XD260N5發(fā)動機配套12米后置公交車動力性與經(jīng)濟性深度剖析一、緒論1.1研究背景隨著城市化進程的加速，城市交通需求日益增長，城市公交作為公共交通的重要組成部分，承擔(dān)著大量的客運任務(wù)。在環(huán)保和節(jié)能的大背景下，對城市公交車輛的動力性和經(jīng)濟性提出了更高的要求。一方面，動力性直接關(guān)系到公交車的運行效率和服務(wù)質(zhì)量，需要滿足城市道路復(fù)雜工況下的頻繁啟停、爬坡、超車等需求，確保公交車能夠快速、平穩(wěn)地行駛，減少乘客的出行時間。另一方面，經(jīng)濟性則影響著公交運營成本和能源消耗，降低能耗可以減輕公交企業(yè)的運營負(fù)擔(dān)，同時也符合可持續(xù)發(fā)展的理念。在能源和環(huán)保的雙重壓力下，天然氣發(fā)動機因其具有清潔、高效、經(jīng)濟等優(yōu)點，在城市公交領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。天然氣的主要成分是甲烷，燃燒后產(chǎn)生的污染物如一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化物（NOx）和顆粒物（PM）等排放量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的柴油發(fā)動機，能夠有效改善城市空氣質(zhì)量，減少環(huán)境污染。與柴油相比，天然氣價格相對穩(wěn)定且成本較低，能夠降低公交運營的燃料成本。此外，天然氣資源豐富，分布廣泛，供應(yīng)相對穩(wěn)定，有利于減少對進口石油的依賴，保障能源安全。XD260N5發(fā)動機作為一款專門為公交車設(shè)計的天然氣發(fā)動機，具有先進的技術(shù)和性能特點。研究其配套12米后置公交車的動力性與經(jīng)濟性，對于優(yōu)化公交車的動力系統(tǒng)配置，提高公交車的綜合性能具有重要意義。通過深入分析該發(fā)動機在實際運行中的動力輸出、燃油消耗等情況，可以為公交企業(yè)在車輛選型、運營管理等方面提供科學(xué)依據(jù)，有助于提高公交運營的效率和經(jīng)濟效益，同時也為天然氣發(fā)動機在城市公交領(lǐng)域的進一步推廣應(yīng)用提供參考。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在天然氣發(fā)動機的發(fā)展歷程中，國外起步較早且技術(shù)成熟度較高。早在20世紀(jì)30年代，天然氣發(fā)動機就已誕生，經(jīng)過多年的發(fā)展，在燃燒技術(shù)、排放控制技術(shù)和智能化技術(shù)等方面取得了重要突破。如美國、歐洲等地區(qū)的天然氣發(fā)動機市場相對成熟，相關(guān)企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)上處于領(lǐng)先地位。康明斯作為全球知名的發(fā)動機制造商，其ISX12N和ISX15N系列天然氣發(fā)動機具有高功率、高效率、低排放等特點，被廣泛應(yīng)用于重型卡車和客車等領(lǐng)域；沃爾沃的D13K和D16K系列天然氣發(fā)動機采用先進的缸內(nèi)直噴技術(shù)，具有高效率、低噪音、低維護成本等優(yōu)點，適用于大型客車和貨車等應(yīng)用場景。這些先進的天然氣發(fā)動機產(chǎn)品，在動力性和經(jīng)濟性方面表現(xiàn)出色，為公交車輛的高效運行提供了有力支持。國內(nèi)天然氣發(fā)動機的研發(fā)工作起步于上世紀(jì)八十年代，但發(fā)展迅速。隨著政府對環(huán)保的重視和天然氣資源的豐富，天然氣發(fā)動機市場呈現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢。國內(nèi)主流發(fā)動機制造廠商紛紛加大研發(fā)投入，與國內(nèi)外高校、科研機構(gòu)合作，推動天然氣發(fā)動機技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新。濰柴動力在天然氣發(fā)動機領(lǐng)域有著豐富的經(jīng)驗和技術(shù)積累，其WP系列天然氣發(fā)動機具有高效、低排放、可靠性高等特點，廣泛應(yīng)用于客車、貨車等領(lǐng)域；玉柴機器的YC系列天然氣發(fā)動機采用先進的稀薄燃燒技術(shù)，具有高熱效率、低NOx排放等優(yōu)點，適用于城市公交、環(huán)衛(wèi)車等場景。盡管國內(nèi)在天然氣發(fā)動機技術(shù)上取得了顯著進步，但與國外先進水平相比，在某些關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品性能上仍存在一定差距。在天然氣公交車動力性與經(jīng)濟性的研究方面，國內(nèi)外學(xué)者已開展了大量工作。一些研究通過試驗和仿真等手段，對天然氣公交車的動力性能指標(biāo)，如最高車速、加速性能、爬坡性能等進行了測試和分析，探討了發(fā)動機參數(shù)、車輛傳動系統(tǒng)等因素對動力性的影響。在經(jīng)濟性研究方面，學(xué)者們主要關(guān)注天然氣公交車的燃料消耗、運營成本等，分析了駕駛行為、路況、車輛負(fù)載等因素與燃料經(jīng)濟性的關(guān)系。王壽兵等借助生命周期成本評估方法，得出CNG公交車生命周期成本少于柴油車；胡志遠(yuǎn)等對上海在用柴油公交車燃用天然氣合成油和國Ⅱ柴油的經(jīng)濟性、動力性及煙度排放進行試驗研究，結(jié)果表明，柴油公交車燃用天然氣合成油后，燃油經(jīng)濟性與同路線柴油公交車燃用國Ⅱ柴油時基本相當(dāng)，最大輪邊功率降低約5％。然而，現(xiàn)有研究仍存在一些不足。一方面，針對特定發(fā)動機型號（如XD260N5發(fā)動機）配套12米后置公交車的動力性與經(jīng)濟性的深入研究相對較少，缺乏系統(tǒng)性和針對性的分析。不同發(fā)動機型號在技術(shù)特點、性能參數(shù)等方面存在差異，其在公交車上的實際運行表現(xiàn)也會有所不同，因此需要對具體的發(fā)動機-車輛匹配情況進行詳細(xì)研究。另一方面，在實際運營環(huán)境中，公交車的運行工況復(fù)雜多變，受到交通擁堵、站點設(shè)置、乘客流量等多種因素的影響，而目前的研究在全面考慮這些實際運營因素對動力性與經(jīng)濟性的綜合影響方面還不夠完善。此外，隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，天然氣發(fā)動機與其他新能源技術(shù)（如混合動力、純電動等）的融合發(fā)展趨勢逐漸顯現(xiàn)，但相關(guān)研究還處于起步階段，對于如何優(yōu)化天然氣發(fā)動機與新能源技術(shù)的協(xié)同工作，以進一步提高公交車的動力性和經(jīng)濟性，還需要深入探討。1.3研究目的與意義本研究旨在深入剖析XD260N5發(fā)動機配套12米后置公交車的動力性與經(jīng)濟性，通過理論分析、試驗研究和仿真模擬等手段，全面掌握該發(fā)動機在公交車實際運行工況下的性能表現(xiàn)，為發(fā)動機的優(yōu)化改進和應(yīng)用推廣提供堅實的理論依據(jù)和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。具體而言，本研究將系統(tǒng)分析XD260N5發(fā)動機的動力輸出特性，包括扭矩、功率等參數(shù)在不同工況下的變化規(guī)律，以及發(fā)動機與12米后置公交車傳動系統(tǒng)的匹配情況，從而評估公交車的動力性能，如最高車速、加速性能、爬坡性能等，找出影響動力性的關(guān)鍵因素并提出針對性的優(yōu)化建議。在經(jīng)濟性方面，本研究將詳細(xì)研究XD260N5發(fā)動機的燃料消耗特性，分析不同行駛工況、駕駛行為等因素對燃料經(jīng)濟性的影響，建立燃料消耗模型，預(yù)測公交車在實際運營中的燃料成本，為公交企業(yè)制定合理的運營策略和成本控制方案提供科學(xué)參考。同時，本研究還將綜合考慮動力性和經(jīng)濟性之間的相互關(guān)系，尋求兩者的最佳平衡點，以實現(xiàn)公交車在保證良好運行性能的前提下，最大限度地降低能源消耗和運營成本。本研究對于公交行業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。從環(huán)保角度來看，天然氣發(fā)動機作為一種清潔燃料發(fā)動機，能夠顯著減少污染物排放，改善城市空氣質(zhì)量。通過研究XD260N5發(fā)動機配套12米后置公交車的動力性與經(jīng)濟性，有助于推動天然氣發(fā)動機在公交領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用，促進公交行業(yè)的綠色發(fā)展，為實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)做出貢獻(xiàn)。在經(jīng)濟層面，優(yōu)化公交車的動力性和經(jīng)濟性可以降低公交企業(yè)的運營成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和競爭力，有助于公交企業(yè)在市場競爭中實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，保障公交服務(wù)的穩(wěn)定供應(yīng)和質(zhì)量提升。在技術(shù)創(chuàng)新上，對XD260N5發(fā)動機的深入研究可以為天然氣發(fā)動機技術(shù)的進一步發(fā)展提供參考，推動相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新和進步，促進整個公交行業(yè)技術(shù)水平的提升，滿足不斷提高的市場需求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。1.4研究內(nèi)容與方法本研究將圍繞XD260N5發(fā)動機配套12米后置公交車的動力性與經(jīng)濟性展開多方面的研究，采用建模仿真、試驗研究、優(yōu)化分析等多種方法，全面深入地剖析發(fā)動機與公交車的性能表現(xiàn)及兩者之間的匹配關(guān)系，具體內(nèi)容如下：XD260N5發(fā)動機特性研究：對XD260N5發(fā)動機的動力輸出特性進行理論分析，包括扭矩、功率等參數(shù)隨轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化規(guī)律。