基于CUISE的某輕卡動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性研究

秦波

摘 要：動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性是整車的重要性能指標(biāo)，文章以 CRUISE 仿真軟件為基礎(chǔ)，運(yùn)用汽車仿真計(jì)算方法對正在開發(fā)整車的動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。為整車動(dòng)力系統(tǒng)匹配起到指導(dǎo)作用，從而縮短了整車的開發(fā)周期與開發(fā)成本。

關(guān)鍵詞：仿真計(jì)算；動(dòng)力性；經(jīng)濟(jì)性

中圖分類號：U463.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7988（2018）17-129-03

Abstract： Dynamic performance and economy are important performance indicators of the vehicle. Based on CRUISE calculation software， this paper analyzes the dynamic economy of the vehicle under development by using vehicle simulation calculation method. It can guide the matching of vehicle power system and shorten the development cycle and development cost of vehicle.

Keywords： Simulation； dynamic； economy

CLC NO.： U463.5 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）17-129-03

前言

隨著物流行業(yè)的發(fā)展，輕型商用車市場近年來增長迅速。同時(shí)因?yàn)閲遗欧派墸囕v的使用成本不斷增加，中國粗放式汽車增長模式已宣告終結(jié)。終端客戶對車輛性能的要求已經(jīng)和往日大大不同。在車輛的所有性能中客戶最為關(guān)注的就是動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性這兩個(gè)指標(biāo)。所以各大主機(jī)廠均在汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性上狠下功夫。如何保證獲得客戶，制勝市場，整車動(dòng)力及經(jīng)濟(jì)性精確匹配及仿真分析成為各大主機(jī)廠競相角逐的重要領(lǐng)域。

本文以某輕型商用車為例，研究在整車開發(fā)最初，如何通過 CRUISE 仿真軟件對整車的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行仿真計(jì)算。并且通過實(shí)車的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)測試。通過試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果的對比，確認(rèn)仿真分析的可靠性。然后再通過和競品的對比，從而評估所開發(fā)車型動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的好壞。這種開發(fā)方式，高效的進(jìn)行整車開發(fā)，也降低了開發(fā)成本。

1 CRUISE的基本功能介紹

Cruise是由奧地利AVL 公司開發(fā)的用于整車多個(gè)物理系統(tǒng)性能仿真的軟件。在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域常被用于整車動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能、排放性能以及冷卻性能的仿真計(jì)算。用戶利用Cruise可以進(jìn)行多個(gè)工況的分析，其中包括巡航工況、爬坡工況、穩(wěn)態(tài)行駛工況以及加速工況等。

2 確認(rèn)計(jì)算所需參數(shù)

在運(yùn)用CRUISE進(jìn)行計(jì)算之前需要先收集相應(yīng)的整車參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)以及阻力系數(shù)等。

2.1 整車參數(shù)

某輕車的基本計(jì)算參數(shù)如下表：

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線

發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線包括發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線與發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性曲線。發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線表現(xiàn)的是發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)的工作狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。萬有特性曲線表達(dá)的是發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷及轉(zhuǎn)速都變化時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩、功率與比油耗等參數(shù)的變化規(guī)律。圖1 為發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性和萬有特性曲線圖。

2.3 整車滑行阻力

整車阻力分為滾動(dòng)阻力、空氣阻力、加速阻力與坡度阻力。同底盤平臺同載重的整車可以用同一套阻力系數(shù)用于計(jì)算。不同載重的阻力系數(shù)可以通過整車滑行試驗(yàn)獲得。整車滑行試驗(yàn)是將整車在不同車速下進(jìn)行空檔滑行，根據(jù)滑行的距離推算出阻力隨車速變化的規(guī)律。圖 2 為某輕卡不同載重下的滑行阻力曲線。

3 動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性計(jì)算原理

整車的動(dòng)力性主要體現(xiàn)為最高車速、加速度、最大爬坡度，經(jīng)濟(jì)性主要是體現(xiàn)為百公里等速油耗或者三工況油耗。

3.1 動(dòng)力性計(jì)算原理

3.1.1 最高車速

驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力達(dá)到平衡時(shí)，即當(dāng)加速度 ，坡度i=0，發(fā)動(dòng)機(jī)全油門，由動(dòng)力學(xué)公式得最高車速：

