1、基于 GT-DRIVE 的牵引车整车性能及动力装置匹配分析白凤良 许先锋 马东（北汽福田汽车股份有限公司 汽车工程研究院计算分析所，北京，102206）【摘 要】 本文介绍了牵引车性能分析的理论计算方法，并基于 GT-DRIVE 对一款牵引车的整车基本性能进行了分析，进一步优化了车辆的三种动力装置匹配方案。该性能分析结果不仅可以指导设计人员的设计工作，而且为车辆的进一步改型设计提供了理论的量化依据。【关键词】 动力装置 整车匹配 动力性 燃油经济性中图分类号:U464.32 文献标识码:A Tractor performance and power equipments matching an
2、alysisBai Fengliang Xu Xianfeng Ma Dong(Computer Analysis Department, R Vehicle Matching; Dynamic Performance; Fuel Economy1 前言在汽车的研制过程中利用合理的理论建立正确的数学模型和力学模型，利用模拟计算的研究方法研究部件性能的各参数对整车性能的影响效果以及各个参数之间的相互影响关系，不仅能及时发现设计中的问题，预见整车的性能水平，并且能大大缩短研制周期，避免不必要的错误和损失。牵引车一般由牵引头和挂车两大部分组合而成，适用于大宗货物和集装箱的中长途运输。本文介绍了牵引车
3、的性能分析方法，并应用车辆性能计算原理对一款牵引车的性能和动力装置匹配进行了分析。2 车辆性能和动力匹配分析原理21 发动机性能参数的修正发动机制造厂提供的发动机特性曲线，有时是在实验台上未带水泵，发电机等条件下测得的，带上全部附件设备时发动机的特性曲线称为使用外特性曲线。一般汽油机的使用外特性的最大功率比外特性最大功率小 15%；货车柴油机约小 5%；轿车与轻型汽车柴油机约小 10%。发动机工作性能受环境压力，温度和相对湿度影响。发动机在非标准状况下运转时，其有效功率及燃油消耗率应修正到标准环境状况。公式（1）（3）完成实测状况、标准状况及实用现场状况发动机性能数据间的修正转换 1。(1)0
4、eaP(2)1(7.mk(3)qcenswTpa)().(000Pe现场环境下的有效功率 Pe0标准环境下的有效功率 现场环境状况下饱和蒸汽压 标准环境状况下饱和蒸汽压swp0swpT现场环境状况下的环境温度 T0标准环境状况下的环境温度a可调油量法功率校正系数 k指示功率比机械效率 p现场环境状况下的大气压mTc中冷器冷却介质进口温度 Te0标准环境中冷器冷却介质进口温度标准环境状况下的相对湿度 p0标准环境状况下的大气压 0m,n,q功率校正系数 现场环境状况下的相对湿度22 车辆性能的基本计算公式2.2.1 燃油经济性计算燃油经济性通常用等速燃油经济性表示，即等速行驶 100km 所消耗
5、的燃油量，L/100km。设牵引车以速度 Ua (km/h)等速行驶在平直的路上，此时阻力功率为 P（KW） 2。则等速百公里油耗 为：sQ(4)gubPas.02.1b燃油消耗率g/(KW.h) 为燃油的密度（kg/L） g 为重力加速度（m/s 2）2.2.2 最大爬坡度计算最大爬坡度满足(5)tkkaeIfRGT.)sinco.(10maxaxmxGa 整车重量 (N) Rk轮胎滚动半径(m) f 轮胎滚动阻力系数 牵引车最大爬坡角 牵引车传动系效率 汽车变速器第一档速比maxt 1kI 汽车驱动桥速比 牵引车最大转矩（Nm）0I maxeT2.2.3 动力性计算初速度加速到末速度，其中
6、各工况参数可由下列公式求得 3：(6) (7)kieiRIun.370)( 15.2aDwuACF(8) (9)kteitITF)( awtt Gf.8.9(10) (11) 22max)()(. eiMpeei nn tuiii .631(12)21.506.3ttusiiii Te发动机有效转矩(Nm) Temax发动机最大有效转矩(Nm)Tp 发动机额定功率对应的转矩(RPM) M 发动机最大转矩对应的转速(RPM)n发动机额定功率对应的转速(RPM) 车辆加速度(m/s )pn ia2各档发动机转速(RPM) 各档车速(km/h) ei iuFt车辆驱动力(N) Fw 车辆空气阻力(N
7、)计算时所取时间间隔(s) , 第 i 个时间间隔前后车速(km/h) ti1第 i 个时间间隔前后行驶距离(m) CD 空气阻力系数1,is迎风面积（m2）A3 车辆性能计算分析实例待分析牵引车的基本参数如下：整车外形尺寸（长宽高）：624024953380mm；轴距：3600mm；整备质量：7300kg；列车总质量：42995kg；空气阻力系数：0.65；车辆迎风面积：6.9m2；发动机排量: 8.82L、标定功率/转速: 243/2200kW/ rpm、最大扭矩/转速：1400NM/1200 怠速转速:700rpm、最低稳定转速:650rpm；变速箱各档速比：1 2.42: 8.29:6
