利用Cruise軟件對某車動力性和經濟性的仿真分析

王燕云

（北京福田戴姆勒汽車有限公司技術中心，中國 北京101400）

0 前言

國內外汽車界企業、機構和學者都十分重視汽車動力系統匹配的研究。在國外，1972年美國通用汽車公司首先開發出汽車動力性、燃料經濟性的通用預測程序 GP-SIM。在測試汽車典型行駛工況基礎上，國外大的汽車公司相繼開發了各自的汽車模擬程序，如福特公司的 TOFEP，康明斯公司的 VMS，美國交通部的 VEHSIM，日產公司的CSVFEP，奔馳公司的 TRASCO，等等。這些汽車公司使用這些程序，在汽車產品開發時，對其動力性和燃料經濟性進行模擬，在不同的匹配條件下找到合乎設計要求的匹配參數。目前，世界科技的進步，帶動了汽車仿真的發展和提高，陸續出現了專門從事汽車動力系統性能分析和研究的技術公司，為汽車動力總成設計和制造公司提供咨詢和技術支持，如奧地利的 AVL公司，該公司已經在專用軟件應用分析、發動機設計、變速箱設計等各方面的研究中卓有成效，而且與國內很多汽車公司和汽車零部件公司正在進行提供技術支持的合作，有的已經卓有成果。

本文仿真分析的某款自卸汽車的動力性能和經濟性能和速度特性，除了與一般的汽車考慮的原理相同，受到車輛發動機、變速箱、離合器、驅動橋、輪胎、路況、載荷、工況等多維參數決定外，還有很多特殊的方面，例如特殊的載荷和行駛條件等。

1 整車模型的建立

通過采用AVL Cruise仿真軟件，針對某款自卸汽車匹配不同的變速箱和主減速比，車輛的動力性能和燃油消耗性能的對比，進行驗證及優化。本文不打算對該自卸汽車的各種工況都進行仿真分析，而選擇常用典型工況（滿載狀態）進行分析，此時車輛滿載，包括動力性、經濟性、加速等四種模式。在仿真分析中，首先建立仿真的動力性模型及控制系統模型并對所選的工況進行再現，然后在此基礎上進行主減速比和變速箱速比的優化，最后提出一個經理論計算改進的車輛動力匹配結果。其他工況可依此進行。

圖1

2 各種參數的設定

在整車建模過程中，除了將各部分進行機械聯接，還要建立數據信號聯接；建立整車模型后，需要針對車輛各系統設置參數，這些參數有的是根據試驗得到，有的是總成制造者提供的。而對于自卸汽車模型，則要另外建立數據庫（圖2）。

將各種參數輸入到各系統中，然后定義各種工況及各種任務，進行計算（圖 3）。

圖2

圖3

3 發動機與變速器、后橋速比的仿真計算及優化

3.1 8JS118變速器速比

表1

3.2 457后橋速比

C：6.33 D：6.5

3.3 仿真計算將A、C和B、D分組進行計算對比分析

3.3.1 爬坡度對比

圖4

A、C 組爬坡度（滿載）=25.27% B、D 組爬坡度（滿載）=20.78%

從曲線性能可以看出A、C組爬坡性能比B、D組爬坡性能要好。

3.3.2 經濟性對比

圖5

A、C組各檔位100Km最大油耗(L)

表2

B、D組各檔位100Km最大油耗(L)對應車速(Km/h)

表3

從述曲線及數據表可以看出A、C組與B、D組油耗相近

3.3.2 加速度對比

圖6

A、C組各檔位最大加速度（m/s2）及對應車速(Km/h)。（表4）

B、D組各檔位最大加速度（m/s2）及對應車速(Km/h)。（表5）

從述曲線及數據表可以看出A、C組比B、D組速度特性要好

表4

表5

3.3.3 對比結果

從上述三個主要參數綜合反應出，A、C組比B、D組匹配合理、更能滿足不同工況、不同使用環境、不同用戶群體使用，適用性廣。

4 結論

本文探討了某款自卸汽車動力系統最優匹配的方法和思路，提出了全面考慮車輛動力傳動系統，把它們作為一個整體來分析。設定變速箱速比、主減速比、載荷及自卸汽車的國家技術條件和實際使用要求為約束條件，把發動機、傳動系統、與自卸汽車實際行駛條件和特點相結合，既反映了自卸汽車本身具有的行駛能力，又反映了用戶的實際使用效果。

采用Cruise仿真軟件，對匹配進行了仿真研究，能夠定量地表達某自卸汽車動力傳動系統匹配的優劣程度，表明了該車型實際使用工況與用戶需求差距，能夠提示出該車型動力系統優化和改善的途徑和潛力。

［2］葛安林，吳錦秋,等.汽車動力性傳動系數參數的最佳匹配[J].汽車工程,1991，1：35－42.

［3］劉惟信，戈平,等.汽車發動機與傳動系參數最優匹配研究[J].汽車工程,1991,2：65-72.

［4］丁能根,等.汽車動力參數模糊優化設計[J].清華大學學報自然版,1997,37(11)：31-37.

［5］張大壯，江輝.仿真技術在汽車傳動系參數優化設計中的應用[J].汽車技術,1990,12：1-9.

［6］李峰.汽車發動機與傳動系參數的優化匹配[D].大連理工大學，2003,3.

［7］王麗榮.AVL-Cruise整車性能計算分析流程與規范[S].北汽福田汽車股份有限公司歐曼技術中心，2008.