基于Cruise的長(zhǎng)頭重卡動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性分析

何為，易彪

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230061）

基于Cruise的長(zhǎng)頭重卡動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性分析

何為，易彪

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230061）

重卡車輛的駕駛室形狀對(duì)整車空氣阻力影響很大，空氣阻力的大小直接影響到車輛的動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性。文中介紹了運(yùn)用AVL公司Cruise軟件對(duì)某6×4長(zhǎng)頭重卡動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性的仿真分析。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)化分析，結(jié)合后期的試驗(yàn)驗(yàn)證，可以更好滿足整車廠對(duì)于整車經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的要求。

長(zhǎng)頭重卡；經(jīng)濟(jì)性；動(dòng)力性

前言

汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性是衡量汽車性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，整車行駛阻力的大小對(duì)車輛的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性有重要的影響。長(zhǎng)頭重卡相比平頭重卡優(yōu)勢(shì)在于具有更小的風(fēng)阻系數(shù)。在同等配置條件下長(zhǎng)頭重卡整車行駛阻力比平頭重卡整車行駛阻力要小，特別是在高速段優(yōu)勢(shì)明顯。

AVL-Cruise軟件是用于研究汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性能和制動(dòng)性能的高級(jí)分析軟件，它可以用來(lái)建模、仿真和優(yōu)化任意結(jié)構(gòu)汽車的仿真系統(tǒng)，用于汽車開發(fā)過(guò)程中動(dòng)力系統(tǒng)的匹配、汽車性能預(yù)測(cè)和整車仿真計(jì)算，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、輪胎的選型及其與車輛的匹配優(yōu)化。所以cruise軟件的高模塊化、高實(shí)用性、高準(zhǔn)確性在汽車設(shè)計(jì)過(guò)程中有十分重要的作用。

1 背景

新GB1589允許長(zhǎng)頭較平頭列車放寬1米，給長(zhǎng)頭重卡帶來(lái)了更加公平的法規(guī)環(huán)境和一定的市場(chǎng)契機(jī)。6×4重卡搭載長(zhǎng)頭駕駛室能夠在保證動(dòng)力性不降低的前提下對(duì)整車的經(jīng)濟(jì)性有較大提升。在研6×4長(zhǎng)頭重卡最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量49噸，搭載460馬力發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)為直列六缸、渦輪增壓，變速箱為12檔手動(dòng)變速箱，后橋?yàn)閱渭?jí)減速后橋。該車型市場(chǎng)定位為高端產(chǎn)品，面向大型高端物流運(yùn)輸市場(chǎng)，路況以高速公路為主，一般常用車速范圍在 80-90km/h，整車基本參數(shù)如表1所示：

表1 整車基本參數(shù)表

2 長(zhǎng)頭重卡動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性分析

2.1 基于Cruise的動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性模型搭建

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人模型樹，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。針對(duì)整車的配置，輸入長(zhǎng)頭重卡的相關(guān)參數(shù)，初步分析長(zhǎng)頭重卡整車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性能，計(jì)算模型如下圖 1所示：

圖1 6×4長(zhǎng)頭重卡CRUISE計(jì)算模型

2.2 動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)Cruise軟件仿真結(jié)果分析長(zhǎng)頭重卡動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性，結(jié)果如下表2所示。

結(jié)論：長(zhǎng)頭重卡動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性計(jì)算值與同等配置平頭重卡動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)值相當(dāng)，未能體現(xiàn)長(zhǎng)頭重卡油耗低的特點(diǎn)。

表2 長(zhǎng)頭重卡動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性計(jì)算值

3 原因分析及結(jié)論

根據(jù)整車的行駛方程：Ft=Ff+Fi+Fw+Fj（Ft=Gf+Gi+CDAua2/21.15+δmdu/dt）；其中 Ff為滾動(dòng)阻力（Ff= Gf），F(xiàn)i為坡道阻力（Fi= Gi），F(xiàn)w為空氣阻力（Fw= CDAua2/21.15），F(xiàn)j為加速阻力（Fj=δmdu/dt）。滑行阻力測(cè)試條件是整車在平直良好的路面上進(jìn)行，所以其坡道阻力以及加速阻力的值都為零，因此整車滑行阻力公式可簡(jiǎn)化為Ft=Ff+Fw，且Ff= Gf；G為整車的重量，f為滾動(dòng)阻力系數(shù)，由于長(zhǎng)頭重卡與平頭重卡總質(zhì)量相同，輪胎的型號(hào)相同，故認(rèn)為滾動(dòng)阻力Ff也相同；所以整車的滑行阻力大小與空氣阻力Fw強(qiáng)相關(guān)，根據(jù)公式：Fw= CDAua2/21.15（CD為空氣阻力系數(shù)，A為迎風(fēng)面積，ua為車輛速度）可以判斷出長(zhǎng)頭重卡主要通過(guò)降低空氣阻力來(lái)減小整車的滑行阻力，也是降低油耗主要措施。

為了分析空氣阻力的大小，以及駕駛室形狀對(duì)空氣阻力的影響，對(duì)長(zhǎng)頭重卡駕駛室的模型以及平頭重卡駕駛室模型做CAE對(duì)比分析，以下是模型對(duì)比的結(jié)果：