通過查閱發(fā)動機技術(shù)資料和相關(guān)文獻(xiàn)，獲取發(fā)動機的基本參數(shù)和性能曲線，為后續(xù)的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。運用發(fā)動機臺架試驗，測量發(fā)動機在不同工況下的實際動力輸出，驗證理論分析的準(zhǔn)確性，并進一步分析影響發(fā)動機動力輸出的因素，如進氣量、燃油噴射量、點火提前角等。利用發(fā)動機燃燒分析軟件，對發(fā)動機的燃燒過程進行模擬，深入研究燃燒特性，包括燃燒速度、燃燒效率、燃燒壓力等，為優(yōu)化發(fā)動機性能提供理論依據(jù)。12米后置公交車動力性研究：基于車輛動力學(xué)理論，建立12米后置公交車的動力性計算模型，考慮發(fā)動機特性、傳動系統(tǒng)效率、車輛行駛阻力等因素，計算公交車的最高車速、加速性能、爬坡性能等動力性能指標(biāo)。通過實車道路試驗，測試公交車在不同工況下的動力性能，如在平坦道路上的加速行駛、在不同坡度的坡道上的爬坡行駛等，獲取實際的動力性能數(shù)據(jù)，并與計算結(jié)果進行對比分析，驗證模型的準(zhǔn)確性。分析車輛傳動系統(tǒng)參數(shù)（如變速器速比、主減速器傳動比等）對動力性的影響，通過改變傳動系統(tǒng)參數(shù)進行仿真計算和試驗研究，尋求最佳的傳動系統(tǒng)匹配方案，以提高公交車的動力性能。12米后置公交車經(jīng)濟性研究：研究XD260N5發(fā)動機的燃料消耗特性，通過發(fā)動機臺架試驗和實車道路試驗，測量發(fā)動機在不同工況下的燃料消耗量，分析燃料消耗與發(fā)動機工況、車輛行駛狀態(tài)等因素之間的關(guān)系。建立公交車的燃料消耗模型，考慮發(fā)動機特性、車輛行駛工況、駕駛行為等因素，預(yù)測公交車在實際運營中的燃料成本。采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，收集公交車在實際運營中的行駛數(shù)據(jù)，包括行駛里程、燃料消耗、行駛時間、行駛速度等，運用統(tǒng)計學(xué)方法和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，深入分析影響燃料經(jīng)濟性的因素，如駕駛行為（急加速、急減速、頻繁換擋等）、路況（擁堵、暢通、坡道等）、車輛負(fù)載等，并提出相應(yīng)的節(jié)能駕駛建議和運營管理策略。動力性與經(jīng)濟性匹配優(yōu)化研究：綜合考慮公交車的動力性和經(jīng)濟性要求，建立動力性與經(jīng)濟性的多目標(biāo)優(yōu)化模型，以動力性能指標(biāo)和燃料消耗指標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo)，以發(fā)動機參數(shù)、傳動系統(tǒng)參數(shù)等為優(yōu)化變量。運用優(yōu)化算法（如遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法等）對優(yōu)化模型進行求解，得到滿足動力性和經(jīng)濟性要求的最佳發(fā)動機與傳動系統(tǒng)匹配方案。通過仿真計算和實車試驗，對優(yōu)化后的匹配方案進行驗證，對比優(yōu)化前后公交車的動力性和經(jīng)濟性指標(biāo)，評估優(yōu)化效果，進一步調(diào)整優(yōu)化方案，以實現(xiàn)動力性與經(jīng)濟性的最佳平衡。實際運營工況分析：收集12米后置公交車在實際運營中的行駛數(shù)據(jù)，包括不同時間段、不同線路、不同路況下的行駛速度、加速度、停車次數(shù)等信息，運用統(tǒng)計學(xué)方法和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對實際運營工況進行分類和特征提取，建立實際運營工況數(shù)據(jù)庫。分析實際運營工況對公交車動力性和經(jīng)濟性的影響，通過仿真計算和試驗研究，對比不同工況下公交車的動力性能和燃料消耗情況，找出對動力性和經(jīng)濟性影響較大的工況因素，并針對性地提出優(yōu)化措施。根據(jù)實際運營工況的特點，對發(fā)動機的控制策略和車輛的運營管理策略進行優(yōu)化，如根據(jù)路況和車輛負(fù)載實時調(diào)整發(fā)動機的輸出功率、優(yōu)化公交車的發(fā)車時間間隔和線路規(guī)劃等，以提高公交車在實際運營中的動力性和經(jīng)濟性。二、基于Cruise軟件的仿真計算2.1AVL-Cruise軟件概述AVL-Cruise軟件是由奧地利AVL公司開發(fā)的一款專業(yè)車輛仿真分析軟件，在汽車動力性與經(jīng)濟性研究領(lǐng)域占據(jù)著舉足輕重的地位。它基于模塊化建模理念，允許用戶根據(jù)車輛實際結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成，靈活搭建各種類型車輛的虛擬模型，涵蓋傳統(tǒng)燃油汽車、電動汽車、混合動力汽車等，為全面深入研究車輛性能提供了便利。該軟件具備強大的功能，可精確模擬車輛在各種工況下的運行狀態(tài)，其中對動力性和經(jīng)濟性的仿真分析功能尤為突出。在動力性仿真方面，通過輸入發(fā)動機的特性曲線（如扭矩-轉(zhuǎn)速曲線、功率-轉(zhuǎn)速曲線）、傳動系統(tǒng)參數(shù)（包括變速器各檔速比、主減速器傳動比、傳動效率等）、車輛的基本參數(shù)（如整車質(zhì)量、迎風(fēng)面積、空氣阻力系數(shù)、滾動阻力系數(shù)等），軟件能夠依據(jù)車輛動力學(xué)原理，計算并輸出車輛的最高車速、加速性能（如0-100km/h加速時間、不同檔位下的加速過程曲線等）、爬坡性能（各檔位下的最大爬坡度）等關(guān)鍵動力性能指標(biāo)。這些結(jié)果以直觀的圖表和數(shù)據(jù)形式呈現(xiàn)，幫助研究人員清晰了解車輛在不同條件下的動力表現(xiàn)，從而評估發(fā)動機與車輛傳動系統(tǒng)的匹配合理性，為動力系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。在經(jīng)濟性仿真方面，AVL-Cruise軟件能夠考慮多種影響因素來準(zhǔn)確計算車輛的燃油消耗或能量消耗。它不僅可以根據(jù)設(shè)定的行駛工況（如常見的NEDC、WLTC、FTP-75等標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)工況，以及自定義的實際行駛工況），結(jié)合發(fā)動機的燃油消耗特性（如萬有特性曲線，該曲線反映了發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下的燃油消耗率），精確計算車輛在整個行駛過程中的燃油消耗量，還能分析不同駕駛行為（急加速、急減速、勻速行駛等）、道路條件（平坦道路、坡道、彎道等）對經(jīng)濟性的影響。通過對這些因素的綜合考量和分析，研究人員可以深入了解車輛在實際運行中的能量利用效率，找出影響經(jīng)濟性的關(guān)鍵因素，并提出針對性的節(jié)能措施和優(yōu)化方案。相較于傳統(tǒng)的車輛性能研究方法，AVL-Cruise軟件具有顯著的優(yōu)勢。在研發(fā)周期方面，利用該軟件進行虛擬仿真可以在車輛設(shè)計的早期階段快速評估不同設(shè)計方案的性能，避免了在實際樣車制造和試驗階段才發(fā)現(xiàn)問題而導(dǎo)致的反復(fù)修改和設(shè)計變更，從而大大縮短了整個研發(fā)周期。在成本控制上，減少了實際樣車的制造數(shù)量和試驗次數(shù)，降低了研發(fā)成本，尤其是對于一些昂貴的試驗設(shè)備和測試場地的使用費用，以及樣車制造過程中的材料、人工成本等都有明顯的節(jié)省。此外，該軟件還能模擬一些在實際試驗中難以實現(xiàn)或危險性較高的工況，為研究人員提供更全面、深入的車輛性能數(shù)據(jù)，拓展了研究的邊界和深度。2.2整車基本組成結(jié)構(gòu)分析12米后置公交車作為城市公共交通的重要工具，其基本組成結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，各部件協(xié)同工作，以確保車輛的正常運行和良好的性能表現(xiàn)。發(fā)動機是公交車的核心動力源，XD260N5發(fā)動機采用天然氣作為燃料，屬于點燃式發(fā)動機。其工作原理基于四沖程循環(huán)，即進氣、壓縮、做功和排氣沖程。在進氣沖程，發(fā)動機通過進氣門吸入空氣與天然氣的混合氣體；壓縮沖程中，活塞將混合氣體壓縮，使其溫度和壓力升高；做功沖程時，火花塞點燃混合氣體，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)猓苿踊钊滦校ㄟ^連桿帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，輸出機械能；排氣沖程則將燃燒后的廢氣通過排氣門排出氣缸。該發(fā)動機配備了先進的電子控制系統(tǒng)，能夠精確控制天然氣的噴射量和噴射時間，以及點火時刻，以實現(xiàn)高效燃燒和良好的動力輸出。同時，采用稀薄燃燒技術(shù)，使混合氣中的空氣含量相對較高，有利于提高燃燒效率，降低排放。傳動系統(tǒng)負(fù)責(zé)將發(fā)動機輸出的動力傳遞到驅(qū)動輪，主要由離合器、變速器、傳動軸和主減速器等部件組成。離合器采用膜片彈簧離合器，利用膜片彈簧的彈性力來實現(xiàn)離合器的結(jié)合和分離，具有結(jié)構(gòu)簡單、壓緊力均勻、操縱輕便等優(yōu)點。在車輛起步和換擋時，通過控制離合器的結(jié)合和分離，可以平穩(wěn)地傳遞或切斷發(fā)動機的動力，避免傳動系統(tǒng)受到過大的沖擊。變速器為手動機械式變速器，通常具有多個前進檔和一個倒檔，通過不同的齒輪組合實現(xiàn)不同的傳動比，以滿足車輛在不同行駛工況下的動力需求。在城市公交運行中，頻繁的啟停和不同的行駛速度要求變速器能夠靈活地切換檔位，保證發(fā)動機始終工作在高效區(qū)間。傳動軸采用空心結(jié)構(gòu)，以減輕自身重量，同時提高其抗扭強度。它將變速器輸出的動力傳遞到主減速器，在傳遞過程中，傳動軸需要承受較大的扭矩和彎矩，因此對其動平衡和強度要求較高。主減速器一般采用螺旋錐齒輪，具有傳動平穩(wěn)、噪音低、承載能力強等特點，它進一步降低轉(zhuǎn)速，增大扭矩，并改變動力傳遞方向，使動力能夠有效地傳遞到驅(qū)動輪，驅(qū)動車輛行駛。冷卻系統(tǒng)中的風(fēng)扇對于維持發(fā)動機的正常工作溫度至關(guān)重要。風(fēng)扇通常由發(fā)動機通過皮帶驅(qū)動，其轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速相關(guān)。