（光学工程专业论文）大客车动力与传动系统匹配技术研究.pdf

上海交通大学、上海汽车工业( 集团) 总公司博士后研究工作报告 摘要 本项目是上海汽车工业( 集团) 总公司与上海交通大学产学合作进行的企业 博士后研究课题。由上海交通大学张建武教授和上海申沃客车有限公司曹鬯震 教授级高工指导，经过两年的研究工作，圆满完成了预定任务，取得了比较满 意的效果。根据项目的计划及研究工作情况，全文共分如下几个部分。 1 项目的背景及研究目的和意义 大客车动力及传动系统各部件的合理匹配对车辆的动力性、经济性、交通 流量、运输效率、及可靠性等均有十分重要的影响，而汽车技术的发展，也为 客车的设计提供了更多的选择，如新型发动机、自动变速器、缓速器及客车专 用车桥等。传统的经验设计方法已经跟不上客车产品的更新换代、用户更改的 需求及新技术的发展。大客车传动系的匹配与其他车辆相比有其特殊性，其行 驶工况复杂、发动机散热条件差、附件多等。国家行业和地方对大客车的动力 性能、经济性能及废气排放等都制定了相应的强制性标准或推荐性标准，为满 足这些标准、推进客车技术的发展，必须对大客车动力与传动系统的匹配技术 进行深入的研究，提高产品的设计水平。最后提出了本文主要研究内容。 2 大客车 生能评价指标分析与仿真计算模型建立 为了更好地进行动力与传动系统的匹配研究，首先对大客车的性能评价指 标进行了分析。以汽车理论、发动机原理为基础，建立了大客车性能仿真计算 模型。包括发动机性能数学模型、大客车动力性、经济性计算数学模型，以及 原地起步加速工况的换档规律模型等等。随着大客车技术的不断发展，自动变 速器( a t ) 已经逐渐应用于公交车中，本章最后还讨论了自动变速器中的主要 部件液力变矩器与发动机的匹配方法。 3 动力匹配及整车性能仿真计算软件开发 在建立了模拟仿真计算模型的基础上，按照软件工程理论，完成了一系列 的软件开发工作，包括发动机特性图、的数字化程序、发动机建模程序、动力与 传动系统快速匹配程序、大客车动力性与经济性模拟计算程序、发动机与液力 变矩器匹配程序等。为大客车的动力与传动系统匹配建立了非常实用的工具。 4 主导产品动力与传动系统匹配分析、设计 为了分析主导产品的性能，提高性能仿真计算的精度，首先用试验方法精 i 一 摘要 确测定了有关申沃公司大客车性能仿真使用的相关参数，如空气阻力系数、滚 动阻力系数以及传动效率等，并确定了发动机风扇、发电机、动力转向泵、空 压枫以及空调等附件的消耗功率。然后进行了天然气大客车及 s w b 6 1 0 5 h d p i o 3 公交车的动力选择及其与传动系统的匹配分析，并进行了 s w b 6 1 1 5 k h p 7 3 车的动力性及燃油经济性的预测，预测值与试验值比较吻合。 5 改善国产客车动力匹配的主要措施探讨 在分析了申沃客车主导产品性能的基础上，对改善国产客车动力与传动系 统匹配的主要措施进行了探讨，讨论了大客车如何选择发动机、发动机如何与 行驶工况匹配、如何与传动系匹配。并就如何选择变速箱速比及主减速比进行 了分析。提出了用于传动系匹配的多目标优化方法及直观的“c 曲线”方法。 6 车辆行驶工况测试系统的研发及市内工况测试统计分析 为了解公交车市内行驶工况，更好的使大客车动力传动系统与其使用工况 匹配，研究开发了一套车辆行驶工况自动采集记录系统，系统能同时记录公交 车的车速、发动机转速、油门开度、制动及上下车门开关信号等。并分别对上 海市的市区和市郊两种工况进行了多次测试，对数据做了详细的统计分析，分 析结果对公交车动力传动系统的匹配设计有重要的指导意义。 7 制动系统匹配分析 市内公交车的运行环境决定了大客车的制动系统使用频繁、发熟量大，若 制动系统设计不合理或制动力分配不均，就会造成前轴或后轴蹄片升温过高、 制动能力衰退，形成安全隐患。本章建立了制动力计算方法、开发了制动系统 分析匹配计算软件，并对申沃客车某一产品进行了详细计算分析，提出了改进 措施，提高公交车的行驶安全性。 报告最后对全文的研究工作进行了总结，提出了进一步研究的问题。 总之，通过本项目的研究，为大客车动力与传动系统的匹配提供理论指导 和实用的计算工具，使上海申沃公司的有关工程技术人员掌握大客车匹配技 术，从而提高申沃客车的设计水平，提高市场的占有率。为申沃客车有限公司 的发展做出贡献。 关键词：大客车动力传动系统匹配技术软件开发性能仿真数据采集系统 行驶工况制动力分配 上海交通大学、上海汽车工业( 集团) 总公司博士后研究工作报告 a b s t r a c t t h i sp r o j e c tw a sp r o p o s e db ys h a n g h a ia u t o m o b i l ei n d u s t r i a lc o m p a n ya n d s h a n g h a is u n w i n b u sc o r p o r a t i o n ，c o o p e r a t e dw i t ht h ea u t o m o b i l er e s e a r c hi n s t i t u t e o f s h a n g h a ij a n t o n gu n i v e r s i t