客車的CRUISE動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)仿真模型評(píng)價(jià)分析

喬曉亮，趙煒華，周 揚(yáng)，王 棟

(西安航空學(xué)院 車輛工程學(xué)院，西安 710077)

客車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配直接影響客車整車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，雖然可使用理論計(jì)算和試驗(yàn)相結(jié)合的方法來完成客車發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配[1]，但這種方法耗時(shí)耗力，傳統(tǒng)的理論計(jì)算方法在計(jì)算效率和精度上已不能滿足工程要求。CRUISE是用于模擬駕駛性能、燃油消耗和排放的高級(jí)仿真軟件，其模塊化的建模方式，可以方便地完成不同車輛配置的仿真模型[2-3]，且其內(nèi)置的成熟求解器保證了較快的計(jì)算時(shí)間。使用CRUISE建立客車仿真模型，一旦通過試驗(yàn)驗(yàn)證了其模型的可靠性和精度，在后續(xù)客車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，只要相應(yīng)的修改不同模塊參數(shù)即可完成不同客車模型建立，進(jìn)而計(jì)算出不同動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)下的客車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，可以減少汽車試驗(yàn)的時(shí)間和成本，提高客車的研發(fā)效率。

1 基于CRUISE的客車仿真模型

1.1 客車整車模型建立

CRUISE采用模塊化的建模方式，從模塊庫中選取合適模塊添加到建模窗口中，并對(duì)各模塊進(jìn)行參數(shù)輸入和設(shè)置。完成參數(shù)輸入后，需要根據(jù)各部件之間的機(jī)械關(guān)系和控制信號(hào)通訊關(guān)系完成各零部件的機(jī)械連接和信號(hào)連接[4-5]，并完成模塊正確性檢查，最后根據(jù)仿真性能指標(biāo)設(shè)置仿真任務(wù)，如最高車速，百公里加速時(shí)間、百公里綜合油耗等[6]。建模一般流程如圖1所示。

圖1建模一般流程

圖2 客車CRUISE仿真模型

本文研究客車為某型號(hào)12米長途豪華客車，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)采用的是后置后驅(qū)布置形式，按照建模流程所建立的客車仿真模型見圖2。

建立客車仿真模型后，要根據(jù)具體模塊要求，輸入相應(yīng)參數(shù)，該客車使用的發(fā)動(dòng)機(jī)為一汽錫柴CA6DL2-35E4型號(hào)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，變速器為法士特6DS150TB型變速器，后橋采用速比為3.909方盛橋，該客車的基本參數(shù)如表1所示。發(fā)動(dòng)機(jī)建模數(shù)據(jù)采用試驗(yàn)方法，通過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)得到相應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性和萬有特性數(shù)據(jù)，發(fā)動(dòng)機(jī)外特性數(shù)據(jù)如表2所示，萬有特性圖如圖3所示，發(fā)動(dòng)機(jī)模塊參數(shù)輸入界面如圖4所示，萬有特性部分?jǐn)?shù)據(jù)如表3所示，其他模塊參數(shù)輸入方法與發(fā)動(dòng)機(jī)模塊參數(shù)輸入界面類似。

表1 客車的基本參數(shù)

表2 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性數(shù)據(jù)

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性圖

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性參數(shù)輸入界面

序號(hào)轉(zhuǎn)速(r/min)扭矩(N·m)燃油消耗量g/(kw·h)1800854.1216.322800802.3210.963800704.0207.634800606.0206.315800508.0207.626800410.0211.197800312.0219.758800214.0238.289800116.0290.851080077.0313.70

1.2 仿真任務(wù)設(shè)定與計(jì)算

本文主要以客車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性來評(píng)價(jià)所建立客車仿真模型的精度，計(jì)算任務(wù)主要圍繞客車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)來設(shè)定，對(duì)客車動(dòng)力性的評(píng)價(jià)指標(biāo)選取直接檔40→100 km/h加速時(shí)間、起步0→100km/h加速時(shí)間、最高車速三個(gè)子評(píng)價(jià)指標(biāo)[7]，燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)根據(jù)國標(biāo)選取六工況循環(huán)的綜合百公里油耗子指標(biāo)。計(jì)算任務(wù)指標(biāo)設(shè)置如圖5所示。

圖5 計(jì)算任務(wù)指標(biāo)設(shè)置

確定仿真計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)后，在CRUISE中的Project Data中完成任務(wù)設(shè)定，制定任務(wù)方案，Constant Drive里面設(shè)定計(jì)算客車最高車速參數(shù)，F(xiàn)ull Load Acceleration設(shè)置計(jì)算客車加速時(shí)間參數(shù)，Cycle Run設(shè)置六工況循環(huán)綜合百公里油耗計(jì)算參數(shù)。六工況循環(huán)工況如圖6所示，計(jì)算任務(wù)設(shè)定如圖7所示。

圖6 六工況循環(huán)工況

圖7 仿真計(jì)算任務(wù)設(shè)置

完成任務(wù)設(shè)定后，在計(jì)算中心里進(jìn)行仿真計(jì)算，并在結(jié)果管理器中查看仿真結(jié)果，仿真計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 仿真計(jì)算結(jié)果

2 客車性能試驗(yàn)

依據(jù)GB/T12534-1990汽車道路試驗(yàn)方法通則、GB/T12677-1990汽車技術(shù)狀況行駛檢查方法、GB7258-2017機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件、GB/T12543-2009汽車加速性能試驗(yàn)方法、GB/T12544-2012汽車最高車速試驗(yàn)方法、GB/T12545.2-2001商用車輛燃料消耗量試驗(yàn)方法，對(duì)客車進(jìn)行動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)，得出汽車的最高車速、直接檔加速時(shí)間、起步換擋加速時(shí)間以及汽車綜合工況燃油消耗，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 客車試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果參數(shù)對(duì)比，如表6所示。

表6 仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

由表6可以看出，動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)的仿真值與試驗(yàn)值誤差小于3%，燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)由于是客車按照市區(qū)工況、公路工況、高速工況計(jì)算得到的綜合百公里油耗，誤差稍大，但誤差也在在6%以內(nèi)，故本文所建立的客車CRUISE模型精度較高，可也作為12m客車后續(xù)仿真計(jì)算原模型。