利用Cruise软件进行整车动力性和燃油经济性仿真分析

杨忠平

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

利用Cruise软件进行整车动力性和燃油经济性仿真分析

杨忠平

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

本文论述了利用CRUISE 软件进行汽车建模的过程，并对某重型商用车的动力性和燃油经济性进行了仿真分析。

动力传动系统；动力性；燃油经济性；CRUISE软件

CLC NO.: U461.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)01-107-03

前言

汽车仿真技术是当前汽车研发的重要手段，在汽车产品开发初期进行汽车动力传动系统参数匹配和性能仿真不仅能节约大量新产品开发和试验等带来的人力和物力投入，还降低了劳动强度，缩短了开发周期，提高了工作效率。动力传动系统模型的建立是参数匹配及性能仿真的基础，采用专业软件对其进行建模及仿真研究不仅可以节省大量的时间，使建模过程简单化，而且程序运行可靠、调试方便，利于分析研究。

Cruise软件是奥地利AVL公司开发的用于研究车辆动力性、燃油经济性、排放性能与制动性能的高级仿真分析软件，是快速、便捷、高效的车辆动力学仿真工具。该软件真实再现了车辆的传动系模型，可用于车辆开发过程中的动力传动系的匹配、车辆性能预测等，它包含了车辆的基本模块和控制模块，用户可利用模型生成器建立所需的车辆系统模型，并在此基础上进行仿真分析，利用仿真结果优化传动系的参数，从而快速完成传动系统的匹配和优化设计。

1、整车动力传动系统建模与分析

整车动力传动系统建模主要是通过对整车动力传动系统的结构和功能进行分析，简化物理模型，选择合理的子系统模块，搭建仿真模型，建立汽车系统的各总成和部件的机械连接和信号连接，并对各部件和总成进行参数化处理，完成汽车建模过程。利用Cruise软件进行仿真计算包括四个步骤：建立车辆模型、输入各总成模型数据、定制仿真计算任务和查看计算结果并进行仿真分析。

1.1 建立车辆模型

我们以4×2牵引车为例，该车配备213KW国Ⅲ柴油发动机，9档机械变速器，斯太尔双级减速驱动桥，汽车总质量50000Kg。分析汽车结构和功能，利用Cruise软件建立整车仿真模型。4×2牵引车是由牵引头和半挂车组成，牵引车的布置形式为发动机前置单桥后轮驱动，机械变速器，驾驶室只控制加速踏板、离合器和制动器踏板，半挂车按三轴考虑。根据结构和布置形式的分析，选用模型库中的汽车模块（Vehicle）、半挂车模块（Trailer）、发动机模块（Engine）、机械式摩擦离合器模块（Clutch）、机械手动变速器模块（Gear Box）、单级减速器模块（Single Ratio， Transmission作为主减速器）、差速器模块（Differential）、驾驶室模块（Cockpit）以及车轮（Wheel）和制动器模块（Brake）。将这些模块从车辆建模组件库中按图1所示拖入建模窗口。

当各子系统模型选定之后，应根据汽车配置方案和部件连接关系建立模型的物理连接，该步骤相对简单，只需用connect连接功能建立物理连接，如图2所示。传动系各部件之间有直接的物理连接关系，车轮和制动器之间也有物理连接关系，但驾驶室与动力传动系和制动系之间没有物理连接，在仿真过程中，它们之间是通过信号连接来传递信息的。

信号连接是汽车建模过程中最关键内容之一，也有较大难度。要想正确建立汽车各子模型之间的信号连接关系，必须对汽车系统内部件之间的连接和控制关系、信息传递关系以及汽车动力学有深入的理解。如该牵引车列车模型，驾驶室（Cockpit）需要的转速信号来自于变速器（Gear Box）的当前档位；同样，制动器（Brake）需要的制动压力、摩擦离合器（Clutch）需要的期望的结合程度、发动机（Engine）需要的负荷信号和起动开关（Start Switch）信号以及变速器（Gear Box）需要的期望档位信号都来自于驾驶室（Cockpit）。

双击建模窗口下方的彩色线条打开数据总线，如图3所示，各子模型之间的连接关系见表1。

表1 数据总线的链接信息

在数据总线连接时，需要注意：input information…from中显示为蓝色的项目为必须连接的项目，发动机（Engine）模块中的负荷信号（Load Signal）虽然显示为黑色，但也必须进行连接。

1.2 输入各总成模型数据

模型数据的输入有以下几种方式：手动输入数据；从已有模型中调入数据；拷贝与粘贴方式输入输出数据。

手动输入数据：双击建模窗口中的每一个组件，都会弹出一个窗口，根据需要输入每个组件的相关数据即可。

从已有模型中调入数据：例如从已有整车模型中调入发动机数据如图4。

拷贝与粘贴方式输入输出数据：数据可以通过拷贝与粘贴方式输入输出，这可以在Cruise内部进行，也可以与其它软件进行，比如Excel之间传输数据。

1.3 定制仿真计算任务

建模和参数输入完成之后，利用检查功能（check）来检查模型是否正确，数据输入是否完整，如果通过检查，便可进行仿真。在仿真计算之前，要定制仿真任务。根据需要计算的内容，建立相应的文件夹，在每个文件夹下添加相应的计算任务，如图5。根据汽车试验和性能分析要求，Cruise软件已经定制了7种计算任务，分别是循环工况(Cycle Run)，爬坡性能分析(Climbing Performance)，稳态行驶工况分析(Constant Drive)，满载全负荷加速性能分析(Full Load Acceleration )，最大牵引力计算(Maximum Traction Force)，巡航行驶工况(Cruising)，制动/滑行/倒拖(Brake/Coast/ Thrust)。计算任务中需要定义的内容包括：计算模式、道路环境，测量点的定义，换档规律等等。

1.4 仿真计算结果分析

Cruise软件有三种仿真计算方式，一是单个计算任务(Single Calculation)，二是矩阵运算(Matrix Calculation)，三是部件运算(Component Calculation)。

1.4.1 稳态等速油耗

图6是各档稳态等速百公里油耗图，可以清楚地看到在不同档位、不同车速下油耗值及其变化规律，同一车速油耗值基本上随档位升高而下降。

1.4.2 爬坡性能

图7是爬坡性能图，从图中可以直接读出各档最大爬坡度。

1.4.3 循环工况

图8是循环工况下发动机工作点的分布密度，从图上可以看到在Cycle内发动机在转速轴上的时间使用密度，将其叠加在万有特性图上，可以分析在经济区内的使用频率，从而评价经济性的好坏。

2、模型验证

计算值与试验值对比，车速60km/h以下的等速百公里油耗误差在5%左右。

3、结束语

（1）利用CRUISE软件建立了某重型商用车的整车模型。

（2）对某重型商用车的动力性和燃油经济性进行了仿真分析。

（3）对比动力性和燃油经济性计算结果，可方便得到适用不同使用工况的匹配方案。

[1] 刘振军，赵海峰，秦大同，基于CRUISE 的动力传动系统建模与仿真分析[J]，重庆大学学报(自然科学版)，2005，28(11)：8.

Cruise software using vehicle power and fuel economy simulation analysis

Yang Zhongping
（Shaanxi Heavy-Duty Truck Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200）

This article discusses the use CRUISE software for car modeling process, and a heavy-duty commercial vehicles of power and fuel economy for the simulation ana.

Powertrain；Dynamic；Fuel Economy；CRUISE software

U461.2

A

1671-7988(2015)01-107-03

杨忠平，助理工程师，就职于汽集团汽车工程研究院，主要从事整车总布置设计。