y t h r o u g ht w oy e a r sr e s e a r c h ，s o m es a t i s f i e dr e s u l t s a r er e a c h e d 1 r e s e a r c h b a c k g r o u n da n dp u r p o s e t h et r a c t i v ea b i l i t ya n df u e le c o n o m ya r et h em a i np e r f o r m a n c eo ft h eb u s t h e y d i r e c t l yi n f l u e n c e dt h et r a f f i cf l o w i n g ，e n e r g ys a v i n ga n dt r a n s p o r t a t i o ne f f i c i e n c y n o wd a y s ，b e c a u s eo ft h es h o r t a g eo ft h ee n e r g ya n de n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n ，t h e h i g h e r - l e v e ld e s i r et og o o db u sp o w e ra n df u e le c o n o m y a r ep r o p o s e d a n dm a n y o t h e rn e wp r o d u c t sw e r eo f f e r e dt ou s ei nb u s e s s ot h a tw em u s tg oo nf a r t h e r r e s e a r c h i n gt o s u i t a b l ef o ru s i n gt h e s en e wt e c h n i q u e sa n dn e we q u i p m e n t s ，a n d c h a n g ec o n v e n t i o n a ld e s i g nm e t h o dt oc o m p u t e r - a i d e dd e s i g n u s i n gt h ec o m p u t e r s i m u l a t i o n sw ec o u l do b t a i nt h eb e s to n ei nan e w b u sd r i v e l i n ed e s i g no ri m p r o v ea n o 】do n e s 2 b u sp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o na n dp e r f o r m a n c es i m u l a t i o nm o d e l i n g i no r d e rt ow o r ko nt h i sp r o j e c tb e t t e r , f i r s t ，c r i t e r i af o rt h ee v a l u a t i o no fb u s p e r f o r m a n c ea n d s o m ea p p r a i s em e t h o d st ov a l u et h eb u sd r i v e l i n e sm a t c h i n gs t a t u s a r ed i s c u s s e d t h eb u sp e r f o r m a n c es i m u l a t i o nm o d e l sa r ce s t a b l i s h e d i nd e t a i l ， i n c l u d et h eb u st r a c t i v ec a p a c i t ya n df u e le c o n o m yp e r f o r m a n c e ，a sw e l la st h eg e a r s h i f tl a w , a n dt h em a t c h i n gm e t h o d sb e t w e e n t o r q u ec o n v e r ta n de n g i n e 3 b u sp o w e r t r a i nq u i c k l ym a t c h i n gs o f t w a r ea n d b u sp e r f o r m a n c es i m u l a t i o n s o f t w a r ed e v e l o p i n ga n d p r o g r a m m i n g a t i e re s t a b l i s h e dt h ep e r f o r m a n c es i m u l a t i o nm o d e l s ，as e r i e so fs o f t w a r ea r e p r