基于Cruis e軟件的客車動(dòng)力總成系統(tǒng)匹配優(yōu)化

金釗，王德成，蔡樂，劉文超，袁帥

基于Cruis e軟件的客車動(dòng)力總成系統(tǒng)匹配優(yōu)化

金釗，王德成，蔡樂，劉文超，袁帥

（濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東濰坊261205）

以實(shí)際運(yùn)行中的某款城際客車為例，針對使用過程中出現(xiàn)的動(dòng)力不足及油耗高問題，采用Cruise軟件對整車使用狀況進(jìn)行仿真分析，確定了問題所在，并在整車上進(jìn)行改進(jìn)及實(shí)車試驗(yàn)，取得了良好效果。

客車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)；Cruise；匹配優(yōu)化

汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)是汽車最重要的裝置之一，主要包括汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的性能直接決定著整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性，但整車性能還與傳動(dòng)系的變速器和主減速器有密切關(guān)系。只有通過合理匹配，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性的相互協(xié)調(diào)，才能最大程度地滿足使用要求［1］。本文采用Cruise軟件對傳動(dòng)系參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力裝置與整車的優(yōu)化匹配，節(jié)省了大量試驗(yàn)費(fèi)用和時(shí)間。

1　建立整車模型

奧地利AVL List公司開發(fā)的Cruise軟件是用來研究汽車動(dòng)力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、排放性及制動(dòng)性的模擬分析軟件。通過對整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行分析，簡化物理模型，選擇合理的子系統(tǒng)模型，搭建仿真模型，并對各部件和總成進(jìn)行參數(shù)化處理，建立整車模型。

1.1整車結(jié)構(gòu)分析和子系統(tǒng)模塊選擇

該車配備濰柴WP10系列247 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，機(jī)械變速器，總重20 t，發(fā)動(dòng)機(jī)后置，后輪驅(qū)動(dòng)（4×2）。整車選用整車模塊（Vehicle）、駕駛室模塊（Cookpit）、發(fā)動(dòng)機(jī)模塊（Engine）、機(jī)械式摩擦離合器模塊（Friction Clutch）、機(jī)械式手動(dòng)變速器模塊（Gear Box）、單級減速器模塊（Single Ratio）、車輪（Wheel）和制動(dòng)器（Brake），耗能元件采用風(fēng)扇（Mechanical Consumer）代替。車輛Cruise模型如圖1所示。

1.2仿真任務(wù)的制定

根據(jù)性能分析要求，制定4種計(jì)算任務(wù)，分別是循環(huán)測試（Cycle Run）、爬坡性能測試（Climing Performance）、等速行駛性能測試（Constant Drive）、全負(fù)荷加速測試（Full Load Acceleration），分別對循環(huán)工況、爬坡性能、等速油耗和加速性能進(jìn)行仿真。

2　仿真及試驗(yàn)結(jié)果分析

該車在運(yùn)行中整車綜合油耗達(dá)到41 L/100 km，并且動(dòng)力性較差。需要快速提速時(shí)，油門踏板沒有反應(yīng)。通過實(shí)際采集測試，發(fā)現(xiàn)道路略帶坡度，采集的運(yùn)行工況如圖2所示。由于同樣配置的整車很少出現(xiàn)動(dòng)力性不足的現(xiàn)象，所以產(chǎn)生的原因可能是道路坡度導(dǎo)致整車動(dòng)力不足。在仿真計(jì)算時(shí)，采用MAP圖對負(fù)荷率進(jìn)行控制，以便實(shí)時(shí)查看發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷率，如圖3所示；仿真結(jié)果如圖4-圖7所示。

另外，在采集的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，因?yàn)闊煻认拗频脑?，發(fā)動(dòng)機(jī)存在扭矩限制，如圖8中線條1所示。正是因?yàn)榕ぞ叵拗?，?dǎo)致整車在快速提速時(shí)，動(dòng)力跟不上，油門踏板踩下去之后，整車沒有反應(yīng)。這也是造成整車動(dòng)力不足、油耗高的重要原因。

針對上述現(xiàn)象，對后橋速比進(jìn)行了優(yōu)化，將后橋速比提高了10%［2-7］；在滿足排放要求的前提下，適當(dāng)放開部分煙度限制，然后在整車上進(jìn)行了試驗(yàn)。優(yōu)化后整車動(dòng)力性有較大改善，直接檔50～100 km/h超車加速時(shí)間由77 s減少為61 s，并且綜合油耗由41 L/100 km降低為26 L/100 km，取得了滿意的效果。優(yōu)化后的仿真結(jié)果如圖9和圖10所示。

由此可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)域有了明顯改善，主要運(yùn)行區(qū)域負(fù)荷率由100%變?yōu)?0%～80%，與平直路面上的行駛工況存在一定差異。整車試驗(yàn)的結(jié)果如圖8線條2所示，為適當(dāng)放開煙度限制的實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的扭矩?？梢钥吹?，在低轉(zhuǎn)速區(qū)，發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)情況有大幅度好轉(zhuǎn)［8］。

3　結(jié)束語

使用Cruise軟件不僅可以進(jìn)行汽車動(dòng)力總成系統(tǒng)的匹配，而且對負(fù)荷率的控制可以更逼真地模擬車輛的實(shí)際運(yùn)行狀況。對于運(yùn)行過程中的爬坡、加速、減速等工況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，真實(shí)再現(xiàn)車輛的運(yùn)行工況，為優(yōu)化動(dòng)力系統(tǒng)匹配提供了更可信的依據(jù)。通過系統(tǒng)的動(dòng)力匹配分析，不僅可以對整車前期開發(fā)階段中的動(dòng)力系統(tǒng)選型優(yōu)化具有指導(dǎo)意義，而且對于實(shí)車運(yùn)行中動(dòng)力系統(tǒng)的重新匹配及故障再現(xiàn)和解決，也可以起到重要的指導(dǎo)作用。

［1］余志生.汽車?yán)碚摚跰］.5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［2］何仁，劉星榮，何澤民.汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)最優(yōu)匹配的研究和發(fā)展［J］.江蘇理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，（1）：37-41.

［3］李高友，雷雨成.發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的優(yōu)化匹配研究［J］.汽車研究與開發(fā)，2002，（6）：23-26.

［4］何仁，王建峰.汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的合理匹配的實(shí)用方法［J］.中國公路學(xué)報(bào)，2000，（1）：100-103.

［5］劉惟信，戈平，李偉.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系參數(shù)最優(yōu)匹配的研究［J］.汽車工程，1991，（2）：65-72.

［6］張大壯，江輝.仿真技術(shù)在汽車傳動(dòng)系參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.汽車技術(shù)，1990，（12）：1-9.

［7］葛安林，吳錦秋，林明芳.汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)的最佳匹配［J］.汽車工程，1991，（1）：35-42.

［8］曾善玉.應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)［M］.北京：科學(xué)出版社，2004.

修改稿日期：2015-10-15

Optimization of Bus Power Train Match Based on Cruise Software

Jin Zhao，WangDecheng，Cai Le，Liu Wenchao，Yuan Shuai
（Weichai Power Co.，Ltd，Weifang 261205，China）

Taking an actual city bus for example，this paper solves the problems of lower power and higher oil consumption.Using the Cruise software to simulate the vehicle operation situation，it finds the reason of the problem. After optimizatingand testingon the vehicle，it gets good effect.

bus power train；Cruise；match optimization

U463.2

A

1006-3331（2015）06-0013-03

金釗（1985-），男，主要從事工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、客車等行業(yè)的發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用研發(fā)工作。