3.1.2 加速時(shí)間

通過對汽車行駛加速度曲線求積分，可得加速時(shí)間：

3.1.3 最大爬坡度

3.2 經(jīng)濟(jì)性計(jì)算原理

燃油消耗量與發(fā)動(dòng)機(jī)功率有關(guān)，主要通過汽車功率平衡方程求解。

上述公式中Ttq為發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、ig為變速箱各檔位速比、i0為主減速比、ηT傳動(dòng)效率、CD為風(fēng)阻系數(shù)、ua汽車行駛車速、δ為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)、r為車輪半徑、G為汽車最大設(shè)計(jì)質(zhì)量、f為滾組系數(shù)、A為迎風(fēng)面積、i為道理坡度、m為整備質(zhì)量。

從公式（1）～（4）中可以看出，影響汽車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性主要參數(shù)是：G、f、A、CD和ηT。

3.3 建立模型與設(shè)定計(jì)算任務(wù)

CRUISE 仿真過程需要分三步來進(jìn)行。分別為建立整車仿真模型，在整車模型中輸入整車長度、質(zhì)量、重心位置、阻力系數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)特性數(shù)據(jù)、變速箱速比、后橋速比以及輪胎半徑等，如圖3所示；設(shè)定計(jì)算任務(wù)，其中包括最高車速計(jì)算、最大爬坡度計(jì)算、直接擋30km/h到80km/h加速計(jì)算、起步檔0km/h到80km/h加速計(jì)算以及最高檔等速油耗計(jì)算，如圖4所示；啟動(dòng)仿真計(jì)算，讀取仿真結(jié)果，如圖5所示。

4 整車轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)測試

4.1 轉(zhuǎn)轂動(dòng)力性測試簡介

4.1.1 最高車速試驗(yàn)

整車轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)測試是將車放置于轉(zhuǎn)鼓上，然后給轉(zhuǎn)鼓設(shè)定一定的阻力參數(shù)，提供整車在滿載時(shí)的阻力。然后按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)里的試驗(yàn)方法，駕駛員進(jìn)行整車各種工況的駕駛操作。對于動(dòng)力性而言，需要測試車輛的最高車速、起步加速以及超車加速。其中最高車速是將檔位至于最高檔，油門全開，車輛車速穩(wěn)定后讀取到的車速。起步加速是駕駛員從一檔按照指定的換擋轉(zhuǎn)速進(jìn)行換擋，并加速到指定車速。 超車加速是將檔位至于指定檔位，然后將車輛先加速到指定的初始測速，待車速穩(wěn)定后將油門全開加速到所需的終止車速。

對于經(jīng)濟(jì)性而言，需要通過油耗儀測試車輛的等速油耗，然后參數(shù)《JT 719-2016 營運(yùn)貨車燃油消耗值限值及測量法》中的計(jì)算方法，將各個(gè)速度的油耗值乘以權(quán)重系數(shù)，最后得到整車的綜合油耗。

4.2 試驗(yàn)及 CRUISE 計(jì)算結(jié)果對比

將仿真值與轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)進(jìn)行對比，確認(rèn)仿真數(shù)據(jù)是否可靠，具體見下表：

根據(jù)對比可以看出仿真計(jì)算的結(jié)果基本和計(jì)算結(jié)果相符，但是最大仍然存在著約6%的誤差。這些誤差可能來源于轉(zhuǎn)轂設(shè)備測試的誤差、模型設(shè)置誤差、傳動(dòng)效率設(shè)置不精準(zhǔn)、發(fā)動(dòng)機(jī)外特性外有特性符合性差以及換擋策略等。這些

問題還需要進(jìn)一步的研究。

5 動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性評價(jià)

動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性優(yōu)劣的指標(biāo)并不是固定的。一般是將所開發(fā)車型與競品進(jìn)行對比，從而來進(jìn)行評價(jià)，對比結(jié)果見下表：

通過對比可以看出開發(fā)車型的動(dòng)力性略差于競品，但是經(jīng)濟(jì)性有較好的提升。改車型具備一定的市場競爭力。

6 總結(jié)

在知道整車與相關(guān)計(jì)算參數(shù)的前提下，利用CRUISE軟件可以對整車的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行高效的仿真計(jì)算。通過轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)又進(jìn)一步的驗(yàn)證了仿真計(jì)算的可靠性。由此可見這種基于CRUISE的仿真計(jì)算可以為整車動(dòng)力系統(tǒng)性能的評估提供有力的參考依據(jù)。

但是仿真計(jì)算存在一定的誤差，需要進(jìn)一步研究如何調(diào)整模型來縮小誤差。

通過與競品對比分析，開發(fā)車型的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性較好，可以滿足客戶需求。

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