基于CRUISE軟件的某輕卡動力鏈匹配仿真分析

李林林

關(guān)鍵詞：輕卡;變速器;后橋;動力鏈;動力性;經(jīng)濟性

0 前言

車輛動力鏈選型的方法通常是選擇某1款市場銷售份額較高的車型作為整車動力性、經(jīng)濟性開發(fā)目標(biāo)的原始樣車，技術(shù)人員通過競爭對標(biāo)車型的動力性、經(jīng)濟性試驗，將實際的試驗值作為整車性能開發(fā)目標(biāo)的對標(biāo)項。性能開發(fā)目標(biāo)的設(shè)置，要求動力性目標(biāo)需要高于對標(biāo)車型的試驗值，而經(jīng)濟性目標(biāo)則需要低于對標(biāo)車型的試驗值。技術(shù)人員根據(jù)整車廠能直接提供的變速箱和后橋的型號規(guī)格，在其中找出可適合性能開發(fā)目標(biāo)要求的變速箱、后橋具體數(shù)據(jù)的匹配方式，利用不同的搭配組合成多種動力鏈，同時利用相關(guān)程序仿真分析每1種動力鏈，從這些方案中查找出能夠達(dá)到指標(biāo)設(shè)計目的的最優(yōu)動力鏈，作為車輛動力鏈的設(shè)計方案。這種方法極大縮短了整車的研發(fā)周期，滿足了設(shè)計目標(biāo)，是整車動力鏈選型經(jīng)常采用的1種方法。圖1示出了整車動力鏈選型流程圖[1]。

本文以某款新開發(fā)的輕卡為例，基于1款成熟發(fā)動機，技術(shù)人員在整車開發(fā)初級階段運用CRUISE 仿真軟件，對整車提供的3種不同速比的變速箱參數(shù)及2種不同速比的后橋參數(shù)組合所形成的6種動力鏈方案進行了動力性與經(jīng)濟性仿真分析，并通過與整車性能開發(fā)目標(biāo)值進行對比，確定了能完全符合整車動力性和經(jīng)濟性開發(fā)目標(biāo)值的方案。同時，技術(shù)人員通過實車的動力性與經(jīng)濟性試驗測試，將試驗結(jié)果與仿真結(jié)果進行對比，確認(rèn)了仿真分析的可靠性[2]。

1 軟件介紹

AVLCRUISE 軟件是1款由奧地利AVL公司開發(fā)的車輛系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析的高級軟件，在進行整車動力性、經(jīng)濟性仿真分析時都需要運用到該軟件，目前整車廠、發(fā)動機廠及高等院校均有采用。CRUISE軟件在輕卡動力性、經(jīng)濟性仿真分析時，常需運用以下4個任務(wù)模塊：

（1）各檔爬坡能力計算。主要用于計算車輛在變速箱不同檔位下的爬坡能力。一般輕卡要求的最大爬坡能力不低于35%（滿載情況下）。

（2）各檔等速油耗和整車最高車速計算。主要用于計算穩(wěn)定行駛時車輛的燃油消耗及最高車速。一般輕卡將最高檔50km/h、60km/h、70km/h、80km/h的等速油耗值作為經(jīng)濟性評價指標(biāo)，設(shè)計最高車速大于等于110km/h。

（3）加速性能計算。一般輕卡將靜止?fàn)顟B(tài)下從0km/h連續(xù)換檔加速到40km/h和80km/h時的時間作為動力性評價指標(biāo);把次高檔40～80km/h的加速時間及最高檔60～100km/h的加速時間作為動力性評價指標(biāo)。

（4）循環(huán)工況分析。主要用于計算循環(huán)工況的油耗，一般輕卡將世界重型商用車瞬態(tài)循環(huán)（C-WTVC）油耗值作為經(jīng)濟性評價指標(biāo)。

2 方案分析

2.1 仿真模型的建立

根據(jù)整車布置建立的整車仿真模型如圖2所示。該模型主要由發(fā)動機、離合器、變速箱、后橋、差速器、制動器、輪胎等模塊組成[3]。

技術(shù)人員通過競爭對標(biāo)車型的動力性，經(jīng)濟性試驗，將實際的試驗值作為整車性能開發(fā)目標(biāo)的對標(biāo)項。整車性能開發(fā)目標(biāo)的設(shè)置要求動力性需高于對標(biāo)車型的試驗值，而經(jīng)濟性則要低于對標(biāo)車型的試驗值。整車相關(guān)參數(shù)和CRUISE計算相關(guān)的參數(shù)值匯總?cè)绫?所示。

