Cru ise仿真在汽车动力总成匹配优化中的应用

安瑞兵

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广州511434）

Cru ise仿真在汽车动力总成匹配优化中的应用

安瑞兵

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广州511434）

以某款汽车为例，利用AVL公司的Cruise仿真软件进行动力总成多方案匹配分析，对各动力总成匹配方案进行动力性、经济性计算，选出较好的方案，并进行结果优化。

动力性；经济性；动力总成匹配

车辆在设计初始时，发动机、变速器、后桥等动力总成可供选择的匹配方案较多，利用传统的方法匹配设计，成本高、周期长，同时也不容易找到最优组合［1-2］。本文以某汽车项目为基础，使用Cruise软件进行多种动力总成匹配方案的仿真分析，计算各方案的稳态行驶性能，全负荷加速性能，爬坡性能。对各方案计算结果进行比较分析，选出动力性和经济性较好的方案，并在此基础上提出优化建议。

1　 Cruise仿真模型的建立

AVL-Cruise软件是由奥地利AVL List公司开发的，可以用于车辆的动力性、燃油经济性以及排放性能的仿真分析，其模块化的建模理念使得用户可以便捷地搭建不同布置结构的车辆模型，其复杂、完善的求解器可以确保计算的速度。

Cruise的一个典型应用是对车辆传动系统和发动机的匹配开发，它可以计算并优化车辆的燃油经济性、排放性、动力性（原地起步加速能力、超车加速能力）、变速器速比、制动性能等，也可以为应力计算和传动系的振动生成载荷谱。

1.1仿真分析方案

通过市场调研及对标分析，选取两款发动机、两款变速器、三款后桥作为备选动力总成，共12种匹配方案进行仿真分析［3-5］，如表1所示。

表1　仿真分析方案

1.2仿真分析内容

1）动力性计算：最高车速；理论最大爬坡度；3档起步0～60 km/h连续换档加速时间；直接档30～60 km/h加速时间。

2）经济性计算［6］：最高档等速油耗；JT719综合油耗。

1.3仿真模型及其他参数

仿真分析模型如图1所示，该车其他相关参数：整车总质量5 000 kg，轴距4 270mm，迎风面积9.52m2，空气阻力系数0.88，轮胎规格12.00-24，轮胎静态/动态半径590/595mm。

2　仿真结果及优化

2.1仿真结果及分析

动力性、经济性仿真结果如表2所示。

从表2可知，方案4、方案6、方案9、方案10、方案12的最高车速低于设计值80 km/h，故舍去；各方案最大爬坡性能都满足30%的设计要求。但由于实际情况存在地面附着力不够及轮胎打滑的情况，实际值要略小于理论值。

由表2中有关方案的直接档30～60 km/h加速时间（作为横坐标）与加权综合油耗数据（作为纵坐标）可得图2。

由表2中有关方案的3档起步0～60 km/h连续换档加速时间（作为横坐标）与加权综合油耗数据作为纵坐标）可得图3。

从图2和图3可以看出：

1）直接档30～60 km/h加速时间与加权综合油耗中方案1、方案7、方案8兼顾动力性和经济性。

2）3档起步0～60 km/h连续换档加速时间与加权综合油耗中方案1、方案2、方案7、方案8兼顾动力性和经济性。

表2　各方案动力性、经济性仿真结果

综合以上结果，推荐方案7、方案8。其中：方案7偏重动力性，方案8偏重经济性。

2.2仿真结果优化

由仿真结果可知，经济性能最好的方案8与对标车相当。为提高整车经济性，需对发动机性能进行优化。从Cruise仿真分析结果中，可以得到某款12 L发动机的工况分布，如图4所示。从图中可以看出，发动机常用转速在1 650～2 050 r/min之间，常用扭矩在400～650N·m之间，此常用工况区间偏离该款12 L发动机最佳经济油耗区。为使得此常用工况区与发动机的最佳经济油耗区重合或接近，以提高整车经济性能，需要对这款12 L发动机油耗图谱进行优化［7］。通过发动机台架标定，采取调整其燃油喷射量、供油提前角、进气压力等一系列措施对发动机进行优化，使其经济油耗区与发动机常用工况区尽量落在同一区域［8-9］。优化前后发动机油耗图谱如图5和图6所示。

优化前后的每百公里综合油耗由41.5 L降低为39.3 L，优化后燃油经济性明显提高。

3　结论

1）通过运用Cruise软件进行多种动力总成匹配方案仿真分析，得到动力性、经济性较优方案，为整车动力总成匹配设计提供依据，缩短开发周期。

2）多方案动力性、经济性的优劣能够通过加速时间与加权综合油耗的散点图更加直观地体现，结果一目了然。

3）利用Cruise软件生成的发动机工况分布图，为发动机经济性能的优化提供了依据，优化后的燃油经济性明显提高。

［1］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.

［2］张辉.基于Cruise的客车动力总成匹配及仿真分析［J］.柴油机设计与制造，2014，（1）：11-13.

［3］张红，郑泽亮，罗成，等.基于CRUISE的重型车动力性经济性仿真分析与优化［J］.农业装备与车辆工程，2011，（12）：29 -31.

［4］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.

［5］王京涛，杨世文，衣明军，等.基于AVL_Cruise客车动力配置选型仿真分析［J］.汽车实用技术，2012，（12）：23-27.

［6］JT 719-2008，营运货车燃料消耗量限值及测量方法［S］.北京：人民交通出版社，2008.

［7］冒文娟，石琴，李领领.基于Cruise的实测行驶工况的油耗分析［J］.汽车科技，2012，（4）：45-48.

［8］余志生.汽车理论［M］.5版.北京：机械工业出版社，2010.

［9］林学东.汽车动力匹配技术［M］.北京：中国水利水电出版社，2010.1.

修改稿日期：2015-07-17

App lication of Cruise Simulation to Vehicle Powertrain Match and Optim ization

An Ruibing
（Automobile Engineering Institute，Guangzhou AutomobileGroup Co.，Ltd，Guangzhou 511434，China）

With a vehicle for example，the author analyzes the powertrain multi-matching cases by AVL-Cruise software.Through thepowerand economy performances simulation，he chooses the preferable case andmakesoptimization.

power performance；economy performance；powertrainmatch

U462.3+1；U462.3+4

B

1006-3331（2015）05-0044-03

安瑞兵（1983-），男，工程师；主要从事车辆动力总成集成设计工作。