Cru ise仿真在汽車動力總成匹配優(yōu)化中的應(yīng)用

安瑞兵

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣州511434）

Cru ise仿真在汽車動力總成匹配優(yōu)化中的應(yīng)用

安瑞兵

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣州511434）

以某款汽車為例，利用AVL公司的Cruise仿真軟件進行動力總成多方案匹配分析，對各動力總成匹配方案進行動力性、經(jīng)濟性計算，選出較好的方案，并進行結(jié)果優(yōu)化。

動力性；經(jīng)濟性；動力總成匹配

車輛在設(shè)計初始時，發(fā)動機、變速器、后橋等動力總成可供選擇的匹配方案較多，利用傳統(tǒng)的方法匹配設(shè)計，成本高、周期長，同時也不容易找到最優(yōu)組合［1-2］。本文以某汽車項目為基礎(chǔ)，使用Cruise軟件進行多種動力總成匹配方案的仿真分析，計算各方案的穩(wěn)態(tài)行駛性能，全負(fù)荷加速性能，爬坡性能。對各方案計算結(jié)果進行比較分析，選出動力性和經(jīng)濟性較好的方案，并在此基礎(chǔ)上提出優(yōu)化建議。

1　 Cruise仿真模型的建立

AVL-Cruise軟件是由奧地利AVL List公司開發(fā)的，可以用于車輛的動力性、燃油經(jīng)濟性以及排放性能的仿真分析，其模塊化的建模理念使得用戶可以便捷地搭建不同布置結(jié)構(gòu)的車輛模型，其復(fù)雜、完善的求解器可以確保計算的速度。

Cruise的一個典型應(yīng)用是對車輛傳動系統(tǒng)和發(fā)動機的匹配開發(fā)，它可以計算并優(yōu)化車輛的燃油經(jīng)濟性、排放性、動力性（原地起步加速能力、超車加速能力）、變速器速比、制動性能等，也可以為應(yīng)力計算和傳動系的振動生成載荷譜。

1.1仿真分析方案

通過市場調(diào)研及對標(biāo)分析，選取兩款發(fā)動機、兩款變速器、三款后橋作為備選動力總成，共12種匹配方案進行仿真分析［3-5］，如表1所示。

表1　仿真分析方案

1.2仿真分析內(nèi)容

1）動力性計算：最高車速；理論最大爬坡度；3檔起步0～60 km/h連續(xù)換檔加速時間；直接檔30～60 km/h加速時間。

2）經(jīng)濟性計算［6］：最高檔等速油耗；JT719綜合油耗。

1.3仿真模型及其他參數(shù)

仿真分析模型如圖1所示，該車其他相關(guān)參數(shù)：整車總質(zhì)量5 000 kg，軸距4 270mm，迎風(fēng)面積9.52m2，空氣阻力系數(shù)0.88，輪胎規(guī)格12.00-24，輪胎靜態(tài)/動態(tài)半徑590/595mm。

2　仿真結(jié)果及優(yōu)化

2.1仿真結(jié)果及分析

動力性、經(jīng)濟性仿真結(jié)果如表2所示。

從表2可知，方案4、方案6、方案9、方案10、方案12的最高車速低于設(shè)計值80 km/h，故舍去；各方案最大爬坡性能都滿足30%的設(shè)計要求。但由于實際情況存在地面附著力不夠及輪胎打滑的情況，實際值要略小于理論值。

由表2中有關(guān)方案的直接檔30～60 km/h加速時間（作為橫坐標(biāo)）與加權(quán)綜合油耗數(shù)據(jù)（作為縱坐標(biāo)）可得圖2。

由表2中有關(guān)方案的3檔起步0～60 km/h連續(xù)換檔加速時間（作為橫坐標(biāo)）與加權(quán)綜合油耗數(shù)據(jù)作為縱坐標(biāo)）可得圖3。

