基于CUISE的某輕卡動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性研究

秦波

摘 要：動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性是整車(chē)的重要性能指標(biāo)，文章以 CRUISE 仿真軟件為基礎(chǔ)，運(yùn)用汽車(chē)仿真計(jì)算方法對(duì)正在開(kāi)發(fā)整車(chē)的動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。為整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)匹配起到指導(dǎo)作用，從而縮短了整車(chē)的開(kāi)發(fā)周期與開(kāi)發(fā)成本。

關(guān)鍵詞：仿真計(jì)算；動(dòng)力性；經(jīng)濟(jì)性

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988（2018）17-129-03

Abstract： Dynamic performance and economy are important performance indicators of the vehicle. Based on CRUISE calculation software， this paper analyzes the dynamic economy of the vehicle under development by using vehicle simulation calculation method. It can guide the matching of vehicle power system and shorten the development cycle and development cost of vehicle.

Keywords： Simulation； dynamic； economy

CLC NO.： U463.5 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）17-129-03

前言

隨著物流行業(yè)的發(fā)展，輕型商用車(chē)市場(chǎng)近年來(lái)增長(zhǎng)迅速。同時(shí)因?yàn)閲?guó)家排放升級(jí)，車(chē)輛的使用成本不斷增加，中國(guó)粗放式汽車(chē)增長(zhǎng)模式已宣告終結(jié)。終端客戶(hù)對(duì)車(chē)輛性能的要求已經(jīng)和往日大大不同。在車(chē)輛的所有性能中客戶(hù)最為關(guān)注的就是動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性這兩個(gè)指標(biāo)。所以各大主機(jī)廠均在汽車(chē)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性上狠下功夫。如何保證獲得客戶(hù)，制勝市場(chǎng)，整車(chē)動(dòng)力及經(jīng)濟(jì)性精確匹配及仿真分析成為各大主機(jī)廠競(jìng)相角逐的重要領(lǐng)域。

本文以某輕型商用車(chē)為例，研究在整車(chē)開(kāi)發(fā)最初，如何通過(guò) CRUISE 仿真軟件對(duì)整車(chē)的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行仿真計(jì)算。并且通過(guò)實(shí)車(chē)的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)測(cè)試。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果的對(duì)比，確認(rèn)仿真分析的可靠性。然后再通過(guò)和競(jìng)品的對(duì)比，從而評(píng)估所開(kāi)發(fā)車(chē)型動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的好壞。這種開(kāi)發(fā)方式，高效的進(jìn)行整車(chē)開(kāi)發(fā)，也降低了開(kāi)發(fā)成本。

1 CRUISE的基本功能介紹

Cruise是由奧地利AVL 公司開(kāi)發(fā)的用于整車(chē)多個(gè)物理系統(tǒng)性能仿真的軟件。在汽車(chē)設(shè)計(jì)領(lǐng)域常被用于整車(chē)動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能、排放性能以及冷卻性能的仿真計(jì)算。用戶(hù)利用Cruise可以進(jìn)行多個(gè)工況的分析，其中包括巡航工況、爬坡工況、穩(wěn)態(tài)行駛工況以及加速工況等。

2 確認(rèn)計(jì)算所需參數(shù)

在運(yùn)用CRUISE進(jìn)行計(jì)算之前需要先收集相應(yīng)的整車(chē)參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)以及阻力系數(shù)等。

2.1 整車(chē)參數(shù)

某輕車(chē)的基本計(jì)算參數(shù)如下表：

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線(xiàn)

發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線(xiàn)包括發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線(xiàn)與發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性曲線(xiàn)。發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線(xiàn)表現(xiàn)的是發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)的工作狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。萬(wàn)有特性曲線(xiàn)表達(dá)的是發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷及轉(zhuǎn)速都變化時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩、功率與比油耗等參數(shù)的變化規(guī)律。圖1 為發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性和萬(wàn)有特性曲線(xiàn)圖。

2.3 整車(chē)滑行阻力

整車(chē)阻力分為滾動(dòng)阻力、空氣阻力、加速阻力與坡度阻力。同底盤(pán)平臺(tái)同載重的整車(chē)可以用同一套阻力系數(shù)用于計(jì)算。不同載重的阻力系數(shù)可以通過(guò)整車(chē)滑行試驗(yàn)獲得。整車(chē)滑行試驗(yàn)是將整車(chē)在不同車(chē)速下進(jìn)行空檔滑行，根據(jù)滑行的距離推算出阻力隨車(chē)速變化的規(guī)律。圖 2 為某輕卡不同載重下的滑行阻力曲線(xiàn)。

3 動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性計(jì)算原理

整車(chē)的動(dòng)力性主要體現(xiàn)為最高車(chē)速、加速度、最大爬坡度，經(jīng)濟(jì)性主要是體現(xiàn)為百公里等速油耗或者三工況油耗。

3.1 動(dòng)力性計(jì)算原理

3.1.1 最高車(chē)速

驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力達(dá)到平衡時(shí)，即當(dāng)加速度 ，坡度i=0，發(fā)動(dòng)機(jī)全油門(mén)，由動(dòng)力學(xué)公式得最高車(chē)速：

