基于CRUISE的某輕卡搭載3.2L動力計算與實測符合性

陳瑤，孫翔鴻，陶世波

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于CRUISE的某輕卡搭載3.2L動力計算與實測符合性

陳瑤，孫翔鴻，陶世波

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章以CRUISE計算軟件為基礎，運用汽車仿真計算方法計算整車動力性經濟性，對比計算與實測的偏差。研究理論計算的影響因素，在對比中發現，傳動系統的效率、發動機換擋轉速對仿真計算影響較大。通過試驗測試驗證仿真分析的準確性及其不足，剖析影響因素。并通過調整傳動系統的效率、換擋轉速，發動機外特性和萬有特性曲線符合性排查等措施，進一步提升整車動力性、經濟性，達成設計要求，為類似設計過程提供參考。

仿真計算；動力性；經濟性；偏差分析

CLC NO.:U467.2Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)02-136-04

引言

整車動力性、經濟性是終端客戶關注的重要整車性能，在整車匹配設計之初，為達到足夠動力性，常犧牲整車經濟性。但隨著不可再生資源的消耗及國家節能減排政策的落地，汽車的燃油經濟性越來越被重視，并提升到空前的高度。整車匹配開發時，如確定使用某款發動機，其發動機外特性和燃油消耗特性已基本確定，此時若整車匹配不精細，可能使整車在獲得較好動力性時，經濟性不好，或者在經濟性較好時，動力性又表現不足。如何在整車動力性滿足設計要求的前提下，獲得良好的動力性、經濟性最優組合成為整車匹配的關鍵。

本文以某輕車型為例，介紹一種運用CRUISE仿真軟件精確計算匹配車型動力性、燃油經濟性的應用實例，為項目動力總成的選擇提供重要參考。任何車型的匹配開發不能一蹴而就，整車動力性經濟性的匹配開發工作更是如此，經過實車測試與仿真分析做比對，查找出影響動力性經濟性的主要因素，并通過持續的整改、提升工作，最終達成項目動力性、經濟性設定目標。為同類產品的設計及開發提供參考。

1、CRUISE在動力性經濟性計算中的應用

1.1 爬坡性能分析

用于計算車輛的最大爬坡度。不同擋位下的最大爬坡度也可以得到。此外，可以定義不同的測量點，用于輸出在該車速下的計算結果。

1.2 穩態行駛工況分析

用于計算穩定行駛時車輛的燃油消耗和排放性能。計算每一檔位下，整個發動機轉速范圍內車輛的性能。另一個功能是計算理論和實際最高車速，這是通過改變主傳動比實現的，在結果中也輸出了獲得理論最高車速的傳動比變動系數。

1.3 超車加速性能

從一定的起始車速，在一定的擋位加速到給定的目標車速時的加速性能。如果 把目標車速定義為測量點，則可以同時計算目標車速的超車加速性能（起始車速相同）。

1.4 等速油耗

基于整車阻力及油耗特性曲線，確認發動機在一定轉速、發出一定功率時的燃油消耗率。

2、計算參數

2.1 整車參數

CRUISE軟件在仿真分析前，要經過建模，需填寫以下整車參數。

2.2 發動機特性曲線

發動機外特性曲線，將發動機的功率、扭矩、及燃油消耗率與發動機的曲軸轉速之間的函數關系以曲線表示。如果發動機節氣門全開（或高壓油泵在最大供油量位置），則此特性曲線為發動機外特性曲線。

