基于Cruise对乘用车发动机对于汽车性能影响的匹配与分析

2018-06-18刘雨龙

时代汽车 2018年12期

刘雨龙

安徽江淮汽车乘用车研究院安徽省合肥市 230000

1 引言

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。

AVL公司开发的Cerise软件是研究车辆动力性、燃油经济性、排放性能及制动性能等的高级仿真分析软件，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，从而快速完成动力传动系统的选型和设计。

从动力总成匹配来讲，影响整车动力性和经济性的主要因素是发动机、变速箱，主减速比。其中发动机是最主要的影响因素，发动机外特性曲线分布，外有特性的经济区分布对整车的动力性和经济性影响非常大。变速箱的各档位速比排列，主减速比的选择对动力总成选型也非常关键。动力总成的匹配主要是研究如何通过这三个零件的合理匹配满足不同车型和不同路况的要求。

2 整车动力传动系统建模

整车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，选择合理的了系统模块，搭建仿真模型，建立汽车系统的各总成和部件的机械链接和信号链接，并对各部件机型参数化处理，完成汽车建模过程。

图1是某个现有产品整车模型，配置手动变速箱。首先通过现有产品的实测数据标定模型。车辆数据、发动机、变速箱、主减速器、轮胎以及惯量等是整车固有特性数据，通过车辆经济性和动力性分析，同时参考比较测试油耗和白公里加速时问等关键参数修正模型，使整车动力传动系统模型可靠。

2.1 动力总成发动机选型

首先根据发动机功率初步判断，由于该款车型最高车速目标值（165km/h），计算中忽略坡度阻力功率和急速阻力功率的影响，初步分析目前作为备选项的发动机最大功率都能满足最高车速要求。

从图2发动机外特性来看，该款车型设置了竞争发动机，由于市场要求整车配置需要高端配置和低端配置两种，由于竞争车型排量是1.3L发动机，结合公司现有产品和开发中的产品，分别优选排量为1.2L Option4和1.4L Option 3满足低端配置和高端配置要求，通过上述标定的整车模型进行动力学分析，整车性能关键参数处于细分市场的前列。

图1 建立整车模型

同时，根据优选的Option3和Option4发动机外有特性和竞争发动机的外有特性初步比较，分析关键点油耗参数，特别是2000rpm@2bar下发动机油耗数据，所选发动机油耗同处于360-370g/kwh范围。根据上述标定的模型进行经济性分析，优选的发动机和竞争发动机白公里油耗也处于同一水平。通过上述分析，初步选定发动机Option3和Option4作为新车型动力源。

2.2 动力总成变速箱选型

根据变速箱档位设计参数可选项，首先根据档位数、档位比之问的关系，初步筛选排除不合理方案，从图显示目前各选方案速比变化平稳，可继续作为各选方案。

图2 发动机外特性曲线

其次通过档位问隔法排除具有跳跃性能的档位，图4显示Optionl_T1，Option4_T4和竞争变速箱速比变化曲线相同。初选方案Optionl和Option2变速箱速比作为进一步计算方案。结合Cruise所标定的整车模型，通过动力性和经济性分析，在满足动力性能要求的基础上，尽可能优化经济性进一步确定主减速比。

3 整车动力性经济性仿真

发动机和变速箱初步选定后，通过C曲线分析动力性和经济性，在满足油耗限值和白公里加速时问基础上，选择最有利于油耗的方案。由于所选车型有高配置和低配置两种方案。下面作者针对高配置方案进行动力学和经济学仿真优选主减速比。表1列举了变速箱Optionl的四种主减速比动力学和经济性参数比。

图6为百公里加速时问和综合油耗的C曲线，分析可以知道，四种方案动力性都满足设计要求，考虑到油耗指标要求选择3. 684主减速比。需要说明的是对于动力性和经济性指标的绝对值，除了动力总成参数的影响，还受到整车参数，包括轮胎、风阻、新技术采用等以及整车标定等参数的影响。

4 结语

动力总成系统对于整车性能影响比较大，所以对于动力系统的选型问题比较关键。首先从发动机原理出发，优选影响整车动力性和经济性指标的主要参数外特性和万有特性，从而优化设计并优选符合的发动机外特性和万有特性；同时，基于传动系统中变速箱原理以及速比关系，优选出档位过渡平缓，跳跃性较小的速比作为变速箱进一步设计优化的方案。在此基础上，从整车性能出发，考虑白公里加速时问和综合油耗，通过C曲线分析动力性和经济性，在满足油耗限值和白公里加速时问基础上，选择最有利于油耗的方案。应用劳动强度，Cruise开发软件，缩短了开发周期，不仅节约新产品开发和试验等带来的人力和物力投入，还降低了提高了工作效率。