基于城市交通特征的公交车辆动力传动系统参数的合理匹配

・设计・计算・研究・　基于城市交通特征的公交车辆动力　传动系统参数的合理匹配　郑燕萍　陈青生　（１．南京林业大学；２．江苏亚星汽车集团有限公司）　【摘要】针对城市公交车辆的行驶特点，提出将５循环工况百公里燃油消耗量作为经济性评价指标，将加权驱动　功率损失率作为动力性评价指标来评价其动力传动系统的匹配。利用ＭＡＴＬＡＢ软件编制了一套计算程序，对某城市　公交车辆动力传动系统参数进行了合理的匹配。计算结果表明，所提出的评价指标能更好地表征城市公交车辆的特　性，与实际使用情况更接近。　主题词：公交车辆动力传动系统　匹配评价指标　中图分类号：Ｕ４６３．２文献标识码：Ａ文章编号：１０００—３７０３（２００７）１１－００２６—０３　Ｒｅ　ａｓｏｎａｂｌｅ　Ｍａｔｃｈｉｎｇ　Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　０ｆ　Ｂｕｓ　Ｐｏｗｅｒ－Ｔｒａｉｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｕｎｄｅｒ　Ｃｉｔｙ　Ｔｒａｆｌｅ　Ｅｎｖｉｆｒｏｎｍｅｎｔ　Ｚｈｅｎｇ　Ｙａｎｐｉｎｇ　，Ｃｈｅｎ　Ｑｉｎｇｓｈｅｎｇ２　（１．Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ；２．Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｙａｘｉｎｇ　Ｍｏｔｏｒ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．Ｌｔｄ）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ　ｔｈｅ　ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ　ｉｎｄｅｘ　ｏｆ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｐｏｗｅｒ—ｔｒａｉｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｉｔｙ砷益ｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｆｕｅｌ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｏｆ　１００　ｋｍ　ｉｎ　ｆｉｖｅ　ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｓ　ｒｏａｄ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｌｏｓｓ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ　ｗｉｈ　ｃｏｅｆｔｆｉｃｉｅｎｔ　ａｒｅ　ｐ￣ｓｅｍｅｄ．Ｔｈｅｎ　ｗｏｒｋｏｕｔ　ａ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｂｙ　ＭＡＴＬＡＢ，ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｅｄ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｍａｔｃｈｉｎｇ　ｔｏ　ｓｏｍｅ　ｃｉｔｙ　ｂｕｓ　ｐｏｗｅｒ—ｔｒａｉｎ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅｓｅ　ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ　ｉｎｄｅｘ　ｃａｎ　ｅｘｐｒｅｓｓ　ｃｉｔｙ　ｂｕｓ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｂｅｔｔｅｒ，ｎｄ　ｃａｎ　ｂｅ　ｍｏｒｅ　ｃｌａｏｓｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｕｓｉｎｇ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｃｉｔｙ　ｂｕｓ．Ｐｏｗｅｒ－ｔｒａｉｎ　ｓｙｓｔｅｍ，Ｍａｔｃｈｉｎｇ，Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ　ｉｎｄｅｘ　１前言　由于城市公交车辆的使用工况有其自身特点，　因此提出了考虑城市交通特征的公交车辆动力传动　交通特征的参数匹配＿２］。　２．