萬有特性曲線表達的是發動機負荷及轉速都變化時，性能指標或特性參數的變化規律。圖1為發動機的外特性和萬有特性曲線圖。

圖1 發動機外特性和萬有特性曲線

2.3 整車滑行阻力

整車阻力分為滾動阻力、空氣阻力、加速阻力、坡度阻力。圖2為整車不同載重下的滑行阻力。

（1）滾動阻力為車輪滾動時，輪胎與路面的接觸區產生法向、切向的相互作用力及相應的輪胎和支承路面的變形。

（2）空氣阻力為汽車直線行駛時受到空氣作用力在行駛方向上的分力，分為壓力阻力和摩擦阻力兩部分。

（3）坡度阻力為當汽車在上坡行駛時，汽車重力沿坡道的分力，表現為汽車的阻力。

（4）加速阻力為汽車加速行駛時，需要克服其質量加速運動產生的慣性力。

圖2 不同載荷滑行阻力對比

3、動力性經濟性計算原理

汽車的動力性主要由最高車速、加速度、最大爬坡度來評價，經濟性主要百公里等速油耗或者交通部綜合油耗。

3.1 動力性計算原理

3.1.1 最高車速

3.1.2 加速時間

通過對汽車行駛加速度曲線求積分，可得加速時間：

3.1.3 最大爬坡度

3.2 經濟性計算原理

燃油消耗量與發動機功率有關，主要通過汽車功率平衡方程求解。

上述公式中Ttq為發動機扭矩、ig為變速箱各檔位速比、i0為主減速比、ηT傳動效率、CD為風阻系數、ua汽車行駛車速、δ為汽車旋轉質量換算系數、r為車輪半徑、G為汽車最大設計質量、f為滾組系數、A為迎風面積、i為道理坡度、m為整備質量。

從公式(1)～(4)中可以看出，影響汽車動力性和經濟性主要參數是：G、f、A、CD和ηT，為此在仿真計算環節，以上參數的準確性性需要計算得當。

3.3 模型搭載及計算流程

CRUISE軟件的主要應用在于汽車的開發階段，進行整車與發動機、傳動系的匹配及優化計算，初步了解汽車的動力經濟性能，輔助整車的設計。在CRUISE計算中，一些重要參數需要通過相關的試驗手段來獲得，如滾阻系數、風阻系數、迎風面積、傳動效率、轉動慣量等；參數選取的正確性是保證計算結果準確的最重要條件。

圖3 整車仿真模型

4、仿真計算與實測符合性

4.1 轉轂動力性測試簡介

4.1.1 最高車速試驗

將車輛加速，根據檔位要求換至相應檔位，此時油門應全開，通過司機助觀察車速上升情況，當車速上升很慢處于穩定狀態，此時車輛能夠穩定在此車速（偏差在±0.2km/h內），行駛200m距離并且車輛無抖動現象則可以判定此時車速即為該車的最高車速。

4.1.2 起步加速

將變速器檔位置于空檔，待車輛穩定后，駕駛員開始從Ⅰ檔起步加速（如有特殊要求可按Ⅱ檔進行），并依次換檔加速至最高車速的80%以下，10km/h的整數倍時停止，加速過程中轉速達到額定轉速時進行換檔。

4.1.3 超車加速包括：最高檔加速和次高檔加速。

將變速器置于超車加速要求的檔位，車速穩定在低于起始車速2-3km/h（起始車速一般是最低穩定車速以上，10km/h的整數倍），然后進行全油門加速直至車速超過末速度時停止（末車速一般是該檔位最高車速的80%以下，10km/h的整數倍）。

4.2 油耗測試方式

油耗可以通過兩種方式獲取油累計油耗數值。第一種方式是獲取ECU輸出的燃油率，對其積分得到，簡稱ECU方式，第二種方式是外接油耗儀直接得到，簡稱油耗儀方式。

油耗儀法測試系統搭建采用三通道接法。油耗儀的進油口和油箱管路相聯，出油口與發動機相聯，同時發動機回油管也直接與油耗儀出油口相連聯通。通常情況下，柴油發動機進油和回油流量大，試驗車達到7L/h，用于對發動機ECU循環散熱。三通道接法使得回油不回到油箱而回到發動機進油口，導致發動機進油溫度高，一定程度上影響了燃油供給系工作狀態。顯然，在降低回油溫度，同時不改變燃油供給系工作狀態情況下進行燃油消耗量測試可以提高測試精度。但目前還沒有滿足道路試驗的這種試驗能力。

綜合來看，采用三通道油耗儀法是目前項目中能采取的最靠譜方法。經多輪測試，可靠性和一致性好。在試驗中，主要是對轉轂工況曲線進行對比驗證，不是嚴格意義上的對試驗車道路油耗測試，所以對項目目標達成影響可以忽略。