在發(fā)動機工作過程中，冷卻液在發(fā)動機水套中循環(huán)流動，吸收發(fā)動機產(chǎn)生的熱量，溫度升高。當(dāng)冷卻液溫度達(dá)到一定值時，風(fēng)扇開始工作，將空氣吹過散熱器，使散熱器中的冷卻液與空氣進行熱交換，冷卻液溫度降低，然后再回到發(fā)動機水套中繼續(xù)循環(huán)，從而實現(xiàn)對發(fā)動機的冷卻。風(fēng)扇的風(fēng)量和風(fēng)速直接影響散熱效果，為了提高散熱效率，風(fēng)扇葉片通常設(shè)計成特定的形狀和角度，以產(chǎn)生較大的風(fēng)壓和風(fēng)量。駕駛室是駕駛員操作車輛的區(qū)域，內(nèi)部配備了各種操縱機構(gòu)和儀表。方向盤用于控制車輛的行駛方向，駕駛員通過轉(zhuǎn)動方向盤，帶動轉(zhuǎn)向器工作，使車輪轉(zhuǎn)向。加速踏板、制動踏板和離合器踏板分別用于控制車輛的加速、減速和動力傳遞。儀表板上安裝有車速表、轉(zhuǎn)速表、燃油表、水溫表等各種儀表，駕駛員可以通過這些儀表實時了解車輛的運行狀態(tài)，如車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、燃油余量、冷卻液溫度等，以便及時做出相應(yīng)的操作調(diào)整。此外，駕駛室內(nèi)還配備了各種控制開關(guān)，如燈光開關(guān)、雨刮器開關(guān)、空調(diào)開關(guān)等，方便駕駛員控制車輛的各種輔助設(shè)備。12米后置公交車的各個組成部件相互配合，共同構(gòu)成了一個復(fù)雜而高效的系統(tǒng)。發(fā)動機提供動力，傳動系統(tǒng)傳遞動力，風(fēng)扇協(xié)助冷卻系統(tǒng)維持發(fā)動機溫度，駕駛室則為駕駛員提供了操作和監(jiān)控車輛的平臺。這些部件的性能和工作狀態(tài)直接影響著公交車的動力性和經(jīng)濟性，因此在車輛的設(shè)計、制造和使用過程中，需要充分考慮各部件的特點和要求，確保它們能夠協(xié)同工作，以實現(xiàn)公交車的最佳性能。2.3整車仿真模型構(gòu)建2.3.1發(fā)動機總成模型搭建在AVL-Cruise軟件中，依據(jù)XD260N5發(fā)動機的詳細(xì)技術(shù)資料和試驗數(shù)據(jù)，輸入關(guān)鍵參數(shù)，包括發(fā)動機的排量、壓縮比、進氣方式、燃油噴射系統(tǒng)類型等基本參數(shù)，這些參數(shù)決定了發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。同時，精確輸入發(fā)動機的外特性曲線，如扭矩-轉(zhuǎn)速曲線和功率-轉(zhuǎn)速曲線。扭矩-轉(zhuǎn)速曲線反映了發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速下輸出扭矩的能力，對于公交車在起步、加速、爬坡等工況下的動力表現(xiàn)有著關(guān)鍵影響；功率-轉(zhuǎn)速曲線則展示了發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速時的功率輸出情況，是衡量發(fā)動機動力性能的重要指標(biāo)。通過準(zhǔn)確輸入這些曲線，軟件能夠模擬發(fā)動機在各種工況下的動力輸出特性。此外，還需考慮發(fā)動機的熱管理系統(tǒng)和排放特性。熱管理系統(tǒng)參數(shù)的輸入，如冷卻液的流量、散熱器的散熱能力等，對于維持發(fā)動機在合適的工作溫度范圍內(nèi)至關(guān)重要，因為發(fā)動機的工作溫度會影響其燃燒效率、動力輸出和可靠性。排放特性方面，輸入與排放相關(guān)的參數(shù)，如氮氧化物（NOx）、碳?xì)浠衔铮℉C）、一氧化碳（CO）和顆粒物（PM）等污染物的排放模型參數(shù)，以全面模擬發(fā)動機在不同工況下的排放情況。這些參數(shù)的準(zhǔn)確輸入，能夠使搭建的發(fā)動機總成模型盡可能真實地反映XD260N5發(fā)動機的實際性能，為后續(xù)整車動力性和經(jīng)濟性的仿真分析提供可靠的基礎(chǔ)。2.3.2動力傳動系統(tǒng)模型搭建動力傳動系統(tǒng)模型的搭建需要精確描述各部件的連接方式和工作邏輯。離合器模型的建立基于其實際的工作原理和特性，如膜片彈簧離合器，設(shè)置其壓緊力、摩擦系數(shù)、結(jié)合和分離特性等參數(shù)。在公交車起步時，離合器逐漸結(jié)合，將發(fā)動機的扭矩傳遞給變速器，這個過程中離合器的滑摩功會影響其壽命和能量損耗，通過準(zhǔn)確設(shè)置參數(shù)可以模擬這一過程。變速器模型的搭建依據(jù)其檔位設(shè)置和傳動比，手動機械式變速器通常有多個前進檔和一個倒檔，輸入各檔位的傳動比、傳動效率以及換擋特性等參數(shù)。換擋特性包括換擋的時機、換擋過程中的動力中斷時間等，這些參數(shù)會影響公交車的加速性能和駕駛平順性。傳動軸模型則主要考慮其長度、直徑、材料特性以及動平衡參數(shù)等，以模擬其在傳遞扭矩過程中的力學(xué)性能和振動特性。主減速器模型設(shè)置其傳動比、傳動效率以及齒輪的嚙合特性等參數(shù)，主減速器的傳動比直接影響車輛的驅(qū)動力和行駛速度，合適的傳動比能夠使發(fā)動機在高效區(qū)間工作，提高動力性和經(jīng)濟性。在搭建動力傳動系統(tǒng)模型時，還需考慮各部件之間的機械連接和信息傳遞。機械連接方面，確保各部件的連接方式和安裝位置與實際車輛一致，以準(zhǔn)確模擬動力傳遞路徑。信息傳遞方面，設(shè)置各部件之間的控制邏輯和信號交互，例如發(fā)動機與變速器之間的換擋信號、離合器的控制信號等，使模型能夠真實反映動力傳動系統(tǒng)在車輛運行過程中的協(xié)同工作情況。通過合理搭建動力傳動系統(tǒng)模型，可以準(zhǔn)確模擬發(fā)動機輸出的動力在傳遞到驅(qū)動輪過程中的變化和損失，為整車動力性和經(jīng)濟性的分析提供重要依據(jù)。2.3.3風(fēng)扇總成模型搭建風(fēng)扇總成模型的搭建需要深入了解風(fēng)扇的工作特性和控制邏輯。風(fēng)扇通常由發(fā)動機通過皮帶驅(qū)動，其轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速相關(guān)，設(shè)置風(fēng)扇的葉片形狀、數(shù)量、直徑以及安裝角度等參數(shù)，這些參數(shù)會影響風(fēng)扇的風(fēng)量、風(fēng)壓和效率。葉片形狀和角度的設(shè)計會改變風(fēng)扇對空氣的作用力，從而影響風(fēng)量和風(fēng)壓的大小；葉片數(shù)量和直徑則直接決定了風(fēng)扇的掃風(fēng)面積，進而影響風(fēng)扇的工作能力。風(fēng)扇的控制邏輯通常基于發(fā)動機冷卻液溫度，當(dāng)冷卻液溫度達(dá)到一定閾值時，風(fēng)扇開始工作，通過設(shè)置溫度傳感器的觸發(fā)溫度和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)曲線，模擬風(fēng)扇的啟停控制和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程。在發(fā)動機高負(fù)荷運轉(zhuǎn)時，冷卻液溫度升高，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速相應(yīng)提高，以增強散熱效果；當(dāng)冷卻液溫度降低到一定程度時，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速降低或停止工作，以減少能量消耗。此外，還需考慮風(fēng)扇與散熱器之間的匹配關(guān)系。散熱器的散熱面積、散熱管的布置方式以及冷卻液的流量等因素都會影響散熱效果，而風(fēng)扇的工作則是為了增強散熱器與空氣之間的熱交換。通過設(shè)置散熱器的相關(guān)參數(shù)和風(fēng)扇與散熱器之間的空氣流動特性，模擬整個冷卻系統(tǒng)的工作過程，確保發(fā)動機在各種工況下都能保持在合適的工作溫度范圍內(nèi)。合理搭建風(fēng)扇總成模型，對于維持發(fā)動機的正常工作溫度、保證發(fā)動機的性能和可靠性具有重要意義，同時也會對整車的經(jīng)濟性產(chǎn)生影響，因為風(fēng)扇的能耗是整車能量消耗的一部分。2.3.4駕駛室總成模型搭建依據(jù)12米后置公交車駕駛室的實際尺寸和內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)，在軟件中精確構(gòu)建駕駛室模型。詳細(xì)輸入駕駛室的長度、寬度、高度等尺寸參數(shù)，以及內(nèi)部座椅的布局、儀表盤的位置等信息，確保模型的幾何形狀與實際駕駛室一致。考慮駕駛室對整車風(fēng)阻的影響，設(shè)置駕駛室的外形特征參數(shù)，如前臉的形狀、側(cè)面的線條等，這些因素會影響空氣在駕駛室表面的流動，從而改變整車的空氣阻力系數(shù)。采用空氣動力學(xué)分析方法，對駕駛室模型進行風(fēng)阻模擬計算，根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整模型參數(shù)，以優(yōu)化駕駛室的空氣動力學(xué)性能，降低整車風(fēng)阻。例如，通過優(yōu)化前臉的弧度和側(cè)面的過渡曲線，減少空氣在駕駛室表面的分離和渦流，從而降低空氣阻力。駕駛室的密封性和隔熱性也會對整車的性能產(chǎn)生影響。設(shè)置駕駛室的密封參數(shù)，如車門、車窗的密封材料和密封結(jié)構(gòu)，以減少空氣泄漏，提高車內(nèi)的舒適性和節(jié)能效果。在隔熱性方面，考慮駕駛室的隔熱材料和隔熱結(jié)構(gòu)，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，模擬駕駛室在不同環(huán)境溫度下的隔熱性能，減少車內(nèi)與外界的熱量交換，降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗。通過合理搭建駕駛室總成模型，能夠更準(zhǔn)確地模擬整車在實際運行中的空氣動力學(xué)性能和能量消耗情況，為整車動力性和經(jīng)濟性的研究提供更全面的支持。2.3.5車輛模型搭建在AVL-Cruise軟件中，將前面搭建好的發(fā)動機總成模型、動力傳動系統(tǒng)模型、風(fēng)扇總成模型和駕駛室總成模型進行整合，構(gòu)建完整的12米后置公交車車輛模型。在整合過程中，確保各部件模型之間的連接準(zhǔn)確無誤，機械連接部分要保證動力傳遞的順暢，信息連接部分要確保各部件之間的控制信號和反饋信號能夠正確傳輸。設(shè)置車輛的基本參數(shù)，如整車質(zhì)量、軸距、輪距、輪胎規(guī)格等。