基于CRUISE的重型商用車匹配優化研究

董鵬 楊溢

摘 要：應用CRUISE軟件對某款6×4自卸車建立仿真模型，并選擇合適的計算方法和計算任務，分別對4種不同后橋速比下的最高車速，最大爬坡度，加速性能進行了仿真計算，發現在僅考慮動力性的情況下，選擇較大的后橋速方案5.92;如同時綜合考慮燃油經濟性時，可折中選擇后橋速比5.262方案，結果對商用車整車匹配有一定的指導意義。

關鍵詞：AVL-CRUISE;后橋速比;匹配優化

中圖分類號：U464 文獻標識碼：A

0 引言

我國經濟近幾十年的騰飛發展離不開汽車工業的貢獻，而重型商用車在其中扮演著非常重要的角色，對于重型商用車來說，動力性和經濟性是非常重要的性能，但兩者在設計時往往相互矛盾，一般在整車設計中根據車輛用途選擇更合適的方案。

CRUISE軟件是奧地利AVL公司開發的一款車輛高級仿真軟件，可以通過直接拖取相應組件模塊，設置整車參數并建立連接后生成整車模型[1]。并選擇合適的計算任務和計算方法進行計算。

本文在整車動力總成配置確定的情況下，預選4種后橋速比方案，使用CRUISE軟件對4種方案進行動力性和經濟性分析，最終得到匹配該車型的最優動力總成匹配方案。

1 動力性和經濟性指標

1.1 動力性能指標

動力性能是車輛最重要的工作指標，直接決定了車輛的用途以及可行駛的工況，車輛的動力性主要由最高車速，爬坡性能，最大加速度來評價。

（1）最高車速。車輛在良好水平的路面上正常行駛時，此時車輛只克服空氣阻力和滾動阻力。各個檔位下的最大車速是不同的，車輛最大車速肯定出現最高檔位，車輛最高車速計算公式為：

其中：為發動機轉速，單位（r/min）;r為輪胎滾動半徑，單位（m）;為當前檔位下變速器速比;為主減速器速比。

（2）最大爬坡度。爬坡度是車輛在復雜路面行駛時必須考量的重要性能，將車輛低速緩慢爬坡看作速度極慢的過程，車輛只受到坡度阻力和滾動阻力，最大爬坡度計算公式為：

其中：為最大阻力，單位（N）;為無量綱的輪胎阻力系數，表示在某一行駛狀況下，滾動阻力與車輪垂直載荷的比值;為整車整備質量，單位（kg）;為車輛裝載質量，單位（kg）。

（3）加速性能。直接測量加速性能在實際中很難測量，目前主要通過測量在油門全開情況下的加速時間和加速距離，來衡量加速性能。由車輛在某一速度下的發動機轉速可知加速度為：

其中：為空氣阻力，單位（N）。

公式中的為旋轉質量轉換系數，單位（kg·m2）。

1.2 經濟性能指標

本文計算該車輛在循環工況下的百公里油耗。循環工況下的百公里油耗是由循環工況中的等速、加速、減速行駛狀況下累計的油耗加權相加得到的。

汽車等速行駛工況下，由汽車功率平衡方程計算出發動機消耗功率和發動機轉速n，結合發動機萬有特性獲得燃油消耗率b，單位（L/s），最終獲得等速行駛工況下燃油消耗量：

其中：為燃油密度，單位（kg/m3）;為等速行駛時間，單位（s）。

汽車在加速行駛工況下，把加速時間可以劃分的無限小，把加速行駛看成無數個勻速行駛工況，加速行駛的燃油消耗量為：

汽車在減速行駛工況下，發動機工作狀態為怠速，減速油耗為：

則循環工況下的百公里油耗為：

其中：為在循環工況下的車輛行駛的里程數，單位（m）。

2 整車模型建立?

2.1 整車及系統主要參數

本文以某款6×4驅動形式的重型自卸車為例，整車參數見表1，后橋速比預選方案見表2。

2.2 仿真模型建立

使用CRUISE進行建模[2]，并建立相關物理和信號連接，包括整車模塊（Vehicle）、發動機模塊（Engine）、離合器模塊（Clutch）、機械手動變速器模塊（Gear Box），主減速器模塊（Single Radio Transmission）、差速器模塊（Differential）、制動器模塊（Brake）、車輪模塊（Wheel）、駕駛臺（Cockpit）和監視器模塊（Monitor）。

3 整車性能仿真分析

3.1 最高車速

最高車速是評價動力性能的重要的指標之一，選擇conatant drive計算任務，采用靜態計算方法運行CRUISE軟件，滿載狀況各后橋速比下，最高車速計算結果如表3所示。

由表3可知，在車輛其余參數不變的情況下，隨著后橋速比的增大，各個檔位下的最大速度逐漸減小。

3.2 爬坡性能

為了應對車輛在實際行駛中的復雜路況，對滿載車輛所能行駛的最大坡度提出了更高的要求，選擇climbingperformance計算任務，采用靜態計算方法，各速比下頭檔的最大爬坡度計算如表4所示。

由表4可知，在車輛其余參數不變的情況下，隨著后橋速比的增大，車輛最大爬坡度逐漸增大。

3.3 加速性能

本文選擇各檔最高加速度來評價加速性能，使用full load acceleration計算任務和靜態計算方法，各速比下的最高加速度計算結果如表5所示。

由表5所知：在車輛其余參數不變的情況下，隨著后橋速比的增大，各個檔位下的最大加速度逐漸增大。

3.4 燃油經濟性

自卸車往往在某個固定的區間路況內工作，采用百公里循環工況油耗衡量經濟性。本文使用cycle run計算任務，將EUDC循環工況下的百公里油耗作為評價指標，不同速比下等速百公里燃油消耗量如表6所示。

由表6可知，循環工況下的百公里油耗隨著速比的增大而逐漸增加。

4 結論

以上對4種方案的對比計算，發現在車輛其余配置參數確定的情況下，隨著后橋速比的增大，各個檔位下的最大速度逐漸減小;而最大爬坡度和最大加速度隨著后橋速比的增加逐漸增大;循環工況下的百公里油耗隨著后橋速比的增大而增加而增大。

由于自卸車大部分用于礦石開采運輸或者郊區建設渣土運輸，運行工況差，運行速度低，故對爬坡度和加速性能有很高的要求，故僅考慮動力性的情況下，選擇較大的后橋速方案5.92;如為了綜合考慮燃油經濟性，可折中選擇后橋速比5.262方案。

參考文獻：

[1]陳曉雯，屈淵波.基于AVLCRUISE的某載貨車動力匹配優化方案分析[J].汽車實用技術，2016（8）：1-2.

[2]張德生，孫遠濤，呂松濤，等.基于CRUISE輕型乘用車傳動系統的建模與仿真[J].黑龍江工程學院學報（自然科學版），2011（3）：6-9.

[3]黃凡，孫國慶.基于Cruise的乘用車動力性經濟性仿真及優化[J].汽車科技，2018（4）：8-13.

[4]劉記君.重型汽車傳動系統參數匹配優化分析[D].重慶：重慶交通大學，2011