圖4 帶回油冷卻的燃油流量傳感器結構原理

4.3 轉轂試驗及CRUISE計算結果對比

以某輕卡滿載數據進行對比說明，理論計算傳動系統效率0.9，起步加速換擋3000rpm；

表2 仿真計算與實測符合性對比

4.4 誤差分析

（1）計算起步加速時換檔轉速與試驗中操作不一致，影響起步加速性能；

（2）傳動系統效率經驗值為0.87，該車傳動系統效率較好，能達到0.9；

（3）發動機動力性與試驗值較接近，發動機外特性符合設計；

（4）發動機萬有特性的符合性確認，將整車發動機實測的萬有特性數據代入到計算模型；

（5）試驗測試爬坡度的坡度是定值，因此后面不做對比。

4.5 起步換檔轉速調整

根據起步換擋轉速曲線與試驗原始數據比較，對換擋轉速進行調整，最終確認2500rpm與整車試驗結果一致性較好。將起步加速換擋的轉速由3000rpm換為2500rpm，重新計算：

表3 轉速調整后對比

圖5 起步換擋曲線

4.6 傳動系統效率調整

計算值與實測值偏差大；傳動系統設定效率由0.87改為0.9，重新計算：

表4 效率調整后對比

4.7 對發動機的萬有特性數據進行優化

將發動機的萬有特性數據換成發動機實測萬有特性數據。重新計算：

表5 萬有特性數據優化后對比

4.8 調整前后偏差對比

對商用車上轉轂進行動力性經濟性實車測試，如圖10所示，車輛滿載，整車配置與輸入CRUISE的計算參數一致。

圖6 樣車轉轂照片

圖7 調整前后理論與實際的結果偏差

小結，針對整車動力性經濟性試驗結果與實車符合性較差問題，分析原因，并針對原因進行CRUISE計算模型調整，調整前最大誤差10.7%，調整后誤差均小于1%。

5、結論

理論計算和實測誤差來源于：轉轂設備測試誤差、模型設置誤差、傳動效率設置不精準、發動機外特性外有特性符合性差，換擋策略是導致匹配精準度差的原因。其中，發動機數據符合性排查、換擋策略調整、模型修正（效率）是主要原因。

文章通過CRUISE軟件搭建模型進行整車動力性經濟性理論計算，對理論計算模型的傳動系統效率、起步加速換擋轉速及萬有特性數據進行調整，使計算誤差小于1%；略小于實車試驗誤差3% 。調整后的模型可以用于該平臺整車傳動系統匹配計算分析。

CRUISE仿真模型邊界數據影響動力性經濟性計算結果，計算模型調整前誤差大；通過精準匹配分析，要對以上三點主要原因進行逐一排查，優化計算結果。

[1]余志生.汽車理論[M].北京：機械工業出版社.2009.

[2]鄧業寶.整車動力性經濟性計算及速比匹配優化.輕工科技[J].機械與電氣第5期.

[3]AVL Cruise User’s Guide[R]. AVL,2003.

[4]QJQ13062.1-2011_商用車轉轂試驗方法動力性經濟性試驗.

Based on the CRUISE equipped with a light truck 3.2L power calculation and test compliance

Chen Yao, Sun Xianghong, Tao Shibo
( Anhui Jianghuai automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

In this paper, based on the CRUISE calculation software, Using auto simulation calculation method to calculate the dynamic economy, Contrast calculation and the measured deviation.Study the influence factors of the theoretical calculation, Found in the comparison, The efficiency of transmission system, shifting speed larger influence on the simulation calculation.The accuracy of the simulation analysis is validated by test and its shortcomings, Analysis of Factors. And by adjusting the transmission efficiency, speed shift, Outside the engine characteristics and universal characteristic curve compliance investigation and other measures,To further enhance vehicle dynamics,economy, Toachieve the design requirements, Provide a reference for similar design process.

Simulation; dynamic; economy; Deviation

U467.2

A

1671-7988(2017)02-136-04

陳瑤，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.02.047