8、.08: 4.53: 3.36: 2.47: 1.35: 1.0； 主减速器速比:4.625；轮胎滚动阻力系数： 0.007。整车仿真分析模型如下图：图 1 牵引车仿真分析模型31 车辆基本性能整车性能分析首先要根据整车和部件性能数据建立整车仿真分析模型和部件参数文件，其次建立仿真工况，包括路况、加速实验及爬坡实验，最后展开整车性能分析。利用 GT-DRIVE 得到整车燃油经济性和动力性方面的性能。表一：牵引车整车基本性能类别 仿真分析项目 技术要求 分析结果 实验结果50km/h 初速度滑行距离（m） 700 1277.27 1280.8最高车速(km/h) 94 95.2 95.4直接档从
9、 30 km/h 加速到 70km/h(s) 85.86 87.97起步连续换档加速至 70km/h(s) 73.7 71.54最大爬坡度% 27 30.9动力性最大加速度(m/s2) 2.9740km/h 26.05 25.7850km/h 27.61 26.94燃油经济性(L/100km)等速百公里油耗 60km/h 29.14 30.4870km/h 31.73 30.8080km/h 34.63 33.4190km/h 38.57 38.95整车性能仿真分析需要系统的车辆数据文件，本项目所提供的仿真分析数据不够系统，对于未提供的数据，分析过程中采用了同类型车辆的部件参数作参考。分析结果
10、不可避免存在一定的误差，但在各个参数之间的相互影响关系分析及预见整车的性能水平方面有积极参考意义。32 车辆动力装置匹配汽车的动力性和燃料经济性与发动机和传动系的参数选择匹配密切相关。理论上各参数可以连续任意变化,以获得最优的匹配效果。但在实际应用过程中,整车生产厂家在匹配时往往只能选择市场上已存在的发动机、变速器、主减速器等 4。本文根据供选部件的三种组合方案，对牵引车的动力匹配进行多方案比较。表二： 三款变速箱主减速器速比匹配方案各 档 速 比方案低 1 2 3 4 5 6 7 8主减速器速比方案一 12.42 8.29 6.08 4.53 3.36 2.47 1.81 1.35 1 4.
11、625方案二 13.89 9.09 6.53 4.78 3.57 2.55 1.83 1.34 1 4.625方案三 10.26 6.483 4.62 3.4 2.528 1.907 1.361 1 0.744 5.286表三：三种动力装置匹配情况下的车辆性能4 结论41 整车性能分析结论基于 GT-DRIVE 分析牵引车基本性能。等速百公里油耗见图 2。图 2 牵引车等速百公里油耗图车辆不同车速下各档位牵引力如图 3 所示，图中标注了各档位最大牵引力点对应的车辆爬坡度和加速度。分析结果类别 仿真分析项目方案一 方案二 方案三最高车速(km/h) 95.2 95.2 112最大爬坡度% 30.
12、9 34.8 29.1动力性最大加速度(m/s2) 2.97 3.33 2.840km/h 26.05 26.05 25.4850km/h 27.61 27.61 26.5260km/h 29.14 29.14 27.9670km/h 31.73 31.73 30.2780km/h 34.63 34.63 32.7690km/h 38.57 38.57 35.36燃油经济性(L/100km)等速百公里油耗城郊循环 HWY 45.40 45.35 42.91图 3：各档位牵引力及最大牵引力点动力指标42 动力匹配分析结论三款齿轮箱的公比近似为等比级数分配，都能保证车辆具有良好动力性。根据三种动力
13、装置的仿真分析结果，齿轮箱三和速比为 5.286 的主减速器匹配的传动装置以保证车辆良好动力性为前提在改善车辆的燃油经济性方面取得了良好的效果。相对于另外两款齿轮箱在动力性方面由于较低的低速档传动比使车辆的爬坡度和最大加速度降低，但增加的超速档有效的提高了车辆的最高车速。同时通过增大主减速比避免车辆的爬坡能力和最大加速度过度恶化。方案二较方案一增大了低档位（主要是 1-5 档）的传动比，改善了车辆的动力性,在高速档方面两方案的传动比基本一致。方案二在保证车辆燃油经济性的前提下改善了车辆低速运行时良好的动力性。方案二也是一个比较好的配置方案。参考文献1 孙 军 汽车发动机原理M.合肥：安徽科学技术出版社， 2001.171-1732 余志生.汽车理论(第三版)M.北京：机械工业出版社，2000.2-30.3 何 仁. 汽车动力性、燃料经济性模拟计算方法及应用M . 北京:机械工业出版社,1996 .19-22.4 葛安林,林明芳,吴锦秋. 汽车动力传动系参数的最佳匹配J . 汽车工程,1991 , (1) :65-72.
