基于CRUISE軟件的某輕卡動力鏈匹配仿真分析

李林林

關鍵詞：輕卡;變速器;后橋;動力鏈;動力性;經濟性

0 前言

車輛動力鏈選型的方法通常是選擇某1款市場銷售份額較高的車型作為整車動力性、經濟性開發目標的原始樣車，技術人員通過競爭對標車型的動力性、經濟性試驗，將實際的試驗值作為整車性能開發目標的對標項。性能開發目標的設置，要求動力性目標需要高于對標車型的試驗值，而經濟性目標則需要低于對標車型的試驗值。技術人員根據整車廠能直接提供的變速箱和后橋的型號規格，在其中找出可適合性能開發目標要求的變速箱、后橋具體數據的匹配方式，利用不同的搭配組合成多種動力鏈，同時利用相關程序仿真分析每1種動力鏈，從這些方案中查找出能夠達到指標設計目的的最優動力鏈，作為車輛動力鏈的設計方案。這種方法極大縮短了整車的研發周期，滿足了設計目標，是整車動力鏈選型經常采用的1種方法。圖1示出了整車動力鏈選型流程圖[1]。

本文以某款新開發的輕卡為例，基于1款成熟發動機，技術人員在整車開發初級階段運用CRUISE 仿真軟件，對整車提供的3種不同速比的變速箱參數及2種不同速比的后橋參數組合所形成的6種動力鏈方案進行了動力性與經濟性仿真分析，并通過與整車性能開發目標值進行對比，確定了能完全符合整車動力性和經濟性開發目標值的方案。同時，技術人員通過實車的動力性與經濟性試驗測試，將試驗結果與仿真結果進行對比，確認了仿真分析的可靠性[2]。

1 軟件介紹

AVLCRUISE 軟件是1款由奧地利AVL公司開發的車輛系統動力學仿真分析的高級軟件，在進行整車動力性、經濟性仿真分析時都需要運用到該軟件，目前整車廠、發動機廠及高等院校均有采用。CRUISE軟件在輕卡動力性、經濟性仿真分析時，常需運用以下4個任務模塊：

（1）各檔爬坡能力計算。主要用于計算車輛在變速箱不同檔位下的爬坡能力。一般輕卡要求的最大爬坡能力不低于35%（滿載情況下）。

（2）各檔等速油耗和整車最高車速計算。主要用于計算穩定行駛時車輛的燃油消耗及最高車速。一般輕卡將最高檔50km/h、60km/h、70km/h、80km/h的等速油耗值作為經濟性評價指標，設計最高車速大于等于110km/h。

（3）加速性能計算。一般輕卡將靜止狀態下從0km/h連續換檔加速到40km/h和80km/h時的時間作為動力性評價指標;把次高檔40～80km/h的加速時間及最高檔60～100km/h的加速時間作為動力性評價指標。

（4）循環工況分析。主要用于計算循環工況的油耗，一般輕卡將世界重型商用車瞬態循環（C-WTVC）油耗值作為經濟性評價指標。

2 方案分析

2.1 仿真模型的建立

根據整車布置建立的整車仿真模型如圖2所示。該模型主要由發動機、離合器、變速箱、后橋、差速器、制動器、輪胎等模塊組成[3]。

技術人員通過競爭對標車型的動力性，經濟性試驗，將實際的試驗值作為整車性能開發目標的對標項。整車性能開發目標的設置要求動力性需高于對標車型的試驗值，而經濟性則要低于對標車型的試驗值。整車相關參數和CRUISE計算相關的參數值匯總如表1所示。

技術人員將發動機參數和整車廠可直接選用的3種不同速比的變速箱參數，以及2種不同速比的后橋參數，組合形成了相應的6 種動力鏈方案，如表2所示。

2.2 仿真結果

根據汽車試驗和整車性能分析要求，技術人員對6種動力鏈方案進行了仿真分析。在此次仿真計算任務過程中，技術人員選擇了各檔爬坡性能、各檔加速性能、各檔最高車速、等速行駛工況及循環工況進行了分析。

在方案1～方案6中，技術人員根據仿真結果，形成了以下相關性能曲線圖。其中包括：原地起步0～40km/加速時間曲線和0～80km/h加速時間曲線（0～40km/加速時間曲線包含在0～80km/h加速時間曲線內）。6種動力鏈方案CRUISE仿真計算值和競爭車型的試驗值、整車性能開發目標值仿真結果如表3所示。圖3示出了各檔爬坡性能曲線;圖4示出了各檔加速性能曲線[3];圖5示出了各檔發動機轉速和車速對應關系曲線;圖6示出了原地0～80km/h加速時間，次高檔40～80km/h加速時間，最高檔60～100km/h加速時間曲線;圖7示出了最高檔等速油耗曲線。

循環工況采用C-WTVC工況油耗分析，輕卡制造商通常采用C-WTVC工況油耗值作為經濟性評價指標。C-WTVC工況曲線如圖8所示，C-WTVC工況數據統計特征如表4所示。

2.3 仿真結果分析

從6種動力鏈方案的車輛性能仿真結果和整車開發目標值對比來分析，方案4、方案5、方案6的最大爬坡度和加速時間均未滿足整車性能開發目標值;方案3的最大爬坡度和C-WTVC工況油耗也沒有滿足整車性能開發目標值。方案1和方案2均滿足了整車性能開發目標值，但方案1在完全滿足整車開發目標的情況下，其最大爬坡度和C-WTVC工況油耗均優于方案2。因此，方案1為滿足整車開發目標的最優動力鏈方案。

3 試驗驗證

技術人員根據方案1的動力鏈組合生產了樣車，并進行了實際整車性能試驗。試驗結果與仿真計算結果對比如表5所示。

根據對比可以看出仿真計算的結果基本和試驗結果相符，最大不超過2.1%的誤差，仿真分析的精度較高。按照方案1相應的動力鏈組合，各項技術指標均滿足了整車的動力性、經濟性開發目標。

4 總結

在整車動力性、經濟性目標已經確認的前提下，技術人員運用CRUISE 軟件，可以根據不同的動力鏈組合對整車的動力性與經濟性進行仿真分析，并在實際安裝樣車后，通過樣車的動力性、經濟性試驗結果來驗證仿真分析的準確性。由此可見，這種基于CRUISE的動力鏈仿真分析可以為整車動力鏈方案的最終確認提供強有力的參考，所選擇的動力鏈方案完全能滿足整車的動力性、經濟性開發目標，新開發的整車具備一定的市場競爭力[2]。