基于Cruise的乘用車整車阻力仿真分析

常耀紅，季明微，邢國雨

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基于Cruise的乘用車整車阻力仿真分析

常耀紅，季明微，邢國雨

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

整車阻力的精準(zhǔn)仿真，對(duì)基于Cruise性能分析軟件的整車開發(fā)過程起到舉足輕重的作用。文章針對(duì)汽車滑行阻力實(shí)際包含除滾動(dòng)阻力、空氣阻力，還有傳動(dòng)系、輪轂軸承等內(nèi)摩擦阻力[1]存在的情況，對(duì)現(xiàn)預(yù)研車型進(jìn)行總的阻力分析。較傳統(tǒng)采用整車滑行阻力系數(shù)直接求取的方法，提供了一種比較行之有效的整車阻力分析方法，為仿真分析提供了可靠輸入，有力支撐整車開發(fā)過程。

整車阻力；CRUISE；內(nèi)摩擦阻力；分析方法；仿真

引言

在整車開發(fā)過程中，整車行駛阻力的定義對(duì)整車的性能的影響具有舉足輕重的影響。行之有效的行駛阻力分析方法是獲得可靠的行駛阻力的保障。因此，本文章對(duì)整車行駛阻力的求取方法進(jìn)行了詳細(xì)分析。

1 CRUISE仿真計(jì)算模型建立

1.1 AVL CRUISE軟件介紹

奧地利AVL公司的CRUISE軟件是一款針對(duì)車輛動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放性能等進(jìn)行仿真的分析軟件，由于該軟件使用的靈活及方便性，在整車性能仿真領(lǐng)域已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

1.2 仿真計(jì)算模型的建立

Cruise軟件模塊化的建模理念使得用戶可以方便的搭建不同布置結(jié)構(gòu)的車輛模型。運(yùn)用其車輛建模組件中的整車模塊（Vehicle）、發(fā)動(dòng)機(jī)模塊（Engine）、離合器模塊（Clutch）、手動(dòng)變速箱模塊（MT Gear Box）、主動(dòng)軸模塊（Shaft）、制動(dòng)器模塊（Brake）、車輪模塊（Wheel）以及駕駛室模塊（Cockpit）等模塊搭建某前置后驅(qū)乘用車模型[2]，如圖1所示。

1.3 總線信號(hào)連接的建立

在仿真模型中，各模塊之間的連接主要通過兩種方式：第一種連接是物理連接，該連接比較簡單，主要是通過Connect的連接方式來表示車輛實(shí)際傳動(dòng)部件的連接關(guān)系；第二種方式是數(shù)據(jù)信號(hào)連接，該連接方式用來傳遞駕駛室、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等各模塊之間的檔位、扭矩、油門開度等一些重要信息，從而達(dá)到準(zhǔn)確控制車輛行為的目的。本次采用數(shù)據(jù)總線連接方式，連接界面如圖2所示。

圖1 仿真計(jì)算模型建立

圖2 模型總線信號(hào)連接

1.3.1模型信號(hào)總線連接方法

Engine Shut-off—Ambient Temperature—Cockpit—Ambi -ent Temperature

Engine Shut-off—Battery Charge—Battery—Battery Charge

Engine Shut-off—Load Signal—Anti-slip—Load Signal

Engine Shut-off—Start Switch—Cockpit—Start Switch

Engine Shut-off—Temperature—Engine—Engine Temper -ature

Engine Shut-off—Velocity—Vehicle—Velocity

2 整車阻力分析

2.1 方法一

在整車阻力傳統(tǒng)方法求取的過程中，一般采用整車滑行阻力系數(shù)直接求取，此方法中忽略了傳動(dòng)系、輪轂軸承等內(nèi)摩擦阻力因素。

即汽車在平直路面上勻速行駛的整車阻力為：

（其中m為整車質(zhì)量，為滾動(dòng)阻力系數(shù)，C為空氣阻力系數(shù)，A為迎風(fēng)面積。）

2.1.1滾動(dòng)阻力的求取

在預(yù)研車型滾動(dòng)阻力球取得過程中，關(guān)鍵在于滾動(dòng)阻力系數(shù)的求取，因本項(xiàng)目標(biāo)桿車為某參考車型，故滾動(dòng)阻力系數(shù)也暫借用某參考車型，以下是求取參考車型的滾阻系數(shù)過程。已知標(biāo)桿車某參考車型滑行試驗(yàn)阻力狀況，如表1。

表1 某參考車型滑行試驗(yàn)阻力參數(shù)

表2 動(dòng)力性（滿載質(zhì)量）滾動(dòng)阻力

表3 經(jīng)濟(jì)性（整備質(zhì)量加載100kg）滾動(dòng)阻力

2.1.2空氣阻力的求取

已知整車造型A面階段預(yù)研車型的迎風(fēng)