２动力性评价指标　汽车动力性评价指标常用的有最高车速、加速　能力、最大爬坡度和动力因素　］，但这些指标是汽车　本身所具有的极限能力，仅从一个方面反映了汽车　系统参数的匹配方法，使其动力性和经济性评价指　标反映出城市交通特征，接近实际行驶工况。以某城　的动力性状况。为了能定量地反映汽车动力传动系　统的匹配程度，反映发动机动力性的发挥程度，采用　驱动功率损失率作为动力性能评价指标。同时考虑　市公交车辆为实例，在考虑交通特征对车辆的行驶　工况有明显影响的情况下，对发动机、变速器、主减　速器进行了合理的匹配。　到城市公交车辆低速挡使用率高、平均车速低的特　２建立城市交通特征下的动力性与经济性　点，评价指标要体现出更加关注低速挡驱动功率损　失率的特点。　计算模型　２．１城市交通特征　图１为装有４挡变速器汽车与装有理想动力传　动系统汽车的驱动特性曲线图，双曲线为理想动力　城市公交车辆普遍是低速挡使用率高、平均车　速低、负荷率变化大，且各站距离较短、原地起步加　传动系统的汽车驱动力曲线。理想的动力装置应该　保证汽车在整个工作范围内输出功率始终为最大　速次数较多，同时由于等待红绿灯和乘客上下车的　值，在汽车挡位数一定的条件下，优选变速器各挡传　动比可使汽车实际驱动特性更接近理想驱动特性，　即使阴影面积最小。　原因，原地怠速时间比其它车辆时间长，在行驶过程　中约有２０％－４０％的时间处于滑行状态｜１］。因此，在　公交车辆匹配设计时，其动力传动系统匹配的评价　指标应反映出这种使用工况的特点，应是考虑城市　一根据理想的动力装置输出功率始终为最大值目　标，可得到理想特性的驱动力　如下：　汽车技术　２６一　维普资讯 http://www.cqvip.com

・设计・计算・研究・　：　：　２丝翌皿　ａ　Ｓ＝ｆ　Ｊ　ｌ　（　）ｄｖ　式中，　、ｎ　为发动机输出功率最大值时对应的输出　第．Ｊ＿挡时驱动力　在驱动力速度图中所围面　转矩和转速；Ｊ，７　为传动系统效率；　为汽车的行驶速　度，ｋｍ／ｈ。　积Ｓ为：　，　Ｓ＝ｆ　ｆ（　）ｄｖ　为了让城市公交车在低速挡时有更好的动力　性，希望汽车在低速挡时输出功率接近理想值，要求　动力系参数的匹配应使低速挡的阴影面积尽量小。　因此，在其驱动功率损失率这个评价指标中，为了突　出低速挡阴影面积的重要性，将１、２、３挡阴影面积　图１装有４挡变速器与理想动力传动系统的　的权重取１．２，高挡位阴影面积的权重取０．８。　汽车驱动特性曲线　则城市公交车动力性评价指标为“加权驱动功　设公交车辆装有ｎ挡变速器，则理想驱动力曲　率损失率”：　线下覆盖的面积Ｓ为：　Ｊ，７　１．２ｘＩ｝Ｅ（：：ｖ）ｄｖ一　｝　（　）ｄｖ　Ｉ＋０．８ｘＩ｝Ｅ（ｖ）ｄｖ一　Ｊ　（　）ｄｖ　Ｉ　’１Ｆ　一　—————！　—————』　——：：—！　——：　—　！　————：—　————————：　———一—　一　　ｆＥ（ｖ）ｄｖ　口ｌ　Ｊ，７　值越小，表明发动机与传动系统在动力性能　中轿车模拟市区行驶工况的试验循环中停车怠速时　方面匹配的越好。　间，当量行驶距离为４．０５２　ｋｍ，怠速时间为６０　Ｓ，折　实际上，降低驱动功率损失率，一方面可以通过　算到１００　ｋｍ，怠速时间为１　４８０　Ｓ。　改善传动系的设计来实现，如采用多挡位和合理的　按照交通部城市公交车站点设置规定为每　传动比；另一方面也可以通过改善发动机的外特性８００—１　０００ｍ设一站，而许多城市公交车实际平均站　来实现，如提高外特性高速区功率。　距的统计资料表明，城市中心区平均站距为５００－　２．３经济性评价指标８００　ｍ。因此，公交车平均站距取８００　ｍ，每站乘客上　经济性评价指标常用等速百公里燃油消耗量或　下车的平均等待时间为２０　Ｓ，折算到１００　ｋｍ，怠速　某种循环工况的百公里燃油消耗量来度量。因等速　时间为２　５００　Ｓ。　行驶工况不能全面反映汽车的实际运行情况，因而　城市公交车５循环工况如表１。　各国都制定了一些具有代表性的典型循环行驶试验　５循环工况的百公里燃油消耗量为４循环工况　工况来模拟实际汽车运行状况。根据ＧＢ／Ｔ１２５４５－－　百公里燃油消耗量与停车怠速燃油消耗量之和。４　１９９０，我国针对城市客车采用４循环行驶工况，该工　循环工况百公里燃油消耗量按汽车理论的相关公式　况是在大量进行汽车实际行驶工况调研和统计的基　来计算，因此公交车燃油经济性的评价指标为：　础上获得的，考虑了原地起步加速次数较多、滑行时　间长的情况ｐ　：　×１００＋Ｑ　ｆ　，因而获得的汽车燃油经济性更接近城　市实际行驶状况。但对城市公交车而言，它与城市客　式中，Ｑｓ为整个循环的百公里燃油消耗量，ＩＭ１００　车还有不同之处，４循环工况尚不能反映出其运行　ｋｍ；∑Ｑ为国家标准４循环工况燃油消耗量之和，　特征，因此本文提出在城市客车４循环工况的基础　ｍＬ；Ｓ为整个循环的行驶距离，ｍ；Ｑｄ为怠速燃油消　上增加停车怠速工况，模拟乘客上下车和等待红绿　耗率，Ｌ／ｓ；ｔ为停车怠速时间，ｓ。　灯的停车工况，即燃油经济性采用５循环工况的百　３　动力传动系统的合理匹配　公里燃油消耗量来评价。　百公里停车怠速工况时间的设计包括等待红绿　以某公交车为例，根据以上动力性和燃油经济　灯时间和乘客上下车时间。　性评价指标，利用ＭＡＴＬＡＢ软件编制了一套程序，　等待红绿灯的时间设计参考ＧＢ１８３５２．３－－２００５　程序包括发动机特性曲线拟合、驱动功率损失率和　２００７年第１１期　一２７—　维普资讯 http://www.cqvip.com

