基于Cruise的专用车动力匹配方案设计_乔洁.pdf
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1、基于 Cruise 的专用车动力匹配方案设计北京汽车2023.No.1 5 北京汽车北京汽车文章编号:1002-4581(2023)01-0005-04基于 Cruise 的专用车动力匹配方案设计乔洁1,刘湘安1,刘永杰1,王云坤1,袁立青2Qiao Jie1,Liu Xiangan1,Liu Yongjie1,Wang Yunkun1,Yuan Liqing2(1.长安大学 汽车学院,陕西 西安 710064;2.湖北省军区数据信息室,湖北 武汉 430070)摘要:为了提高重型矿用自卸车动力性,利用AVLCruise 软件进行仿真模拟,选择较优的动力匹配方案。首先,计算并确定整车基本设计参
2、数和动力系统参数;然后,通过Cruise 软件构建非公路矿用自卸车整车模型,对最大爬坡度、最大牵引力、稳态行驶时的最高车速以及不同爬坡度下的最高车速进行仿真和对比,确定较优的动力匹配方案。结果表明,动力匹配方案满足自卸车的动力性设计要求,且具有一定的燃油经济性优势。关键词:矿用自卸车;AVL Cruise;动力性中图分类号:U462.3+1文献标志码:ADOI:10.14175/j.issn.1002-4581.2023.01.0020 引言1矿用自卸车在我国发展迅速,市场需求量逐年增加1。矿用自卸车在矿区行驶,工作环境恶劣,其作业过程具有路况差、路面坡度大、超载严重、运输距离短、速度慢、油耗
3、高等特点,这就要求动力系统具有较高性能,其中发动机与传动系统的动力匹配至关重要,合理的匹配可以显著提高整车动力性2。1动力性评价指标车辆的动力性能主要取决于整车发动机和传动系统的匹配。通常采用车辆动力性、燃油经济性以及二者的综合评价来评估动力系统的匹配程度3。由于自卸车的运行工况恶劣,其动力性最为关键,所以本文只讨论其动力性能。采用最高车速、加速时间、最大爬坡度来评价自卸车的动力性,一般不考虑其加速性能。最高车速可由发动机的最高转速初步确定,即rmaxamaxg high 00.377rnuii=(1)基金项目:陕西省自然科学基础研究计划(2023-JC-QN-0664)。式中:ua max为
4、最高车速;nmax为发动机最高转速;rr为滚动半径;i0为主减速比;ig high为变速器最高挡传动比。采用汽车加速时间来评价车辆的加速能力,即210tfw1dd3.6()tuumtttFFF=+(2)式中:t 为加速时间;u1为汽车加速的初速度;u2为汽车加速的末速度;m 为汽车质量;为旋转质量换算系数;Ft为汽车驱动力;Ff为汽车滚动阻力;Fw为空气阻力。汽车爬坡能力采用坡度的坡高与其水平距离之比(%)来表示,即tfw()arcsinFFFG=+=(3)ctani=(4)式中:G为汽车所受重力;为坡度角;汽车的最大爬坡能力为ic max,即采用1挡行驶时的爬坡能力。2动力系统参数设计2.1
5、整车参数及性能要求整车基本参数见表1。根据GB/T 351952017基于 Cruise 的专用车动力匹配方案设计北京汽车2023.No.1 6 北京汽车北京汽车要求,自卸车满载时最大车速不低于35 km/h,最大爬坡度不低于30%,性能要求见表2。表 1整车参数参数参数值整备质量/kg45 000满载质量 ma/kg155 000迎风面积 A/m211.88风阻系数 Cd0.6滚动阻力系数 f0.02传动效率/%0.95滚动半径 rr/mm548附着系数0.55表 2整车性能要求参数参数值最高车速 ua max/(km/h)35最大爬坡度 imax/%302.2动力系统参数设计2.2.1发动
6、机参数设计当汽车的最高车速越高、平均车速越高,则汽车动力性越强,计算见式(5)。3ademaxamaxamax13 60076 140m gfC APuu+(5)式中:Pe max为发动机最大功率;g 为重力加速度;ua max取值为 40 km/h。将表 1 中数据代入式(5)计算得2emax23155 000 kg9.8 m/s0.0213 6000.950.6 11.88 m40 km/h(40 km/h)76 140361.6 kWP+=为满足车辆行驶道路突然变坏或超载的可能,为自卸车动力性增加 12%左右功率冗余,则最大功率应不低于 405 kW,所选用的发动机最大功率为 406 k
7、W,满足功率条件。通过式(6)初步预估发动机最大转矩,即emaxemaxmax9 549PTn=(6)式中:Temax为发动机的最大转矩;为转矩适应系数,取值为1.25;nmax为发动机的最高转速,对选用的发动机进行试验,测得其值为1900r/min。将各数值代入式(6)计算得到发动机最大转矩预估值。emax1.25406 kW9 5492 550 Nm1 900 r/minT=用最小二乘法拟合所选用发动机的试验数据,得到其外特性曲线,如图1、图2所示。发动机实际最大转矩为2 545 Nm,与式(6)计算得到的最大转矩值相近,且满足功率条件,因此所选用的发动机满足设计要求。图 1发动机转矩-转
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