客車的CRUISE動力傳動系統仿真模型評價分析

喬曉亮，趙煒華，周 揚，王 棟

(西安航空學院 車輛工程學院，西安 710077)

客車動力傳動系統參數匹配直接影響客車整車的動力性和燃油經濟性，雖然可使用理論計算和試驗相結合的方法來完成客車發動機和傳動系統的匹配[1]，但這種方法耗時耗力，傳統的理論計算方法在計算效率和精度上已不能滿足工程要求。CRUISE是用于模擬駕駛性能、燃油消耗和排放的高級仿真軟件，其模塊化的建模方式，可以方便地完成不同車輛配置的仿真模型[2-3]，且其內置的成熟求解器保證了較快的計算時間。使用CRUISE建立客車仿真模型，一旦通過試驗驗證了其模型的可靠性和精度，在后續客車動力傳動系統設計中，只要相應的修改不同模塊參數即可完成不同客車模型建立，進而計算出不同動力傳動系統參數下的客車動力性和燃油經濟性，可以減少汽車試驗的時間和成本，提高客車的研發效率。

1 基于CRUISE的客車仿真模型

1.1 客車整車模型建立

CRUISE采用模塊化的建模方式，從模塊庫中選取合適模塊添加到建模窗口中，并對各模塊進行參數輸入和設置。完成參數輸入后，需要根據各部件之間的機械關系和控制信號通訊關系完成各零部件的機械連接和信號連接[4-5]，并完成模塊正確性檢查，最后根據仿真性能指標設置仿真任務，如最高車速，百公里加速時間、百公里綜合油耗等[6]。建模一般流程如圖1所示。

圖1建模一般流程

圖2 客車CRUISE仿真模型

本文研究客車為某型號12米長途豪華客車，動力傳動系統采用的是后置后驅布置形式，按照建模流程所建立的客車仿真模型見圖2。

建立客車仿真模型后，要根據具體模塊要求，輸入相應參數，該客車使用的發動機為一汽錫柴CA6DL2-35E4型號柴油發動機，變速器為法士特6DS150TB型變速器，后橋采用速比為3.909方盛橋，該客車的基本參數如表1所示。發動機建模數據采用試驗方法，通過發動機臺架試驗得到相應發動機的外特性和萬有特性數據，發動機外特性數據如表2所示，萬有特性圖如圖3所示，發動機模塊參數輸入界面如圖4所示，萬有特性部分數據如表3所示，其他模塊參數輸入方法與發動機模塊參數輸入界面類似。

表1 客車的基本參數

表2 發動機外特性數據

圖3 發動機萬有特性圖

圖4 發動機外特性參數輸入界面

序號轉速(r/min)扭矩(N·m)燃油消耗量g/(kw·h)1800854.1216.322800802.3210.963800704.0207.634800606.0206.315800508.0207.626800410.0211.197800312.0219.758800214.0238.289800116.0290.851080077.0313.70

1.2 仿真任務設定與計算

本文主要以客車的動力性和燃油經濟性來評價所建立客車仿真模型的精度，計算任務主要圍繞客車動力性和燃油經濟性的評價指標來設定，對客車動力性的評價指標選取直接檔40→100 km/h加速時間、起步0→100km/h加速時間、最高車速三個子評價指標[7]，燃油經濟性指標根據國標選取六工況循環的綜合百公里油耗子指標。計算任務指標設置如圖5所示。

圖5 計算任務指標設置

確定仿真計算評價指標后，在CRUISE中的Project Data中完成任務設定，制定任務方案，Constant Drive里面設定計算客車最高車速參數，Full Load Acceleration設置計算客車加速時間參數，Cycle Run設置六工況循環綜合百公里油耗計算參數。六工況循環工況如圖6所示，計算任務設定如圖7所示。

圖6 六工況循環工況

圖7 仿真計算任務設置

完成任務設定后，在計算中心里進行仿真計算，并在結果管理器中查看仿真結果，仿真計算結果如表4所示。

表4 仿真計算結果

2 客車性能試驗

依據GB/T12534-1990汽車道路試驗方法通則、GB/T12677-1990汽車技術狀況行駛檢查方法、GB7258-2017機動車運行安全技術條件、GB/T12543-2009汽車加速性能試驗方法、GB/T12544-2012汽車最高車速試驗方法、GB/T12545.2-2001商用車輛燃料消耗量試驗方法，對客車進行動力性和燃油經濟性試驗，得出汽車的最高車速、直接檔加速時間、起步換擋加速時間以及汽車綜合工況燃油消耗，試驗結果如表5所示。

表5 客車試驗結果

3 結論

仿真結果和試驗結果參數對比，如表6所示。

表6 仿真結果和試驗結果對比

由表6可以看出，動力性評價指標的仿真值與試驗值誤差小于3%，燃油經濟性試驗由于是客車按照市區工況、公路工況、高速工況計算得到的綜合百公里油耗，誤差稍大，但誤差也在在6%以內，故本文所建立的客車CRUISE模型精度較高，可也作為12m客車后續仿真計算原模型。