技術(shù)人員將發(fā)動機參數(shù)和整車廠可直接選用的3種不同速比的變速箱參數(shù)，以及2種不同速比的后橋參數(shù)，組合形成了相應(yīng)的6 種動力鏈方案，如表2所示。

2.2 仿真結(jié)果

根據(jù)汽車試驗和整車性能分析要求，技術(shù)人員對6種動力鏈方案進行了仿真分析。在此次仿真計算任務(wù)過程中，技術(shù)人員選擇了各檔爬坡性能、各檔加速性能、各檔最高車速、等速行駛工況及循環(huán)工況進行了分析。

在方案1～方案6中，技術(shù)人員根據(jù)仿真結(jié)果，形成了以下相關(guān)性能曲線圖。其中包括：原地起步0～40km/加速時間曲線和0～80km/h加速時間曲線（0～40km/加速時間曲線包含在0～80km/h加速時間曲線內(nèi)）。6種動力鏈方案CRUISE仿真計算值和競爭車型的試驗值、整車性能開發(fā)目標(biāo)值仿真結(jié)果如表3所示。圖3示出了各檔爬坡性能曲線;圖4示出了各檔加速性能曲線[3];圖5示出了各檔發(fā)動機轉(zhuǎn)速和車速對應(yīng)關(guān)系曲線;圖6示出了原地0～80km/h加速時間，次高檔40～80km/h加速時間，最高檔60～100km/h加速時間曲線;圖7示出了最高檔等速油耗曲線。

循環(huán)工況采用C-WTVC工況油耗分析，輕卡制造商通常采用C-WTVC工況油耗值作為經(jīng)濟性評價指標(biāo)。C-WTVC工況曲線如圖8所示，C-WTVC工況數(shù)據(jù)統(tǒng)計特征如表4所示。

2.3 仿真結(jié)果分析

從6種動力鏈方案的車輛性能仿真結(jié)果和整車開發(fā)目標(biāo)值對比來分析，方案4、方案5、方案6的最大爬坡度和加速時間均未滿足整車性能開發(fā)目標(biāo)值;方案3的最大爬坡度和C-WTVC工況油耗也沒有滿足整車性能開發(fā)目標(biāo)值。方案1和方案2均滿足了整車性能開發(fā)目標(biāo)值，但方案1在完全滿足整車開發(fā)目標(biāo)的情況下，其最大爬坡度和C-WTVC工況油耗均優(yōu)于方案2。因此，方案1為滿足整車開發(fā)目標(biāo)的最優(yōu)動力鏈方案。

3 試驗驗證

技術(shù)人員根據(jù)方案1的動力鏈組合生產(chǎn)了樣車，并進行了實際整車性能試驗。試驗結(jié)果與仿真計算結(jié)果對比如表5所示。

根據(jù)對比可以看出仿真計算的結(jié)果基本和試驗結(jié)果相符，最大不超過2.1%的誤差，仿真分析的精度較高。按照方案1相應(yīng)的動力鏈組合，各項技術(shù)指標(biāo)均滿足了整車的動力性、經(jīng)濟性開發(fā)目標(biāo)。

4 總結(jié)

在整車動力性、經(jīng)濟性目標(biāo)已經(jīng)確認(rèn)的前提下，技術(shù)人員運用CRUISE 軟件，可以根據(jù)不同的動力鏈組合對整車的動力性與經(jīng)濟性進行仿真分析，并在實際安裝樣車后，通過樣車的動力性、經(jīng)濟性試驗結(jié)果來驗證仿真分析的準(zhǔn)確性。由此可見，這種基于CRUISE的動力鏈仿真分析可以為整車動力鏈方案的最終確認(rèn)提供強有力的參考，所選擇的動力鏈方案完全能滿足整車的動力性、經(jīng)濟性開發(fā)目標(biāo)，新開發(fā)的整車具備一定的市場競爭力[2]。