o g r a m m e da c c o r d i n gt h e s o f t w a r ee n g i n e e r i n gt h e o r y , i n c l u d i n gt h ee n g i n ef u e l c o n s u m p t i o nm a pd i g i t i z i n g ，e n g i n e m o d e lf o r m u l a t i n g ，t h ep o w e rt r a i n q u i c k l y m a t c h i n gs o f t w a r e ，b u sp e r f c l r l t l a n c es i m u l a t i o n ，e n g i n ea n dt o r q u ec o n v e r tm a t c h i n g e t ca l lo f t h e s ea r ef o r m e dap o w e r f u lt o o l - f o rb u s p o w e r t r a i nd e s i g n 4 d e s i g na n da n a l y s i so f p o w e r t r a i n s m a t c h i n gs t a t u s o ft h ed o m i n a n t p r o d u c t s i no r d e rt oi m p r o v et h em a i np r o d u c t sp e r f o r m a n c es i m u l a t i o na c c u r a c y , s o m e i m p o r t a n tp a r a m e t e r su s e di ns i m u l a t i o ns o f t w a r ea r et e s t e db yr e a lt e s t i n g ，s u c h a s t h et i r er o l l i n gr e s i s t a n c ec o e f f i c i e n t fa e r o d y n a m i cr e s i s t a n c ec o e f f i c i e n tc va n dt h e t r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c y , e t c t h ep o w e ru s e di ne a c ha f f i x a t i o np a r t ss u c ha sd y n a m i c a b s t t a c t s t e e r i n gp u m p ，a i rc o n d i t i o n e ra n dt h ee n g i n e c o o l i n gf a n ，a r ec a l c u l a t e d t h e nt h e p o w e r t r a i nc o m p o n e n t s u s e di nt h e c o m p r e s s e d n a t u r a l g a s ( c n g ) b u sa n d s w b 6 1 0 5 h d p l 0 3a r ev e r yc a r e f u l l ys e l e c t e du s et h e s es o f t w a r e a n dt h es i m u l a t e d b u s p e r f o r m a n c e a r e q u i t ea c c o r d w i t ht h er e a lt e s tr e s u l t s 。 5 r e s e a r c ho nt h em e t h o d st oi m p r o v et h eb u sd r i v e l i n em a t c h i n gc o n d i t i o n a f t e ra n a l y z e dt h em a i np r o d u c t 5p e r f o r m a n c e ，t h em e t h o d st oi m p r o v et h eb u s d r i v e l i n em a t c h i n gs t a t u sa r ed i s c u s s e d ，s u c ha sh o wt os e l e c te n g i n ea c c o r d i n gt h e b u sr u nc o n d i t i o n s ，h o wt om a t c ht i l ee n g i n ew i t ht r a n s m i s s i o n ，h o wt os e l e c t e dt h e g e a r b o xr a t i o s a n dm a i nr a t i oo ft h ed r i v e l i n e