基于CRUISE的某款皮卡发动机选型分析

高超，刘慧

（辽宁曙光汽车集团股份有限公司，辽宁 丹东 118001）



基于CRUISE的某款皮卡发动机选型分析

高超，刘慧

（辽宁曙光汽车集团股份有限公司，辽宁 丹东 118001）

摘 要：发动机选型是否合理对整车的动力性和经济性有重要的影响。通过整车设定性能要求，初步判定发动机扭矩和功率要求；然后利用AVL Cruise 软件对符合基本要求的不同的动力总成进行详细对比分析，选出最合理发动机。该选型方法可以快速、便捷和有效确定最佳发动机。

关键词：发动机；AVL Cruise；动力性；经济性

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.004

刘慧，学士学位，就职于曙光汽车集团，从事整车BOM管理及CCC申报。

CLC NO.: U469.4Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-11-03

前言

随着社会发展，人们对对整车的动力性和经济性有了更高要求，特别是皮卡车型，皮卡车型不仅仅是载货车，越来越多地承担着户外活动等工具用车任务。同时对动力性和经济性有了更高要求，而且车型换代、发动机升级频率加快，因此，快速而有效匹配动力总成的参数尤为重要，本文通过粗选和精选两个阶段，来解决多款发动机筛选问题。

1、发动机选型原理

如何从多款发动机中选出最合理的一款发动机来匹配整车，是比较费时费力的问题，那么本文通过两个阶段进行快速解决该问题，第一阶段为粗选：通过整车性能指标确定发动机基本扭矩和功率需要；第二阶段为精选：通过AVL CRUISE软件进行详细分析对比，下面介绍两个阶段的选型原理。

1.1 发动机初选原理

利用驱动的基本方程和功率方程来确定初选所需的功率和扭矩[1]。

其中公式MR和PR为车轮所需驱动力矩和功率。

车轮所需最大驱动力矩出现时，为最大爬坡时，全负荷工况下达到的，整车只有滚动阻力和坡度阻力，故上式变化为：

车轮所需最大功率应大于等于最高车速时所需功率，而最高车速一般为良好的水平路面下，那么整车只有滚动阻力和空气阻力，故上式变化为：

将上述车轮所需最大扭矩和功率换算到发动机扭矩和功率，公式如下：

式中iG为变速器1挡速比；iA为主减速比；Tη为传动效率。

那么公式（1.5）和（1.6）就确定出发动机基本功率和扭矩要求，将不符合要求发动机去除。

1.2 发动机精选原理

利用AVL cruise软件的进行建模，并通过该软件任务模块中的循环工况油耗、爬坡性能、加速性能和各挡功率性能对比分析确定最佳发动机。

2、整车参数及性能要求

本文研究整车参数如下表格：

表1　整车参数及性能要求

3、发动机粗选分析

通过整车参数和性能要求表及公式（1.5）和（1.6）得出发动机基本功率和扭矩值如下：

根据上述两值初选下列发动机：

表2　发动机参数及初选结果

从上表上可以看出编号为1和3的发动机在扭矩和功率两项上符合要求。

4、发动机精选分析

4.1 CRUISE建模[2]

根据初选结果在AVL CRUISE中建模，整车动力总成模型主要包括：车辆模块、发动机模块、离合器模块、变速器模块、主减速器模块、轮胎模块以及驾驶员模块等，各模块之间使用机械连接和信号总线连接。本文基于CRUISE软件搭建的整车仿真模型如图1所示。

图1　整车仿真模型

4.2 仿真结果分析

4.2.1 燃油经济型分析

NEDC城市循环燃料经济性结果如下：

表3　燃油经济性对比

从上表得出两款发动机都符合设计要求，但3号发动机燃油经济性较优。

4.2.2 爬坡性能分析

从图2得出两款发动机最大爬坡度都满足整车设计要求，但1号发动机各档位的爬坡度均大于3号发动机，另外1号发动机2挡最大爬坡度保持在较大的速度范围内，从而可以看出1发动机低速段扭矩好，保持转速范围比较大，故1号发动机较优。

图2　①号和③号发动机爬坡度对比图

4.2.3 加速性能分析

0-100km/h加速时间结果如下：

表4　0-100km/h加速时间

60-100km/h 4挡超车分析。

表5　60-100km/h 4挡加速时间

从表4、表5看出，两款发动机的加速性能相当。

4.2.4 各挡功率性能分析

图3　1号和3号发动机各挡功率对比图

从图3和图4中可以看出发动机转速在3300rpm以下，1号发动机的各挡功率均优于3号发动机，当发动机转速高于3300rpm时，3号发动机功率明显大于1号发动机，另外在5挡时，两款发动机功率交点位于车速为140km/h处。

图4　各挡发动机转速与车速图

综合上面分析和皮卡车的使用特性选择1号发动机为最佳，虽然在燃油经济性方面3号发动机优于1号发动机，但皮卡车型大部分使用工况为非铺装路面，那么爬坡性尤为重要，另外从功率图看以看出1号发动机在转速3300rpm以下较优，符合皮卡车使用特性，即中低速时的加速性要求较高的特性。

5、结语

在发动机选型方面利用粗选得出发动机基本功率和扭矩要求，可以快速筛选出几个合适动力，在利用 AVL CRUISE软件进行建模和详细仿真分析动力性和经济性，根据所匹配车型使用特性选择最终发动机，这样不仅可以快速完成筛选工作，而且可以从分析中看出对比发动机有缺点，为下一步传动系统分析提供方向。

参考文献

[1] Manfred Mitschke,Henning Wallentowitz著陈萌三，余强 译.汽车动力学.[第4版].清华大学出版社，2009,12

[2] AVL Cruise User’s Guide.

中图分类号：U469.4

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)04-11-03

作者简介：高超，学士学位，就职于曙光汽车集团，从事动力总成性能匹配及布置。

Based on the analysis of CRUISE pick-ups engine selection

Gao Chao, Liu Hui
( Liaoning suguang automotive group Co., Ltd., Liaoning Dandong 118001 )

Abstract:Engine selection is reasonable has important influence on the vehicle's power and economy. Through the vehicle setting performance requirements, preliminary determination of the engine torque and power requirements; then the AVL cruise software to meet the basic requirements of different power assembly detailed comparative analysis, select the most reasonable engine. The selection method can quickly, conveniently and effectively determine the optimal engine.

Keywords:Engine; AVL Cruise; Performance; Economic