整車質(zhì)量包括車輛自身的整備質(zhì)量以及乘客和貨物的最大承載質(zhì)量，它直接影響車輛的行駛阻力和動力需求；軸距和輪距決定了車輛的穩(wěn)定性和操控性；輪胎規(guī)格則會影響輪胎的滾動阻力和抓地力，進而影響車輛的動力性和經(jīng)濟性。輸入車輛的行駛阻力參數(shù)，包括滾動阻力系數(shù)和空氣阻力系數(shù)。滾動阻力系數(shù)與輪胎的材質(zhì)、氣壓、路面狀況等因素有關(guān)，通過試驗或參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定合適的滾動阻力系數(shù)值。空氣阻力系數(shù)則與車輛的外形、車身高度、迎風(fēng)面積等因素相關(guān)，結(jié)合前面駕駛室模型的風(fēng)阻分析結(jié)果，確定準(zhǔn)確的空氣阻力系數(shù)。設(shè)置車輛的制動系統(tǒng)參數(shù)，如制動片的摩擦系數(shù)、制動盤的尺寸和散熱性能等，以模擬車輛在制動過程中的性能表現(xiàn)。通過合理設(shè)置這些參數(shù)，使搭建的車輛模型能夠準(zhǔn)確反映12米后置公交車的實際物理特性和運行狀態(tài)，為后續(xù)的仿真分析提供可靠的基礎(chǔ)。2.3.6車輛仿真模型建立與驗證在完成車輛模型的搭建后，對其進行全面的驗證，以確保模型的準(zhǔn)確性和可靠性。將模型的仿真結(jié)果與實際車輛的試驗數(shù)據(jù)進行對比分析，包括動力性指標(biāo)（如最高車速、加速性能、爬坡性能）和經(jīng)濟性指標(biāo)（如燃料消耗）。在最高車速驗證中，在相同的道路條件和車輛載荷下，比較模型計算得到的最高車速與實際車輛道路試驗測得的最高車速，若兩者偏差在合理范圍內(nèi)（一般根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或經(jīng)驗設(shè)定為±5%以內(nèi)），則認(rèn)為模型在最高車速方面的模擬較為準(zhǔn)確；若偏差較大，則需要檢查模型參數(shù)的設(shè)置、各部件模型的準(zhǔn)確性以及仿真計算方法是否存在問題。加速性能驗證時，對比模型計算的不同加速階段（如0-50km/h、0-100km/h等）的加速時間和實際車輛試驗的加速時間，分析兩者的差異，并進行相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。對于燃料消耗的驗證，在相同的行駛工況下（如標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)工況或?qū)嶋H運營工況），比較模型計算的燃料消耗量與實際車輛的燃料消耗數(shù)據(jù)，通過誤差分析評估模型在經(jīng)濟性方面的準(zhǔn)確性。若模型與試驗數(shù)據(jù)存在較大偏差，需要仔細(xì)檢查發(fā)動機模型的燃油消耗特性曲線是否準(zhǔn)確、動力傳動系統(tǒng)的效率設(shè)置是否合理、行駛阻力參數(shù)是否符合實際情況等。可以采用多組不同工況下的試驗數(shù)據(jù)進行驗證，以提高模型驗證的可靠性。通過全面的模型驗證和優(yōu)化，確保搭建的車輛仿真模型能夠準(zhǔn)確地模擬12米后置公交車搭載XD260N5發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性，為后續(xù)的研究和分析提供堅實的基礎(chǔ)。2.4公交車動力性與經(jīng)濟性評價指標(biāo)確定動力性方面，最高車速是衡量公交車動力性能的重要指標(biāo)之一，它反映了車輛在良好路面條件下能夠達(dá)到的最大行駛速度，體現(xiàn)了發(fā)動機的最大功率以及車輛傳動系統(tǒng)的性能。對于12米后置公交車，最高車速應(yīng)滿足城市道路的限速要求以及實際運營中的快速行駛需求，確保在城市快速路等路段能夠正常行駛。加速時間是指公交車從靜止?fàn)顟B(tài)加速到一定速度所需的時間，如0-50km/h加速時間、0-60km/h加速時間等，加速性能直接影響公交車在起步、超車等工況下的效率和乘客的乘坐體驗。較短的加速時間能夠使公交車更快地融入車流，減少交通擁堵，提高運營效率。爬坡度是指車輛在滿載情況下能夠爬上的最大坡度，以百分比表示。城市道路中存在一些坡度較大的路段，如橋梁引橋、山區(qū)道路等，公交車需要具備足夠的爬坡能力，以確保能夠順利通過這些路段，滿足不同路況下的運營需求。經(jīng)濟性方面，等速百公里氣耗是指公交車在一定的等速行駛工況下，行駛100公里所消耗的天然氣量。通過測試不同車速下的等速百公里氣耗，可以了解發(fā)動機在不同穩(wěn)定工況下的燃料經(jīng)濟性，為評估發(fā)動機的節(jié)能性能提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。路況循環(huán)綜合氣耗則考慮了公交車在實際運營中遇到的各種路況，如城市擁堵路況、郊區(qū)道路、快速路等，按照一定的循環(huán)工況進行測試和計算得出的平均氣耗。這種評價指標(biāo)更能反映公交車在實際運營中的燃料消耗情況，對于公交企業(yè)評估運營成本、制定節(jié)能策略具有重要參考價值。例如，在城市擁堵路況下，公交車頻繁啟停，發(fā)動機處于怠速和低速運行狀態(tài)的時間較長，氣耗會相對較高；而在郊區(qū)道路或快速路上，車輛行駛較為順暢，氣耗則相對較低。通過綜合考慮不同路況下的氣耗，可以更準(zhǔn)確地評估公交車的經(jīng)濟性。2.5設(shè)置計算項目在仿真計算中，設(shè)置多種行駛工況，以全面模擬12米后置公交車的實際運行情況。選取城市典型工況，如城市綜合工況，該工況包含頻繁的啟停、低速行駛、中速行駛以及少量的高速行駛，能夠較好地反映城市道路擁堵、信號燈等待、站點停靠等實際情況。在城市綜合工況中，車輛的平均速度通常在20-30km/h之間，最高速度一般不超過60km/h，停車次數(shù)較多，每次停車時間在30-60秒不等。還考慮郊區(qū)工況，郊區(qū)道路相對暢通，車輛行駛速度較高且較為穩(wěn)定，平均速度在40-50km/h左右，停車次數(shù)較少。以及高速工況，模擬車輛在城市快速路或高速公路上的行駛情況，速度保持在60-80km/h。載荷條件設(shè)置方面，考慮空載、半載和滿載三種情況。空載時，車輛質(zhì)量僅包括整車整備質(zhì)量，不包含乘客和貨物；半載時，根據(jù)公交車的額定載客量，搭載一半數(shù)量的乘客，假設(shè)每位乘客平均質(zhì)量為65kg；滿載時，車輛搭載額定載客量的乘客。例如，對于一輛額定載客量為100人的12米后置公交車，半載時搭載50人，乘客總質(zhì)量為50×65=3250kg；滿載時乘客總質(zhì)量為100×65=6500kg。通過設(shè)置不同的載荷條件，可以分析車輛在不同負(fù)載情況下的動力性和經(jīng)濟性變化。在動力性計算項目中，重點計算最高車速，模擬車輛在水平良好路面、滿載且發(fā)動機節(jié)氣門全開時，車輛所能達(dá)到的最高穩(wěn)定行駛速度；加速性能計算包括0-50km/h、0-60km/h等不同速度區(qū)間的加速時間，以及各檔位下的加速過程曲線，分析車輛在起步和加速過程中的動力表現(xiàn)；爬坡性能計算各檔位下的最大爬坡度，模擬車輛在滿載情況下，以最低穩(wěn)定車速等速行駛時所能爬上的最大坡度。經(jīng)濟性計算項目主要包括等速百公里氣耗和路況循環(huán)綜合氣耗。等速百公里氣耗計算車輛在不同等速行駛工況下（如30km/h、40km/h、50km/h等）行駛100公里所消耗的天然氣量；路況循環(huán)綜合氣耗則根據(jù)設(shè)定的不同行駛工況（城市綜合工況、郊區(qū)工況、高速工況等），結(jié)合車輛的實際運行時間和行駛里程，計算整個循環(huán)工況下的平均氣耗。通過這些計算項目的設(shè)置，可以全面、準(zhǔn)確地評估XD260N5發(fā)動機配套12米后置公交車的動力性與經(jīng)濟性。2.6整車動力性模擬計算在AVL-Cruise軟件中，對搭建好的12米后置公交車模型進行動力性模擬計算。模擬計算結(jié)果顯示，在滿載情況下，該公交車在水平良好路面上的最高車速可達(dá)到[X]km/h，滿足城市公交在快速路等路段的行駛需求。從0-50km/h的加速時間為[X]s，0-60km/h的加速時間為[X]s，加速過程較為平穩(wěn)，能夠滿足公交車在城市道路中頻繁起步和加速的實際運營需求。在爬坡性能方面，一檔時的最大爬坡度可達(dá)[X]%，能夠順利通過城市中常見的坡度較大的橋梁引橋、山區(qū)道路等路段。通過對模擬計算結(jié)果的分析可知，最高車速能夠達(dá)到預(yù)期要求，表明XD260N5發(fā)動機的最大功率以及車輛傳動系統(tǒng)的性能能夠滿足公交車在良好路面條件下的高速行駛需求。加速時間處于合理范圍內(nèi)，說明發(fā)動機的扭矩輸出和傳動系統(tǒng)的匹配能夠保證公交車在起步和加速過程中有較好的動力表現(xiàn)，減少了乘客的等待時間，提高了運營效率。爬坡度滿足實際運營工況的需求，確保了公交車在不同路況下的通行能力。然而，在模擬過程中也發(fā)現(xiàn)，在某些特殊工況下，如滿載且發(fā)動機處于高負(fù)荷狀態(tài)時，加速性能會略有下降，這可能是由于發(fā)動機的扭矩儲備不足或傳動系統(tǒng)的效率降低導(dǎo)致的。后續(xù)可進一步研究發(fā)動機的動力輸出特性和傳動系統(tǒng)的優(yōu)化方案，以提高公交車在各種工況下的動力性能。2.7整車燃?xì)饨?jīng)濟性模擬計算在仿真計算中，得到了12米后置公交車在不同工況下的經(jīng)濟性指標(biāo)。在等速百公里氣耗方面，當(dāng)車速為30km/h時，氣耗為[X]m3/100km；車速提升至40km/h，氣耗降低至[X]m3/100km；而車速達(dá)到50km/h時，氣耗又有所上升，為[X]m3/100km。這種變化趨勢主要是由于發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速下的燃燒效率和負(fù)荷率不同。在低速時，發(fā)動機負(fù)荷率較低，燃燒不充分，導(dǎo)致氣耗較高；隨著車速升高，發(fā)動機負(fù)荷率增加，燃燒效率提高，氣耗降低；但當(dāng)車速進一步升高，發(fā)動機需要輸出更大的功率來克服空氣阻力等行駛阻力，使得氣耗再次上升。在路況循環(huán)綜合氣耗的仿真結(jié)果中，城市綜合工況下的氣耗最高，達(dá)到[X]m3/100km，這是因為城市綜合工況包含頻繁的啟停、低速行駛和怠速工況，發(fā)動機在這些工況下的燃油利用率較低。郊區(qū)工況下的氣耗相對較低，為[X]m3/100km，主要是因為郊區(qū)道路行駛較為順暢，車輛能夠保持較高的平均速度，發(fā)動機處于相對高效的工作區(qū)間。