t h e nt h e m u l t i t a r g e to p t i m i z i n g h i e t h o d sa n dt h e “cc u r v e ”m e t h o da r ep r o p o s e d 6 t h eb u s r u n n i n gd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e me s t a b l i s h i n ga n d t h er e a lb u s t e s t i n gi ns h a n g h a ic i t y i no r d e rt of u n do u tt h er u n n i n gc o n d i t i o no ft h ec i t yb u s ，as u i to fi n s t r u m e n tt o s a m p l et h eb u sn m c o n d i t i o n sa r er e s e a r c h e da n de s t a b l i s h e d ，i tc 跚r e c o r dt e ni n p u t s i g n a l sa tt h es a m et i m e s u c ha st h eb u ss p e e d ，e n 每n es p e e d ，a c c e l e r a t o rp e d a l p o s i t i o ns i g n a la n d b u sb r a k i n gs i g n a l ，u s et h i si n s t r u m e n t ，t h er u n n i n gs t a t u so ft h e t w ob u sl i n e si n c l u d e 也e “8 9 ”a n d “x u m i n g ”r e p r e s e n tt h ed o w n t o w na r e aa n d s u b u r bb r e ai ns h a n g h a ic i t ya r es a m p l e d t h ea n a l y z e dr e s u l t sa 心v e r yu s e f u lt o p o w e r t r a i ns y s t e mm a t c h i n gd e s i g n 7 b u sb r a k ef o r c ec a l c u l a t i o na n dd i s t r i b u t i o nb e t w e e nf r o n ta n dr e a ra x i s r u n n i n gi nt h ec i t ye n v i r o n m e n t ，t h eb u sb r a k es y s t e mm a y b eu s e df r e q u e n t l y ， a n dw o u l d g e n e r a t eag r e a ta m o u n t o fh e a t , c a u s en i g ht e m p e r a t u r e i no r d e rt os o l v e t h eb u sf r o n ta x i sa n dr e a ra x i sb r a k ef o r c ed i s t r i b u t eu n r e a s o n a b l e ，t h eb r a k ef o r c e c a l c u l a t i o na n dd i s t r i b u t es o f t w a r ea r c d e v e l o p e d t h e n u s et h i ss o f t w a r e t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e ns o m ec h a n g e a b l ep a r a m e t e r si nb r a k es y s t e ma n db r a k es y s t e m p e r f o r m a n c e a r ei n v e s t i g a t e s o m ei m p r o v em e t h o d sa r ep u tf o r w a r d a saw h o l e ，t h ea c h i e v e m e n t so ft h i sp r o j e c ta sw e l la st h es o f t w a r ec o u l dg i v e s o m ev e r yu s e f u lt h e o r e t i c a lg u i d e l i n e sa n dp o w e r f u lt o o lf o rc i t yb u sp o w e r t r a i n d e s i g n ，i m p r o v et h ee n g i n e e r sd e s i g nl e v e l 。