聶幸福，李昕昕

(陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西 西安 710119)

0 引言

隨著技術(shù)的發(fā)展，市場對變速器性能的要求越來越高，對整車匹配的要求也越來越高。變速器作為動(dòng)力總成的重要組成部分，對動(dòng)力總成的性能有很大的影響，因此有必要對變速器的匹配做詳細(xì)的研究。

傳統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)匹配方法為試驗(yàn)驗(yàn)證，存在開發(fā)周期長和費(fèi)用高等問題[1]。在設(shè)計(jì)前期利用仿真軟件對動(dòng)力總成方案進(jìn)行優(yōu)化分析，縮小試驗(yàn)范圍，將仿真與試驗(yàn)相結(jié)合是比較合理的匹配方法，目前已得到廣泛應(yīng)用。

AVL-Cruise是奧地利AVL公司開發(fā)的用于研究車輛動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放性能與制動(dòng)性能的高級仿真軟件，主要用于車輛開發(fā)過程中的動(dòng)力系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)匹配，以及整車性能預(yù)測和仿真計(jì)算，也可以進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、后橋速比、輪胎選型及匹配優(yōu)化，還可以應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的開發(fā)和優(yōu)化[2]。

本文利用AVL-Cruise軟件對某型6X2載貨車進(jìn)行了仿真，主要對比了ZF公司的6S500變速器和法士特公司的8JS85A、6DS60TA、C6J50T變速器與整車的匹配情況，綜合考慮整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，采用軟件的矩陣運(yùn)算，選擇出適合本車型的變速器。

1 6X2載貨車整車參數(shù)及變速器速比

本文研究的6X2載貨車整車參數(shù)見表1，4種手動(dòng)變速器的各檔速比見表2，其中8JS85A為8檔變速器，其余3個(gè)為6檔變速器，數(shù)字1～8表示前進(jìn)檔，R1和R2表示倒檔。

2 建立整車仿真模型

根據(jù)6X2載貨車的布置建立整車仿真模型，如圖1所示。該模型主要包括Vehicle、Engine、Clutch、Gear Box、Single Ratio Transmission、Differential、Brake、Wheel、Monitor、Cockpit等模塊。添加好模塊以后對每個(gè)模塊輸入?yún)?shù)，參數(shù)越準(zhǔn)確仿真結(jié)果越接近真實(shí)情況。此外，在模塊中可以開啟不同任務(wù)，不同的選擇會(huì)影響到后續(xù)的數(shù)據(jù)連接和計(jì)算任務(wù)設(shè)置等。最后進(jìn)行機(jī)械連接和總線數(shù)據(jù)的連接，其中，總線數(shù)據(jù)的連接比較重要，正確的數(shù)據(jù)連接才能保證仿真的順利進(jìn)行。

表1 6X2載貨車整車參數(shù)

表2 變速器各檔速比

建立完模型檢查無誤后設(shè)置計(jì)算任務(wù)。本文主要研究使用4種不同變速器時(shí)滿載情況下穩(wěn)態(tài)工況車輛的爬坡性能、加速性能、油耗和循環(huán)工況的油耗和CO2排放。其中，循環(huán)工況采用了UDC(Urban Driving Cycle)、EUDC(Extra Urban Driving Cycle)和NEDC(New Europe Driving Cycle)三種不同循環(huán)工況。

3 滿載情況下計(jì)算結(jié)果及分析

3.1 穩(wěn)態(tài)工況

3.1.1 爬坡性能計(jì)算結(jié)果

圖2為滿載情況下4種變速器匹配方案在各個(gè)檔位的最大爬坡度計(jì)算結(jié)果。由圖2可以看出：各變速器的最大爬坡度相差不大，這是因?yàn)榕榔履芰妥兯倨魉俦让芮邢嚓P(guān)，4款變速器1檔速比相差不大，所以最大爬坡度也相差不大。實(shí)際使用中，車輛爬坡一般使用低檔位，1、2、3檔的爬坡性能計(jì)算結(jié)果見表3。由表3可以看出：8JS85A匹配方案的爬坡性能最好，在1、2、3檔均具有較大的爬坡度；6DS60TA匹配方案表現(xiàn)最差；ZF6S500匹配方案與C6J50T匹配方案的爬坡度以及車速都非常接近，差距不大，但在1檔和2檔時(shí)，使用C6J50T匹配方案時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速更低，這對降低噪聲和油耗有積極作用。

圖1 整車仿真模型

圖2 滿載情況下穩(wěn)態(tài)工況4種變速器匹配方案各檔爬坡性能計(jì)算結(jié)果

變速器匹配方案1檔2檔3檔最大坡度(%)車速(km/h)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)最大坡度(%)車速(km/h)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)最大坡度(%)車速(km/h)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)8JS85A35.19.01 416.425.211.51 357.417.815.51 345.9ZF6S50036.38.51 382.317.7161 380.010.125.51 354.56DS60TA34.49.01 392.819.314.51 350.210.824.01 347.2C6J50T36.38.51 377.517.915.51352.910.525.01 364.0

