利用Cruise軟件對(duì)某車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的仿真分析

王燕云

（北京福田戴姆勒汽車有限公司技術(shù)中心，中國(guó) 北京101400）

0 前言

國(guó)內(nèi)外汽車界企業(yè)、機(jī)構(gòu)和學(xué)者都十分重視汽車動(dòng)力系統(tǒng)匹配的研究。在國(guó)外，1972年美國(guó)通用汽車公司首先開發(fā)出汽車動(dòng)力性、燃料經(jīng)濟(jì)性的通用預(yù)測(cè)程序 GP-SIM。在測(cè)試汽車典型行駛工況基礎(chǔ)上，國(guó)外大的汽車公司相繼開發(fā)了各自的汽車模擬程序，如福特公司的 TOFEP，康明斯公司的 VMS，美國(guó)交通部的 VEHSIM，日產(chǎn)公司的CSVFEP，奔馳公司的 TRASCO，等等。這些汽車公司使用這些程序，在汽車產(chǎn)品開發(fā)時(shí)，對(duì)其動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行模擬，在不同的匹配條件下找到合乎設(shè)計(jì)要求的匹配參數(shù)。目前，世界科技的進(jìn)步，帶動(dòng)了汽車仿真的發(fā)展和提高，陸續(xù)出現(xiàn)了專門從事汽車動(dòng)力系統(tǒng)性能分析和研究的技術(shù)公司，為汽車動(dòng)力總成設(shè)計(jì)和制造公司提供咨詢和技術(shù)支持，如奧地利的 AVL公司，該公司已經(jīng)在專用軟件應(yīng)用分析、發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、變速箱設(shè)計(jì)等各方面的研究中卓有成效，而且與國(guó)內(nèi)很多汽車公司和汽車零部件公司正在進(jìn)行提供技術(shù)支持的合作，有的已經(jīng)卓有成果。

本文仿真分析的某款自卸汽車的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能和速度特性，除了與一般的汽車考慮的原理相同，受到車輛發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、離合器、驅(qū)動(dòng)橋、輪胎、路況、載荷、工況等多維參數(shù)決定外，還有很多特殊的方面，例如特殊的載荷和行駛條件等。

1 整車模型的建立

通過采用AVL Cruise仿真軟件，針對(duì)某款自卸汽車匹配不同的變速箱和主減速比，車輛的動(dòng)力性能和燃油消耗性能的對(duì)比，進(jìn)行驗(yàn)證及優(yōu)化。本文不打算對(duì)該自卸汽車的各種工況都進(jìn)行仿真分析，而選擇常用典型工況（滿載狀態(tài)）進(jìn)行分析，此時(shí)車輛滿載，包括動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、加速等四種模式。在仿真分析中，首先建立仿真的動(dòng)力性模型及控制系統(tǒng)模型并對(duì)所選的工況進(jìn)行再現(xiàn)，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行主減速比和變速箱速比的優(yōu)化，最后提出一個(gè)經(jīng)理論計(jì)算改進(jìn)的車輛動(dòng)力匹配結(jié)果。其他工況可依此進(jìn)行。

圖1

2 各種參數(shù)的設(shè)定

在整車建模過程中，除了將各部分進(jìn)行機(jī)械聯(lián)接，還要建立數(shù)據(jù)信號(hào)聯(lián)接；建立整車模型后，需要針對(duì)車輛各系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)，這些參數(shù)有的是根據(jù)試驗(yàn)得到，有的是總成制造者提供的。而對(duì)于自卸汽車模型，則要另外建立數(shù)據(jù)庫(kù)（圖2）。

將各種參數(shù)輸入到各系統(tǒng)中，然后定義各種工況及各種任務(wù)，進(jìn)行計(jì)算（圖 3）。

圖2

圖3

3 發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器、后橋速比的仿真計(jì)算及優(yōu)化

3.1 8JS118變速器速比

表1

3.2 457后橋速比

C：6.33 D：6.5

3.3 仿真計(jì)算將A、C和B、D分組進(jìn)行計(jì)算對(duì)比分析

3.3.1 爬坡度對(duì)比

圖4

A、C 組爬坡度（滿載）=25.27% B、D 組爬坡度（滿載）=20.78%

從曲線性能可以看出A、C組爬坡性能比B、D組爬坡性能要好。

3.3.2 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

圖5

A、C組各檔位100Km最大油耗(L)

表2

B、D組各檔位100Km最大油耗(L)對(duì)應(yīng)車速(Km/h)

表3

從述曲線及數(shù)據(jù)表可以看出A、C組與B、D組油耗相近

3.3.2 加速度對(duì)比

圖6

A、C組各檔位最大加速度（m/s2）及對(duì)應(yīng)車速(Km/h)。（表4）

B、D組各檔位最大加速度（m/s2）及對(duì)應(yīng)車速(Km/h)。（表5）

從述曲線及數(shù)據(jù)表可以看出A、C組比B、D組速度特性要好

表4

表5

3.3.3 對(duì)比結(jié)果

從上述三個(gè)主要參數(shù)綜合反應(yīng)出，A、C組比B、D組匹配合理、更能滿足不同工況、不同使用環(huán)境、不同用戶群體使用，適用性廣。

4 結(jié)論

本文探討了某款自卸汽車動(dòng)力系統(tǒng)最優(yōu)匹配的方法和思路，提出了全面考慮車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，把它們作為一個(gè)整體來分析。設(shè)定變速箱速比、主減速比、載荷及自卸汽車的國(guó)家技術(shù)條件和實(shí)際使用要求為約束條件，把發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、與自卸汽車實(shí)際行駛條件和特點(diǎn)相結(jié)合，既反映了自卸汽車本身具有的行駛能力，又反映了用戶的實(shí)際使用效果。

采用Cruise仿真軟件，對(duì)匹配進(jìn)行了仿真研究，能夠定量地表達(dá)某自卸汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配的優(yōu)劣程度，表明了該車型實(shí)際使用工況與用戶需求差距，能夠提示出該車型動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化和改善的途徑和潛力。

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