基于动量守恒的发动机制动道路测试方法及应用研究.pdf

汽 车 工 程 师汽车工程师 Automotive Engineer【摘要】为准确获得发动机制动功率，基于动量守恒定律提出了一种发动机制动道路测试方法。构建了基于车速和挡位的整车制动功率方程，可实现下坡工况手动挡变速器换挡提醒和自动变速器挡位选择，将所提出的测试方法制动功率测试结果与转鼓测试结果进行对比，结果表面，二者差值范围为-2.7%3.4%，体现了该方法的准确性及有效性。关键词：动量守恒制动功率发动机制动道路测试换挡提醒中图分类号：U464.1文献标志码：ADOI：10.20104/ki.1674-6546.20230206Research on Engine Braking Road Test Methodology and ApplicationBased on Constant MomentumZhu Jiangsu1,2,Shi Xiangdong1,2,Li Jingjing1,2,Wang Changtong1,Sun Jingjing1,2(1.State Key Laboratory of Engine and Powertrain System,Weifang 261061;2.Weichai Power Co.,Ltd.,Weifang 261061)【Abstract】To obtain engine braking power accurately,this paper proposed a method of engine braking road test basedon the momentum conservation law.A vehicle braking power equation based on speed and gear was built to provide awarning of downhill shifts and AT gear selection.Braking power test result obtained with the proposed test method wascompared with dynamometer test result,with a difference range of-2.7%3.4%,demonstrating accuracy and effectiveness ofthis method.Key words:Constant momentum,Brake power,Engine braking,Road test,Shift reminding【引用格式】朱江苏,史祥东,李静静,等.基于动量守恒的发动机制动道路测试方法及应用研究J.汽车工程师,2023(11):38-41.ZHU J S,SHI X D,LI J J,et al.Research on Engine Braking Road Test Methodology and Application Based onConstant MomentumJ.Automotive Engineer,2023(11):38-41.基于动量守恒的发动机制动道路测试方法及应用研究*朱江苏1,2史祥东1,2李静静1,2王长通1孙晶晶1,2（1.内燃机与动力系统全国重点实验室，潍坊 261061；2.潍柴动力股份有限公司发动机研究院，潍坊 261061）*基金项目：国家重点研发计划项目（2022YFE0100100）。1前言中重型载货汽车在山区等长距离下坡路况行驶时，频繁制动会导致制动鼓温度升高，制动性能迅速降低，严重时会出现制动失效的情况1-4。尽管为制动鼓淋水可以降低制动性能的衰减，但在冬季行驶时会影响后车的行车安全5-8。因此，相应的持续制动装置应运而生，主要包括发动机辅助制动和缓行器制动，以避免行车制动系统出现热衰退现象9-12。发动机辅助制动因其成本低、工作可靠、长时间全负荷制动的特点，已成为应用最广泛的持续制动装置13-15。发动机制动功率直接影响山区等工况条件下的行车安全性，准确的发动机制动功率信息可以为手动变速器车辆提醒用户选择合适的挡位，以及自动变速器车辆选择最佳下坡挡位提供依据，因此，制动功率的准确测量至关重要。目前，发动机制动功率通常利用底盘测功机测试获得，但对资源及测382023 年第 11 期朱江苏，等：基于动量守恒的发动机制动道路测试方法及应用研究试能力等具有一定要求。因此，本文提出一种基于动量守恒定律的发动机辅助制动功率道路测试方法，并通过与转鼓测试结果进行对比，验证道路测试的精度。2测试原理及方法整车在滑行过程中遵守动量守恒定律，即发动机发出的制动功率等于整车减速滑行功率，由此可计算获得发动机制动功率：P=mav3.61 000=mvv3.63.6500T（1）式中，P为道路等速功率；m为整车试验总质量；a为整车加速度；v为车速；v为与车速v的速度偏差，建议取v=2.5 km/h；T为车速从v+v减速到v-v滑行时间的平均值。测试流程为：a.滑行初始车速选择。根据道路条件，在确保安全的情况下，合理选择最大车速vmax。b.挡位选择。选择车速vmax对应发动机额定转速的挡位GN。c.滑行结束车速选择。发动机最低制动转速在挡位GN对应的车速vmin。d.将车速迅速提高到vmax，变速器置于空挡，松开离合器，车辆开始滑行，滑行至车速vmin。双向往返测试，至少往返3次。e.