基于Cruise的越野車動力匹配技術研究

孫國慶 孟建軍 葉建偉 劉鵬 陳莉

摘 要：越野車動力匹配技術是越野車性能開發的一項重要內容。本文根據某型越野車總體設計指標，采用基礎理論公式計算的方法，初步選定越野車動力傳動系統參數，然后利用Cruise軟件進行整車動力性、經濟性仿真，根據仿真計算得到的動力性、經濟性數據，對比整車動力性、經濟性設計指標，以此驗證該車型動力匹配的合理性。道路試驗結果證明了利用Cruise軟件進行越野車動力性經濟性仿真分析的準確性，并進一步驗證了該車型動力匹配的合理性。論文對越野車動力匹配能力建設具有一定的指導作用。

關鍵詞：越野車；動力匹配；Cruise；動力性經濟性

中圖分類號：U462.3 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2018）05-0029-05

Abstract： The power matching technology of the off-road vehicle is an important content of the performance development of the off-road vehicle. According to a certain type of off-road vehicle overall design index， using the method of theoretical calculation formula， initially selected off-road vehicle powertrain parameters， and then the simulation of dynamic nature and economical efficiency with the Cruise software was done， according to the calculation result of the dynamic nature and economical efficiency， comparison of vehicle power and economy to design index to verify the rationality of the model of dynamic match. The road test result proved the accuracy of the Cruise software in the simulation and analysis of the dynamic performance of the off-road vehicle， and further verify the rationality of the dynamic matching of the vehicle. The paper has a certain guiding role on the construction of the power matching ability of the off-road vehicles.

Key Words： Off-road vehicle； Dynamic matching； Cruise； Dynamic nature and economical efficiency

1 概述

汽車的動力性是汽車各種性能中最基本、最重要的一項性能，也是汽車開發過程中重點考慮的內容。研究如何在滿足汽車動力性的前提下，提高汽車的經濟性是汽車動力匹配建設的重要內容。越野車工作環境惡劣，行駛路況復雜，對車輛動力性提出了更高的要求；越野車的燃油經濟性能力對其續駛里程、場地適用性具有重要意義。當前，采用先進的動力匹配技術開展越野車動力性經濟性研究，仍然是越野車性能開發過程中的重中之重。

Cruise作為一種先進的動力傳動系統匹配軟件，在當前汽車開發過程中得到了廣泛的應用。在車輛設計前期，根據選定的動力傳動系統參數，利用Cruise軟件進行整車動力性、經濟性仿真，并以此驗證車輛動力匹配的合理性，能顯著縮短車輛開發周期，提高整車動力匹配能力。

2 動力傳動系統參數的初步確定

2.1 整車動力性經濟性設計指標

汽車的動力性系指汽車在良好路面上直線行駛時由汽車受到的縱向外力決定的、所能達到的平均行駛速度。汽車的動力性主要由三個指標來評定：

a. 汽車的最高車速vamax；

b. 汽車的加速時間t；

c. 汽車的最大爬坡度imax。

通常在汽車設計時，先根據汽車總體設計指標，設定動力性、經濟性目標參數，在據此選定動力傳動系統參數。

某型越野車為4×4手動全時四驅軍用輕型戰術車輛。根據設計任務要求，整車設計指標如下：

（1）最高車速vamax≥120km/h；最低穩定車速vmin≤3 km/h，本例計算中取2.5 km/h ；

（2）最大爬坡度：要求理論最大爬坡度tanαmax≥100%；

（3）加速時間：0～80 km/h 原地起步連續換檔加速時間t≤22s；直接檔60～100 km/h加速時間t≤25s；

（4）要求整車續駛里程≥600km。已知燃油箱有效容積130L，由此計算得綜合工況油耗限值≤21.7 L/100km。

其它已知參數：車輛最大設計總質量m；迎風面積A，空氣阻力系數CD；滾動阻力系數按公式計算f=0.0076+0.000056V；輪胎滾動半徑r。

2.2 發動機性能參數的確定

2.2.1 發動機最大功率的確定

a.最高車速時的發動機功率計算

2.4 越野車動力傳動方案的初步確定

3 基于Cruise的整車動力性經濟性仿真

3.1 Cruise仿真概述

Cruise軟件是奧地利AVL公司開發的一款用來研究汽車動力性、燃油經濟性、排放性能及制動性能的高級模擬分析軟件。它可用于汽車開發過程中的動力傳動系統的匹配，汽車性能預測和整車仿真計算。本實例中，初步選定越野車整車動力傳動系統參數后，應用Cruise軟件進行整車動力性經濟性仿真，以此驗證越野車動力匹配的合理性。

