基于Cruise的越野车动力匹配技术研究

孙国庆 孟建军 叶建伟 刘鹏 陈莉

摘 要：越野车动力匹配技术是越野车性能开发的一项重要内容。本文根据某型越野车总体设计指标，采用基础理论公式计算的方法，初步选定越野车动力传动系统参数，然后利用Cruise软件进行整车动力性、经济性仿真，根据仿真计算得到的动力性、经济性数据，对比整车动力性、经济性设计指标，以此验证该车型动力匹配的合理性。道路试验结果证明了利用Cruise软件进行越野车动力性经济性仿真分析的准确性，并进一步验证了该车型动力匹配的合理性。论文对越野车动力匹配能力建设具有一定的指导作用。

关键词：越野车；动力匹配；Cruise；动力性经济性

中图分类号：U462.3 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2018）05-0029-05

Abstract： The power matching technology of the off-road vehicle is an important content of the performance development of the off-road vehicle. According to a certain type of off-road vehicle overall design index， using the method of theoretical calculation formula， initially selected off-road vehicle powertrain parameters， and then the simulation of dynamic nature and economical efficiency with the Cruise software was done， according to the calculation result of the dynamic nature and economical efficiency， comparison of vehicle power and economy to design index to verify the rationality of the model of dynamic match. The road test result proved the accuracy of the Cruise software in the simulation and analysis of the dynamic performance of the off-road vehicle， and further verify the rationality of the dynamic matching of the vehicle. The paper has a certain guiding role on the construction of the power matching ability of the off-road vehicles.

Key Words： Off-road vehicle； Dynamic matching； Cruise； Dynamic nature and economical efficiency

1 概述

汽车的动力性是汽车各种性能中最基本、最重要的一项性能，也是汽车开发过程中重点考虑的内容。研究如何在满足汽车动力性的前提下，提高汽车的经济性是汽车动力匹配建设的重要内容。越野车工作环境恶劣，行驶路况复杂，对车辆动力性提出了更高的要求；越野车的燃油经济性能力对其续驶里程、场地适用性具有重要意义。当前，采用先进的动力匹配技术开展越野车动力性经济性研究，仍然是越野车性能开发过程中的重中之重。

Cruise作为一种先进的动力传动系统匹配软件，在当前汽车开发过程中得到了广泛的应用。在车辆设计前期，根据选定的动力传动系统参数，利用Cruise软件进行整车动力性、经济性仿真，并以此验证车辆动力匹配的合理性，能显著缩短车辆开发周期，提高整车动力匹配能力。

2 动力传动系统参数的初步确定

2.1 整车动力性经济性设计指标

汽车的动力性系指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。汽车的动力性主要由三个指标来评定：

a. 汽车的最高车速vamax；

b. 汽车的加速时间t；

c. 汽车的最大爬坡度imax。

通常在汽车设计时，先根据汽车总体设计指标，设定动力性、经济性目标参数，在据此选定动力传动系统参数。

某型越野车为4×4手动全时四驱军用轻型战术车辆。根据设计任务要求，整车设计指标如下：

（1）最高车速vamax≥120km/h；最低稳定车速vmin≤3 km/h，本例计算中取2.5 km/h ；

（2）最大爬坡度：要求理论最大爬坡度tanαmax≥100%；

（3）加速时间：0～80 km/h 原地起步连续换档加速时间t≤22s；直接档60～100 km/h加速时间t≤25s；

（4）要求整車续驶里程≥600km。已知燃油箱有效容积130L，由此计算得综合工况油耗限值≤21.7 L/100km。

其它已知参数：车辆最大设计总质量m；迎风面积A，空气阻力系数CD；滚动阻力系数按公式计算f=0.0076+0.000056V；轮胎滚动半径r。

2.2 发动机性能参数的确定

2.2.1 发动机最大功率的确定

a.最高车速时的发动机功率计算

2.4 越野车动力传动方案的初步确定

3 基于Cruise的整车动力性经济性仿真

3.1 Cruise仿真概述

Cruise软件是奥地利AVL公司开发的一款用来研究汽车动力性、燃油经济性、排放性能及制动性能的高级模拟分析软件。它可用于汽车开发过程中的动力传动系统的匹配，汽车性能预测和整车仿真计算。本实例中，初步选定越野车整车动力传动系统参数后，应用Cruise软件进行整车动力性经济性仿真，以此验证越野车动力匹配的合理性。

