基于Cruise的客車動(dòng)力總成匹配及仿真分析

張 輝

（上海柴油機(jī)股份有限公司，上海200438）

基于Cruise的客車動(dòng)力總成匹配及仿真分析

張 輝

（上海柴油機(jī)股份有限公司，上海200438）

介紹了運(yùn)用AVL公司Cruise軟件對(duì)客車動(dòng)力匹配進(jìn)行模擬計(jì)算。該軟件將發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、后橋等影響整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的相關(guān)因素整合成一整套動(dòng)力總成系統(tǒng)。通過(guò)大量的實(shí)踐證明，這種對(duì)于動(dòng)力總成系統(tǒng)的優(yōu)化，可以更好滿足整車廠對(duì)于整車經(jīng)濟(jì)型和動(dòng)力型的要求。

客車動(dòng)力總成動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性

1 前言

眾所周知，一輛客車的優(yōu)劣取決于其動(dòng)力性。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的性能是影響整車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素，但變速箱、后橋速比等同樣也是整車性能不可忽略的因素[1]。按照傳統(tǒng)的整車開(kāi)發(fā)流程，工程師憑借經(jīng)驗(yàn)孤立地將發(fā)動(dòng)機(jī)性能、整車質(zhì)量、變速箱速比、主減速比等參數(shù)分開(kāi)估算。這樣的匹配過(guò)程要花費(fèi)大量的時(shí)間和費(fèi)用，更重要的是最終得到的動(dòng)力系統(tǒng)往往還不能達(dá)到最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的配比[2]。

隨著國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的不斷深入推廣，在客車滿足動(dòng)力性的前提下，對(duì)經(jīng)濟(jì)性的要求更加苛刻。使用傳統(tǒng)的整車開(kāi)發(fā)手段，已經(jīng)不能滿足要求。AVL公司的Cruise軟件能夠解決該問(wèn)題，該軟件是用來(lái)綜合研究整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性能等要素的高級(jí)模擬分析軟件，可以較好地運(yùn)用于發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、后橋、輪胎的選型以及整車的優(yōu)化匹配。

本文通過(guò)對(duì)于一款典型旅游客車的關(guān)鍵零部件的不同選型，搭建出不同方案的整車仿真模型；確定基本工況以及綜合工況，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)；并通過(guò)Cruise軟件的計(jì)算，得出理論上動(dòng)力性以及經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的一種方案。并根據(jù)方案的具體配置，搭建樣車，進(jìn)行整車試驗(yàn)以驗(yàn)證模擬計(jì)算結(jié)果的可信性[3]。

2 整車仿真模型的建立

典型的整車仿真模型參數(shù)包括：發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性、變速箱的各檔速比、后橋的主減速比、輪胎半徑、整車質(zhì)量等。Cruise軟件根據(jù)這些參數(shù)提供了不同的零部件模塊供選擇。根據(jù)整車建模的要求，將車輛底盤(pán)模型、發(fā)動(dòng)機(jī)模型、變速箱模型、后橋主減模型等分別拖入模型樹(shù)，并配置以實(shí)際的參數(shù)，例如：整車的質(zhì)量、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、變速箱的速比、主減速比等，參見(jiàn)圖1。本次選用的一款變速箱具體參數(shù)如表1所示[4]。

然后按照動(dòng)力輸出和輸入的方式連接各個(gè)零部件，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖1 Cruise仿真模擬計(jì)算的流程

表1 本次計(jì)算使用某種變速箱參數(shù)

圖2 Cruise整車模型

3 設(shè)定計(jì)算任務(wù)

根據(jù)整車設(shè)計(jì)需要考慮的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性來(lái)設(shè)定計(jì)算任務(wù)。動(dòng)力性方面包括：最高車速；連續(xù)換檔從0～100 km/h的加速時(shí)間；6檔從70～100 km/h的加速時(shí)間；1～5檔的爬坡性能。經(jīng)濟(jì)性方面的任務(wù)包括：特定檔位下的等速油耗；循環(huán)工況油耗。

4 循環(huán)工況的確定

此次研究的車型為一款旅游團(tuán)體客車，使用的道路工況是高速公路和市區(qū)工況兼而有之。根據(jù)國(guó)家規(guī)定的中重型商用車C-WTVC循環(huán)曲線來(lái)確定其循環(huán)工況（見(jiàn)圖3）。由圖中可以看到，C-WTVC循環(huán)由市區(qū)、公路、高速公路3部分循環(huán)組成。根據(jù)特征里程的分配比例，對(duì)于最大設(shè)計(jì)質(zhì)量大于12.5 t的客車，市區(qū)比例占10%，公路比例占20%，高速公路的比例占70%，分別按照上述3種循環(huán)計(jì)算，得出的結(jié)果再按照比例進(jìn)行整合即為最終循環(huán)油耗的結(jié)果。