3.1.2 加速性能計(jì)算結(jié)果

圖3為滿載情況下4種變速器匹配方案在各檔位的加速度計(jì)算結(jié)果。從圖3可以看出：檔位越低加速度越大，其中ZF6S500匹配方案和C6J50T匹配方案的1檔加速度最大，為4.62 m/s2；C6J50T匹配方案2檔到4檔的加速度都要略高于ZF6S500匹配方案； 三款6檔變速器匹配方案的5檔與6檔加速度一樣，是因?yàn)樗麄兊?檔和6檔速比一樣；8JS85A匹配方案和6DS60TA匹配方案的加速度要略低于ZF6S500匹配方案和C6J50T匹配方案。

表4為滿載情況下4種變速器匹配方案從靜止加速到某一速度所用的時(shí)間。從表4可以看出：在60 km/h以下時(shí)C6J50T匹配方案的加速時(shí)間最短，響應(yīng)最快，表現(xiàn)最好；70 km/h～80 km/h階段，8JS85A匹配方案的加速時(shí)間最短；當(dāng)車速超過80 km/h以后，ZF6S500匹配方案的加速時(shí)間最短；6DS60TA匹配方案在加速時(shí)間的表現(xiàn)一般。結(jié)合載貨車的使用情況，在低速超車的情況更多，要求車輛響應(yīng)快，加速時(shí)間短，結(jié)合圖3的分析認(rèn)為C6J50T匹配方案更適合。

圖3 滿載情況下4種變速器匹配方案在各檔位的加速度計(jì)算結(jié)果

3.1.3 油耗計(jì)算結(jié)果

表5為滿載情況下4種變速器匹配方案在等速行駛時(shí)的燃油消耗量。出于實(shí)際考慮，研究30 km/h以下車速的油耗實(shí)際意義不大，而我國高速公路規(guī)定限速不能超過120 km/h，因此本文只研究30 km/h～110 km/h范圍內(nèi)的油耗[3]。由表5可以看出：車速相同時(shí)檔位越高油耗越低，而高檔位的速比更小，可以認(rèn)為在其他條件相同時(shí)，速比越小油耗越低； 3個(gè)6檔變速器匹配方案在5檔和8JS85A匹配方案在7檔時(shí)油耗一樣，這主要是由于在當(dāng)前檔位時(shí)變速器速比相同造成的； 綜合來看，8JS85A匹配方案的油耗要略低一些，其他3個(gè)6檔變速器由于速比差距不是很大，因此油耗在同一水平線。

表4 滿載情況下車輛從靜止加速到某速度的加速時(shí)間 s

表5 滿載情況下車輛等速行駛的燃油消耗量

3.2 循環(huán)工況

本文對UDC、EUDC和NEDC三種循環(huán)工況進(jìn)行了計(jì)算。表6是滿載情況下4種變速器匹配方案的循環(huán)工況計(jì)算結(jié)果。可以看出，三種循環(huán)工況計(jì)算中8JS85A匹配方案的油耗和CO2排放量要明顯高于其他3款變速器方案。而ZF6S500、6DS60TA和C6J50T三種方案油耗和CO2排放量相當(dāng)，但C6J50T的計(jì)算結(jié)果要略好一點(diǎn)。

表6 滿載情況下循環(huán)工況計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)論

本文對4種變速器匹配方案進(jìn)行了計(jì)算，得出以下結(jié)論：

(1) 循環(huán)工況UDC、EUDC和NEDC的測試表明，8JS85A匹配方案表現(xiàn)一般，其他3個(gè)6檔變速器匹配方案油耗低，CO2排放少，其中C6J50T表現(xiàn)最好。

(2) 爬坡性能與速比關(guān)系較大，8JS85A匹配方案的爬坡度最大。綜合考慮爬坡度和爬坡時(shí)的車速，C6J50T匹配方案在3款6檔變速器中表現(xiàn)最好。

(3) ZF6S500匹配方案和C6J50T匹配方案的1檔加速度最大，為4.62 m/s2；60 km/h以下時(shí)C6J50T匹配方案的加速時(shí)間最短，表現(xiàn)最好；車速超過80 km/h以后，ZF6S500匹配方案的加速時(shí)間最短。

(4) 8JS85A變速器的速比小，等速行駛時(shí)的燃油消耗量要比其他三款變速器低。3個(gè)6檔變速器速比較為接近，等速行駛時(shí)的燃油消耗量相差不大。

(5) 綜合各測試結(jié)果，考慮整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，認(rèn)為C6J50T匹配方案較為適合本文研究的6X2載貨車。