3.2 整車仿真模型的建立

根據越野車整車動力傳動方案，建立Cruise整車仿真分析模型，輸入整車及各功能模塊相應參數，并添加機械、信息連接。

3.3 主要計算任務的設置

根據越野車動力性、經濟性相關標準，設定以下Cruise計算任務：

a. 穩態行駛性能分析（Constant Drive）

根據《GB/T 12544-2012 汽車最高車速試驗方法》[4]，車輛載荷狀態設置為滿載，不考慮滑移，分動箱置高檔，利用Cruise計算各檔最高車速。

b. 爬坡性能分析（Climbing Performance）

根據《GB/T12539-1990汽車爬陡坡試驗方法》[5]，車輛載荷設置為滿載，分動箱置低檔，分“不考慮滑移”及“考慮受一定限制的滑移”兩種工況，仿真計算各檔理論最大爬坡度、最大爬坡度。

c.全負荷加速性能計算（Full Load Acceleration）

根據《GB/T12543-2009 汽車加速性能試驗方法》[6]，車輛載荷設置為滿載，分動箱置高檔，計算各檔最大加速度、0～80 km/h 原地起步連續換檔加速時間、直接檔60～100 km/h 超車加速時間。

d.循環行駛工況（Cycle run）

該越野車最大設計總質量>3.5t，可參考《GB/T 27840-2011重型商用車燃料消耗量測量方法》[7]，采用最新的C-WTVC循環。C-WTVC循環分為三個工況：市區、公路、高速，根據該標準相關規定，循環工況特征里程分配系數分別設置為市區0.1、公路0.6、高速0.3，分動箱置高檔，計算綜合工況下的燃油消耗量。

3.4 動力性、經濟性仿真

采用單一矩陣計算方法，運行Cruise軟件，完成仿真計算。該型越野車Cruise動力性經濟性仿真分析結果圖如圖4～圖8所示：

4 仿真結果分析

該越野車Cruise動力性經濟性仿真結果匯總如表2所示。

由此可以得出，該車型動力匹配滿足目標動力性、經濟性設計要求。

5 試驗驗證

分別根據以下標準開展整車道路試驗：

根據《GB/T 12544-2012 汽車最高車速試驗方法》測量最高車速；

根據《GB/T12539-1990汽車爬陡坡試驗方法》測量最大爬坡度；

根據《GB/T12543-2009 汽車加速性能試驗方法》測試0～80 km/h 原地起步連續換檔加速時間、直接檔60～100 km/h 超車加速時間。

根據《GB/T 27840-2011重型商用車燃料消耗量測量方法》，分別測定C-WTVC循環工況市區、公路、高速各段百公里油耗值，然后根據特征里程分配系數，計算綜合工況下的百公里油耗值。

出于保密工作的需要，在此不列出試驗數據。試驗結果顯示，試驗測量值與仿真結果較為接近，誤差在可接受的范圍內。誤差主要是由于在實際駕駛中駕駛員駕駛行為的的差異性以及車輛實際情況的復雜性引起的。試驗結果證明了

Cruise仿真結果的準確性，并最終驗證了該車型動力匹配方案的合理性。

6 結束語

本文先根據整車設計指標，通過傳統理論計算方法初步選定越野車動力傳動系統參數，然后采用Cruise軟件進行動力性經濟性仿真，以此驗證了該型越野車動力匹配的合理性。道路試驗結果有效地證明了Cruise軟件仿真分析的準確性。在越野車開發前期階段，通過理論計算初步確定動力匹配方案，再結合Cruise軟件進行動力性經濟性仿真，以此驗證動力匹配方案的合理性，該方法能有效地縮短車輛開發周期，提高開發效率。

參考文獻：

[1]余志生.汽車理論[M].北京：機械工業出版社，2009.

[2]黃松，史建鵬.越野汽車動力總成匹配仿真研究[J].汽車科技，2008（5）：14-17.

[3]史建鵬.越野汽車的機動性研究[J].汽車科技，2006（4）：16-18.

[4]GB/T 12544-2012 汽車最高車速試驗方法.

[5]GB/T12539-1990汽車爬陡坡試驗方法.

[6]GB/T12543-2009 汽車加速性能試驗方法.

[7]GB/T 27840-2011重型商用車燃料消耗量測量方法.