圖3 中重型商用車C-WTVC循環(huán)曲線

5 計(jì)算結(jié)果的整理及分析

本次匹配是在確定的變速箱的情況下，通過(guò)對(duì)3種不同主減速比的計(jì)算來(lái)選擇一款最符合用戶使用要求的動(dòng)力配置。因此根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，形成了油耗、爬坡度、加速性的對(duì)比曲線。由于車輛上坡時(shí)需要考慮一定的附著率，本次計(jì)算所得結(jié)果是在忽略附著力下得到的[5]。

圖4 3種主減速比連續(xù)換檔加速時(shí)間

6 結(jié)論

圖5 3種主減速比5/6檔加速時(shí)間

圖6 3種主減速比爬坡度

圖7 各后橋主減速比5檔等速油耗

運(yùn)用Cruise軟件進(jìn)行整車動(dòng)力性匹配計(jì)算，可以快速、有效地對(duì)不同動(dòng)力系統(tǒng)配置進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)以上的計(jì)算分析，可以得到如下結(jié)論：

（1）從爬坡度分析結(jié)果可以看出，無(wú)論使用何種主減速比，車輛基本都可以滿足爬坡度的要求。主減速比越大，爬坡度能力越好。3.909減速速比模型的爬坡度較小，4.875主減速比模型爬坡度最大。

（2）從加速時(shí)間上來(lái)看，0～20 km加速時(shí)，4.875主減速比模型達(dá)到20 km的時(shí)間最短，主減速比越大，加速時(shí)間越短；但是如果0～35 km加速時(shí)，4.33模型最快達(dá)到35 km，此時(shí)4.875的加速時(shí)間雖然多于4.33，但是仍比3.909的要短；如果進(jìn)行0～70 km加速時(shí)，4.33的加速時(shí)間仍然是最低，但是可以看出3.909主減速比的加速時(shí)間已經(jīng)短于4.875。分析在5檔、6檔的加速時(shí)間，主減較大的模型加速時(shí)間比較短。結(jié)合以上加速性能數(shù)據(jù)的分析，選用4.33的主減，加速性能最好。

（3）無(wú)論從循環(huán)綜合油耗，還是從固定檔位下的等速油耗上分析，主減速比越小，油耗越低。因此3.909的最優(yōu)，4.33的次之，4.875的油耗最差。

綜合以上2點(diǎn)可以看出，如果用戶對(duì)于動(dòng)力性的要求不是很高，而對(duì)于油耗比較看重，建議推薦使用3.909主減速比；如果用戶要求在油耗有要求的前提下，兼顧整車的動(dòng)力性，建議推薦使用4.33主減速比；如果用戶需要特殊要求，比如在山地，爬坡較多的情況下，則可以考慮推薦4.875主減速比。

1余志生．汽車?yán)碚揫M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000：10～100．

2李高友，雷雨成．發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的優(yōu)化匹配研究[J].汽車研究與開(kāi)發(fā)，2002（6）：23-26.

3何仁，劉星榮等．汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)最優(yōu)匹配的研究和發(fā)展[J]．江蘇理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1997（0）：37-41.

4王京濤，楊世文，衣明軍等.基于AVL-CRU ISE客車動(dòng)力配置選型仿真分析[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2012（12）.

5王悅，何洪文.基于Cruise的整車動(dòng)力性能仿真分析[J].車輛與動(dòng)力技術(shù)，2009（2）：24-26.

Matching and Simulation of Bus Powertrain Based on Cruise

Zhang Hui
（Shanghai Diesel Engine Co.,Ltd.,Shanghai 200438,China）

This paper describes how to use the Cruise,the software of AVL Company in a bus powertrain matching.The Cruise integrates engine,gearbox,rear axle that affect vehicle dynamic and economy into a set of factors related to a powertrain system.A lot of practice proves that a powertrain system can be optimized,to better meet the requirements of OEMs on vehicle economy and power.

bus,powertrain,dynamic,economy

10.3969/j.issn.1671-0614.2014.01.003

來(lái)稿日期：2013-09-05

張輝（1980），男，工程師，主要研究方向?yàn)閯?dòng)力優(yōu)化匹配。