商用車燃油經(jīng)濟(jì)性和排氣余熱回收的數(shù)學(xué)模型與影響研究.pdf

1、隨著日益嚴(yán)峻的能源形勢(shì)和不斷嚴(yán)格的排放法規(guī)，社會(huì)對(duì)商用車的燃油經(jīng)濟(jì)性要求也不斷提升。目前，因我國(guó)缺乏商用車燃油經(jīng)濟(jì)性分析合適的數(shù)學(xué)模型和方法，以及燃油消耗量的相關(guān)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致在商用車的設(shè)計(jì)過程中無法合理地考慮整車燃油消耗問題，尤其是在面向客戶需求配置動(dòng)力總成系統(tǒng)時(shí)更為嚴(yán)重。因此，研究商用車的燃油經(jīng)濟(jì)性，可有效地計(jì)算與預(yù)測(cè)商用車的燃油消耗，為車輛設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)，并為我國(guó)商用車燃油限值標(biāo)準(zhǔn)制定及燃油消耗量標(biāo)識(shí)的確定提供理論依據(jù)。與此同時(shí)，相

2、對(duì)乘用車，商用車具有發(fā)動(dòng)機(jī)排量大、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，通過回收利用商用車排氣余熱可提升發(fā)動(dòng)機(jī)的有效熱效率，減少燃油消耗，提高車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)能源再生利用。
　　本文以商用車燃油經(jīng)濟(jì)性為主導(dǎo)，采用理論解析、仿真分析和工程試驗(yàn)相結(jié)合的方法，建立并驗(yàn)證商用車燃油經(jīng)濟(jì)性和排氣余熱回收的數(shù)學(xué)模型，提出計(jì)算機(jī)仿真與試驗(yàn)相結(jié)合的仿真分析方法，分析商用車燃油經(jīng)濟(jì)性和排氣余熱回收的影響因素，以及排氣余熱回收對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響，其主要研究工作如下

3、：
　　1.為了研究商用車燃油經(jīng)濟(jì)性模型，在分析燃油經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)與關(guān)聯(lián)實(shí)體的基礎(chǔ)上，提出商用車燃油經(jīng)濟(jì)性的建模方法與分析流程；基于發(fā)動(dòng)機(jī)及整車動(dòng)力學(xué)理論，在建立發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能數(shù)學(xué)模型及車輛穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)整車動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，確定整車動(dòng)力性能與發(fā)動(dòng)機(jī)各參數(shù)間關(guān)系，建立商用車燃油經(jīng)濟(jì)性的數(shù)學(xué)模型，研究商用車燃油經(jīng)濟(jì)性的影響因素。
　　2.在比較目前車輛燃油經(jīng)濟(jì)性研究方法的基礎(chǔ)上，提出基于車速跟蹤的商用車燃油經(jīng)濟(jì)性的分析

4、方法，以MATLAB/Simulink為平臺(tái)，在建立駕駛意圖與換擋邏輯、發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器及整車動(dòng)力學(xué)仿真分析模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建商用車燃油經(jīng)濟(jì)性的仿真分析模型；為驗(yàn)證燃油經(jīng)濟(jì)性模型，進(jìn)行實(shí)車道路測(cè)試，將車輛在實(shí)際道路行駛工況下試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證燃油經(jīng)濟(jì)性模型的正確性與有效性，從而形成計(jì)算機(jī)仿真與試驗(yàn)相結(jié)合的仿真分析方法。
　　3.根據(jù)所建立的商用車燃油經(jīng)濟(jì)性數(shù)學(xué)與仿真分析模型，采用所提出的仿真分析方法，對(duì)車輛行駛

5、工況、變速器傳動(dòng)比及不同換擋邏輯的燃油經(jīng)濟(jì)性影響進(jìn)行分析，得出行駛工況的特征參數(shù)與不同換擋邏輯邊界曲線的設(shè)定對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響規(guī)律，提出基于燃油經(jīng)濟(jì)性的商用車傳動(dòng)系統(tǒng)匹配優(yōu)化方法，為商用車燃油經(jīng)濟(jì)性數(shù)學(xué)模型與仿真分析方法提供應(yīng)用案例與方法，并為商用車動(dòng)力總成的配置提供一種行之有效的方法。
　　4.基于工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)和流體力學(xué)等基礎(chǔ)理論，對(duì)基于朗肯循環(huán)的排氣余熱回收進(jìn)行熱力學(xué)分析；依據(jù)效率-傳熱單元數(shù)法，提出基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況的商用

6、車排氣余熱回收熱交換器性能計(jì)算方法，并建立排氣余熱回收數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)商用車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣氣體質(zhì)量流量與循環(huán)工質(zhì)質(zhì)量流量間的關(guān)系；建立排氣余熱回收系統(tǒng)的仿真模型；設(shè)計(jì)并搭建排氣余熱回收試驗(yàn)平臺(tái)，試驗(yàn)得到發(fā)動(dòng)機(jī)基準(zhǔn)工況下的排氣余熱回收熱力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)；基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過排氣余熱回收數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到仿真模型輸入?yún)?shù)，將試驗(yàn)結(jié)果與模型仿真結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證排氣余熱回收數(shù)學(xué)模型的有效性。
　　5.在推導(dǎo)商用車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣質(zhì)量流量計(jì)算公式的基礎(chǔ)上，仿真得

7、到商用車發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況時(shí)的排氣余熱回收蒸發(fā)器出口溫度及渦輪機(jī)出口溫度、排氣余熱回收輸出凈功率及熱效率、蒸發(fā)器絕熱指數(shù)與效率和發(fā)動(dòng)機(jī)有效熱效率等關(guān)鍵性能指標(biāo)；分析循環(huán)工質(zhì)質(zhì)量流量與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣氣體質(zhì)量流量間的關(guān)系，提出排氣余熱回收獲得最大輸出凈功率和熱效率時(shí)對(duì)應(yīng)的循環(huán)工質(zhì)質(zhì)量流量的選擇方法；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況的排氣余熱回收熱力學(xué)參數(shù)，得到商用車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速-油門開度-排氣余熱回收輸出凈功率間的關(guān)系，為商用車排氣余熱回收電子控制單元的設(shè)計(jì)提供依

8、據(jù)；建立商用車燃油經(jīng)濟(jì)性與排氣余熱回收的關(guān)聯(lián)模型，以實(shí)際的行駛工況為例，得到在排氣余熱回收作用下的商用車百公里燃油消耗量及有效熱效率，為排氣余熱回收的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　論文的研究結(jié)果將為商用車燃油經(jīng)濟(jì)性的理論研究和工程分析奠定基礎(chǔ)，為面向燃油經(jīng)濟(jì)性的商用車動(dòng)力總成系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和技術(shù)手段，為排氣余熱回收應(yīng)用于商用車上的工程實(shí)現(xiàn)提供理論基礎(chǔ)，提高商用車的燃油效率，降低燃油消耗量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，將有力促進(jìn)我國(guó)汽車能源效率的提高