基于CRUISE的某款皮卡發動機選型分析

高超，劉慧

（遼寧曙光汽車集團股份有限公司，遼寧 丹東 118001）

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基于CRUISE的某款皮卡發動機選型分析

高超，劉慧

（遼寧曙光汽車集團股份有限公司，遼寧 丹東 118001）

摘 要：發動機選型是否合理對整車的動力性和經濟性有重要的影響。通過整車設定性能要求，初步判定發動機扭矩和功率要求；然后利用AVL Cruise 軟件對符合基本要求的不同的動力總成進行詳細對比分析，選出最合理發動機。該選型方法可以快速、便捷和有效確定最佳發動機。

關鍵詞：發動機；AVL Cruise；動力性；經濟性

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.004

劉慧，學士學位，就職于曙光汽車集團，從事整車BOM管理及CCC申報。

CLC NO.: U469.4Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-11-03

前言

隨著社會發展，人們對對整車的動力性和經濟性有了更高要求，特別是皮卡車型，皮卡車型不僅僅是載貨車，越來越多地承擔著戶外活動等工具用車任務。同時對動力性和經濟性有了更高要求，而且車型換代、發動機升級頻率加快，因此，快速而有效匹配動力總成的參數尤為重要，本文通過粗選和精選兩個階段，來解決多款發動機篩選問題。

1、發動機選型原理

如何從多款發動機中選出最合理的一款發動機來匹配整車，是比較費時費力的問題，那么本文通過兩個階段進行快速解決該問題，第一階段為粗選：通過整車性能指標確定發動機基本扭矩和功率需要；第二階段為精選：通過AVL CRUISE軟件進行詳細分析對比，下面介紹兩個階段的選型原理。

1.1 發動機初選原理

利用驅動的基本方程和功率方程來確定初選所需的功率和扭矩[1]。

其中公式MR和PR為車輪所需驅動力矩和功率。

車輪所需最大驅動力矩出現時，為最大爬坡時，全負荷工況下達到的，整車只有滾動阻力和坡度阻力，故上式變化為：

車輪所需最大功率應大于等于最高車速時所需功率，而最高車速一般為良好的水平路面下，那么整車只有滾動阻力和空氣阻力，故上式變化為：

將上述車輪所需最大扭矩和功率換算到發動機扭矩和功率，公式如下：

式中iG為變速器1擋速比；iA為主減速比；Tη為傳動效率。

那么公式（1.5）和（1.6）就確定出發動機基本功率和扭矩要求，將不符合要求發動機去除。

1.2 發動機精選原理

利用AVL cruise軟件的進行建模，并通過該軟件任務模塊中的循環工況油耗、爬坡性能、加速性能和各擋功率性能對比分析確定最佳發動機。

2、整車參數及性能要求

本文研究整車參數如下表格：

表1　整車參數及性能要求

3、發動機粗選分析

通過整車參數和性能要求表及公式（1.5）和（1.6）得出發動機基本功率和扭矩值如下：

根據上述兩值初選下列發動機：

表2　發動機參數及初選結果

從上表上可以看出編號為1和3的發動機在扭矩和功率兩項上符合要求。

4、發動機精選分析

4.1 CRUISE建模[2]

根據初選結果在AVL CRUISE中建模，整車動力總成模型主要包括：車輛模塊、發動機模塊、離合器模塊、變速器模塊、主減速器模塊、輪胎模塊以及駕駛員模塊等，各模塊之間使用機械連接和信號總線連接。本文基于CRUISE軟件搭建的整車仿真模型如圖1所示。

圖1　整車仿真模型

4.2 仿真結果分析

4.2.1 燃油經濟型分析

NEDC城市循環燃料經濟性結果如下：

表3　燃油經濟性對比

從上表得出兩款發動機都符合設計要求，但3號發動機燃油經濟性較優。

4.2.2 爬坡性能分析

從圖2得出兩款發動機最大爬坡度都滿足整車設計要求，但1號發動機各檔位的爬坡度均大于3號發動機，另外1號發動機2擋最大爬坡度保持在較大的速度范圍內，從而可以看出1發動機低速段扭矩好，保持轉速范圍比較大，故1號發動機較優。

圖2　①號和③號發動機爬坡度對比圖

4.2.3 加速性能分析

0-100km/h加速時間結果如下：

表4　0-100km/h加速時間

60-100km/h 4擋超車分析。

表5　60-100km/h 4擋加速時間

從表4、表5看出，兩款發動機的加速性能相當。

4.2.4 各擋功率性能分析

圖3　1號和3號發動機各擋功率對比圖

從圖3和圖4中可以看出發動機轉速在3300rpm以下，1號發動機的各擋功率均優于3號發動機，當發動機轉速高于3300rpm時，3號發動機功率明顯大于1號發動機，另外在5擋時，兩款發動機功率交點位于車速為140km/h處。

圖4　各擋發動機轉速與車速圖

綜合上面分析和皮卡車的使用特性選擇1號發動機為最佳，雖然在燃油經濟性方面3號發動機優于1號發動機，但皮卡車型大部分使用工況為非鋪裝路面，那么爬坡性尤為重要，另外從功率圖看以看出1號發動機在轉速3300rpm以下較優，符合皮卡車使用特性，即中低速時的加速性要求較高的特性。

5、結語

在發動機選型方面利用粗選得出發動機基本功率和扭矩要求，可以快速篩選出幾個合適動力，在利用 AVL CRUISE軟件進行建模和詳細仿真分析動力性和經濟性，根據所匹配車型使用特性選擇最終發動機，這樣不僅可以快速完成篩選工作，而且可以從分析中看出對比發動機有缺點，為下一步傳動系統分析提供方向。

參考文獻

[1] Manfred Mitschke,Henning Wallentowitz著陳萌三，余強 譯.汽車動力學.[第4版].清華大學出版社，2009,12

[2] AVL Cruise User’s Guide.

中圖分類號：U469.4

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)04-11-03

作者簡介：高超，學士學位，就職于曙光汽車集團，從事動力總成性能匹配及布置。

Based on the analysis of CRUISE pick-ups engine selection

Gao Chao, Liu Hui
( Liaoning suguang automotive group Co., Ltd., Liaoning Dandong 118001 )

Abstract:Engine selection is reasonable has important influence on the vehicle's power and economy. Through the vehicle setting performance requirements, preliminary determination of the engine torque and power requirements; then the AVL cruise software to meet the basic requirements of different power assembly detailed comparative analysis, select the most reasonable engine. The selection method can quickly, conveniently and effectively determine the optimal engine.

Keywords:Engine; AVL Cruise; Performance; Economic