・设计・计算・研究・　表ｌ城市公交车辆五循环工况　工况序号　运转状态　行程／ｍ　复　＋行　／ｍ　　．时问／。　变速器挡位及换挡车速　挡位　换挡车速／ｋｍ・ｈ　６￣８　１３—１５　１９￣２１　５挡　２挡～３挡　３挡～４挡　４挡～５挡　５．５　５．５　３０　８０　１５０　５．６　８．８　１１８　．１　０￣２５　ｋｍ／ｈ换挡加速　２４．５　５０　７０　１１－４　２　３　４　２５　ｋｍ／ｈ等速　２５～３５　ｋｍ／ｈ，￣Ｉ速　３５—０　ｋｍ／ｈ减速　１２０　１６０　２７０　２７０　４３０　７ｏ０　１７．２　１９．２　５５　５挡　５挡　空挡　５　停车怠速　０　７ｏ０　３　９８０　空挡　５循环工况百公里燃油消耗量的计算、不同参数匹　配下的燃油经济性一动力性曲线绘制、常用动力性　和燃油经济性评价指标计算和相关曲线绘制。该公　交车主要整车参数和可供选择的发动机、变速器和　主减速器的参数如表２。该公交车匹配前的配置是　选用ＹＣ６Ｇ２４０—３０发动机和第１种变速器，主减速　前的配置是公交车的现有装置，其４循环工况燃油　经济性的模拟计算结果为２９．０８７　１　Ｉ／ｌｏｏ　ｋｍ，而４　次试验结果平均值为２８．８　Ｌ／ｌ００　ｋｍ。模拟计算结果　和试验结果相吻合，表明建立的公交车循环工况燃　油经济性模拟计算方法是正确的，可以代替路试预　测公交车的燃油经济性。另外，该公交车５循环工况　燃油经济性的模拟计算结果为３０．９５３　３　Ｌ／１００　ｋｍ，　根据实际使用反馈信息，其百公里燃油消耗量的平　燃油消耗量模拟计算结果更接近城市公交车的实际　行驶油耗。　器传动比ｉ０：５．１２５。　表２某公交车辆整车及总成主要技术参数　整车整备质量／ｋｇ　车轮型号　发动机型号　１１　６００　１　１．００＿２０　瓣　褂誊稿群　【１Ｒ　ｆ整车总质量／ｋｇ　１７　０ｏ０　均值约３１　１Ｍ１００　ｋｍ，这也表明５循环工况的百公里　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　轮胎滚动半径／ｍ　０．５０８　主减速器传动比　５．１２５／５．５７１／４．８７５　ｆ额定功率／ｋＷ　ｌ７７／ｌ７５　ＹＣ６Ｇ２４０—３０／ＹＣ６Ｇ２７０—３０　变速器１　５．８２，３．０７，１．６７，１．００，０．７４；５．４（Ｒ）　变速器传动比　变速器２　６．９，３．８３，２．３２，１．４９，１．００；６．９（Ｒ）　变速器３　６－３５，３．２７，１．７７，１．００，０．８１；５．４２（Ｒ）　变速器４　６．１ｌ，３．３９，２．０５，１．３２，１．００；５．２２（Ｒ）　３．１评价指标计算和燃油经济性一动力性曲线绘制　根据厂家提供的２种发动机、４种变速器和３　种主减速器，匹配方案有２４种，利用程序计算出各　种不同参数匹配下的动力性和燃油经济性的评价指　标。　３Ｏ．９Ｏ　３１．１Ｏ　３１．３０　３１．５０　３１．７０　３１．００　３１．２Ｏ　３１．４０　３１．６０　３ｌ－８０　燃油经济性／Ｌ・（１００　ｋｍ）。　以代表经济性的５循环工况百公里燃油消耗量　图２　ＹＣ６Ｇ２４０—３０发动机燃油经济性一动力性曲线　为横坐标，以代表动力性的加权驱动功率损失率为　纵坐标，作出不同参数匹配下的燃油经济性一动力　性曲线，并据此确定动力装置参数。　图２和图３分别是ＹＣ６Ｇ２４０—３０发动机和　ＹＣ６Ｇ２７０—３０发动机匹配下的燃油经济性曲线。　比较图２和图３可知，由ＹＣ６Ｇ２４０—３０发动机、　主减速器传动比ｉ。＝４．８７５和第４种变速器昕组成　的配置方案是较理想的，其动力性和燃油经济性都　较好。　３．２动力性和经济性模拟计算方法　３　１．９Ｏ　３２．０¨Ｄ　３２．１Ｏ　３２．２Ｏ　３２－３Ｏ　３２．４０　３２．５０　燃油经济性几・（１００　ｋｍ）　图３　ＹＣ６Ｇ２７０—３０发动机燃油经济性一动力性曲线　根据匹配结果，计算出匹配前、后配置的动力性　“　一　匹配前、后的汽车驱动力特性如图４所示，图中　’曲线为该公交车的理想动力传动系的驱动力　特性曲线，“０—０”曲线为行驶阻力曲线，实线为匹配　汽车技术　和经济性比较结果如表３所示，可知匹配后的整车　具有更好的动力性，而经济性下降不多。同时，匹配　一２８一　维普资讯 http://www.cqvip.com ・设计・计算・研究・　一种基于单片机系统的汽车燃油量测量系统设计　杨　希　（上海交通大学）　【摘要】分析了传统汽车燃油测量系统中使用浮子测量燃油油面时存在的问题，并由此提出了一种基于单片机的　汽车燃油量测量系统。