圖2 長(zhǎng)頭車與平頭車CFD分析

從分析的結(jié)果來(lái)看，長(zhǎng)頭重卡駕駛室空氣阻力系數(shù)CD明顯比平頭重卡駕駛室的空氣阻力系數(shù)小很多，根據(jù)空氣阻力的計(jì)算公式：Fw= CDAua2/21.15,在高速段，CD值的降低對(duì)整車的行駛阻力的降低有很大的幫助。

因此，鑒于分析的理論結(jié)果，我們將長(zhǎng)頭重卡滑行阻力運(yùn)用風(fēng)阻計(jì)算值加滾阻計(jì)算值進(jìn)行擬合，擬合的滑行阻力與同等配置平頭重卡滑行阻力試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如下。

表3 滑行阻力數(shù)據(jù)對(duì)比

通過(guò)長(zhǎng)頭重卡滑行阻力與平頭重卡滑行阻力試驗(yàn)值對(duì)比可知長(zhǎng)頭重卡滑行阻力比平頭重卡滑行阻力小。隨著車速增加，效果越顯著。

我們將長(zhǎng)頭重卡的滑行阻力數(shù)據(jù)輸入Cruise軟件，根據(jù)Cruise軟件仿真結(jié)果分析長(zhǎng)頭重卡動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性，結(jié)果如下表4所示：

表4 長(zhǎng)頭重卡動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性計(jì)算值

長(zhǎng)頭重卡動(dòng)力性計(jì)算值與同等配置平頭重卡動(dòng)力性試驗(yàn)值相當(dāng)，經(jīng)濟(jì)性計(jì)算值比同等配置平頭重卡經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)值要好，且隨著車速增加效果越顯著。

我們根據(jù)計(jì)算的等速百公里油耗，繪制出整車在最高檔50km/h-100km/h和次高檔40km/h-80km/h的運(yùn)行工作區(qū)間，如下圖3所示：

圖3 整車運(yùn)行區(qū)間MAP圖

通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性圖可以看出，整車在最高檔 60km/h-100km/h等速行駛區(qū)間內(nèi)，尤其是最高檔 70km/h-90km/h的區(qū)間已經(jīng)處在發(fā)動(dòng)機(jī)較好的工作區(qū)間內(nèi)，最高檔、次高檔工作區(qū)間運(yùn)行在低油耗區(qū)。

結(jié)論：長(zhǎng)頭重卡配置460馬力發(fā)動(dòng)機(jī)+12檔變速箱+3.083速比+12R22.5輪胎較合理。6×4重卡搭載長(zhǎng)頭駕駛室能夠在保證動(dòng)力性不降低的前提下對(duì)整車的經(jīng)濟(jì)性有較大提升。

4 長(zhǎng)頭重卡動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)驗(yàn)證

通過(guò)Cruise軟件的計(jì)算分析，初步得出了長(zhǎng)頭重卡對(duì)油耗的優(yōu)化效果，為了進(jìn)一步的驗(yàn)證長(zhǎng)頭重卡對(duì)油耗優(yōu)化的效果，利用轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)室實(shí)際測(cè)量長(zhǎng)頭重卡的動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性，試驗(yàn)結(jié)果如下：

表5 長(zhǎng)頭重卡動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)值

結(jié)論：長(zhǎng)頭重卡動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性各項(xiàng)參數(shù)試驗(yàn)值與計(jì)算值誤差均在5%以內(nèi)，說(shuō)明該Cruise模型精度較高。6×4重卡搭載長(zhǎng)頭駕駛室能夠在保證動(dòng)力性不降低的前提下對(duì)整車的經(jīng)濟(jì)性有較大提升。

5 總結(jié)

（1）在整車搭載長(zhǎng)頭駕駛室后，整車能夠在保證動(dòng)力性不損失的前提下經(jīng)濟(jì)性得到明顯優(yōu)化，由此也可以看出空氣阻力系數(shù)CD與駕駛室本身的造型有很大的關(guān)聯(lián)，在良好的傳動(dòng)系匹配的條件下，通過(guò)搭載長(zhǎng)頭駕駛室，降低空氣阻力系數(shù)，對(duì)提升整車經(jīng)濟(jì)性具有明顯的作用。

（2）利用 Cruise軟件進(jìn)行整車動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性計(jì)算, 不僅計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果十分相近, 而且整車建模便捷、仿真時(shí)間較短、整車和部件的參數(shù)配置清晰直觀。 仿真過(guò)程無(wú)須記住計(jì)算公式, 卻可以方便地得到比公式計(jì)算更豐富、更便于觀測(cè)的結(jié)果。

[1] 王望予.汽車設(shè)計(jì)[第4版].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.5.

[2] 余志生.汽車?yán)碚揫第5版].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009.3.

[3] 蘇琴.發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性匹配的計(jì)算機(jī)模擬[D].天津：河北工業(yè)大學(xué),2000.

Based on the analysis of Cruise long head heavy card dynamic economy

He Wei, Yi Biao
( Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230061 )

The shape of the cab of the heavy truck has a great influence on the air resistance of the vehicle, and the size of the air resistance directly affects the dynamic economy of the vehicle. This paper introduces the simulation analysis of the dynamic efficiency of a 6×4 long head heavy truck using AVL Cruise software. Through a large number of practice has proved that this optimization of the powertrain system analysis, combined with the latter part of the test verification, you can better meet the vehicle for the vehicle's economic power requirements.

long head heavy truck; economic; power

CLC NO.: U467.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)12-136-04

U467.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)12-136-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.045

何為，現(xiàn)就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。