面積A：2.89；空氣阻力系數(shù)C：0.31。

2.1.3行駛阻力的求取

表4 空氣阻力

表5 整車行駛阻力

2.2 方法二

本方法將汽車滑行阻力實(shí)際的傳動(dòng)系、輪轂軸承等內(nèi)摩擦阻力考慮進(jìn)去，借助同一參考車型的轉(zhuǎn)轂反拖結(jié)果對(duì)現(xiàn)預(yù)研車型進(jìn)行總的阻力分析，本次分析關(guān)鍵在于內(nèi)摩擦阻力及滾動(dòng)阻力的求取。已知參考車型轉(zhuǎn)轂反拖結(jié)果如下：

表6 某參考車型轉(zhuǎn)轂反拖結(jié)果參數(shù)

2.2.1滾動(dòng)阻力、內(nèi)摩擦阻力求取

已知公式：

可得：

表7 5km/h車速時(shí)f對(duì)應(yīng)的F內(nèi)摩擦與Fw

已知驅(qū)動(dòng)輪=950kg，從動(dòng)輪=1000kg，獲得各系數(shù)下車速為5km/h時(shí)的內(nèi)摩擦和F；計(jì)算結(jié)果如表7所示。

當(dāng)同時(shí)滿足條件1、2時(shí)，即滾動(dòng)阻力系數(shù)選擇0.01；同理，求得動(dòng)力性滾動(dòng)阻力。

根據(jù)以上分析，計(jì)算獲得各車速下對(duì)應(yīng)的預(yù)研車的滾動(dòng)阻力、內(nèi)摩擦阻力如表8示：

表8 整車滾動(dòng)阻力與內(nèi)摩擦阻力

2.2.2總行駛阻力求取

結(jié)合3.1.2表4所求得的空阻，求得總行駛阻力，如表9示：

表9 整車總行駛阻力

2.3 兩種方法阻力的比較

方法二與方法一分析阻力結(jié)果整體動(dòng)力性阻力相差7%濟(jì)性相差2%，本次獲得整車阻力偏小的原因是CAE分析得到的整車迎風(fēng)面積與空阻系數(shù)偏小所致。圖3、圖4分別為二者阻力比較：

圖3 兩種方法動(dòng)力性阻力對(duì)比

圖4 兩種方法經(jīng)濟(jì)性阻力對(duì)比

3 整車阻力的確定與軟件輸入

最終確定了將傳動(dòng)系、輪轂軸承等內(nèi)摩擦阻力考慮進(jìn)去，求得整車阻力，作為仿真軟件的輸入。

圖5 整車動(dòng)力性阻力輸入

圖6 整車經(jīng)濟(jì)性阻力輸入

4 結(jié)論

本論文針對(duì)汽車滑行阻力實(shí)際包含除滾動(dòng)阻力、空氣阻力，還有傳動(dòng)系、輪轂軸承等內(nèi)摩擦阻力存在內(nèi)摩擦阻力的情況，以某預(yù)研乘用車型為例，分析了該車行駛阻力的求取過程，并與傳統(tǒng)的阻力計(jì)算方法結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。通過理論分析，最終獲得CRUISE仿真軟件中整車行駛阻力的輸入，可以有效地為整車開發(fā)過程提供可靠的支撐依據(jù)。

[1] 余志生.汽車?yán)碚?北京:機(jī)械工業(yè)出版社2000 38-43.

[2] 魏廣杰,吳瓊等.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起停技術(shù)研究及應(yīng)用開發(fā).西華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2011（5）23-27.

[3] 仇玉林,王貴用.整車動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性的分析預(yù)測.內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置2008（5）23-27.

Simulation analysis of passenger vehicle resistance based on Cruise

Chang Yaohong, Ji Mingwei, Xing Guoyu

（Anhui Jianghuai Automobile group Co., Ltd. Technology Center, Anhui Hefei 230601）

Accurate simulation of vehicle resistance based on Cruise performance analysis software of the vehicle development process play an important role. Based on sliding resistance of actual contains in addition to the rolling resistance, air resistance, and the transmission, the wheel hub bearings and other internal friction resistance[1]is, to the total resistance is pre-research models analysis. Than traditional used direct vehicle coasting resistance coefficient calculating method, provides a more effective vehicle resistance analysis method, for the simulation analysis provides a reliable input, strong support the vehicle development process.

Vehicle resistance; CRUISE; The internal friction resistance; Analysis method; Simulation

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1671-7988(2018)24-47-04

U462

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1671-7988(2018)24-47-04

U462

常耀紅，就職于江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心。

638/j.cnki.1671-7988.2018.24.015