介绍了由压力传感器、单片机等组成的测量系统硬件设计，给出了系统软件控制流程。试验结果　表明，在随机振荡状态及连续颠簸路面环境下，该测量系统较之传统的测量系统具有更好的稳定性及准确度。　主题词：燃油量测量系统　单片机　中图分类号：Ｕ４７３．１＋３文献标识码：Ａ文章编号：１０００—３７０３（２００７）１１－００２９－０３　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｆｕｅｌ　Ａｍｏｕｎｔ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｓ　ＣＭ　ＹａｎｇＸｉ　（Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　ｆｕｅｌ　ａｍｏｕｎｔ　ｆｕｅｌ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｂｙ　ｂｏｂｂｅｒ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ　ａ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　ｆｕｅｌ　ａｍｏｕｔ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＳＣＭ　ｗａｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ　ｏｆ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｓｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　ＳＣＭ　ｅｔｃ　ｗｅｒｅ　ａｌｓｏ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｌｆｏｗ　ｏｆ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｗａｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｂｅｔｔｅｒ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒａｎｄｏｍ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｓｔａｔｕｓ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｊｏｌｔｙ　ｒｏａｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｆｕｅｌ，Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ，ＳＣＭ　．　一一传统方法，即油箱内有一个浮子连接一根金属杆，金　ｌ　刖舌　　属杆的尾部经由一个可移动的接点连接到一个可变　目前，大部分汽车油箱内油量的测量还是采用　电阻，进而连接到仪表盘的油量表上。浮子位置的变　后５个挡位的驱动力特性曲线，而虚线为匹配前的　接近城市公交车的实际行驶油耗，而加权驱动功率　驱动力特性曲线。　损失率的动力性计算更偏重公交车低速挡时动力　表３某城市公交车匹配前、后指标的比较结果　性的发挥，因此考虑城市交通特征的动力性和燃油　参数　匹配前　匹配后　经济性的评价指标更能表征城市公交车的性能。　驱动功率损失率／％　０．１４７　１　０．１２８４　ｂ．　通过理论上合理假设和近似，公交车循环　加权驱动功率损失率／％　０．０８２　９　０．０５８　５　４循环工况燃油经济性几－（１００　ｋｍ）　２９．０８７　１　２９．４５４　７　工况燃油经济性试验的模拟计算结果与试验结果　５循环工况燃油经济性几・（１００　ｋｍ）　３０．９５３４　３１．３２０　９　相当吻合，可以在设计阶段代替路试预测公交车的　燃油经济性。　ｃ．　实例计算表明，由于城市公交车的行驶特　点，其停车怠速油耗约占百公里燃油消耗量的６％，　是不宜忽略的，选择发动机时要参考其怠速油耗。　参　考　文　献　１韦海燕，等．多目标规划法优化匹配．交通世界，２００３（１１）．　２　吴其伟，等．货车动力传动系统与道路交通特征合理匹配　的研究．内燃机，２００６（６）．　车速／ｋｍ－ｈ　３余志生．汽车理论．北京：机械工业出版社，２００６（５）．　图４某城市公交车匹配前、后的驱动力特性　（责任编辑帘青）　修改稿收到日期为２００７年８月９日。　４结束语　．ａ．根据计算结果，５循环工况的经济性计算更　２００７年第１１期　一２９—