重型半挂牵引车行驶工况研究及其动力传动系统优化

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.11.011

摘要/Abstract

摘要：

本文利用车辆行驶信息大数据平台实地采集了山西地区重型半挂牵引车的行驶数据。利用主成分分析、聚类分析和马尔科夫法构建了山西地区的重型半挂牵引车行驶工况。对C-WTVC、CHTC-TT、山西工况的燃油消耗量分别进行仿真，仿真结果验证了行驶工况构建的准确性。基于山西行驶工况对整车传动系统进行优化匹配，优化传动系统后的车辆发动机工作在经济区域的概率增加，百公里油耗比基础车型减少0.94 L。实车测试的油耗数据证实了构建的行驶工况曲线能更好地表征山西地区重型半挂牵引车的行驶特性。本文所提出的基于山西工况的整车动力系统匹配的仿真方法，有助于设计出适合山西地区的重型半挂牵引车的高效动力总成系统。

关键词: 重型半挂牵引车, 行驶工况, 仿真, 燃油经济性, 优化

Abstract:

In this paper， the driving data of heavy semi-trailer tractor in Shanxi region are collected on the spot by utilizing the big data platform of vehicle driving information. Principal component analysis， cluster analysis and Markov method are used to construct the driving cycle of heavy semi-trailer tractor in Shanxi region. The fuel consumptions of C-WTVC， CHTC-TT， and Shanxi driving cycles are simulated respectively， and the simulation results verify the accuracy of the driving cycles constructed. The powertrain system of the vehicle is optimized and matched based on Shanxi driving cycles. As a result， the probability of the vehicle engine working in economy zones increases， and the fuel consumption per 100 km is 0.94 L less than that of the original vehicle. The fuel consumption data of the real vehicle tested confirm that the driving cycle curve can better represent the driving characteristics of heavy semi-trailer tractors in Shanxi region. The simulation method of vehicle powertrain matching based on Shanxi driving cycles proposed is helpful to the design of highly-efficient powertrain system of heavy semi-trailer tractors suitable for Shanxi region.

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

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图/表 23

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参考文献 21

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特征参数	定义
v_da	运行平均速度/（km·h^-1 ）
a_am	最大加速度/（m·s^-2 ）
a_dm	最大减速度/（m·s^-2）
v_a	平均速度/（km·h^-1）
s	行驶距离/km
t	行驶时间/s
P_c	匀速比例/%
P_a	加速比例/%
P_d	减速比例/%
P_i	怠速比例/%

运动学片段	行驶时间/s	怠速比例	匀速比例	加速比例	减速比例	平均速度/ （km·h^-1 ）	运行平均速度/ （km·h^-1 ）	最大加速度/ （m·s^-2）	最小加速度/（m·s^-2）	行驶距离/ km
1	358.5	0.281 3	0.285 5	0.175 5	0.342 6	27.243 7	37.888 2	2.238 8	-3.183 3	5.8
2	175.5	0	0.034 1	0.366 4	0.340 9	38.730 0	38.730 0	1.800 0	-2.916 6	4.0
3	1 864.5	0.016 8	0.093 3	0.602 1	0.246 3	38.780 0	38.779 1	2.177 7	-4.888 8	43.9
4	581.5	0.164 0	0.213 1	0.339 3	0.376 2	33.580 4	40.165 5	2.211 1	-3.383 3	11.6
5	1 417.5	0.046 1	0.245 7	0.360 7	0.400 2	50.120 0	52.131 6	2.327 7	-2.500 0	41.6
6	609.5	0	0.087 6	0.333 3	0.452 0	67.455 0	67.399 8	1.116 6	-3.566 6	23.8
∶	502.5	0	0.126 1	0.268 1	0.355 5	59.292 2	59.233 3	0.738 8	-2.827 7	17.7
∶	632.5	0	0.076 6	0.299 1	0.416 7	81.248 1	81.184 0	0.972 2	-1.505 5	30.4
∶	369.0	0	0.110 8	0.294 5	0.350 0	62.717 0	62.632 2	0.911 1	-1.650 0	13.6
∶	65.5	0	0.112 8	0.270 6	0.195 4	68.482 6	88.482 6	1.061 1	-0.705 6	2.6
4 000	739.0	0	0.298 1	0.202 8	0.196 0	72.187 3	72.187 3	1.150 0	-2.211 1	24.0
4 010	189.5	0.044 6	0.044 6	0.246 7	0.054 0	29.463 9	30.759 0	1.205 5	-2.738 9	3.5

主成分	特征值	贡献率	累计贡献率
1	4.639	46.393	46.393
2	2.560	25.600	71.994
3	1.233	12.329	84.323
4	0.797	7.966	92.288
5	0.439	4.393	96.682
6	0.216	2.164	98.846
7	0.059	0.586	99.432
8	0.050	0.505	99.937
9	0.006	0.063	100
10	1.646	0	100

特征参数	主成分1	主成分2	主成分3
行驶时间	0.642	0.702	0.137
怠速比例	0.158	-0.609	0.675
匀速比例	0.718	-0.449	0.311
加速比例	0.010	0.845	-0.265
减速比例	-0.124	0.020	0.887
平均速度	-0.928	0.206	0.213
运行平均速度	-0.910	0.113	0.270
最大加速度	0.916	0.013	-0.008
最小加速度	-0.762	-0.368	-0.029
行驶距离	0.364	0.768	0.340

特征参数	工况1	工况2	工况3
怠速比例	0.032	0.021	0.032
匀速比例	0.160	0.175	0.169
加速比例	0.288	0.326	0.481
减速比例	0.359	0.241	0.323
平均速度	62.752	72.879	44.450
运行平均速度	64.034	73.584	45.455
最大加速度	1.237	0.975	2.252
最小加速度	-2.698	-1.707	-3.694
行驶距离	21.500	7.200	42.800