3.1.2 加速時(shí)間

通過(guò)對(duì)汽車(chē)行駛加速度曲線(xiàn)求積分，可得加速時(shí)間：

3.1.3 最大爬坡度

3.2 經(jīng)濟(jì)性計(jì)算原理

燃油消耗量與發(fā)動(dòng)機(jī)功率有關(guān)，主要通過(guò)汽車(chē)功率平衡方程求解。

上述公式中Ttq為發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、ig為變速箱各檔位速比、i0為主減速比、ηT傳動(dòng)效率、CD為風(fēng)阻系數(shù)、ua汽車(chē)行駛車(chē)速、δ為汽車(chē)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)、r為車(chē)輪半徑、G為汽車(chē)最大設(shè)計(jì)質(zhì)量、f為滾組系數(shù)、A為迎風(fēng)面積、i為道理坡度、m為整備質(zhì)量。

從公式（1）～（4）中可以看出，影響汽車(chē)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性主要參數(shù)是：G、f、A、CD和ηT。

3.3 建立模型與設(shè)定計(jì)算任務(wù)

CRUISE 仿真過(guò)程需要分三步來(lái)進(jìn)行。分別為建立整車(chē)仿真模型，在整車(chē)模型中輸入整車(chē)長(zhǎng)度、質(zhì)量、重心位置、阻力系數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)特性數(shù)據(jù)、變速箱速比、后橋速比以及輪胎半徑等，如圖3所示；設(shè)定計(jì)算任務(wù)，其中包括最高車(chē)速計(jì)算、最大爬坡度計(jì)算、直接擋30km/h到80km/h加速計(jì)算、起步檔0km/h到80km/h加速計(jì)算以及最高檔等速油耗計(jì)算，如圖4所示；啟動(dòng)仿真計(jì)算，讀取仿真結(jié)果，如圖5所示。

4 整車(chē)轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)測(cè)試

4.1 轉(zhuǎn)轂動(dòng)力性測(cè)試簡(jiǎn)介

4.1.1 最高車(chē)速試驗(yàn)

整車(chē)轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)測(cè)試是將車(chē)放置于轉(zhuǎn)鼓上，然后給轉(zhuǎn)鼓設(shè)定一定的阻力參數(shù)，提供整車(chē)在滿(mǎn)載時(shí)的阻力。然后按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)里的試驗(yàn)方法，駕駛員進(jìn)行整車(chē)各種工況的駕駛操作。對(duì)于動(dòng)力性而言，需要測(cè)試車(chē)輛的最高車(chē)速、起步加速以及超車(chē)加速。其中最高車(chē)速是將檔位至于最高檔，油門(mén)全開(kāi)，車(chē)輛車(chē)速穩(wěn)定后讀取到的車(chē)速。起步加速是駕駛員從一檔按照指定的換擋轉(zhuǎn)速進(jìn)行換擋，并加速到指定車(chē)速。 超車(chē)加速是將檔位至于指定檔位，然后將車(chē)輛先加速到指定的初始測(cè)速，待車(chē)速穩(wěn)定后將油門(mén)全開(kāi)加速到所需的終止車(chē)速。

對(duì)于經(jīng)濟(jì)性而言，需要通過(guò)油耗儀測(cè)試車(chē)輛的等速油耗，然后參數(shù)《JT 719-2016 營(yíng)運(yùn)貨車(chē)燃油消耗值限值及測(cè)量法》中的計(jì)算方法，將各個(gè)速度的油耗值乘以權(quán)重系數(shù)，最后得到整車(chē)的綜合油耗。

4.2 試驗(yàn)及 CRUISE 計(jì)算結(jié)果對(duì)比

將仿真值與轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，確認(rèn)仿真數(shù)據(jù)是否可靠，具體見(jiàn)下表：

根據(jù)對(duì)比可以看出仿真計(jì)算的結(jié)果基本和計(jì)算結(jié)果相符，但是最大仍然存在著約6%的誤差。這些誤差可能來(lái)源于轉(zhuǎn)轂設(shè)備測(cè)試的誤差、模型設(shè)置誤差、傳動(dòng)效率設(shè)置不精準(zhǔn)、發(fā)動(dòng)機(jī)外特性外有特性符合性差以及換擋策略等。這些

問(wèn)題還需要進(jìn)一步的研究。

5 動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)劣的指標(biāo)并不是固定的。一般是將所開(kāi)發(fā)車(chē)型與競(jìng)品進(jìn)行對(duì)比，從而來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)下表：

通過(guò)對(duì)比可以看出開(kāi)發(fā)車(chē)型的動(dòng)力性略差于競(jìng)品，但是經(jīng)濟(jì)性有較好的提升。改車(chē)型具備一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

6 總結(jié)

在知道整車(chē)與相關(guān)計(jì)算參數(shù)的前提下，利用CRUISE軟件可以對(duì)整車(chē)的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行高效的仿真計(jì)算。通過(guò)轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)又進(jìn)一步的驗(yàn)證了仿真計(jì)算的可靠性。由此可見(jiàn)這種基于CRUISE的仿真計(jì)算可以為整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)性能的評(píng)估提供有力的參考依據(jù)。

但是仿真計(jì)算存在一定的誤差，需要進(jìn)一步研究如何調(diào)整模型來(lái)縮小誤差。

通過(guò)與競(jìng)品對(duì)比分析，開(kāi)發(fā)車(chē)型的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性較好，可以滿(mǎn)足客戶(hù)需求。

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