将车速迅速提高到vmax，变速器置于GN挡，松开离合器，车辆开始滑行，滑行至车速vmin。双向往返测试，至少往返3次。f.将车速迅速提高到vmax，变速器置于GN挡，打开发动机辅助制动，松开油门，车辆开始滑行，滑行至车速vmin。双向往返测试，至少往返3次。测试结束后，计算得到不同车速下的整车运行功率Pv、发动机摩擦功率PE和发动机辅助制动功率PB：1001E01BBPvPEPB=mvv3.63.6500Tvmvv3.63.6500TEmvv3.63.6500TB（2）式中，E、B分别为未开启发动机制动和开启发动机制动时的传动系统效率，动力总成某挡位下的传动效率可根据转速和扭矩查表获得；Tv、TE、TB分别为空挡滑行、带挡滑行、带挡且开启发动机辅助制动滑行时，车速从v+v减速到v-v滑行时间的平均值。整车运行功率与车速相关，发动机摩擦功率和发动机辅助制动功率与转速相关，由此建立基于车速和挡位的各功率方程：Pv=fv(v)（3）PE=fE()n=fE()vigi00.377r（4）PB=fB()n=fB()vigi00.377r（5）式中，fv为根据试验测得的整车运行功率Pv与车速v的拟合方程；fE为根据试验测得的发动机摩擦功率PE与发动机转速n的拟合方程；fB为根据试验测得的发动机辅助制动功率 PB与发动机转速 n的拟合方程；ig为变速器挡位速比；i0为驱动桥速比；r为车轮半径。建立任意车速和挡位下的发动机制动功率方程为：PEB=PE+PB=fE()vigi00.377r+fB()vigi00.377r（6）任意车速和挡位下的整车制动功率PVEB为：PVEB=Pv+PE+PB=fv()v+fE()vigi00.377r+fB()vigi00.377r（7）整车制动力应不小于整车重力沿坡道方向的分力，以实现下坡时不踩制动踏板且车速稳定：3 600PVEB/vmgsin（8）式中，g为重力加速度；为道路实际坡度，坡高与底长之比。根据式（7）、式（8）即可计算得到变速器挡位，从而实现下坡工况手动挡变速器车辆的换挡提醒和自动变速器车辆的挡位选择。3测试精度分析测试车辆选取重汽豪沃64牵引车，配备12挡手动变速器，满载质量49 000 kg，整车配置如表1所示。在实际道路测得整车滑行阻力系数如表 2所示，可计算得到滑行阻力为：F=F0+F1v+F2v2（9）式中，F0为常数项；F1为一次项；F2为二次项。39汽 车 工 程 师朱江苏，等：基于动量守恒的发动机制动道路测试方法及应用研究表1试验车辆参数项目整车发动机后桥轮胎参考内容整车整备质量/kg整车试验质量/kg型号额定功率/kW最大扭矩/Nm型号各挡速比主减速比轮胎规格滚动半径/mm技术参数8 80049 000WP10.5H460E62338（1 900 r/min）2 100（1 0001 400 r/min）HW25712XSTL14.941/11.611/8.986/6.987/5.514/4.318/3.46/2.689/2.081/1.618/1.277/13.3612R22.5525.5表2滑行的整车阻力系数项目常数项F0/N一次项F1/N(kmh-1)-1二次项F2/N(kmh-1)-2取值2 454.05.290.28按照上述步骤，选取滑行车速区间为7330 km/h，挡位采用 10 挡，分别进行空挡滑行测试、10 挡带挡滑行测试和 10 挡带挡且开启辅助制动滑行测试，根据式（2）计算不同车速下的整车运行功率、发动机摩擦功率和发动机辅助制动功率，结果如图1所示。整车运行功率整车运行功率+发动机摩擦功率整车运行功率+发动机摩擦功率+辅助制动功率功率/kW240200160120804008001 0001 2001 4001 6001 8002 000转速/rmin-1图1实际道路制动性能测试结果在底盘测功机上按照表2所示的滑行阻力系数设置参数，热车并滑行。分别倒拖测试空挡滑行功率和10挡带挡且开启辅助制动功率，两者差值为发动机制动功率，与道路测试的发动机制动功率对比结果如图2所示，各转速条件下两者差值在-2.7%3.4%范围内。功率/kW1201008060402008001 0001 2001 4001 6001 8002 000转速/rmin-1转鼓测试道路测试图2道路与转鼓发动机制动功率对比4结束语本文基于动量守恒定律提出了一种发动机制动功率的道路测试方法，构建了基于车速和挡位的整车制动功率方程，可实现下坡工况手动变速器换挡提醒和自动变速器挡位选择，有利于提升山区等长距离下坡工况车辆运行安全性。利用转鼓台架试验对本文提出的实车道路试验方法进行验证，2种方法测试结果差值在-2.7%3.4%范围内，说明本文方法满足测试精度的需求。参考文献1 夏基胜.发动机辅助制动试验研究J.车用发动机,2010(8):70-73.XIA J S.Study of Engine Auxiliary Braking TestJ.VehicleEngine,2010(8):70-73.2 董颖,何仁.发动机制动技术的研究与展望J.车用发动机,2006(6):1-5.DONG Y,HE R.Study and Development of EngineBraking TechnologyJ.Vehicle Engine,2006(6):1-5.3王作函.Jake Brake发动机辅助制动装置J.商用汽车,2002(12):48-49.WANG Z H.Jaka Brake Engine Assisted BrakingJ.Commercial Vehicle,2002(12):48-49.4 周兆鹏,丁晓辉,王慧,等.