高速工況下的氣耗為[X]m3/100km，雖然車輛速度較高，但由于發(fā)動機需要克服較大的空氣阻力，氣耗也處于一定水平。通過對這些數(shù)據(jù)的分析可知，城市綜合工況是影響公交車燃?xì)饨?jīng)濟性的關(guān)鍵工況，在實際運營中，應(yīng)重點優(yōu)化該工況下的車輛運行參數(shù)和駕駛行為，以降低氣耗。例如，采用合理的駕駛策略，避免急加速、急減速，保持平穩(wěn)駕駛，能夠有效降低發(fā)動機的負(fù)荷波動，提高燃油經(jīng)濟性；優(yōu)化公交車的線路規(guī)劃，減少不必要的啟停和怠速時間，也有助于降低氣耗。2.8本章小結(jié)本章借助AVL-Cruise軟件搭建12米后置公交車的整車仿真模型，該模型涵蓋發(fā)動機總成、動力傳動系統(tǒng)、風(fēng)扇總成和駕駛室總成等關(guān)鍵部分，各部分模型依據(jù)實際車輛參數(shù)和工作原理精確構(gòu)建，并通過與實際試驗數(shù)據(jù)的對比驗證了模型的準(zhǔn)確性。設(shè)定了全面的計算項目，包括多種行駛工況（城市綜合工況、郊區(qū)工況、高速工況）和不同載荷條件（空載、半載、滿載）下的動力性與經(jīng)濟性指標(biāo)計算。通過仿真計算，得到了公交車在不同工況下的動力性和經(jīng)濟性結(jié)果。動力性方面，最高車速、加速時間和爬坡度等指標(biāo)滿足城市公交的實際運營需求，但在某些特殊工況下動力性能仍有提升空間；經(jīng)濟性方面，等速百公里氣耗和路況循環(huán)綜合氣耗在不同工況下呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律，城市綜合工況下的氣耗最高，是優(yōu)化的重點方向。這些仿真計算成果為后續(xù)的試驗研究和車輛性能優(yōu)化提供了重要的理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支持，有助于深入了解XD260N5發(fā)動機配套12米后置公交車的性能表現(xiàn)，明確了進一步研究和改進的方向。三、動力性與經(jīng)濟性試驗研究3.1試驗引用標(biāo)準(zhǔn)本試驗嚴(yán)格遵循多項國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范，以確保試驗的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和規(guī)范性。在動力性試驗方面，依據(jù)GB/T12543-2009《汽車加速性能試驗方法》，該標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了汽車加速性能試驗的條件、方法和數(shù)據(jù)處理要求，包括試驗車輛的準(zhǔn)備、試驗道路的選擇、加速過程的操作規(guī)范以及數(shù)據(jù)采集和計算方法等，為準(zhǔn)確測量公交車的加速性能提供了可靠的依據(jù)。例如，在加速性能試驗中，需按照標(biāo)準(zhǔn)要求選擇合適的試驗道路，確保道路的平整度、坡度等符合規(guī)定，同時要準(zhǔn)確記錄加速過程中的時間、速度等數(shù)據(jù)，以計算加速時間和加速度。對于最高車速的測定，參照GB/T12544-2009《汽車最高車速試驗方法》，該標(biāo)準(zhǔn)明確了試驗的各項條件，如車輛的技術(shù)狀態(tài)、試驗道路的條件、氣象條件等，以及最高車速的測量方法和數(shù)據(jù)處理流程。在實際試驗中，要嚴(yán)格控制車輛的技術(shù)狀況，確保發(fā)動機、傳動系統(tǒng)等處于良好工作狀態(tài)，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗道路和操作方法進行測試，以獲得準(zhǔn)確的最高車速數(shù)據(jù)。爬坡性能試驗則遵循GB/T12539-1990《汽車爬陡坡試驗方法》，該標(biāo)準(zhǔn)對試驗道路的坡度、長度、路面狀況等提出了明確要求，同時規(guī)定了試驗車輛的檔位選擇、試驗過程中的操作要點以及數(shù)據(jù)記錄和計算方法。在進行爬坡性能試驗時，需選擇符合標(biāo)準(zhǔn)要求的坡道，根據(jù)車輛的實際情況選擇合適的檔位，按照規(guī)定的操作方法進行爬坡，記錄爬坡過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，以評估公交車的爬坡能力。在經(jīng)濟性試驗中，依據(jù)GB/T12545.1-2008《乘用車燃料消耗量試驗方法》和GB/T12545.2-2001《商用車燃料消耗量試驗方法》，這些標(biāo)準(zhǔn)針對不同類型的車輛規(guī)定了燃料消耗量的試驗方法和計算規(guī)則。對于12米后置公交車，需按照商用車燃料消耗量試驗方法的要求，選擇合適的試驗工況，如城市綜合工況、郊區(qū)工況等，準(zhǔn)確測量車輛在不同工況下的燃料消耗量，同時要考慮車輛的載荷、行駛速度、道路條件等因素對燃料消耗的影響。在試驗過程中，要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗方法進行操作，準(zhǔn)確記錄燃料消耗數(shù)據(jù)，以確保試驗結(jié)果的可靠性。此外，在整個試驗過程中，還需遵循GB/T12534-1990《汽車道路試驗方法通則》，該通則對汽車道路試驗的通用條件和試驗車輛的準(zhǔn)備工作做出了全面規(guī)定，包括試驗車輛的技術(shù)狀態(tài)檢查、輪胎氣壓的調(diào)整、燃料和潤滑油的選擇、試驗儀器的校準(zhǔn)等。在試驗前，要按照通則的要求對試驗車輛進行全面檢查和準(zhǔn)備，確保車輛的各項性能符合試驗要求，同時要對試驗儀器進行校準(zhǔn)，保證儀器的精度和可靠性。這些標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格遵循，為試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性提供了有力保障，使試驗結(jié)果能夠真實反映XD260N5發(fā)動機配套12米后置公交車的動力性與經(jīng)濟性。3.2試驗設(shè)備介紹為了準(zhǔn)確測量XD260N5發(fā)動機配套12米后置公交車的動力性與經(jīng)濟性相關(guān)數(shù)據(jù)，試驗過程中選用了一系列高精度的專業(yè)設(shè)備。采用非接觸式光電速度傳感器測量車速，其工作原理基于光電感應(yīng)技術(shù)，通過檢測車輛行駛時周圍光線的變化來精確計算車速。該傳感器具有響應(yīng)速度快、測量精度高的特點，精度可達(dá)±0.1km/h，能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地捕捉車輛的速度變化，為動力性試驗中的加速性能、最高車速等指標(biāo)的測量提供可靠數(shù)據(jù)。在加速性能試驗中，可精確記錄車輛在不同時刻的速度，從而準(zhǔn)確計算加速時間和加速度。油耗儀選用高精度容積式油耗儀，運用高精度容積流量傳感器，不受環(huán)境溫度、燃油品牌、油耗范圍的影響，可精確到0.1ml，測量誤差控制在5‰以內(nèi)。該油耗儀采用自動壓力補償和回油氣泡自動排出技術(shù)，有效消除發(fā)動機回油中嚴(yán)重的回油壓力脈動和回油氣體現(xiàn)象，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過該油耗儀，能夠精確測量車輛在不同工況下的燃料消耗量，為經(jīng)濟性試驗中的等速百公里氣耗、路況循環(huán)綜合氣耗等指標(biāo)的計算提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。坡度儀用于測量道路坡度，采用先進的電子傾角傳感器，通過測量重力加速度在不同方向上的分量來計算坡度。其精度可達(dá)±0.1°，能夠準(zhǔn)確測量試驗道路的坡度，為爬坡性能試驗提供準(zhǔn)確的坡度數(shù)據(jù)，確保爬坡性能試驗的準(zhǔn)確性和可靠性。在爬坡性能試驗中，可實時監(jiān)測車輛行駛過程中的坡度變化，以便準(zhǔn)確評估車輛的爬坡能力。為了全面記錄試驗過程中的氣象條件，采用綜合氣象觀測儀，可同時測量氣溫、相對濕度、風(fēng)速和氣壓等參數(shù)。該觀測儀的氣溫測量精度為±0.5℃，相對濕度測量精度為±3%RH，風(fēng)速測量精度為±0.1m/s，氣壓測量精度為±0.1kPa。在試驗前和試驗過程中，利用該觀測儀定時記錄氣象數(shù)據(jù)，確保試驗條件符合標(biāo)準(zhǔn)要求，同時分析氣象條件對動力性和經(jīng)濟性的影響。例如，氣溫和氣壓的變化會影響發(fā)動機的進氣量和燃燒效率，從而影響動力性和經(jīng)濟性；風(fēng)速的大小會影響車輛的行駛阻力，進而影響燃料消耗。五輪儀作為一種常用的車輛運動參數(shù)測量設(shè)備，主要用于測量車輛的行駛距離和速度。其工作原理是通過安裝在車輛上的第五個輪子（通常是一個小直徑的滾輪）與地面接觸滾動，將輪子的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為電信號，從而測量車輛的行駛距離和速度。五輪儀的測量精度較高，距離測量誤差一般在±0.1%以內(nèi)，速度測量精度與非接觸式光電速度傳感器相當(dāng)，可達(dá)±0.1km/h。在動力性試驗中，五輪儀可與其他設(shè)備配合使用，進一步驗證車速和行駛距離的測量結(jié)果，提高試驗數(shù)據(jù)的可靠性。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用高性能的數(shù)據(jù)采集卡和專業(yè)的數(shù)據(jù)采集軟件，能夠?qū)崟r采集和存儲各種試驗數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)具備多通道數(shù)據(jù)采集功能，可同時采集車速、油耗、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、坡度、氣象等多種參數(shù)，并能對采集到的數(shù)據(jù)進行實時處理和分析。數(shù)據(jù)采集頻率可根據(jù)試驗需求進行設(shè)置，最高可達(dá)100Hz，確保能夠準(zhǔn)確捕捉到車輛運行過程中的瞬態(tài)變化。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠?qū)⒏鞣N試驗數(shù)據(jù)進行集中管理和分析，為后續(xù)的試驗結(jié)果研究提供全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。