重型半挂牵引车燃油经济性提升研究

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.02.003

摘要/Abstract

摘要：

本文旨在对某重型半挂牵引车燃油经济性的改善进行研究。首先，对后视镜进行了优化，风洞试验结果风阻系数降低了0.012。接着，利用遗传算法对传动系统参数进行优化。并通过改进电控硅油风扇的控制策略，降低了发动机附件的功率消耗，Simulink/Crusie联合仿真和转鼓试验台测试的结果：C-WTVC循环工况油耗分别降低了1.7%和2%。最后，实车道路试验结果表明，优化后的车辆百公里综合油耗降低1.14 L，相当于3%。

关键词: 重型半挂牵引车, 燃油经济性, 优化

Abstract:

This paper aims to study the improvement of the fuel economy of a heavy semi-trailer tractor. Firstly， an optimization is conducted on rearview mirror with a wind tunnel test result of a 0.012 reduction in drag factor. Then the parameters of transmission system are optimized and the control strategy of electronically controlled silicone oil fan is improved， resulting in a reduction in the power consumption of engine accessories， the results of Simulink/ Crusie joint-simulation and chassis dynamometer test show a 1.7% and 2% reduction in fuel consumption of C-WTVC cycle respectively. Finally， a real vehicle road test is carried out with a result indicating that the comprehensive fuel consumption of the optimized vehicle lowers by 1.14 L/100 km， corresponding to a reduction of 3%.

Key words: heavy semi-trailer tractor, fuel economy, optimization

尤国贵,苏俊收,陈太荣. 重型半挂牵引车燃油经济性提升研究[J]. 汽车工程, 2022, 44(2): 171-178.

Guogui You,Junshou Su,Tairong Chen. Research on Fuel Economy Enhancement of a Heavy Semi-trailer Tractor[J]. Automotive Engineering, 2022, 44(2): 171-178.

