能受環(huán)境壓力，溫度和相對濕度影響。發(fā)動機在非標(biāo)準(zhǔn)狀況下運轉(zhuǎn)時，其有效功率及燃油消耗率應(yīng)修正到標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況。公式13完成實測狀況、標(biāo)準(zhǔn)狀況及實用現(xiàn)場狀況發(fā)動機性能數(shù)據(jù)間的修正轉(zhuǎn)換1。 (1) (2) (3

5、)Pe現(xiàn)場環(huán)境下的有效功率 Pe0標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的有效功率 現(xiàn)場環(huán)境狀況下飽和蒸汽壓 標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況下飽和蒸汽壓T現(xiàn)場環(huán)境狀況下的環(huán)境溫度 T0標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況下的環(huán)境溫度a可調(diào)油量法功率校正系數(shù) k指示功率比機械效率 p現(xiàn)場環(huán)境狀況下的大氣壓Tc中冷器冷卻介質(zhì)進口溫度 Te0標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中冷器冷卻介質(zhì)進口溫度 標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況下的相對濕度 p0標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況下的大氣壓 m,n,q功率校正系數(shù) 現(xiàn)場環(huán)境狀況下的相對濕度22 車輛性能的根本計算公式 燃油經(jīng)濟性計算燃油經(jīng)濟性通常用等速燃油經(jīng)濟性表示，即等速行駛100km所消耗的燃油量，L/100km。設(shè)牽引車以速度Ua (km/h)等速行駛在平直的路上，此時阻力功率

6、為PKW2。那么等速百公里油耗為： (4)b燃油消耗率g/(KW.h) 為燃油的密度kg/L g 為重力加速度m/s2 最大爬坡度計算最大爬坡度滿足 (5)Ga 整車重量 (N) Rk輪胎滾動半徑(m) f 輪胎滾動阻力系數(shù) 牽引車最大爬坡角 牽引車傳動系效率 汽車變速器第一檔速比 汽車驅(qū)動橋速比 牽引車最大轉(zhuǎn)矩Nm 動力性計算初速度加速到末速度，其中各工況參數(shù)可由以下公式求得3： (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12)Te發(fā)動機有效轉(zhuǎn)矩(Nm) Temax發(fā)動機最大有效轉(zhuǎn)矩(Nm) Tp 發(fā)動機額定功率對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩(RPM) M 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)速(RPM)發(fā)動機額

7、定功率對應(yīng)的轉(zhuǎn)速(RPM) 車輛加速度(m/s) 各檔發(fā)動機轉(zhuǎn)速(RPM) 各檔車速(km/h) Ft車輛驅(qū)動力(N) Fw 車輛空氣阻力(N) 計算時所取時間間隔(s) , 第i個時間間隔前后車速(km/h) 第i個時間間隔前后行駛距離(m) CD 空氣阻力系數(shù)迎風(fēng)面積m23 車輛性能計算分析實例待分析牽引車的根本參數(shù)如下：整車外形尺寸長×寬×高：6240×2495×3380mm；軸距：3600mm；整備質(zhì)量：7300kg；列車總質(zhì)量：42995kg；空氣阻力系數(shù)：0.65；車輛迎風(fēng)面積：m2；發(fā)動機排量: L、標(biāo)定功率/標(biāo)定轉(zhuǎn)速: 243/2200k

8、W/ rpm、怠速轉(zhuǎn)速:700rpm、最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速:650rpm；變速箱各檔速比：12.42: 8.29:6.08: 4.53: 3.36: 2.47: 1.35: 1.0；主減速器速比:4.625；輪胎滾動阻力系數(shù)：7。整車仿真分析模型如以下圖： 圖1 牽引車仿真分析模型31 車輛根本性能整車性能分析首先要根據(jù)整車和部件性能數(shù)據(jù)建立整車仿真分析模型和部件參數(shù)文件，其次建立仿真工況，包括路況、加速實驗及爬坡實驗，最后展開整車性能分析。利用GT-DRIVE得到整車燃油經(jīng)濟性和動力性方面的性能。表一：牽引車整車根本性能類別仿真分析工程技術(shù)要求分析結(jié)果實驗結(jié)果動力性50km/h初速度滑行距離m700

9、最高車速(km/h)94直接檔從30 km/h加速到70km/h(s)起步連續(xù)換檔加速至70km/h(s)最大爬坡度%27最大加速度(m/s2)燃油經(jīng)濟性(L/100km)等速百公里油耗40km/h50km/h60km/h70km/h80km/h90km/h整車性能仿真分析需要系統(tǒng)的車輛數(shù)據(jù)文件，本工程所提供的仿真分析數(shù)據(jù)不夠系統(tǒng)，對于未提供的數(shù)據(jù)，分析過程中采用了同類型車輛的部件參數(shù)作參考。分析結(jié)果不可防止存在一定的誤差，但在各個參數(shù)之間的相互影響關(guān)系分析及預(yù)見整車的性能水平方面有積極參考意義。32 車輛動力裝置匹配汽車的動力性和燃料經(jīng)濟性與發(fā)動機和傳動系的參數(shù)選擇匹配密切相關(guān)。理論上各參數(shù)

10、可以連續(xù)任意變化,以獲得最優(yōu)的匹配效果。但在實際應(yīng)用過程中,整車生產(chǎn)廠家在匹配時往往只能選擇市場上已存在的發(fā)動機、變速器、主減速器等4。本文根據(jù)供選部件的三種組合方案，對牽引車的動力匹配進行多方案比擬。表二： 三款變速箱主減速器速比匹配方案方案各 檔 速 比主減速器速比低12345678方案一1方案二1方案三1表三：三種動力裝置匹配情況下的車輛性能類別仿真分析工程分析結(jié)果方案一方案二方案三動力性最高車速(km/h)112最大爬坡度%最大加速度(m/s2)燃油經(jīng)濟性(L/100km)等速百公里油耗40km/h50km/h60km/h70km/h80km/h90km/h城郊循環(huán)HWY4 結(jié)論41整

11、車性能分析結(jié)論基于GT-DRIVE分析牽引車根本性能。等速百公里油耗見圖2。圖2 牽引車等速百公里油耗圖車輛不同車速下各檔位牽引力如圖3 所示，圖中標(biāo)注了各檔位最大牽引力點對應(yīng)的車輛爬坡度和加速度。圖3：各檔位牽引力及最大牽引力點動力指標(biāo)42 動力匹配分析結(jié)論三款齒輪箱的公比近似為等比級數(shù)分配，都能保證車輛具有良好動力性。根據(jù)三種動力裝置的仿真分析結(jié)果，齒輪箱三同速比為5.286主減速器匹配的傳動裝置以保證車輛良好動力性為前提在改善車輛的燃油經(jīng)濟性方面取得了良好的效果。相對于另外兩款齒輪箱在動力性方面由于較低的低速檔傳動比使車輛的爬坡度和最大加速度降低，但增加的超速檔有效的提高了車輛的最高車速。同時通過增大主減速比防止車輛的爬坡能力和最大加速度過度惡化。方案二較方案一增大了低檔位主要是1-5檔的傳動比，改善了車輛的動力性,在高速檔方面兩方案的傳動比根本一致。方案二在保證車輛燃油經(jīng)濟性的前提下改善了車輛低速運行時良好的動力性。方案