基于Cruise的越野車動力匹配技術(shù)研究

孫國慶 孟建軍 葉建偉 劉鵬 陳莉

摘 要：越野車動力匹配技術(shù)是越野車性能開發(fā)的一項重要內(nèi)容。本文根據(jù)某型越野車總體設(shè)計指標，采用基礎(chǔ)理論公式計算的方法，初步選定越野車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)，然后利用Cruise軟件進行整車動力性、經(jīng)濟性仿真，根據(jù)仿真計算得到的動力性、經(jīng)濟性數(shù)據(jù)，對比整車動力性、經(jīng)濟性設(shè)計指標，以此驗證該車型動力匹配的合理性。道路試驗結(jié)果證明了利用Cruise軟件進行越野車動力性經(jīng)濟性仿真分析的準確性，并進一步驗證了該車型動力匹配的合理性。論文對越野車動力匹配能力建設(shè)具有一定的指導作用。

關(guān)鍵詞：越野車；動力匹配；Cruise；動力性經(jīng)濟性

中圖分類號：U462.3 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2018）05-0029-05

Abstract： The power matching technology of the off-road vehicle is an important content of the performance development of the off-road vehicle. According to a certain type of off-road vehicle overall design index， using the method of theoretical calculation formula， initially selected off-road vehicle powertrain parameters， and then the simulation of dynamic nature and economical efficiency with the Cruise software was done， according to the calculation result of the dynamic nature and economical efficiency， comparison of vehicle power and economy to design index to verify the rationality of the model of dynamic match. The road test result proved the accuracy of the Cruise software in the simulation and analysis of the dynamic performance of the off-road vehicle， and further verify the rationality of the dynamic matching of the vehicle. The paper has a certain guiding role on the construction of the power matching ability of the off-road vehicles.

Key Words： Off-road vehicle； Dynamic matching； Cruise； Dynamic nature and economical efficiency

1 概述

汽車的動力性是汽車各種性能中最基本、最重要的一項性能，也是汽車開發(fā)過程中重點考慮的內(nèi)容。研究如何在滿足汽車動力性的前提下，提高汽車的經(jīng)濟性是汽車動力匹配建設(shè)的重要內(nèi)容。越野車工作環(huán)境惡劣，行駛路況復雜，對車輛動力性提出了更高的要求；越野車的燃油經(jīng)濟性能力對其續(xù)駛里程、場地適用性具有重要意義。當前，采用先進的動力匹配技術(shù)開展越野車動力性經(jīng)濟性研究，仍然是越野車性能開發(fā)過程中的重中之重。

Cruise作為一種先進的動力傳動系統(tǒng)匹配軟件，在當前汽車開發(fā)過程中得到了廣泛的應用。在車輛設(shè)計前期，根據(jù)選定的動力傳動系統(tǒng)參數(shù)，利用Cruise軟件進行整車動力性、經(jīng)濟性仿真，并以此驗證車輛動力匹配的合理性，能顯著縮短車輛開發(fā)周期，提高整車動力匹配能力。

2 動力傳動系統(tǒng)參數(shù)的初步確定

2.1 整車動力性經(jīng)濟性設(shè)計指標

汽車的動力性系指汽車在良好路面上直線行駛時由汽車受到的縱向外力決定的、所能達到的平均行駛速度。汽車的動力性主要由三個指標來評定：

a. 汽車的最高車速vamax；

b. 汽車的加速時間t；

c. 汽車的最大爬坡度imax。

通常在汽車設(shè)計時，先根據(jù)汽車總體設(shè)計指標，設(shè)定動力性、經(jīng)濟性目標參數(shù)，在據(jù)此選定動力傳動系統(tǒng)參數(shù)。

某型越野車為4×4手動全時四驅(qū)軍用輕型戰(zhàn)術(shù)車輛。根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，整車設(shè)計指標如下：

（1）最高車速vamax≥120km/h；最低穩(wěn)定車速vmin≤3 km/h，本例計算中取2.5 km/h ；

（2）最大爬坡度：要求理論最大爬坡度tanαmax≥100%；

（3）加速時間：0～80 km/h 原地起步連續(xù)換檔加速時間t≤22s；直接檔60～100 km/h加速時間t≤25s；

（4）要求整車續(xù)駛里程≥600km。已知燃油箱有效容積130L，由此計算得綜合工況油耗限值≤21.7 L/100km。

其它已知參數(shù)：車輛最大設(shè)計總質(zhì)量m；迎風面積A，空氣阻力系數(shù)CD；滾動阻力系數(shù)按公式計算f=0.0076+0.000056V；輪胎滾動半徑r。

2.2 發(fā)動機性能參數(shù)的確定

2.2.1 發(fā)動機最大功率的確定

a.最高車速時的發(fā)動機功率計算

2.4 越野車動力傳動方案的初步確定

3 基于Cruise的整車動力性經(jīng)濟性仿真

3.1 Cruise仿真概述

Cruise軟件是奧地利AVL公司開發(fā)的一款用來研究汽車動力性、燃油經(jīng)濟性、排放性能及制動性能的高級模擬分析軟件。它可用于汽車開發(fā)過程中的動力傳動系統(tǒng)的匹配，汽車性能預測和整車仿真計算。本實例中，初步選定越野車整車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)后，應用Cruise軟件進行整車動力性經(jīng)濟性仿真，以此驗證越野車動力匹配的合理性。