這些試驗設(shè)備在精度和功能上相互配合，共同為XD260N5發(fā)動機配套12米后置公交車的動力性與經(jīng)濟性試驗提供了可靠的數(shù)據(jù)保障。它們的合理選擇和正確使用，確保了試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，為深入研究公交車的動力性與經(jīng)濟性提供了堅實的基礎(chǔ)。3.3試驗準(zhǔn)備條件及注意事項試驗前，對12米后置公交車進行全面的檢查和維護，確保車輛技術(shù)狀態(tài)良好。檢查發(fā)動機的機油液位、冷卻液液位、天然氣儲量等，保證發(fā)動機正常運行。對傳動系統(tǒng)進行檢查，包括離合器、變速器、傳動軸、主減速器等部件，確保傳動系統(tǒng)的連接牢固，各部件工作正常。檢查輪胎的氣壓和磨損情況，按照車輛技術(shù)條件的規(guī)定，將輪胎氣壓調(diào)整到合適的值，誤差不超過±10kPa，確保輪胎的抓地力和滾動阻力符合要求，同時檢查輪胎的磨損是否均勻，如有嚴(yán)重磨損或損壞的輪胎，及時進行更換。對試驗儀器進行嚴(yán)格的校準(zhǔn)和調(diào)試，確保儀器的精度和可靠性。按照儀器的使用說明書，對非接觸式光電速度傳感器、油耗儀、坡度儀、綜合氣象觀測儀、五輪儀等設(shè)備進行校準(zhǔn)，使用標(biāo)準(zhǔn)器具對傳感器的測量精度進行驗證，確保傳感器能夠準(zhǔn)確測量車速、油耗、坡度、氣象等參數(shù)。對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行調(diào)試，檢查數(shù)據(jù)采集卡的工作狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸線路的連接情況以及數(shù)據(jù)采集軟件的設(shè)置，確保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地采集和存儲試驗數(shù)據(jù)。對試驗場地進行詳細(xì)的勘察和準(zhǔn)備，確保試驗場地符合試驗要求。選擇的試驗道路應(yīng)滿足試驗標(biāo)準(zhǔn)中對道路條件的規(guī)定，如道路應(yīng)清潔、干燥、平坦，縱向坡度不超過0.1%，路面為瀝青或混凝土材質(zhì)。在進行最高車速試驗時，選擇足夠長的直線路段，確保車輛有足夠的加速距離達(dá)到最高車速；在進行加速性能試驗時，選擇合適的起點和終點，保證加速過程不受其他車輛和障礙物的干擾；對于爬坡性能試驗，選擇坡度穩(wěn)定、長度符合要求的坡道，確保車輛能夠安全地進行爬坡試驗。在試驗場地設(shè)置明顯的標(biāo)識和警示標(biāo)志，提醒其他車輛和行人注意避讓，確保試驗過程的安全。在試驗過程中，還需注意以下事項：嚴(yán)格按照試驗標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程進行試驗，確保試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。試驗人員應(yīng)經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，熟悉試驗流程和儀器設(shè)備的使用方法。密切關(guān)注車輛的運行狀態(tài)和試驗儀器的工作情況，如發(fā)現(xiàn)車輛出現(xiàn)異常情況（如發(fā)動機故障、傳動系統(tǒng)異響、制動失靈等）或儀器出現(xiàn)故障（如數(shù)據(jù)異常、傳感器失效等），應(yīng)立即停止試驗，進行排查和修復(fù)。記錄試驗過程中的各種情況，包括車輛的運行參數(shù)、試驗儀器的工作狀態(tài)、試驗場地的環(huán)境條件等，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和問題排查提供依據(jù)。在進行不同工況的試驗時，確保試驗條件的一致性，減少試驗誤差。例如，在進行等速百公里氣耗試驗時，保持車輛的行駛速度穩(wěn)定，避免速度波動對氣耗測量結(jié)果的影響；在進行路況循環(huán)綜合氣耗試驗時，按照設(shè)定的循環(huán)工況進行行駛，確保每個循環(huán)工況的行駛條件相同。3.4試驗方法實施在最高車速試驗中，選擇長度不小于2km的平坦、干燥、清潔的直線路段，路面附著系數(shù)不小于0.7。將12米后置公交車置于路段起點，車輛處于滿載狀態(tài)，關(guān)閉所有不必要的電器設(shè)備，如空調(diào)、照明等，以減少能量消耗對試驗結(jié)果的影響。啟動發(fā)動機，預(yù)熱至正常工作溫度，使發(fā)動機的各項性能指標(biāo)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。將變速器掛入最高檔，駕駛員逐漸踩下加速踏板，使車輛加速至最高穩(wěn)定車速，保持一段時間（一般不少于5s），確保車速穩(wěn)定，同時使用非接觸式光電速度傳感器和五輪儀實時測量車速，并通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄車速數(shù)據(jù)。在試驗過程中，密切關(guān)注車輛的運行狀態(tài)，如發(fā)動機的聲音、振動，傳動系統(tǒng)的工作情況等，確保車輛安全運行。加速性能試驗分為0-50km/h和0-60km/h加速試驗。試驗道路同樣選擇平坦、干燥、清潔的直線路段，長度應(yīng)滿足車輛加速需求。車輛處于滿載狀態(tài)，發(fā)動機預(yù)熱至正常工作溫度。對于0-50km/h加速試驗，車輛從靜止?fàn)顟B(tài)開始，駕駛員迅速將加速踏板踩到底，使車輛以最大加速度加速，同時使用非接觸式光電速度傳感器和五輪儀實時測量車速，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄車速和對應(yīng)的時間，直至車速達(dá)到50km/h。在加速過程中，按照車輛的換擋策略進行換擋操作，確保換擋過程迅速、平穩(wěn)，減少動力中斷時間對加速性能的影響。0-60km/h加速試驗步驟與0-50km/h加速試驗類似，只是加速目標(biāo)車速提高至60km/h。試驗完成后，對采集到的數(shù)據(jù)進行處理，計算出加速時間和加速度，并繪制加速時間-車速曲線，以便分析車輛的加速性能。爬坡性能試驗選擇坡度穩(wěn)定、長度不小于25m的坡道，坡前應(yīng)有8-10m的平直路段，坡度大于或等于30%的路面用水泥鋪裝，小于30%的坡道可用瀝青鋪裝，在坡道中部設(shè)置10m的測速路段。試驗車輛處于滿載狀態(tài)，發(fā)動機預(yù)熱至正常工作溫度。將變速器掛入最低檔，如有副變速器也置于最低檔，將車輛停于接近坡道的平直路段上。駕駛員啟動車輛，將油門全開進行爬坡，同時使用坡度儀實時測量坡道坡度，非接觸式光電速度傳感器和五輪儀測量車速，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、通過測速路段的時間等數(shù)據(jù)。在爬坡過程中，密切監(jiān)視發(fā)動機水溫、機油壓力等儀表的工作情況，確保發(fā)動機正常運行。爬至坡頂后，停車檢查車輛各部位有無異常現(xiàn)象發(fā)生，如輪胎磨損、制動系統(tǒng)過熱、傳動系統(tǒng)異響等，并做詳細(xì)記錄。若車輛第一次爬不上坡，可進行第二次嘗試，但不超過兩次。若爬不上坡，測量停車點（后輪接地中心）到坡底的距離，并記錄爬不上的原因，如發(fā)動機動力不足、輪胎打滑等。氣耗試驗包括等速百公里氣耗和路況循環(huán)綜合氣耗試驗。等速百公里氣耗試驗選擇平坦、干燥、清潔的直線路段，長度不少于10km。車輛分別以30km/h、40km/h、50km/h等不同的穩(wěn)定車速行駛，每種車速下行駛距離不少于5km。在試驗前，確保車輛的天然氣儲量充足，并記錄初始天然氣量。車輛以設(shè)定的穩(wěn)定車速行駛過程中，使用油耗儀精確測量天然氣消耗量，同時通過非接觸式光電速度傳感器和五輪儀測量行駛距離，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄氣耗和行駛距離數(shù)據(jù)。試驗結(jié)束后，根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算出每種車速下的等速百公里氣耗。路況循環(huán)綜合氣耗試驗?zāi)M公交車的實際運營工況，選擇包含城市擁堵路況、郊區(qū)道路、快速路等不同路況的典型線路。試驗前，記錄車輛的初始天然氣量。在試驗過程中，按照設(shè)定的循環(huán)工況行駛，使用油耗儀實時測量天然氣消耗量，非接觸式光電速度傳感器和五輪儀測量車速、行駛距離，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄車輛的行駛狀態(tài)、氣耗等數(shù)據(jù)。試驗結(jié)束后，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)計算出整個循環(huán)工況下的平均氣耗，即路況循環(huán)綜合氣耗。3.5試驗數(shù)據(jù)與仿真計算對比研究將試驗測得的動力性和經(jīng)濟性數(shù)據(jù)與AVL-Cruise軟件的仿真計算結(jié)果進行詳細(xì)對比，以驗證仿真模型的準(zhǔn)確性和可靠性。在最高車速方面，試驗測得的滿載最高車速為[X]km/h，而仿真計算結(jié)果為[X]km/h，兩者偏差約為[X]%。加速性能上，0-50km/h加速時間試驗值為[X]s，仿真值為[X]s，偏差率為[X]%；0-60km/h加速時間試驗值與仿真值的偏差率為[X]%。爬坡度試驗中，一檔最大爬坡度試驗值為[X]%，仿真值為[X]%，偏差在可接受范圍內(nèi)。在經(jīng)濟性指標(biāo)對比中，等速百公里氣耗方面，當(dāng)車速為30km/h時，試驗氣耗為[X]m3/100km，仿真氣耗為[X]m3/100km，偏差率為[X]%；40km/h車速下，試驗與仿真氣耗的偏差率為[X]%。路況循環(huán)綜合氣耗試驗值為[X]m3/100km，仿真值為[X]m3/100km，偏差約為[X]%。通過對比分析可知，動力性和經(jīng)濟性的試驗數(shù)據(jù)與仿真計算結(jié)果總體趨勢相符，但存在一定偏差。偏差產(chǎn)生的原因主要有以下幾點：一方面，仿真模型在建立過程中，對一些復(fù)雜的實際因素進行了簡化處理。例如，在發(fā)動機模型中，雖然考慮了基本的動力輸出特性，但實際發(fā)動機在運行過程中，受到進氣波動、燃燒不均勻等因素的影響，其動力輸出并非完全按照理想的外特性曲線進行，而仿真模型難以精確模擬這些復(fù)雜的瞬態(tài)變化。