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参考文献 20

1	杨帆，胡阳洋，王建华.重型卡车风阻优化［J］.交通运输工程学报，2013，13（6）：54-60.
	YANG F，HU Y Y，WANG J H.Optimization of wind resistance for heavy truck ［J］.Journal of Traffic and Transportation Engineering，2013，13（6）：54-60.
2	JEYASINGHAM S， SRINIVASAN K. Detailed aerodynamic characterization and optimization of a pickup truck using adaptive sampling based DOE［C］. SAE Paper 2018-01-0743.
3	LI S， LU Z， TANG R， et al. Optimization of wind resistance in commercial vehicles with consideration of sunroof buffeting noise［J］. AIP Advances， 2021， 11（8）：085304.
4	舒红宇，陈齐平，代明兵，等.重型商用车动力传动系参数优化与软件开发［J］.解放军理工大学学报（自然科学版），2011，12（6）：676-680.
	SHU H Y，CHEN Q P，DAI M B，et al.Parameter optimization and software development of power train system of Heavy-duty commercial vehicle ［J］.Journal of PLA University of Science and Technology（Natural Science Edition），2011，12（6）：676-680.
5	赵伟辰. 基于遗传算法的纯电动汽车动力总成参数匹配设计［D］.长春：吉林大学，2017.
	ZHAO W C.Parameter matching design of power train for battery electric vehicle based on genetic algorithm ［D］.Changchun：Jilin University，2017.
6	DEB K， PRATAP A， AGARWAL S， et al. A fast and elitist multi-objective genetic algorithm： NSGA-II［J］.IEEE Transactions on Evolutionary Computation， 2002， 6（2）：182-197.
7	郭子瑜. 长头重型卡车气动减阻优化［D］.长春：吉林大学，2018.
	GUO Z Y. Optimization of the aerodynamic drag reduction of a long-head heavy truck ［D］.Changchun：Jilin University，2018.
8	刘龙威. 造型初期重型商用车外形的气动减阻研究［D］.长春：吉林大学，2019.
	LIU L W. Study on aerodynamic drag reduction of heavy commercial vehicle shape in the styling phase［D］.Changchun：Jilin University，2019.
9	谭秀卿，卜绍先.基于系统参数估计的重型汽车燃油经济性分析［J］.汽车工程，2007，29（12）：1083-1085.
	TAN X Q，PU S X. An analysis on fuel economy of heavy-duty truck based on system parameter estimation［J］.Automotive Engineering，2007，29（12）：1083-1085.
10	黄康，郜欣欣.基于行驶工况的纯电动汽车传动比区间优化［J］.合肥工业大学学报（自然科学版），2016，39（3）：289-295.
	HUANG K，GAO X X.Transmission ratio interval optimization of pure electric vehicle based on driving cycle［J］.Journal of Hefei University of Technology（Natural Science），2016，39（3）：289-295.
11	全国道路运输标准化技术委员会. 营运货车燃料消耗量限值及测量方法： JT/T 719—2016 ［S］.北京：中华人民共和国交通运输部，2016.
12	工业和信息化部.重型商用车辆燃料消耗量限值： GB 30510—2018 ［S］.北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会，2018.
13	詹森，秦大同，曾育平.基于多循环工况的混合动力汽车参数优化研究［J］.汽车工程，2016，38（8）：922-928.
	ZHAN S，QIN D T，ZENG Y P.A study on the parameter optimization of hybrid electric vehicle based on multiple driving cycles ［J］.Automotive Engineering，2016，38（8）：922-928.
14	朱正礼，殷承良，张建武.基于遗传算法的纯电动轿车动力总成参数优化［J］.上海交通大学学报，2004（11）：1907-1912.
	ZHU Z L，YIN C L，ZHANG J W.Genetic algorithm based optimization of electric vehicle powertrain parameters［J］.Journal of Shanghai Jiaotong University，2004（11）：1907-1912.
15	ALLAM S， ELSAID A M. Parametric study on vehicle fuel economy and optimization criteria of the pleated air filter designs to improve the performance of an I.C diesel engine： experimental and CFD approaches［J］. Separation and Purification Technology，2020，241.
16	胡巧声，李永记，宋伟，等.汽车电子风扇转速控制研究［J］.中国工程机械学报，2019，17（3）：272-277.
	HU Q S，LI Y J，SONG W，et al.Investigation on speed control of electronic fan in vehicles［J］.Chinese Journal of Construction Machinery，2019，17（3）：272-277.
17	GANTORE G，PALTRINIERI F，PERINI F，et al.A lumped parameter approach for simulation of ice cooling systems［C］.SAE Paper 2009-01-2760.
18	朱江苏，张英，吕文芝，等.基于道路坡度的重型牵引车典型工况提取方法［J］.内燃机与动力装置，2018，35（4）：42-46.
	ZHU J S，ZHANG Y，LV W Z，et al.Research on typical extraction method of heavy duty truck based on road slope［J］.Internal Combustion Engine & Powerplant，2018，35（4）：42-46.
19	全国汽车标准化技术委员会.汽车加速性能试验方法： GB/T 12543—2009 ［S］.北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会，2009.
20	全国汽车标准化技术委员会.汽车最高车速试验方法： GB/T 12544—2012 ［S］.北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会，2012.

整车参数	整备质量	8 870 kg
整车参数	满载总质量	49 000 kg
发动机	型号	WP10.5H430E62
	排量	10.5 L
	额定功率	316 kW
	最大转矩	2 000 N·m（1 000-1 400 r/min）
变速器	型号	12JSD200T-B
变速器	前进挡速比	15.53/12.08/9.39/7.33/5.73/4.46/3.48/2.71/2.1/1.64/1.28/1
后桥	减速比	3.083
车轮	轮胎型号	12R22.5-18PR

挡位	优化前	优化后
1挡传动比	15.535	16.11
2挡传动比	12.08	12.25
3挡传动比	9.39	9.42
4挡传动比	7.33	7.43
5挡传动比	5.73	5.79
6挡传动比	4.46	4.52
7挡传动比	3.48	3.47
8挡传动比	2.71	2.71
9挡传动比	2.1	2.08
10挡传动比	1.64	1.64
11挡传动比	1.28	1.278
12挡传动比	1	0.899
后桥速比	3.083	2.844

