基于CUISE的某轻卡动力性经济性研究

2018-10-21秦波

汽车实用技术 2018年17期

秦波

摘要：动力性与经济性是整车的重要性能指标，文章以 CRUISE 仿真软件为基础，运用汽车仿真计算方法对正在开发整车的动力性经济性进行分析。为整车动力系统匹配起到指导作用，从而缩短了整车的开发周期与开发成本。

关键词：仿真计算；动力性；经济性

中图分类号：U463.5 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2018）17-129-03

Abstract： Dynamic performance and economy are important performance indicators of the vehicle. Based on CRUISE calculation software， this paper analyzes the dynamic economy of the vehicle under development by using vehicle simulation calculation method. It can guide the matching of vehicle power system and shorten the development cycle and development cost of vehicle.

Keywords： Simulation； dynamic； economy

CLC NO.： U463.5 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）17-129-03

前言

随着物流行业的发展，轻型商用车市场近年来增长迅速。同时因为国家排放升级，车辆的使用成本不断增加，中国粗放式汽车增长模式已宣告终结。终端客户对车辆性能的要求已经和往日大大不同。在车辆的所有性能中客户最为关注的就是动力性与经济性这两个指标。所以各大主机厂均在汽车动力性、经济性上狠下功夫。如何保证获得客户，制胜市场，整车动力及经济性精确匹配及仿真分析成为各大主机厂竞相角逐的重要领域。

本文以某轻型商用车为例，研究在整车开发最初，如何通过 CRUISE 仿真软件对整车的动力性与经济性进行仿真计算。并且通过实车的动力性与经济性试验测试。通过试验结果与仿真结果的对比，确认仿真分析的可靠性。然后再通过和竞品的对比，从而评估所开发车型动力性与经济性的好坏。这种开发方式，高效的进行整车开发，也降低了开发成本。

1 CRUISE的基本功能介绍

Cruise是由奥地利AVL 公司开发的用于整车多个物理系统性能仿真的软件。在汽车设计领域常被用于整车动力性能、经济性能、排放性能以及冷却性能的仿真计算。用户利用Cruise可以进行多个工况的分析，其中包括巡航工况、爬坡工况、稳态行驶工况以及加速工况等。

2 确认计算所需参数

在运用CRUISE进行计算之前需要先收集相应的整车参数、发动机数据以及阻力系数等。

2.1 整车参数

某轻车的基本计算参数如下表：

2.2 发动机特性曲线

发动机特性曲线包括发动机外特性曲线与发动机万有特性曲线。发动机外特性曲线表现的是发动机最优的工作状态下发动机功率、扭矩随转速的变化规律。万有特性曲线表达的是发动机负荷及转速都变化时，发动机转速、扭矩、功率与比油耗等参数的变化规律。图1 为发动机的外特性和万有特性曲线图。

2.3 整车滑行阻力

整车阻力分为滚动阻力、空气阻力、加速阻力与坡度阻力。同底盘平台同载重的整车可以用同一套阻力系数用于计算。不同载重的阻力系数可以通过整车滑行试验获得。整车滑行试验是将整车在不同车速下进行空档滑行，根据滑行的距离推算出阻力随车速变化的规律。图 2 为某轻卡不同载重下的滑行阻力曲线。

3 动力性经济性计算原理

整车的动力性主要体现为最高车速、加速度、最大爬坡度，经济性主要是体现为百公里等速油耗或者三工况油耗。

3.1 动力性计算原理

3.1.1 最高车速

驱动力和行驶阻力达到平衡时，即当加速度，坡度i=0，发动机全油门，由动力学公式得最高车速：

3.1.2 加速时间

通过对汽车行驶加速度曲线求积分，可得加速时间：

3.1.3 最大爬坡度

3.2 经济性计算原理

燃油消耗量与发动机功率有关，主要通过汽车功率平衡方程求解。

上述公式中Ttq为发动机扭矩、ig为变速箱各档位速比、i0为主减速比、ηT传动效率、CD为风阻系数、ua汽车行驶车速、δ为汽车旋转质量换算系数、r为车轮半径、G为汽车最大设计质量、f为滚组系数、A为迎风面积、i为道理坡度、m为整备质量。

从公式（1）～（4）中可以看出，影响汽车动力性和经济性主要参数是：G、f、A、CD和ηT。

3.3 建立模型与设定计算任务

CRUISE 仿真过程需要分三步来进行。分别为建立整车仿真模型，在整车模型中输入整车长度、质量、重心位置、阻力系数、发动机特性数据、變速箱速比、后桥速比以及轮胎半径等，如图3所示；设定计算任务，其中包括最高车速计算、最大爬坡度计算、直接挡30km/h到80km/h加速计算、起步档0km/h到80km/h加速计算以及最高档等速油耗计算，如图4所示；启动仿真计算，读取仿真结果，如图5所示。

4 整车转毂试验测试

4.1 转毂动力性测试简介

4.1.1 最高车速试验

整车转鼓试验测试是将车放置于转鼓上，然后给转鼓设定一定的阻力参数，提供整车在满载时的阻力。然后按照企业标准里的试验方法，驾驶员进行整车各种工况的驾驶操作。对于动力性而言，需要测试车辆的最高车速、起步加速以及超车加速。其中最高车速是将档位至于最高档，油门全开，车辆车速稳定后读取到的车速。起步加速是驾驶员从一档按照指定的换挡转速进行换挡，并加速到指定车速。超车加速是将档位至于指定档位，然后将车辆先加速到指定的初始测速，待车速稳定后将油门全开加速到所需的终止车速。

对于经济性而言，需要通过油耗仪测试车辆的等速油耗，然后参数《JT 719-2016 营运货车燃油消耗值限值及测量法》中的计算方法，将各个速度的油耗值乘以权重系数，最后得到整车的综合油耗。

4.2 试验及 CRUISE 计算结果对比

将仿真值与转毂试验进行对比，确认仿真数据是否可靠，具体见下表：

根据对比可以看出仿真计算的结果基本和计算结果相符，但是最大仍然存在着约6%的误差。这些误差可能来源于转毂设备测试的误差、模型设置误差、传动效率设置不精准、发动机外特性外有特性符合性差以及换挡策略等。这些

问题还需要进一步的研究。

5 动力性经济性评价

动力性经济性优劣的指标并不是固定的。一般是将所开发车型与竞品进行对比，从而来进行评价，对比结果见下表：

通过对比可以看出开发车型的动力性略差于竞品，但是经济性有较好的提升。改车型具备一定的市场竞争力。

6 总结

在知道整车与相关计算参数的前提下，利用CRUISE软件可以对整车的动力性与经济性进行高效的仿真计算。通过转鼓试验又进一步的验证了仿真计算的可靠性。由此可见这种基于CRUISE的仿真计算可以为整车动力系统性能的评估提供有力的参考依据。

但是仿真计算存在一定的误差，需要进一步研究如何调整模型来缩小误差。

通过与竞品对比分析，开发车型的动力性与经济性较好，可以满足客户需求。