在傳動系統(tǒng)中，實際的離合器、變速器、傳動軸和主減速器等部件在工作時，由于摩擦、振動等原因，傳動效率會發(fā)生變化，而仿真模型中通常采用的是理論傳動效率，這也導(dǎo)致了仿真結(jié)果與實際試驗數(shù)據(jù)的差異。另一方面，試驗過程中存在一定的測量誤差。盡管選用了高精度的試驗設(shè)備，但在實際測量過程中，由于環(huán)境因素（如氣溫、氣壓、風(fēng)速等的波動）、設(shè)備的系統(tǒng)誤差以及人為操作因素（如駕駛員換擋時機的把握、加速踏板踩下的力度和速度的一致性等），都會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。在最高車速試驗中，實際道路的平整度、坡度的微小變化以及車輛行駛過程中的風(fēng)阻等因素，都可能導(dǎo)致試驗測得的最高車速與仿真計算結(jié)果存在偏差。在氣耗測量中，天然氣的計量精度、車輛行駛過程中的工況波動等因素也會影響氣耗的測量準(zhǔn)確性。盡管存在這些偏差，但試驗數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果的總體趨勢一致，說明所建立的AVL-Cruise軟件仿真模型能夠較好地反映XD260N5發(fā)動機配套12米后置公交車的動力性和經(jīng)濟性特性，可為后續(xù)的車輛性能優(yōu)化和分析提供可靠的依據(jù)。在后續(xù)研究中，可以進一步優(yōu)化仿真模型，考慮更多實際因素的影響，同時提高試驗測量的精度，以減小試驗數(shù)據(jù)與仿真計算結(jié)果的偏差。3.6本章小結(jié)本章依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，使用非接觸式光電速度傳感器、油耗儀等設(shè)備，對XD260N5發(fā)動機配套12米后置公交車的動力性與經(jīng)濟性進行試驗研究。在動力性方面，最高車速、加速性能、爬坡性能的試驗數(shù)據(jù)與仿真計算結(jié)果總體趨勢相符，但存在一定偏差，偏差原因包括仿真模型對實際因素的簡化以及試驗測量誤差。在經(jīng)濟性方面，等速百公里氣耗和路況循環(huán)綜合氣耗的試驗值與仿真值也存在類似情況。試驗驗證了仿真模型能較好反映車輛動力性和經(jīng)濟性特性，同時為模型優(yōu)化提供了方向。此外，試驗得到的車輛動力性和經(jīng)濟性實際數(shù)據(jù)，為后續(xù)的匹配優(yōu)化研究以及與其他發(fā)動機對比分析提供了準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，有助于進一步提升車輛性能。四、動力性與經(jīng)濟性的匹配優(yōu)化4.1優(yōu)化方案建立4.1.1優(yōu)化目標(biāo)確定本研究旨在通過優(yōu)化車輛的動力系統(tǒng)參數(shù)，降低12米后置公交車在實際運營中的氣耗，同時確保車輛動力性能滿足城市公交運營的需求。在動力性方面，要求優(yōu)化后的車輛最高車速能夠達(dá)到城市快速路的限速要求，加速性能滿足頻繁啟停的城市路況，爬坡性能能夠應(yīng)對城市中常見的坡度，如橋梁引橋、地下停車場出入口等。在經(jīng)濟性方面，以降低氣耗為核心目標(biāo)，通過優(yōu)化發(fā)動機與傳動系統(tǒng)的匹配，使發(fā)動機在各種工況下都能盡可能工作在高效區(qū)間，減少不必要的能量損失，從而降低公交運營的燃料成本，提高公交企業(yè)的經(jīng)濟效益。這一優(yōu)化目標(biāo)的確定，不僅符合當(dāng)前環(huán)保節(jié)能的發(fā)展趨勢，也能有效提升公交服務(wù)的質(zhì)量和效率，滿足城市居民對便捷、經(jīng)濟、環(huán)保公共交通的需求。4.1.2優(yōu)化變量設(shè)定選定變速箱型號、后橋速比等作為優(yōu)化變量。不同型號的變速箱具有不同的傳動比范圍和換擋特性，對車輛的動力傳遞和能耗有顯著影響。例如，手動變速箱結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高，但換擋操作相對復(fù)雜，對駕駛員技術(shù)要求較高；自動變速箱換擋平順，操作簡便，但傳動效率相對較低，能耗可能會增加。在本研究中，考慮了市場上常見的幾種適用于公交車的變速箱型號，包括手動機械式變速箱、自動機械式變速箱（AMT）和無級變速箱（CVT），分析它們在不同工況下與XD260N5發(fā)動機的匹配效果。后橋速比是影響車輛動力性和經(jīng)濟性的重要參數(shù)之一，它決定了發(fā)動機輸出扭矩在傳遞到車輪時的放大倍數(shù)。較大的后橋速比可以提供更大的驅(qū)動力，有利于車輛的起步和爬坡，但在高速行駛時發(fā)動機轉(zhuǎn)速較高，氣耗也會相應(yīng)增加；較小的后橋速比則在高速行駛時發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低，氣耗相對較低，但起步和爬坡時動力可能不足。因此，合理選擇后橋速比對于平衡車輛的動力性和經(jīng)濟性至關(guān)重要。在優(yōu)化過程中，根據(jù)車輛的設(shè)計要求和實際運營工況，設(shè)定了多個后橋速比的取值范圍，通過仿真計算和試驗研究，分析不同后橋速比對車輛性能的影響。除了變速箱型號和后橋速比，還考慮了其他一些可能影響車輛動力性和經(jīng)濟性的因素作為優(yōu)化變量，如輪胎規(guī)格、車輛的整備質(zhì)量等。不同規(guī)格的輪胎滾動阻力不同，會對車輛的能耗產(chǎn)生影響；車輛的整備質(zhì)量則直接關(guān)系到車輛的行駛阻力和動力需求。通過對這些優(yōu)化變量的綜合調(diào)整和分析，尋找最佳的動力系統(tǒng)匹配方案，以實現(xiàn)車輛動力性和經(jīng)濟性的優(yōu)化目標(biāo)。4.1.3優(yōu)化方案設(shè)計選用不同變速箱和后橋速比組合形成多種優(yōu)化方案。方案一是采用手動機械式變速箱搭配較大的后橋速比，這種組合適用于需要頻繁啟停和爬坡的城市工況，較大的后橋速比可以提供充足的驅(qū)動力，手動機械式變速箱的高傳動效率有助于減少能量損失。方案二采用自動機械式變速箱（AMT）與適中的后橋速比相結(jié)合，AMT變速箱能夠?qū)崿F(xiàn)自動換擋，操作簡便，提高駕駛舒適性，適中的后橋速比在保證一定動力性能的同時，兼顧了高速行駛時的經(jīng)濟性。方案三選擇無級變速箱（CVT）搭配較小的后橋速比，CVT變速箱能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)可變的傳動比，使發(fā)動機始終工作在最佳工況，較小的后橋速比則有利于降低高速行駛時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速，減少氣耗，適用于行駛路況較為順暢、車速相對穩(wěn)定的郊區(qū)或快速路工況。針對每種方案，詳細(xì)設(shè)定具體的參數(shù)值。對于手動機械式變速箱，確定其各檔位的傳動比范圍；對于自動機械式變速箱，設(shè)置其換擋邏輯和換擋時機；對于無級變速箱，設(shè)定其傳動比的變化范圍和控制策略。在后橋速比方面，根據(jù)不同方案的需求，選擇合適的速比值，如方案一中的后橋速比可能設(shè)定為[X]，方案二中的后橋速比設(shè)定為[X]，方案三中的后橋速比設(shè)定為[X]。同時，考慮到輪胎規(guī)格和車輛整備質(zhì)量對車輛性能的影響，在每種方案中也對這些參數(shù)進行了相應(yīng)的設(shè)定和調(diào)整。通過對不同優(yōu)化方案的設(shè)計和參數(shù)設(shè)定，為后續(xù)的仿真計算和試驗研究提供了具體的研究對象，有助于深入分析不同方案對車輛動力性和經(jīng)濟性的影響，從而篩選出最佳的優(yōu)化方案。4.2基于DOE方案的選型計算運用AVL-Cruise軟件的DOE（DesignofExperiments，實驗設(shè)計）功能，對各優(yōu)化方案的動力性和經(jīng)濟性進行系統(tǒng)的計算分析。DOE功能通過合理設(shè)計實驗組合，能夠高效地研究多個變量（如變速箱型號、后橋速比等）對目標(biāo)函數(shù)（動力性和經(jīng)濟性指標(biāo)）的影響，減少計算工作量的同時，確保分析結(jié)果的全面性和可靠性。在DOE計算中，針對每個優(yōu)化方案，設(shè)置多種不同的行駛工況和載荷條件，以模擬12米后置公交車在實際運營中的各種場景。行駛工況涵蓋城市綜合工況、郊區(qū)工況和高速工況，城市綜合工況模擬城市道路的擁堵、頻繁啟停和低速行駛情況；郊區(qū)工況體現(xiàn)相對暢通的郊區(qū)道路行駛特點；高速工況則模擬車輛在城市快速路或高速公路上的行駛狀況。載荷條件包括空載、半載和滿載，以分析車輛在不同負(fù)載下的性能表現(xiàn)。對于動力性指標(biāo)，重點計算各方案在不同工況和載荷下的最高車速、加速性能和爬坡性能。在最高車速計算中，模擬車輛在水平良好路面、不同檔位和節(jié)氣門全開的條件下，達(dá)到的最高穩(wěn)定行駛速度。加速性能計算關(guān)注0-50km/h、0-60km/h等不同速度區(qū)間的加速時間，以及各檔位下的加速過程曲線，分析車輛在起步和加速過程中的動力響應(yīng)和變化趨勢。爬坡性能計算則模擬車輛在滿載情況下，以最低穩(wěn)定車速等速行駛時，所能爬上的最大坡度，評估車輛在不同坡度道路上的通行能力。在經(jīng)濟性指標(biāo)計算方面，著重分析各方案的等速百公里氣耗和路況循環(huán)綜合氣耗。等速百公里氣耗計算車輛在不同穩(wěn)定車速（如30km/h、40km/h、50km/h等）下行駛100公里所消耗的天然氣量，通過對比不同方案在相同車速下的氣耗，評估各方案在穩(wěn)定行駛工況下的能源利用效率。路況循環(huán)綜合氣耗則根據(jù)設(shè)定的不同行駛工況（城市綜合工況、郊區(qū)工況、高速工況等），結(jié)合車輛的實際運行時間和行駛里程，計算整個循環(huán)工況下的平均氣耗，更真實地反映車輛在實際運營中的燃料消耗情況。通過DOE功能的計算分析，得到各優(yōu)化方案在不同工況和載荷條件下的動力性和經(jīng)濟性詳細(xì)數(shù)據(jù)。對這些數(shù)據(jù)進行深入分析，對比不同方案之間的差異，找出在動力性和經(jīng)濟性方面表現(xiàn)較優(yōu)的方案。例如，在某些方案中，可能在城市綜合工況下經(jīng)濟性表現(xiàn)出色，但在高速工況下動力性略顯不足；而另一些方案則可能在動力性方面表現(xiàn)較好，但經(jīng)濟性有待提高。通過全面的分析和比較，為后續(xù)的方案篩選和優(yōu)化提供有力的數(shù)據(jù)支持，有助于確定最適合12米后置公交車實際運營需求的動力系統(tǒng)配置方案。4.3優(yōu)化后數(shù)據(jù)分析4.3.1動力性數(shù)據(jù)分析經(jīng)過優(yōu)化后，12米后置公交車的動力性能得到了顯著提升。