基于Cruise對乘用車發動機對于汽車性能影響的匹配與分析

劉雨龍

安徽江淮汽車乘用車研究院 安徽省合肥市 230000

1 引言

汽車仿真技術是當前汽車研發的重要手段，在汽車產品開發初期進行汽車動力傳動系統參數匹配和性能仿真，不僅能節約大量新產品開發和試驗等帶來的人力和物力投入，還降低了勞動強度，縮短了開發周期，提高了工作效率。

AVL公司開發的Cerise軟件是研究車輛動力性、燃油經濟性、排放性能及制動性能等的高級仿真分析軟件，它包含了車輛的基本模塊和控制模塊，用戶可利用模型生成器建立所需的車輛系統模型，并在此基礎上進行仿真分析，利用仿真結果優化傳動系的參數，從而快速完成動力傳動系統的選型和設計。

從動力總成匹配來講，影響整車動力性和經濟性的主要因素是發動機、變速箱，主減速比。其中發動機是最主要的影響因素，發動機外特性曲線分布，外有特性的經濟區分布對整車的動力性和經濟性影響非常大。變速箱的各檔位速比排列，主減速比的選擇對動力總成選型也非常關鍵。動力總成的匹配主要是研究如何通過這三個零件的合理匹配滿足不同車型和不同路況的要求。

2 整車動力傳動系統建模

整車傳動系統建模主要是通過對整車動力傳動系統的結構和功能進行分析，簡化物理模型，選擇合理的了系統模塊，搭建仿真模型，建立汽車系統的各總成和部件的機械鏈接和信號鏈接，并對各部件機型參數化處理，完成汽車建模過程。

圖1是某個現有產品整車模型，配置手動變速箱。首先通過現有產品的實測數據標定模型。車輛數據、發動機、變速箱、主減速器、輪胎以及慣量等是整車固有特性數據，通過車輛經濟性和動力性分析，同時參考比較測試油耗和白公里加速時問等關鍵參數修正模型，使整車動力傳動系統模型可靠。

2.1 動力總成發動機選型

首先根據發動機功率初步判斷，由于該款車型最高車速目標值（165km/h），計算中忽略坡度阻力功率和急速阻力功率的影響，初步分析目前作為備選項的發動機最大功率都能滿足最高車速要求。

從圖2發動機外特性來看，該款車型設置了競爭發動機，由于市場要求整車配置需要高端配置和低端配置兩種，由于競爭車型排量是1.3L發動機，結合公司現有產品和開發中的產品，分別優選排量為1.2L Option4和1.4L Option 3滿足低端配置和高端配置要求，通過上述標定的整車模型進行動力學分析，整車性能關鍵參數處于細分市場的前列。

圖1 建立整車模型

同時，根據優選的Option3和Option4發動機外有特性和競爭發動機的外有特性初步比較，分析關鍵點油耗參數，特別是2000rpm@2bar下發動機油耗數據，所選發動機油耗同處于360-370g/kwh范圍。根據上述標定的模型進行經濟性分析，優選的發動機和競爭發動機白公里油耗也處于同一水平。通過上述分析，初步選定發動機Option3和Option4作為新車型動力源。

2.2 動力總成變速箱選型

根據變速箱檔位設計參數可選項，首先根據檔位數、檔位比之問的關系，初步篩選排除不合理方案，從圖顯示目前各選方案速比變化平穩，可繼續作為各選方案。

圖2 發動機外特性曲線

其次通過檔位問隔法排除具有跳躍性能的檔位，圖4顯示Optionl_T1，Option4_T4和競爭變速箱速比變化曲線相同。初選方案Optionl和Option2變速箱速比作為進一步計算方案。結合Cruise所標定的整車模型，通過動力性和經濟性分析，在滿足動力性能要求的基礎上，盡可能優化經濟性進一步確定主減速比。

3 整車動力性經濟性仿真

發動機和變速箱初步選定后，通過C曲線分析動力性和經濟性，在滿足油耗限值和白公里加速時問基礎上，選擇最有利于油耗的方案。由于所選車型有高配置和低配置兩種方案。下面作者針對高配置方案進行動力學和經濟學仿真優選主減速比。表1列舉了變速箱Optionl的四種主減速比動力學和經濟性參數比。

圖6為百公里加速時問和綜合油耗的C曲線，分析可以知道，四種方案動力性都滿足設計要求，考慮到油耗指標要求選擇3. 684主減速比。需要說明的是對于動力性和經濟性指標的絕對值，除了動力總成參數的影響，還受到整車參數，包括輪胎、風阻、新技術采用等以及整車標定等參數的影響。

4 結語

動力總成系統對于整車性能影響比較大，所以對于動力系統的選型問題比較關鍵。首先從發動機原理出發，優選影響整車動力性和經濟性指標的主要參數外特性和萬有特性，從而優化設計并優選符合的發動機外特性和萬有特性；同時，基于傳動系統中變速箱原理以及速比關系，優選出檔位過渡平緩，跳躍性較小的速比作為變速箱進一步設計優化的方案。在此基礎上，從整車性能出發，考慮白公里加速時問和綜合油耗，通過C曲線分析動力性和經濟性，在滿足油耗限值和白公里加速時問基礎上，選擇最有利于油耗的方案。應用勞動強度，Cruise開發軟件，縮短了開發周期，不僅節約新產品開發和試驗等帶來的人力和物力投入，還降低了提高了工作效率。

圖4 變速箱檔位Vs.檔位速比

圖5 變速箱檔位比Vs.檔位速比

圖6 某一車型動力性和經濟性C曲線比較