项目	车辆性能	优化传动比前	优化传动比后
动力性	起步连续换挡加速0-80 km/h时间/s	74.41	74.67
	直接挡50-80 km/h加速时间/s	46.22	50.84
	最高车速/（km·h^-1）	119.65	124.53
	最大爬坡度/%	30.05	32.93
经济性	等速50 km/h燃油消耗量/（L·100 km^-1）	26.81	26.28
	等速60 km/h燃油消耗量/（L·100 km^-1）	28.59	28.96
	等速70 km/h燃油消耗量/（L·100 km^-1）	31.68	31.47
	等速80 km/h燃油消耗量/（L·100 km^-1）	33.74	33.17
	等速90 km/h燃油消耗量/（L·100 km^-1）	35.95	35.40
	等速100 km/h燃油消耗量/（L·100 km^-1）	41.13	39.90
	C-WTVC综合燃油消耗量/（L·100 km^-1）	38.77	38.10

项目	车辆性能	基础车型	优化车型
动力性	起步连续换挡加速0-80 km/h时间/s	80	83.8
	直接挡50-80 km/h加速时间/s	40.5	37.6
	最高车速/（km·h^-1）	117.6	122.4
经济性	等速50 km/h燃油消耗量/（L·100 km^-1）	25.80	26.22
	等速60 km/h燃油消耗量/（L·100 km^-1）	28.72	27.43
	等速70 km/h燃油消耗量/（L·100 km^-1）	29.27	28.49
	等速80 km/h燃油消耗量/（L·100 km^-1）	34.54	33.21
	60-80 km/h加速燃油消耗量/（L·100 km^-1）	85.25	81.80
	交通部道路试验综合燃油耗量/（L·100 km^-1）	37.95	36.81

[1]	王庞伟,刘程,汪云峰,张名芳. 面向城市道路的智能网联汽车多车道轨迹优化方法[J]. 汽车工程, 2024, 46(2): 241-252.
[2]	卢紫旺,田光宇,李润峰,纪文菲,孙毅文,喻云昶. 单双电机机械变速器直连系统性能对比研究[J]. 汽车工程, 2024, 46(2): 310-319.
[3]	张琳,蒙华,冯宇,赵晓龙,魏超,严运兵. 高速湿式离合器摩擦片表面微织构优化设计[J]. 汽车工程, 2024, 46(2): 320-328.
[4]	原江鑫, 何莉萍, 李耀东, 李罡. 电动汽车BMS从控板热分析及散热优化[J]. 汽车工程, 2024, 46(1): 128-138.
[5]	熊萌,张栋,尤国建,孙添飞,盛凯,魏学哲. 电动汽车无线充电高效高利用率磁芯的多目标优化设计[J]. 汽车工程, 2023, 45(9): 1740-1752.
[6]	朱向雷,吴志新,张宇飞,赵帅,李克秋,孙博华. 基于场景降维及采样方法的场景库优化方法研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(8): 1408-1416.
[7]	陈国强,申正义,孙利,支梦帆,李彤. 基于BP神经网络优化遗传算法的智能座舱感性意象预测[J]. 汽车工程, 2023, 45(8): 1479-1488.
[8]	胡杰, 张志豪, 陈瑞楠, 陈锐鹏, 刘昊岩, 朱琪, 陈晖. 基于改进混合A*的智能汽车时空联合规划方法[J]. 汽车工程, 2023, 45(7): 1123-1133.
[9]	刘平, 陈卓, 刘明杰, 朴昌浩, Soohyun Jang, 万凯林. 阶段约束下Gauss配点离散化平行车位自动泊车轨迹规划[J]. 汽车工程, 2023, 45(7): 1163-1173.
[10]	邹渊,孙文景,张旭东,温雅,曹万科,张兆龙. 面向时间敏感网络的车载以太网网络架构多目标优化[J]. 汽车工程, 2023, 45(5): 746-758.
[11]	靳春宁,高妍,高世哲,邹天下,刘洋,张智恒. 基于辊冲一体式纵梁的轻量化拖挂式房车底盘[J]. 汽车工程, 2023, 45(5): 865-872.
[12]	张宗阳,谢双双,王凯,张玉鹏,邴涛,孙士涛. 基于复杂边界的牵引车车架疲劳研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(5): 873-879.
[13]	廉玉波,衣本钢,崔营营,田洪生,闫军飞,程晨. 基于扭转刚度的电池包与车身集成设计研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(4): 647-653.
[14]	高云凯,张锁,袁泽. 考虑疲劳性能的驾驶室拓扑优化设计[J]. 汽车工程, 2023, 45(3): 468-476.
[15]	吕又付,罗卫明,陈荐,吴锡鸿,李传常. 分层优化测定锂离子电池比热容参数的实验研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(2): 183-190.