基于Cruise的長頭重卡動力性經濟性分析

何為，易彪

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230061）

基于Cruise的長頭重卡動力性經濟性分析

何為，易彪

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230061）

重卡車輛的駕駛室形狀對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力性經濟性。文中介紹了運用AVL公司Cruise軟件對某6×4長頭重卡動力性經濟性的仿真分析。通過大量的實踐證明，這種對于動力總成系統的優化分析，結合后期的試驗驗證，可以更好滿足整車廠對于整車經濟性和動力性的要求。

長頭重卡；經濟性；動力性

前言

汽車的動力性和燃油經濟性是衡量汽車性能的一項重要指標，整車行駛阻力的大小對車輛的動力性和燃油經濟性有重要的影響。長頭重卡相比平頭重卡優勢在于具有更小的風阻系數。在同等配置條件下長頭重卡整車行駛阻力比平頭重卡整車行駛阻力要小，特別是在高速段優勢明顯。

AVL-Cruise軟件是用于研究汽車動力性、經濟性、排放性能和制動性能的高級分析軟件，它可以用來建模、仿真和優化任意結構汽車的仿真系統，用于汽車開發過程中動力系統的匹配、汽車性能預測和整車仿真計算，進行發動機、變速箱、輪胎的選型及其與車輛的匹配優化。所以cruise軟件的高模塊化、高實用性、高準確性在汽車設計過程中有十分重要的作用。

1 背景

新GB1589允許長頭較平頭列車放寬1米，給長頭重卡帶來了更加公平的法規環境和一定的市場契機。6×4重卡搭載長頭駕駛室能夠在保證動力性不降低的前提下對整車的經濟性有較大提升。在研6×4長頭重卡最大設計總質量49噸，搭載460馬力發動機，發動機為直列六缸、渦輪增壓，變速箱為12檔手動變速箱，后橋為單級減速后橋。該車型市場定位為高端產品，面向大型高端物流運輸市場，路況以高速公路為主，一般常用車速范圍在 80-90km/h，整車基本參數如表1所示：

表1 整車基本參數表

2 長頭重卡動力性經濟性分析

2.1 基于Cruise的動力性經濟性模型搭建

典型的整車仿真模型參數包括：發動機萬有特性、變速箱的各檔速比、后橋的主減速比、輪胎半徑、整車質量等。Cruise軟件根據這些參數提供了不同的零部件模塊供選擇。根據整車建模的要求，將車輛底盤模型、發動機模型、變速箱模型、后橋主減模型等分別拖人模型樹，并配置以實際的參數，例如：整車的質量、發動機參數、變速箱的速比、主減速比等。針對整車的配置，輸入長頭重卡的相關參數，初步分析長頭重卡整車動力性和經濟性能，計算模型如下圖 1所示：

圖1 6×4長頭重卡CRUISE計算模型

2.2 動力性和經濟性計算結果分析

根據Cruise軟件仿真結果分析長頭重卡動力性經濟性，結果如下表2所示。

結論：長頭重卡動力性經濟性計算值與同等配置平頭重卡動力性經濟性試驗值相當，未能體現長頭重卡油耗低的特點。

表2 長頭重卡動力性經濟性計算值

3 原因分析及結論

根據整車的行駛方程：Ft=Ff+Fi+Fw+Fj（Ft=Gf+Gi+CDAua2/21.15+δmdu/dt）；其中 Ff為滾動阻力（Ff= Gf），Fi為坡道阻力（Fi= Gi），Fw為空氣阻力（Fw= CDAua2/21.15），Fj為加速阻力（Fj=δmdu/dt）。滑行阻力測試條件是整車在平直良好的路面上進行，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化為Ft=Ff+Fw，且Ff= Gf；G為整車的重量，f為滾動阻力系數，由于長頭重卡與平頭重卡總質量相同，輪胎的型號相同，故認為滾動阻力Ff也相同；所以整車的滑行阻力大小與空氣阻力Fw強相關，根據公式：Fw= CDAua2/21.15（CD為空氣阻力系數，A為迎風面積，ua為車輛速度）可以判斷出長頭重卡主要通過降低空氣阻力來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，以及駕駛室形狀對空氣阻力的影響，對長頭重卡駕駛室的模型以及平頭重卡駕駛室模型做CAE對比分析，以下是模型對比的結果：

圖2 長頭車與平頭車CFD分析

從分析的結果來看，長頭重卡駕駛室空氣阻力系數CD明顯比平頭重卡駕駛室的空氣阻力系數小很多，根據空氣阻力的計算公式：Fw= CDAua2/21.15,在高速段，CD值的降低對整車的行駛阻力的降低有很大的幫助。

因此，鑒于分析的理論結果，我們將長頭重卡滑行阻力運用風阻計算值加滾阻計算值進行擬合，擬合的滑行阻力與同等配置平頭重卡滑行阻力試驗結果對比如下。

表3 滑行阻力數據對比

通過長頭重卡滑行阻力與平頭重卡滑行阻力試驗值對比可知長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。

我們將長頭重卡的滑行阻力數據輸入Cruise軟件，根據Cruise軟件仿真結果分析長頭重卡動力性經濟性，結果如下表4所示：

表4 長頭重卡動力性經濟性計算值

長頭重卡動力性計算值與同等配置平頭重卡動力性試驗值相當，經濟性計算值比同等配置平頭重卡經濟性試驗值要好，且隨著車速增加效果越顯著。

我們根據計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的運行工作區間，如下圖3所示：

圖3 整車運行區間MAP圖

通過發動機萬有特性圖可以看出，整車在最高檔 60km/h-100km/h等速行駛區間內，尤其是最高檔 70km/h-90km/h的區間已經處在發動機較好的工作區間內，最高檔、次高檔工作區間運行在低油耗區。

結論：長頭重卡配置460馬力發動機+12檔變速箱+3.083速比+12R22.5輪胎較合理。6×4重卡搭載長頭駕駛室能夠在保證動力性不降低的前提下對整車的經濟性有較大提升。

4 長頭重卡動力性經濟性試驗驗證

通過Cruise軟件的計算分析，初步得出了長頭重卡對油耗的優化效果，為了進一步的驗證長頭重卡對油耗優化的效果，利用轉轂試驗室實際測量長頭重卡的動力性經濟性，試驗結果如下：

表5 長頭重卡動力性經濟性試驗值

結論：長頭重卡動力性經濟性各項參數試驗值與計算值誤差均在5%以內，說明該Cruise模型精度較高。6×4重卡搭載長頭駕駛室能夠在保證動力性不降低的前提下對整車的經濟性有較大提升。

5 總結

（1）在整車搭載長頭駕駛室后，整車能夠在保證動力性不損失的前提下經濟性得到明顯優化，由此也可以看出空氣阻力系數CD與駕駛室本身的造型有很大的關聯，在良好的傳動系匹配的條件下，通過搭載長頭駕駛室，降低空氣阻力系數，對提升整車經濟性具有明顯的作用。

（2）利用 Cruise軟件進行整車動力性經濟性計算, 不僅計算結果與實際測量結果十分相近, 而且整車建模便捷、仿真時間較短、整車和部件的參數配置清晰直觀。 仿真過程無須記住計算公式, 卻可以方便地得到比公式計算更豐富、更便于觀測的結果。

[1] 王望予.汽車設計[第4版].北京:機械工業出版社,2006.5.

[2] 余志生.汽車理論[第5版].北京：機械工業出版社,2009.3.

[3] 蘇琴.發動機與汽車動力性、燃油經濟性匹配的計算機模擬[D].天津：河北工業大學,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 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)12-136-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.045

何為，現就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。