在最高車速方面，采用優(yōu)化方案[具體方案編號]后，最高車速從原來的[X]km/h提高到了[X]km/h，提升幅度約為[X]%。這一提升主要得益于優(yōu)化后的傳動系統(tǒng)，如選擇了更合適的變速箱型號和后橋速比，使得發(fā)動機的動力能夠更有效地傳遞到車輪，減少了動力損失，從而提高了車輛在高速行駛時的動力輸出。在加速性能上，0-50km/h加速時間從優(yōu)化前的[X]s縮短至[X]s，0-60km/h加速時間也從[X]s減少到了[X]s。優(yōu)化后的變速箱換擋邏輯更加合理，換擋過程更加順暢，減少了換擋時的動力中斷時間，使發(fā)動機能夠持續(xù)輸出較大的扭矩，車輛在起步和加速過程中的動力響應(yīng)更加迅速，有效提高了公交車在城市道路中頻繁啟停和加速時的效率，提升了乘客的乘坐體驗。爬坡性能同樣得到了改善，一檔最大爬坡度從[X]%提升至[X]%。優(yōu)化后的后橋速比增大，使得發(fā)動機輸出的扭矩在傳遞到車輪時得到了更大倍數(shù)的放大，為車輛提供了更強的驅(qū)動力，增強了公交車在爬坡時的動力性能，確保了車輛能夠順利通過城市中常見的坡度較大的路段，如橋梁引橋、山區(qū)道路等，提高了車輛的通行能力和適應(yīng)性。4.3.2經(jīng)濟性數(shù)據(jù)分析優(yōu)化后，12米后置公交車的經(jīng)濟性指標(biāo)也有了明顯改善。在等速百公里氣耗方面，以30km/h車速行駛時，氣耗從原來的[X]m3/100km降低至[X]m3/100km，下降幅度為[X]%；40km/h車速時，氣耗從[X]m3/100km減少到[X]m3/100km，降低了[X]%。這是因為優(yōu)化后的發(fā)動機與傳動系統(tǒng)匹配更加合理，發(fā)動機在這些穩(wěn)定車速下能夠工作在更高效的區(qū)間，燃燒效率提高，燃料利用率增加，從而降低了氣耗。路況循環(huán)綜合氣耗也有顯著下降，從優(yōu)化前的[X]m3/100km降至[X]m3/100km，降低了[X]%。在實際運營工況中，優(yōu)化后的車輛在城市綜合工況下頻繁啟停和低速行駛時，發(fā)動機能夠更好地適應(yīng)工況變化，減少了不必要的能量消耗；在郊區(qū)工況和高速工況下，傳動系統(tǒng)的優(yōu)化使得發(fā)動機的負(fù)荷更加合理，進一步降低了氣耗。這表明優(yōu)化方案在實際運營中能夠有效降低公交車的燃料消耗，減少公交企業(yè)的運營成本，提高經(jīng)濟效益。4.3.3路況循環(huán)綜合氣耗與動力性關(guān)系分析在不同路況下，12米后置公交車的動力性與經(jīng)濟性呈現(xiàn)出復(fù)雜的相互關(guān)系。在城市綜合工況下，由于頻繁的啟停和低速行駛，發(fā)動機需要頻繁地改變輸出功率，動力性需求波動較大。此時，動力性與經(jīng)濟性之間存在一定的矛盾。為了滿足頻繁啟停和加速的動力需求，發(fā)動機需要輸出較大的扭矩和功率，這可能導(dǎo)致燃料消耗增加，氣耗升高。優(yōu)化后的車輛通過合理調(diào)整傳動系統(tǒng)參數(shù)，如采用更緊密的傳動比設(shè)置，使得發(fā)動機在滿足動力性需求的同時，能夠盡量保持在高效工作區(qū)間，從而在一定程度上緩解了這種矛盾，降低了氣耗。在郊區(qū)工況下，車輛行駛較為順暢，速度相對穩(wěn)定，動力性需求相對較為平穩(wěn)。此時，動力性與經(jīng)濟性之間的協(xié)調(diào)性較好。優(yōu)化后的車輛能夠充分利用發(fā)動機的高效工作區(qū)間，在保持較好動力性能的同時，實現(xiàn)較低的氣耗。合適的后橋速比和變速箱傳動比使得發(fā)動機轉(zhuǎn)速與車速匹配合理，發(fā)動機能夠以較低的負(fù)荷運行，提高了燃料利用率，降低了氣耗。在高速工況下，車輛需要克服較大的空氣阻力，對動力性要求較高。隨著車速的增加，發(fā)動機需要輸出更大的功率來維持車輛的高速行駛，這會導(dǎo)致氣耗上升。優(yōu)化后的車輛通過優(yōu)化發(fā)動機與傳動系統(tǒng)的匹配，提高了傳動效率，減少了動力傳遞過程中的能量損失，使得發(fā)動機在輸出較大功率的情況下，氣耗的增加幅度得到了控制。例如，采用了低滾動阻力的輪胎和優(yōu)化的車身空氣動力學(xué)設(shè)計，降低了車輛的行駛阻力，從而在一定程度上提高了高速工況下的經(jīng)濟性。通過對不同路況下動力性與經(jīng)濟性的關(guān)系分析可知，優(yōu)化后的車輛在不同路況下都能夠在一定程度上實現(xiàn)動力性與經(jīng)濟性的平衡。在實際運營中，公交企業(yè)可以根據(jù)不同線路的路況特點，合理選擇車輛的動力系統(tǒng)配置，以達(dá)到最佳的運營效果。對于城市綜合工況占比較大的線路，可以重點考慮優(yōu)化車輛在頻繁啟停和低速行駛時的動力性與經(jīng)濟性平衡；對于郊區(qū)工況和高速工況較多的線路，則可以更注重車輛在穩(wěn)定行駛時的動力性與經(jīng)濟性協(xié)調(diào)。4.4優(yōu)化后方案與原方案對比分析對比優(yōu)化前后方案，在動力性方面，原方案最高車速為[X]km/h，優(yōu)化后達(dá)到[X]km/h，提升顯著；原方案0-50km/h加速時間為[X]s，優(yōu)化后縮短至[X]s，0-60km/h加速時間從[X]s減少到[X]s；原方案一檔最大爬坡度為[X]%，優(yōu)化后提升至[X]%。這些數(shù)據(jù)表明，優(yōu)化后車輛的動力性能在各方面都有明顯提升，最高車速的提高使車輛在快速路段行駛更高效，加速時間的縮短提升了車輛在城市道路頻繁啟停時的響應(yīng)速度，爬坡性能的增強則提高了車輛應(yīng)對復(fù)雜路況的能力。經(jīng)濟性方面，原方案30km/h等速百公里氣耗為[X]m3/100km，優(yōu)化后降至[X]m3/100km；40km/h時，原方案氣耗[X]m3/100km，優(yōu)化后為[X]m3/100km；路況循環(huán)綜合氣耗原方案為[X]m3/100km，優(yōu)化后降低至[X]m3/100km。可以看出，優(yōu)化后的方案在不同工況下的氣耗都有顯著降低，這對于公交企業(yè)來說，意味著運營成本的大幅下降，經(jīng)濟效益得到明顯提升。通過對優(yōu)化后方案與原方案的全面對比，充分體現(xiàn)出優(yōu)化方案在提升車輛動力性和經(jīng)濟性方面的顯著效果，為12米后置公交車的動力系統(tǒng)優(yōu)化提供了切實可行的方案，具有重要的實際應(yīng)用價值和推廣意義。4.5本章小結(jié)本章以降低12米后置公交車氣耗、滿足動力性能需求為目標(biāo)，選定變速箱型號、后橋速比等為優(yōu)化變量，設(shè)計多種優(yōu)化方案。運用AVL-Cruise軟件的DOE功能計算分析各方案動力性和經(jīng)濟性，結(jié)果表明優(yōu)化后公交車動力性顯著提升，最高車速、加速性能、爬坡性能均有提高；經(jīng)濟性也明顯改善，等速百公里氣耗和路況循環(huán)綜合氣耗降低。不同路況下，動力性與經(jīng)濟性呈現(xiàn)復(fù)雜關(guān)系，優(yōu)化方案在一定程度上實現(xiàn)了兩者平衡。對比優(yōu)化前后方案，各項指標(biāo)提升顯著，確定了最佳匹配方案，為12米后置公交車動力系統(tǒng)優(yōu)化提供了可行方案，具有實際應(yīng)用價值和推廣意義。五、柴油機和天然氣發(fā)動機匹配整車的動力性與經(jīng)濟性對比研究5.1建模仿真及計算在AVL-Cruise軟件中，基于12米后置公交車的實際參數(shù)，建立柴油機匹配整車模型。輸入柴油機的詳細(xì)技術(shù)參數(shù)，如排量、壓縮比、噴油系統(tǒng)特性等，以及其外特性曲線，包括扭矩-轉(zhuǎn)速曲線和功率-轉(zhuǎn)速曲線，以準(zhǔn)確模擬柴油機在不同工況下的動力輸出特性。同時，設(shè)置動力傳動系統(tǒng)參數(shù)，如離合器、變速器、傳動軸和主減速器的各項參數(shù)，確保與實際車輛的傳動系統(tǒng)一致，以精確模擬動力傳遞過程中的能量損失和傳動效率。對于行駛阻力參數(shù)，根據(jù)公交車的實際外形尺寸和輪胎特性，確定滾動阻力系數(shù)和空氣阻力系數(shù)。考慮到公交車在實際運行中的各種路況和載荷變化，設(shè)置不同的行駛工況，包括城市綜合工況、郊區(qū)工況和高速工況，以及空載、半載和滿載三種載荷條件，全面模擬柴油機匹配整車在不同環(huán)境下的運行狀態(tài)。在動力性仿真計算中，重點計算最高車速、加速性能和爬坡性能。模擬車輛在水平良好路面、節(jié)氣門全開的情況下，達(dá)到的最高穩(wěn)定行駛速度，評估柴油機提供的動力能否滿足公交車在快速路段的行駛需求。計算0-50km/h、0-60km/h等不同速度區(qū)間的加速時間，以及各檔位下的加速過程曲線，分析柴油機在起步和加速過程中的動力響應(yīng)和變化趨勢，判斷其對公交車在城市道路中頻繁啟停和加速時的適應(yīng)性。模擬車輛在滿載情況下，以最低穩(wěn)定車速等速行駛時，所能爬上的最大坡度，評估柴油機在爬坡工況下的動力性能，確保公交車能夠順利通過城市中常見的坡度較大的路段。在經(jīng)濟性仿真計算方面，著重計算等速百公里油耗和路況循環(huán)綜合油耗。根據(jù)柴油機的燃油消耗特性曲線，計算車輛在不同穩(wěn)定車速（如30km/h、40km/h、50km/h等）下行駛100公里所消耗的燃油量，分析柴油機在穩(wěn)定行駛工況下的能源利用效率。按照設(shè)定的不同行駛工況（城市綜合工況、郊區(qū)工況、高速工況等），結(jié)合車輛的實際運行時間和行駛里程，計算整個循環(huán)工況下的平均油耗，更真實地反映柴油機匹配整車在實際運營中的燃料消耗情況，為評估其經(jīng)濟性提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。5.2對比分析在動力性方面，柴油機匹配整車在扭矩輸出上具有明顯優(yōu)勢。在相同的轉(zhuǎn)速區(qū)間，柴油機的扭矩輸出通常高于XD260N5天然氣發(fā)動機，例如在1000-1500rpm轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，柴油機的扭矩比天然氣發(fā)動機高出[X]%左右，這使得柴油機匹配整車在起步、爬坡和重載加速等需要較大扭矩的工況下表現(xiàn)更為出色。在爬坡性能測試中，柴油機匹配整車在滿載情況下，能夠爬上坡度為[X]%的陡坡，而XD260N5天然氣發(fā)動機配套整車在相同條件下，最大爬坡度為[X]%，略低于柴油機匹配整車。在加速性能上，柴油機匹配整車從0-50km/h的加速時間為[X]s，而天然氣發(fā)動機配套整車的加速時間為[X]s，柴油機匹配整車的加速性能更優(yōu)，能夠更快地達(dá)到行駛速度，提高運營效率。經(jīng)濟性方面，在等速百公里能耗上，當(dāng)