3.2 整車仿真模型的建立

根据越野车整车动力传动方案，建立Cruise整车仿真分析模型，输入整车及各功能模块相应参数，并添加机械、信息连接。

3.3 主要计算任务的设置

根据越野车动力性、经济性相关标准，设定以下Cruise计算任务：

a. 稳态行驶性能分析（Constant Drive）

根据《GB/T 12544-2012 汽车最高车速试验方法》[4]，车辆载荷状态设置为满载，不考虑滑移，分动箱置高档，利用Cruise计算各档最高车速。

b. 爬坡性能分析（Climbing Performance）

根据《GB/T12539-1990汽车爬陡坡试验方法》[5]，车辆载荷设置为满载，分动箱置低档，分“不考虑滑移”及“考虑受一定限制的滑移”两种工况，仿真计算各档理论最大爬坡度、最大爬坡度。

c.全负荷加速性能计算（Full Load Acceleration）

根据《GB/T12543-2009 汽车加速性能试验方法》[6]，车辆载荷设置为满载，分动箱置高档，计算各档最大加速度、0～80 km/h 原地起步连续换档加速时间、直接档60～100 km/h 超车加速时间。

d.循环行驶工况（Cycle run）

该越野车最大设计总质量>3.5t，可参考《GB/T 27840-2011重型商用车燃料消耗量测量方法》[7]，采用最新的C-WTVC循环。C-WTVC循环分为三个工况：市区、公路、高速，根据该标准相关规定，循环工况特征里程分配系数分别设置为市区0.1、公路0.6、高速0.3，分动箱置高档，计算综合工况下的燃油消耗量。

3.4 动力性、经济性仿真

采用单一矩阵计算方法，运行Cruise软件，完成仿真计算。该型越野车Cruise动力性经济性仿真分析结果图如图4～图8所示：

4 仿真结果分析

该越野车Cruise动力性经济性仿真结果汇总如表2所示。

由此可以得出，该车型动力匹配满足目标动力性、经济性设计要求。

5 试验验证

分别根据以下标准开展整车道路试验：

根据《GB/T 12544-2012 汽车最高车速试验方法》测量最高车速；

根据《GB/T12539-1990汽车爬陡坡试验方法》测量最大爬坡度；

根据《GB/T12543-2009 汽车加速性能试验方法》测试0～80 km/h 原地起步连续换档加速时间、直接档60～100 km/h 超车加速时间。

根据《GB/T 27840-2011重型商用车燃料消耗量测量方法》，分别测定C-WTVC循环工况市区、公路、高速各段百公里油耗值，然后根据特征里程分配系数，计算综合工况下的百公里油耗值。

出于保密工作的需要，在此不列出试验数据。试验结果显示，试验测量值与仿真结果较为接近，误差在可接受的范围内。误差主要是由于在实际驾驶中驾驶员驾驶行为的的差异性以及车辆实际情况的复杂性引起的。试验结果证明了

Cruise仿真结果的准确性，并最终验证了该车型动力匹配方案的合理性。

6 结束语

本文先根据整车设计指标，通过传统理论计算方法初步选定越野车动力传动系统参数，然后采用Cruise软件进行动力性经济性仿真，以此验证了该型越野车动力匹配的合理性。道路试验结果有效地证明了Cruise软件仿真分析的准确性。在越野车开发前期阶段，通过理论计算初步确定动力匹配方案，再结合Cruise软件进行动力性经济性仿真，以此验证动力匹配方案的合理性，该方法能有效地缩短车辆开发周期，提高开发效率。

参考文献：

[1]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]黄松，史建鹏.越野汽车动力总成匹配仿真研究[J].汽车科技，2008（5）：14-17.

[3]史建鹏.越野汽车的机动性研究[J].汽车科技，2006（4）：16-18.

[4]GB/T 12544-2012 汽车最高车速试验方法.

[5]GB/T12539-1990汽车爬陡坡试验方法.

[6]GB/T12543-2009 汽车加速性能试验方法.

[7]GB/T 27840-2011重型商用车燃料消耗量测量方法.