從圖2和圖3可以看出：

1）直接檔30～60 km/h加速時間與加權(quán)綜合油耗中方案1、方案7、方案8兼顧動力性和經(jīng)濟性。

2）3檔起步0～60 km/h連續(xù)換檔加速時間與加權(quán)綜合油耗中方案1、方案2、方案7、方案8兼顧動力性和經(jīng)濟性。

表2　各方案動力性、經(jīng)濟性仿真結(jié)果

綜合以上結(jié)果，推薦方案7、方案8。其中：方案7偏重動力性，方案8偏重經(jīng)濟性。

2.2仿真結(jié)果優(yōu)化

由仿真結(jié)果可知，經(jīng)濟性能最好的方案8與對標(biāo)車相當(dāng)。為提高整車經(jīng)濟性，需對發(fā)動機性能進行優(yōu)化。從Cruise仿真分析結(jié)果中，可以得到某款12 L發(fā)動機的工況分布，如圖4所示。從圖中可以看出，發(fā)動機常用轉(zhuǎn)速在1 650～2 050 r/min之間，常用扭矩在400～650N·m之間，此常用工況區(qū)間偏離該款12 L發(fā)動機最佳經(jīng)濟油耗區(qū)。為使得此常用工況區(qū)與發(fā)動機的最佳經(jīng)濟油耗區(qū)重合或接近，以提高整車經(jīng)濟性能，需要對這款12 L發(fā)動機油耗圖譜進行優(yōu)化［7］。通過發(fā)動機臺架標(biāo)定，采取調(diào)整其燃油噴射量、供油提前角、進氣壓力等一系列措施對發(fā)動機進行優(yōu)化，使其經(jīng)濟油耗區(qū)與發(fā)動機常用工況區(qū)盡量落在同一區(qū)域［8-9］。優(yōu)化前后發(fā)動機油耗圖譜如圖5和圖6所示。

優(yōu)化前后的每百公里綜合油耗由41.5 L降低為39.3 L，優(yōu)化后燃油經(jīng)濟性明顯提高。

3　結(jié)論

1）通過運用Cruise軟件進行多種動力總成匹配方案仿真分析，得到動力性、經(jīng)濟性較優(yōu)方案，為整車動力總成匹配設(shè)計提供依據(jù)，縮短開發(fā)周期。

2）多方案動力性、經(jīng)濟性的優(yōu)劣能夠通過加速時間與加權(quán)綜合油耗的散點圖更加直觀地體現(xiàn)，結(jié)果一目了然。

3）利用Cruise軟件生成的發(fā)動機工況分布圖，為發(fā)動機經(jīng)濟性能的優(yōu)化提供了依據(jù)，優(yōu)化后的燃油經(jīng)濟性明顯提高。

［1］李高友，雷雨成.發(fā)動機和傳動系的優(yōu)化匹配研究［J］.汽車研究與開發(fā)，2002，（6）：23-26.

［2］張輝.基于Cruise的客車動力總成匹配及仿真分析［J］.柴油機設(shè)計與制造，2014，（1）：11-13.

［3］張紅，鄭澤亮，羅成，等.基于CRUISE的重型車動力性經(jīng)濟性仿真分析與優(yōu)化［J］.農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2011，（12）：29 -31.

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

［5］王京濤，楊世文，衣明軍，等.基于AVL_Cruise客車動力配置選型仿真分析［J］.汽車實用技術(shù)，2012，（12）：23-27.

［6］JT 719-2008，營運貨車燃料消耗量限值及測量方法［S］.北京：人民交通出版社，2008.

［7］冒文娟，石琴，李領(lǐng)領(lǐng).基于Cruise的實測行駛工況的油耗分析［J］.汽車科技，2012，（4）：45-48.

［8］余志生.汽車?yán)碚摚跰］.5版.北京：機械工業(yè)出版社，2010.

［9］林學(xué)東.汽車動力匹配技術(shù)［M］.北京：中國水利水電出版社，2010.1.

修改稿日期：2015-07-17

App lication of Cruise Simulation to Vehicle Powertrain Match and Optim ization

An Ruibing
（Automobile Engineering Institute，Guangzhou AutomobileGroup Co.，Ltd，Guangzhou 511434，China）

With a vehicle for example，the author analyzes the powertrain multi-matching cases by AVL-Cruise software.Through thepowerand economy performances simulation，he chooses the preferable case andmakesoptimization.

power performance；economy performance；powertrainmatch

U462.3+1；U462.3+4

B

1006-3331（2015）05-0044-03

安瑞兵（1983-），男，工程師；主要從事車輛動力總成集成設(shè)計工作。