3.2 整車仿真模型的建立

根據(jù)越野車整車動力傳動方案，建立Cruise整車仿真分析模型，輸入整車及各功能模塊相應參數(shù)，并添加機械、信息連接。

3.3 主要計算任務(wù)的設(shè)置

根據(jù)越野車動力性、經(jīng)濟性相關(guān)標準，設(shè)定以下Cruise計算任務(wù)：

a. 穩(wěn)態(tài)行駛性能分析（Constant Drive）

根據(jù)《GB/T 12544-2012 汽車最高車速試驗方法》[4]，車輛載荷狀態(tài)設(shè)置為滿載，不考慮滑移，分動箱置高檔，利用Cruise計算各檔最高車速。

b. 爬坡性能分析（Climbing Performance）

根據(jù)《GB/T12539-1990汽車爬陡坡試驗方法》[5]，車輛載荷設(shè)置為滿載，分動箱置低檔，分“不考慮滑移”及“考慮受一定限制的滑移”兩種工況，仿真計算各檔理論最大爬坡度、最大爬坡度。

c.全負荷加速性能計算（Full Load Acceleration）

根據(jù)《GB/T12543-2009 汽車加速性能試驗方法》[6]，車輛載荷設(shè)置為滿載，分動箱置高檔，計算各檔最大加速度、0～80 km/h 原地起步連續(xù)換檔加速時間、直接檔60～100 km/h 超車加速時間。

d.循環(huán)行駛工況（Cycle run）

該越野車最大設(shè)計總質(zhì)量>3.5t，可參考《GB/T 27840-2011重型商用車燃料消耗量測量方法》[7]，采用最新的C-WTVC循環(huán)。C-WTVC循環(huán)分為三個工況：市區(qū)、公路、高速，根據(jù)該標準相關(guān)規(guī)定，循環(huán)工況特征里程分配系數(shù)分別設(shè)置為市區(qū)0.1、公路0.6、高速0.3，分動箱置高檔，計算綜合工況下的燃油消耗量。

3.4 動力性、經(jīng)濟性仿真

采用單一矩陣計算方法，運行Cruise軟件，完成仿真計算。該型越野車Cruise動力性經(jīng)濟性仿真分析結(jié)果圖如圖4～圖8所示：

4 仿真結(jié)果分析

該越野車Cruise動力性經(jīng)濟性仿真結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

由此可以得出，該車型動力匹配滿足目標動力性、經(jīng)濟性設(shè)計要求。

5 試驗驗證

分別根據(jù)以下標準開展整車道路試驗：

根據(jù)《GB/T 12544-2012 汽車最高車速試驗方法》測量最高車速；

根據(jù)《GB/T12539-1990汽車爬陡坡試驗方法》測量最大爬坡度；

根據(jù)《GB/T12543-2009 汽車加速性能試驗方法》測試0～80 km/h 原地起步連續(xù)換檔加速時間、直接檔60～100 km/h 超車加速時間。

根據(jù)《GB/T 27840-2011重型商用車燃料消耗量測量方法》，分別測定C-WTVC循環(huán)工況市區(qū)、公路、高速各段百公里油耗值，然后根據(jù)特征里程分配系數(shù)，計算綜合工況下的百公里油耗值。

出于保密工作的需要，在此不列出試驗數(shù)據(jù)。試驗結(jié)果顯示，試驗測量值與仿真結(jié)果較為接近，誤差在可接受的范圍內(nèi)。誤差主要是由于在實際駕駛中駕駛員駕駛行為的的差異性以及車輛實際情況的復雜性引起的。試驗結(jié)果證明了

Cruise仿真結(jié)果的準確性，并最終驗證了該車型動力匹配方案的合理性。

6 結(jié)束語

本文先根據(jù)整車設(shè)計指標，通過傳統(tǒng)理論計算方法初步選定越野車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)，然后采用Cruise軟件進行動力性經(jīng)濟性仿真，以此驗證了該型越野車動力匹配的合理性。道路試驗結(jié)果有效地證明了Cruise軟件仿真分析的準確性。在越野車開發(fā)前期階段，通過理論計算初步確定動力匹配方案，再結(jié)合Cruise軟件進行動力性經(jīng)濟性仿真，以此驗證動力匹配方案的合理性，該方法能有效地縮短車輛開發(fā)周期，提高開發(fā)效率。

參考文獻：

[1]余志生.汽車理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[2]黃松，史建鵬.越野汽車動力總成匹配仿真研究[J].汽車科技，2008（5）：14-17.

[3]史建鵬.越野汽車的機動性研究[J].汽車科技，2006（4）：16-18.

[4]GB/T 12544-2012 汽車最高車速試驗方法.

[5]GB/T12539-1990汽車爬陡坡試驗方法.

[6]GB/T12543-2009 汽車加速性能試驗方法.

[7]GB/T 27840-2011重型商用車燃料消耗量測量方法.