a n dm a k e s o m ec o n t r i b u t i o nt os h a n g h a i s u n w i n b u sc o r p o r a t i o n k e yw o r d s ：c i t yb u s ，p o w e r t r a i ns y s t e m ，p o w e r t r a i nm a t c h i n gt e c h n i q u e ，s o f t w a r e ， p e r f o r m a n c es i m u l a t i o n ，b u sr u n n i n gc o n d i t i o n ，d a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m ， b r e a kf o r c ed i s t r i b u t e 上海交通大学、上海汽车工业( 集团) 总公司博士后研究工作报告 第一章绪论 1 1 研究项目的提出及目的意义 1 1 1 项目的提出及其目的 本项目是由上海汽车工业( 集团) 总公司、上海申沃客车有限公司提出的企业 博士后研究项目，与上海交通大学合作并提供技术支持及指导。项目的名称为： 大客车动力与传动系统匹配技术的研究，合作导师为张建武教授、曹鬯震高工。 其目的是提高申沃客车有限公司产品的技术水平、工程技术人员的设计能力，提 高大客车在市场的竞争力，更好的适应市场的需求，为进一步开拓市场打下基础。 大客车动力及传动系统各部件的合理匹配对车辆的动力性、经济性、交通流 量、运输效率、及可靠性等均有十分重要的影响。近年来，大客车市场竞争日益 激烈，市场对大客车的要求，特别是在快捷、舒适、环保【3 ”、节约能源 6 9 】等方 面，提出了更高的要求，而汽车技术的发展，也为客车的设计提供了更多的选择， 如新型发动机h 】【6 】、自动变速器 1 】 89 1 、缓速器【8 7 】f 8 6 】【蚓及客车专用车桥【8 8 】【1 1 】等。因 此必须对大客车动力与传动系统的匹配技术进行深入的研究。 f i g 1s k e t c ho fap o w e r t r a nw 帅a u t o m a t e dg e a rd r i v e 圈1 - 1 车辆动力传动系统组成简图 如图1 1 所示，大客车动力传动系统包括：发动机、离合器( 液力变矩器) 、 变速器( 自动变速器) 、缓速器、传动轴、后桥( 主减速器) 、车轮等部分。 传统的设计方法m j 是由设计者凭经验选择各部件及其参数，对汽车性能进行 估算，然后进行样车的制造、道路试验、评定样车的动力性与燃料经济性的好坏， 再改进，再试验，直到样车性能满意为止。大客车车设计的周期长、成本高，而 且各部件的参数选择带有盲目性，可能将较优的方案遗漏，造成人力财力的浪费。 第一章绪论 计算机仿真模拟优化选择方案，消除了实车道路试验中，司机、道路环境、气候 条件等因素对性能测定的影响，具有可比性好、重复性好的优点。计算机模拟可 使设计者在新车设计、旧车改进时迅速且经济地在诸多匹配设计方案中选择最佳 方案。以计算机模拟为基础的传动系参数优化设计，直接给出了传动系参数的最 佳方案。因此，运用现代模拟预测方法及计算机技术，在新车设计阶段就能相当 精确地预测出汽车的性能，而且既迅速又经济。 1 1 2 大客车动力传动系统匹配的特殊性 首先，大客车的发动机后置，其散热不佳、进气、排气管加长、加装消音器、 排气净化等，对功率造成损失，其次装在大客车上的发动机增加的附属装置较多、 且功率消耗增加，如电器设备消耗、发电机、液压泵、气泵等，使发动机实际输 出功率下降较多，特别是非独立式空调的使用，其对发动机与传动系的匹配情况 有较大的影响，如现有些车辆在空调工作时，大客车的动力性明显不足：大客车 的匹配主要有两种情况：一是在发动机确定的情况下，如何选择传动系部件( 参 数) 如，液力变矩器、离合器、变速器、缓速器、主减速器等；二是在传动系统 有关部件已知的情况下，如何选择发动机，从而达到最佳匹配。根据预测的匹配 要求可在全世界范围内进行部件的选择采购，大大减少设计盲目性，缩短开发周 期。还可以以用户的要求进行匹配计算，当然在特殊情况下，也可以根据匹配计 算对零部件供应商提出部件参数改进措施，以适应新型先进的大客车开发要求。 大客车的使用环境与一般汽车也有很大的不同之处，特别是公共汽车，由于 市内交通的拥挤，在行驶时加速、制动过程占整个过程的比例很大。如何在保证 最大动力性前提下，提高经济性是非常重要的问题。一般来说，动力性与经济性 是相互矛盾的，动力性好的客车经济性就差，反之经济性好的客车其动力性差。 所以在大客车传动系统匹配时，一定要全面合理考虑，兼顾两者，达到最佳匹配 的状态。 