某轻型柴油机辅助制动系统开发J.内燃机与动力装置,2021,38(1):93-98.ZHOU Z P,DING X H,WANG H,et al.Development ofAuxiliary Brake for a Light Diesel EngineJ.InternalCombustion Engine&Powerplant,2021,38(1):93-98.5裴承政.汽车辅助制动系统的应用和分析J.黑龙江交通科技,2014,37(11):144+146.PEI C Z.Application and Analysis of Vehicle AssistedBrakingSystemJ.CommunicationScienceandTechnology,2014,37(11):144+146.6王丽萍,殷波,李春梅.商用车辅助制动系统简介J.汽402023 年第 11 期朱江苏，等：基于动量守恒的发动机制动道路测试方法及应用研究车实用技术,2017(6):142-143+176.WANG L P,YIN B,LI C M.Introduction of AssistantBrake SystemJ.Automobile Applied Technology,2017(6):142-143+176.7吴国伟.发动机压缩释放制动技术研究J.现代车用动力,2019(4):11-15.WU G W.Research on Engine Compression Release BrakeTechnologyJ.Modern Vehicle Power,2019(4):11-15.8肖殿东.牵引车辅助制动研究J.汽车实用技术,2019(10):64-65+81.XIAO D D.Research on Auxiliary Braking of TractionVehicleJ.Automobile Applied Technology,2019(10):64-65+81.9 薛亮.重型商用车辅助制动系统制动性能台架试验研究D.西安:长安大学,2019.XUE L.Bench Test Study on Braking Performance ofHeavy Commercial Vehicle Auxiliary Braking SystemD.Xi an:Chang an University,2019.10 孟丽,张志鹏,杜飞飞,等.浅析发动机辅助制动技术及选用J.内燃机与配件,2022(22):88-91.MENG L,ZHANG Z P,DU F F,et al.Analysis of EngineAssisted Braking Technology and SelectionJ.InternalCombustion Engine&Parts,2022(22):88-91.11 孙晓鹏,杨正,任宪丰,等.基于发动机辅助制动功能的智能车重预估方法J.电子技术与软件工程,2021(21):85-87.SUN X P,YANG Z,REN X F,et al.Intelligence WeightEstimation Method Based on Engine Assisted BrakingJ.Electronic Technology&Software Engineering,2021(21):85-87.12 何麒,代洪.用于重型车辆辅助制动发动机排气节流装置J.农村牧区机械化,2016(3):47-48.HE Q,DAI H.For Heavy Duty Vehicle Assisted BrakeEngineExhaustThrottleJ.MechanizationofRuralPastoral Areas,2016(3):47-48.13 范岚岚,刘冰,姜峰,等.发动机辅助制动满足机动车运行安全条件的对策和未来发展趋势J.重型汽车,2018(3):24-26.FAN L L,LIU B,JIANG G,et al.Engine-Assisted BrakingCountermeasure and Future Trends to Meet the SafeOperating Condition of Motor VehicleJ.Heavy Truck,2018(3):24-26.14 罗礼培.车用发动机辅助制动技术概述及压缩释放式发动机制动技术分析J.汽车维修,2016(1):4-5.LUO L P.Overview of Vehicle Engine Assisted BrakingTechnology and Analysis of Compression Release EngineBraking TechnologyJ.Automobile Maintenance,2016(1):4-5.15 彭德彪,倪计民.重型卡车发动机辅助制动系统匹配方法的研究J.柴油机设计与制造,2017,23(2):18-22.PENG D B,NI J M.Research on the Matching Method ofEngine Auxiliary Braking System of Heavy TrucksJ.Design and Manufacture of Diesel Engine,2017,23(2):18-22.（责任编辑斛畔）修改稿收到日期为2023年5月20日。41