基于Cruise的客车动力总成匹配及仿真分析

张 辉

（上海柴油机股份有限公司，上海200438）

基于Cruise的客车动力总成匹配及仿真分析

张 辉

（上海柴油机股份有限公司，上海200438）

介绍了运用AVL公司Cruise软件对客车动力匹配进行模拟计算。该软件将发动机、变速箱、后桥等影响整车动力性、经济性的相关因素整合成一整套动力总成系统。通过大量的实践证明，这种对于动力总成系统的优化，可以更好满足整车厂对于整车经济型和动力型的要求。

客车动力总成动力性经济性

1 前言

众所周知，一辆客车的优劣取决于其动力性。汽车发动机的性能是影响整车动力性和经济性的关键因素，但变速箱、后桥速比等同样也是整车性能不可忽略的因素[1]。按照传统的整车开发流程，工程师凭借经验孤立地将发动机性能、整车质量、变速箱速比、主减速比等参数分开估算。这样的匹配过程要花费大量的时间和费用，更重要的是最终得到的动力系统往往还不能达到最优的经济性和动力性的配比[2]。

随着国家可持续发展战略的不断深入推广，在客车满足动力性的前提下，对经济性的要求更加苛刻。使用传统的整车开发手段，已经不能满足要求。AVL公司的Cruise软件能够解决该问题，该软件是用来综合研究整车动力性、经济性、排放性能等要素的高级模拟分析软件，可以较好地运用于发动机、变速箱、后桥、轮胎的选型以及整车的优化匹配。

本文通过对于一款典型旅游客车的关键零部件的不同选型，搭建出不同方案的整车仿真模型；确定基本工况以及综合工况，建立评价指标；并通过Cruise软件的计算，得出理论上动力性以及经济性最优的一种方案。并根据方案的具体配置，搭建样车，进行整车试验以验证模拟计算结果的可信性[3]。

2 整车仿真模型的建立

典型的整车仿真模型参数包括：发动机万有特性、变速箱的各档速比、后桥的主减速比、轮胎半径、整车质量等。Cruise软件根据这些参数提供了不同的零部件模块供选择。根据整车建模的要求，将车辆底盘模型、发动机模型、变速箱模型、后桥主减模型等分别拖入模型树，并配置以实际的参数，例如：整车的质量、发动机参数、变速箱的速比、主减速比等，参见图1。本次选用的一款变速箱具体参数如表1所示[4]。

然后按照动力输出和输入的方式连接各个零部件，具体结构见图2。

图1 Cruise仿真模拟计算的流程

表1 本次计算使用某种变速箱参数

图2 Cruise整车模型

3 设定计算任务

根据整车设计需要考虑的动力性和经济性来设定计算任务。动力性方面包括：最高车速；连续换档从0～100 km/h的加速时间；6档从70～100 km/h的加速时间；1～5档的爬坡性能。经济性方面的任务包括：特定档位下的等速油耗；循环工况油耗。

4 循环工况的确定

此次研究的车型为一款旅游团体客车，使用的道路工况是高速公路和市区工况兼而有之。根据国家规定的中重型商用车C-WTVC循环曲线来确定其循环工况（见图3）。由图中可以看到，C-WTVC循环由市区、公路、高速公路3部分循环组成。根据特征里程的分配比例，对于最大设计质量大于12.5 t的客车，市区比例占10%，公路比例占20%，高速公路的比例占70%，分别按照上述3种循环计算，得出的结果再按照比例进行整合即为最终循环油耗的结果。

图3 中重型商用车C-WTVC循环曲线

5 计算结果的整理及分析

本次匹配是在确定的变速箱的情况下，通过对3种不同主减速比的计算来选择一款最符合用户使用要求的动力配置。因此根据表1的数据，形成了油耗、爬坡度、加速性的对比曲线。由于车辆上坡时需要考虑一定的附着率，本次计算所得结果是在忽略附着力下得到的[5]。

图4 3种主减速比连续换档加速时间

6 结论

图5 3种主减速比5/6档加速时间

图6 3种主减速比爬坡度

图7 各后桥主减速比5档等速油耗

运用Cruise软件进行整车动力性匹配计算，可以快速、有效地对不同动力系统配置进行评估。通过以上的计算分析，可以得到如下结论：

（1）从爬坡度分析结果可以看出，无论使用何种主减速比，车辆基本都可以满足爬坡度的要求。主减速比越大，爬坡度能力越好。3.909减速速比模型的爬坡度较小，4.875主减速比模型爬坡度最大。

（2）从加速时间上来看，0～20 km加速时，4.875主减速比模型达到20 km的时间最短，主减速比越大，加速时间越短；但是如果0～35 km加速时，4.33模型最快达到35 km，此时4.875的加速时间虽然多于4.33，但是仍比3.909的要短；如果进行0～70 km加速时，4.33的加速时间仍然是最低，但是可以看出3.909主减速比的加速时间已经短于4.875。分析在5档、6档的加速时间，主减较大的模型加速时间比较短。结合以上加速性能数据的分析，选用4.33的主减，加速性能最好。

（3）无论从循环综合油耗，还是从固定档位下的等速油耗上分析，主减速比越小，油耗越低。因此3.909的最优，4.33的次之，4.875的油耗最差。

综合以上2点可以看出，如果用户对于动力性的要求不是很高，而对于油耗比较看重，建议推荐使用3.909主减速比；如果用户要求在油耗有要求的前提下，兼顾整车的动力性，建议推荐使用4.33主减速比；如果用户需要特殊要求，比如在山地，爬坡较多的情况下，则可以考虑推荐4.875主减速比。

1余志生．汽车理论[M]．北京：机械工业出版社，2000：10～100．

2李高友，雷雨成．发动机和传动系的优化匹配研究[J].汽车研究与开发，2002（6）：23-26.

3何仁，刘星荣等．汽车动力传动系统最优匹配的研究和发展[J]．江苏理工大学学报，1997（0）：37-41.

4王京涛，杨世文，衣明军等.基于AVL-CRU ISE客车动力配置选型仿真分析[J].汽车实用技术，2012（12）.

5王悦，何洪文.基于Cruise的整车动力性能仿真分析[J].车辆与动力技术，2009（2）：24-26.

Matching and Simulation of Bus Powertrain Based on Cruise

Zhang Hui
（Shanghai Diesel Engine Co.,Ltd.,Shanghai 200438,China）

This paper describes how to use the Cruise,the software of AVL Company in a bus powertrain matching.The Cruise integrates engine,gearbox,rear axle that affect vehicle dynamic and economy into a set of factors related to a powertrain system.A lot of practice proves that a powertrain system can be optimized,to better meet the requirements of OEMs on vehicle economy and power.

bus,powertrain,dynamic,economy

10.3969/j.issn.1671-0614.2014.01.003

来稿日期：2013-09-05

张辉（1980），男，工程师，主要研究方向为动力优化匹配。