1 1 3 国内外研究概况 国外汽车制造厂家非常注重动力总成与传动系匹配情况，大型公司都进行专 门的研究，并相继开发出相应的匹配计算软件i 4 ”，如美国通用汽车公司的g p s i m ， 福特汽车公司的t o f e p , 康明斯公司盼v m s ，美国交通部的v e h s i m ，日产汽车 公司的c s v f e p , 奔驰汽车公司的t r a s c o 等等，使用这些程序，在样车制造前 就能准确地对汽车动力性燃料经济性进行预测，并可根据几种传动比的变化弓l 起 整车性能的变化，形成“最佳动力性、燃料经济性”曲线 2 1 ，从而找到能与所选 发动机合理匹配的传动系参数，这样就可以节省大量的试验费用，缩短研制周期。 我国在汽车动力传动系最优匹配方面的研究起步较晚，进入8 0 年代才开始 上海交通大学、上海汽车工业( 集团) 总公司博士后研究工作报告 进行这方面的探讨旧p 9 ，如吉林工业大学、清华大学、江苏理工大学等进行了 这方面的研究，主要针对轿车、轻型货车而进行的，专门针对大客车传动系统的 匹配研究很少，对于专门生产大客车的生产厂家，非常有必要对大客车动力及传 动系匹配进行深入的研究。特别是中国加入w t o 后，要想与国外同类产品进行 竞争，必须有最佳的匹配、可靠的质量、优质的服务来保证竞争力。 目前，本公司客车底盘的动力及传动系统的选择和设计，基本上为经验设计。 对车辆动力及传动系统的主要技术参数对车辆动力性、经济性的影响及参数的优 化，也缺少定量的试验分析数据。对如何使车辆在常用工况下运行在发动机万有 特性的经济区内，从而降低车辆使用中的燃油量，所做的工作很少。对自动变速 器的应用及与底盘的匹配技术还缺乏经验。因此，本公司的客车产品的动力与传 动统匹配不够合理，其动力性、经济性与国际先进水平还有一定的差距，产品在 实际使用中的燃油消耗还比较高，某些产品在运营中还有动力不足的现象。因此， 本项目的实施与完成，对指导产品开发和完善老产品有直接的指导作用。 现在，申沃客车有限公司正处在合资发展阶段，机遇和挑战并存，为了提高 本公司产品的竞争力，必须用理论与经验相结合的方法进行新产品的设计、开发， 发挥计算机模拟技术的优势，进行最佳匹配。中国加入w t o ，大客车底盘传动 系统部件选择不只限于国内，可全球采购，在繁多的部件中选择合理的发动机、 变速器、后桥等，用传统的方法是不可能的。为此我们提出大客车动力与传动系 统匹配技术的研究项目，并设计出相应的匹配计算、性能模拟计算程序，使匹配 快速、方便、安全可靠、实用。 1 2 本研究工作的主要内容 根据项目的规划，研究工作拟从以下几个方面进行： ( 1 )大客车性能评价指标分析与性能模拟模型的建立 为有效地进行动力与传动系统的匹配研究，对大客车的性能评价指标进行 分析。建立大客车性能仿真计算模型。包括发动机性能数学模型、大客车动力 性、经济性计算数学模型，以及原地起步加速工况的换档规律模型等等。讨论 自动变速器与发动机的匹配方法。 ( 2 ) 性能仿真计算软件开发 在建立了模拟仿真计算模型的基础上，按照软件工程理论，完成一系列软 件开发工作，包括发动机特性图的数字化程序、发动机建模程序、动力与传动 系统快速匹配程序、大客车动力性与经济性模拟计算程序、发动机与液力变矩 器匹配程序等。为大客车的动力与传动系统匹配建立实用的工具。 第一章绪论 ( 3 ) 主导产品动力与传动系统匹配分析、设计 为了分析主导产品的性能，提高性能仿真计算的精度，用试验方法详细测 定申沃公司大客车与性能仿真计算相关的参数，如空气阻力系数、滚动阻力系 数以及传动效率等，并确定发动机风扇、发电机、动力转向泵、空压机以及空 调等附件的消耗功率。然后进行主导产品的动力选择及其与传动系统的匹配分 析，并进行预测值与试验值的比较。 ( 4 ) 改善国产客车动力传动系统匹配的主要措施探讨 在分析申沃客车主导产品性能的基础上，探讨改善国产客车动力与传动系 统匹配的主要措施，讨论大客车发动机的选择方法、发动机与行驶工况的匹配 方法、发动机与传动系匹配方法。 ( 5 ) 车辆行驶工况测试系统的研发及公交车市内工况统计分析 为了解公交车市内行驶工况，更好的进行大客车动力传动系统与其使用工 况的匹配，研究开发一套公交车行驶工况自动采集记录系统，系统能记录公交 车的车速、发动机转速、油门开度、制动以及上下车门开关等信号。并分别对 上海市的市区和市郊两种工况进行实际测试，对数据进行详细统计分析，指导 公交车动力传动系统的匹配设计。 ( 6 ) 制动系统匹配分析 公交车的运行环境决定了大客车的制动系统使用频繁、发热量大，若制动 系统设计不合理或制动力分配不均，就会造成前轴或后轴蹄片升温过高、制动 能力衰退，形成安全隐患。为进行制动系统匹配分析，建立制动力计算方法、 开发制动系统分析匹配计算软件，并对申沃客车产品进行计算分析，提出改进 措施。 上海交通大学、上海汽车工业( 集团) 总公司博士后研究工作报告 第二章大客车性能评价指标分析与仿真计算模型建立 在开发大客车性能模拟计算软件之前，首先要分析性能好坏的评价指标，建 立大客车动力性、燃料经济性模拟计算的模型，包括发动机特性模型，再根据这 些计算模型，选择合适的编程语言，利用软件工程，开发出用户界面良好、使用 方便、计算结果精度高的性能仿真系统。 2 1 评价指标分析 大客车的最基本的也是最主要的性能是动力性与燃油经济性，它们是评价一 辆大客车性能好坏的主要指标。也是动力与传动系统设计、选型及匹配好坏的评 价指标。 