汽車起重機(jī)吊裝工況油耗的仿真模擬

趙洋　鄭康

摘要：針對(duì)國(guó)內(nèi)汽車起重機(jī)在建筑工地使用過程中，不帶空調(diào)情況下，吊裝工況進(jìn)行采集并分析，對(duì)其油耗進(jìn)行評(píng)估，并利用整車性能匹配分析軟件進(jìn)行工作過程的模擬仿真。仿真結(jié)果與實(shí)際油耗較為吻合，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性，為汽車起重機(jī)其他工況的預(yù)測(cè)提供了仿真基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：汽車起重機(jī)；吊裝典型工況；油耗；控制策略

汽車起重機(jī)的工作狀況及特點(diǎn)是：（1）工作環(huán)境惡劣、多塵，車輛流動(dòng)性較大；（2）吊裝工況時(shí)作間歇性運(yùn)動(dòng)，即在一個(gè)工作循環(huán)中取料、轉(zhuǎn)移、卸載等動(dòng)作交替工作的。隨著國(guó)家汽車行業(yè)的發(fā)展，燃油資源的緊缺，對(duì)汽車產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性要求也更加嚴(yán)格，使各整車生產(chǎn)企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)前期對(duì)油耗的仿真模擬Ⅲ及控制優(yōu)化具有重大意義。

1汽車起重機(jī)配置及工況路譜采集分析

1.1汽車起重機(jī)配置

1.2工況路譜采集分析

1.2.1工況采集分析

汽車起重機(jī)工況主要分為：吊裝工況和行駛工況，在汽車起重機(jī)上安裝了車輛行車記錄儀，行車記錄儀采集了近一個(gè)月的路譜數(shù)據(jù)，該車在路譜數(shù)據(jù)采集階段，基本情況如下：

（1）主要用于建筑工地施工，工況多用于吊裝鋼管及建筑工人，負(fù)載相對(duì)較小，且大多時(shí)間是處于一定區(qū)域內(nèi)工作，行駛轉(zhuǎn)移時(shí)間相對(duì)較少；

（2）從采集的路譜數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速分布圖來看，吊裝工況多處于高怠速800R/min范圍附近且占比在整體運(yùn)行工況的73%。

1.2吊裝典型工況路譜采集分析

從該汽車起重機(jī)工況采集分析來看，路譜數(shù)據(jù)采集階段用于建筑工地吊裝工況，且多用于吊裝鋼管及建筑工人，負(fù)載較?。灰虼?，針對(duì)運(yùn)行工況中的吊裝工況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、篩選，并整合相關(guān)吊裝典型工況路譜，后續(xù)可作為建筑工地類似吊裝負(fù)載的吊裝工況的油耗預(yù)測(cè)使用。

如表2吊裝工況時(shí)間統(tǒng)計(jì)所示，紅色加大字體為剔除數(shù)據(jù)，選取路譜采集相對(duì)集中、完整的幾天，統(tǒng)計(jì)每天每階段的吊裝運(yùn)行時(shí)間，剔除最長(zhǎng)、最短運(yùn)行時(shí)間（圖表中標(biāo)紅加大數(shù)據(jù)為剔除數(shù)據(jù)，排除極限可能性，使數(shù)據(jù)具有普遍意義），將每天不同階段吊裝時(shí)間取平均值，再以天為單位，將記錄天數(shù)內(nèi)的吊裝運(yùn)行時(shí)間做均值處理，最終選取與吊裝均值最接近的吊裝工況片段為吊裝典型工況。

擬定P1、P2、P3、P4、P5

分別為4月11、12、13、21、23每天的階段性吊裝時(shí)間平均值，下吊裝典型工況平均時(shí)間，則

平均吊裝工作時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)且每次吊裝時(shí)間范圍跨度較大，大致平均工作時(shí)間在500s范圍附近，最終選取4月21日第3階段501s的吊裝工況作為吊裝典型工況路譜。

圖2為吊裝典型工況采集流程圖，圖3給出了吊裝典型工況時(shí)間與實(shí)際輸出扭矩關(guān)系。

2吊裝工況過程及油耗仿真分析

2.1建立汽車起重機(jī)子模塊及物理連接

根據(jù)汽車起重機(jī)構(gòu)造，在整車性能匹配分析軟件中建立仿真模型，搭建發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱、主減速器、輪胎、吊臂、控制模塊等各子模塊，輸入模塊所需要的各項(xiàng)基本參數(shù)，并完成相關(guān)部件的機(jī)

械連接和電器信號(hào)線連接。搭建后的起重機(jī)整車模塊如圖4所示。

汽車起重機(jī)吊裝過程從變速箱取力擋齒輪取力，通過液壓系統(tǒng)控制吊臂及相關(guān)操作，該過程通過相應(yīng)的模塊（圖5）及控制策略（圖6）來代替實(shí)現(xiàn)。

2.2仿真吊裝工況過程及油耗

圖7為吊裝工況在發(fā)動(dòng)機(jī)map上的運(yùn)行工況點(diǎn)仿真結(jié)果，工況點(diǎn)普遍在高怠速800r/mm～900 r/mm區(qū)域范圍內(nèi)，負(fù)載相對(duì)較小，扭矩百分比在10%～15%區(qū)域內(nèi)，與實(shí)際吊裝工作狀態(tài)情況相符。

吊裝工況過程仿真模擬輸出小時(shí)油耗量及輸出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速如圖8所示，由于吊裝過程中扭矩輸出的變化及相應(yīng)零部件的機(jī)械損失，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速在略低于880 r/min轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)波動(dòng)變化。

吊裝工況過程輸出的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速吊裝工況過程仿真模擬輸出扭矩與實(shí)際輸出扭矩如圖9所示。

由于路譜數(shù)據(jù)采集階段主要用于建筑工地，大多時(shí)間是處于一定區(qū)域內(nèi)工作，油耗相對(duì)較小。仿真模擬吊裝工況綜合小時(shí)油耗量與實(shí)際吊裝工況油耗綜合誤差控制在3.53%范圍內(nèi)，與實(shí)際吊裝工況小時(shí)油耗量較為接近，進(jìn)一步驗(yàn)證了仿真模型、過程及經(jīng)濟(jì)性結(jié)果的可行性。

3結(jié)語(yǔ)

基于整車性能匹配分析軟件，實(shí)現(xiàn)了汽車起重機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)及吊裝工況控制模塊的建模，根據(jù)仿真與實(shí)際吊裝工況油耗的對(duì)比分析，仿真與實(shí)際之間已經(jīng)有了較好的誤差控制，驗(yàn)證了仿真模型能較好的反映實(shí)際油耗的有效性。

結(jié)合該汽車起重機(jī)及以往行駛及吊裝經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)概括相應(yīng)吊裝典型工況路譜，也可作為油耗過高等故障的對(duì)比排查。

后續(xù)也可為吊裝不同負(fù)載工況，輕、中、重載的不同發(fā)動(dòng)機(jī)控制模式，如多扭矩開關(guān)等提供指導(dǎo)性研究。