在进行大客车动力与传动系统匹配技术的研究中，必须确定其具体的评价标 准【2 】【4 8 1 ，一般情况下使用如下具体评价指标：t 大客车的比功率或比扭矩；2 大 客车动力性评价指标( 包括最高车速、最大爬坡度、直接档加速时间、原地起步 连续换档加速时间等) ：3 燃油经济性评价指标( 包括等速燃油消耗量、加速燃 油消耗量、多工况燃油消耗量等) 。4 动力性与经济性综合评价指标。 2 2 1 大客车的比功率 ( 1 ) 大客车的比功率 比功率是大客车单位汽车总质量具有的发动机功率，比功率的单位为k w t 。 即 大客车的比功率= 大客车发动机的额定功率( k w y 大客车的总质量( 吨) 大客车发动机比功率的选择与计算方法如下： 假设设计要求的大客车最高车速为v 。，则大客车要求的发动机功率p e 应该 为 p 妄( 纂v 掣+ 焉_ k w 协， 则大客车的比功率应满足 c 舞v + 蔫舞屯，k w t z ， 其中，珊为传动系的传动效率；m 。为大客车的总质量，k g ：g 为重力加速度， m s 2 ；厂为滚动阻力系数；c d 为空气阻力系数，对客车一般取0 6 0 7 ：爿为火客 车正面投影面积，m 2 。 第二章大客车性能计算模型的建立 按上式左边计算的发动机功率应为发动机在装有全部附件时的净输出功率， 它比发动机的实际外特性功率低1 2 2 0 。 大客车的比功率还可以根据经验进行选择，但同时大客车比功率还应满足国 家或地方行业法规的要求。如中华人民共和国建设部及上海市对大客车的比功率 的规定，见下表2 - 1 及表2 2 表2 1 中华人民共和国城镇建设行业标准关于大客车动力性标准c 3 , ：r1 6 2 2 0 0 2 i 客车类型 大型( 1 0 m 1 1 51 1 01 0 09 08 5 l 加速时间( s ) l ( o 5 0 k m m ) 2 l2 32 52 73 0 表2 - 2 上海市城市交通管理局关于大客车动力性标准( 2 0 0 2 1 2 ，讨论稿) 、 客车类型大型客车 指标 超级高级中级普通级 客车长度( m ) 1 0 5 1 21 0 - - - 1 2l 1 0 ，51 0 5 - 1 21 0 1 0 51 0 5 l 2 比功率( k w i t ) 市区客车 1 3 o1 2 o1 1 ，01 1 09 59 5 城郊客车 1 3 o1 2 0“o1 21 0 o1 0 o 比扭矩( n m t ) 市区客车 7 06 55 55 55 05 0 城郊客车 7 06 56 06 0 5 5 5 5 最高车速城郊客车 1 1 5l 9 09 08 58 5 ( k i h ) 加速时间( s ) 3 03 03 03 03 03 0 ( o 5 0 k m m ) ( 2 ) 发动机的扭矩适应性系数 设发动机最大转矩 厶。，其对应的发动机转速为n t ，发动机最大功率处对 应的转矩m ；、转速n p ，则发动机的扭矩适应性系数a 是指：发动机最大转矩 是。、与最大功率处转矩 磊之比，即 口：丝堕( 2 - 3 ) m 。 它标志着大客车行驶阻力增加时发动机沿外特性曲线自动增加转矩的能力。 显然，口值大则换档次数可以减少，从而油耗也可以降低。 对应转矩适应性系数有转速适应性系数n p ，若转速适应性系数过小，即 n t 过于接近r l p ，则会出现直接档最低稳定车速偏高，导致大客车在通过繁忙的 交叉路口时换档次数过多，甚至需要增多变速器的档位数。所以n p n t 不宜小于 l4 ，通常在1 4 2 o 之同。 上海交通大学、上海汽车工业( 集团) 总公司博士后研究工作报告 发动机的适应性系数中：转矩适应性系数与转速适应性系数之乘积，称为发 动机适应性系数，它表示发动机适应客车行驶工况的程度。即 西：a h , ：! ! ! ! ! ! ! 曼( 2 4 ) n rm pn r 中值愈大，则发动机的适应性愈好。采用由值大的发动机可减少大客车换档 次数、减轻司机的疲劳、减少传动系的磨损和降低油耗。现代大客车柴油发动机 的巾一般应在1 6 2 6 范围之内。 2 2 2 大客车动力性评价指标 大客车动力性评价指标主要有三个2 】：即最高车速v r n a 。、加速时间t 和最大爬 坡度f 。 ( 1 ) 最高车速 最高车速是指在水平的良好路面上大客车能达到的最高行驶车速，v m 。值越 高则动力性越好。 ( 2 ) 加速时间 加速时间表示大客车的加速能力，它包括原地起步连续换档加速时间和直接 档加速时间，它对平均行驶车速有很大影响；加速时间越短则动力性越好。 ( 3 ) 最大爬坡度 大客车的上坡能力是用满载时客车在良好路面上的最大爬坡度k 。表示的。 大客车的最大爬坡度一般要求在3 0 r p1 6 5 0 ，i n c a 。越大则动力性越好。 有时候还规定大客车在一定的坡度上( 如4 ) ，必须保证以较高的车速( 如 5 0 k m h ) 来行驶，控制这一指标可以保证各种车辆的动力性相差不大，以维持路 面上各种车辆畅通行驶。如上海的南浦大桥就有此要求，表2 - 3 为各类客车动力 性指标的要求。 表2 - 3 各类客车的一些动力性参数的范围 客车总长度 直接档最大一挡最大最高车速比功率比扭矩 客车类型 动力因数- 动力因数( k i n h )( k w h )( n m t ) 微型 3 5o 0 7 o 1 lo 3 m m 4 08 5 1 2 0 轻型 3 5 70 0 8 o 1 20 3 0 - - 0 4 51 0 0 - - 1 6 01 5 2 34 9 7 3 中型 7 1 0、0 0 6 _ 加1 0o 3 m m 4 09 5 1 4 09 1 52 5 4 1 大型 l o 1 20 0 5 加0 8o 3 口m 3 88 5 1 2 09 1 52 5 4 1 铰接式0 0 4 加0 60 3 0 - 4 3 3 57 0 1 0 07 2 1 01 8 2 4 第二章大客车性能计算模型的建立 2 2 3 经济性评价指标 客车的燃料经济性常用定工况下大客车行驶百公里的燃油消耗量或一定 燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。我国一般用行驶l o o k m 所消耗的燃油升数 来表示 ”，单位为l 1 0 0 k m 。这个数值愈小，大客车的燃油经济性愈好。具体评 价指标主要有：等速百公里燃油消耗量、最高档全油门加速行驶5 0 0 m 的加速油 耗量两个单项评价指标和城市四工况燃油消耗量综合评价指标。 ( 1 ) 等速燃油消耗量 是指客车在额定载荷下，以最高档在水平良好路面上等速行驶l o o k m 的燃油 消耗量。常测出每隔l o k m h 或2 0 k m h 速度间隔的等百公里燃油消耗量，然后在 图上连成曲线，即等速百公里燃油消耗量曲线。用它来评价客车的燃油消耗量。 ( 2 ) 加速燃油消耗量 是指用最高档从某一车速开始全油门加速行驶5 0 0 m 的燃油消耗量，换算成 百公里油耗量。 ( 3 ) 多工况燃油消耗量( 大客车用城市四工况燃油消耗量) 大客车在实际运行中的工作状态的变化非常复杂，为了测量出反映客车实际 使用特点的燃油消耗量，人们针对城市交通状况，对大量的公交客车行驶工况进 行了统计和分析，制定出了城市客车燃油消耗量试验方法，即四工况燃油消耗量 试验法，它模拟的是城市公交在车站间的行驶工况。实际测出的燃油消耗量即为 多工况燃油消耗量。它是评价大客车燃油经济性的一个实用方法。 ( 4 ) 限定条件的燃油消耗量 客车试验时，选择三级以上的平原干线公路，试验路长不小于5 0 k m ( 一般为 l o o k m ) ，匀速行驶，车速为5 0 k m h ，每隔l o k m 停车一次，怠速运转1 m i n 后重 新起步。测量的百公里油耗即为限定条件下的燃油消耗量。 2 2 _ 4 综合评价指标 在进行匹配评价和传动系参数优化时，一般应同时考虑大客车的动力性与燃 料经济性，而通常情况下，大客车的这两种性能又是相互制约的，即动力性好的 客车而经济性不是很好，反之经济性好的动力性又不一定好。为此我们采取综合 评价指标，即把动力性与经济性两个指标加权求和，以此评价动力与传动系统匹 配的状况。 上海交通大学、上海汽车工业( 集团) 总公司博士后研究工作报告 ( 1 ) 指标的形式：原地起步连续换档加速时间和多工况燃油消耗量两者的加权综 合。 ( 2 ) 加权系数的选择：通常各占5 0 ，也可根据设计的具体情况和对大客车性能 的具体要求进行确定；还可由实践经验进行确定。 2 2 发动机性能模型建立 进行大客车新产品开发、选择发动机时，发动机厂商主要提供发动机的额定 功率、最大扭矩及发动机的外特性曲线，有时也提供发动机的万有特性曲线。 在进行大客车性能仿真计算时，必须把发动机的外特性和万有特性转换成计 算机可识别的形式，一般描述发动机特性的方法有表格法、插值法和数学模型法 等几种，前两种方法精确度较高，但占用内存较多、运算速度较慢。而数学模型 法计算速度快，精度也不错，一般用这种方法。 对于已知试验测试数据的发动机，其使用外特性可以看作为发动机转速的一 元函数，用最小二乘法拟合获得；发动机的万有特性曲线可以看作是转速和发动 机扭矩的二元函数，用曲面拟合法获得。 2 2 1 发动机外特性模型的建立 在发动机的使用外特性下发动机的扭矩或功率可以看成是发动机转速的函 数，可用下面多项式表示： k m 。= 4 h ： “= d ，j ，七j( 2 5 ) i = 0 式中，n 。为发动机转速n 。1 0 0 ( r m i n ) ；a ，为多项式中系数；k 为多项式系阶 数。 设已知外特性的个试验数据( m e 。，n e i ) ，因为计算中需用矩阵乘积运算，为 了防止计算溢出，在进行计算机数据拟合计算时，将发动机转速n 。降低1 0 0 倍， 即n 。，= i 1 0 0 。将每组数据代入上式，并计入随机误差e i 有 肘“ m 。2 m m 1 h “月刍h 知 凡 4 + e l p 2 ( 2 6 ) 写成矩阵的形式为： m 。= g a 十e( 2 - 7 ) 式中，g 为n x ( k + 1 ) 阶矩阵，坛、e 均为x l 列向量。假设 l 1 第二章大客车性能计算模型的建立 j = p ；= e 7 e ( 2 8 ) 应用最d , - - 乘法原理，按照极值理论有 型i：o(2-9) a a i ：j 易得 a = ( g 7 - g ) 7 ，g 7 m 。( 2 - 1 0 ) 则 m 。= g - a( 2 1 1 ) 根据以上