基于Cruise對乘用車發(fā)動機對于汽車性能影響的匹配與分析

劉雨龍

安徽江淮汽車乘用車研究院 安徽省合肥市 230000

1 引言

汽車仿真技術(shù)是當前汽車研發(fā)的重要手段，在汽車產(chǎn)品開發(fā)初期進行汽車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配和性能仿真，不僅能節(jié)約大量新產(chǎn)品開發(fā)和試驗等帶來的人力和物力投入，還降低了勞動強度，縮短了開發(fā)周期，提高了工作效率。

AVL公司開發(fā)的Cerise軟件是研究車輛動力性、燃油經(jīng)濟性、排放性能及制動性能等的高級仿真分析軟件，它包含了車輛的基本模塊和控制模塊，用戶可利用模型生成器建立所需的車輛系統(tǒng)模型，并在此基礎(chǔ)上進行仿真分析，利用仿真結(jié)果優(yōu)化傳動系的參數(shù)，從而快速完成動力傳動系統(tǒng)的選型和設(shè)計。

從動力總成匹配來講，影響整車動力性和經(jīng)濟性的主要因素是發(fā)動機、變速箱，主減速比。其中發(fā)動機是最主要的影響因素，發(fā)動機外特性曲線分布，外有特性的經(jīng)濟區(qū)分布對整車的動力性和經(jīng)濟性影響非常大。變速箱的各檔位速比排列，主減速比的選擇對動力總成選型也非常關(guān)鍵。動力總成的匹配主要是研究如何通過這三個零件的合理匹配滿足不同車型和不同路況的要求。

2 整車動力傳動系統(tǒng)建模

整車傳動系統(tǒng)建模主要是通過對整車動力傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能進行分析，簡化物理模型，選擇合理的了系統(tǒng)模塊，搭建仿真模型，建立汽車系統(tǒng)的各總成和部件的機械鏈接和信號鏈接，并對各部件機型參數(shù)化處理，完成汽車建模過程。

圖1是某個現(xiàn)有產(chǎn)品整車模型，配置手動變速箱。首先通過現(xiàn)有產(chǎn)品的實測數(shù)據(jù)標定模型。車輛數(shù)據(jù)、發(fā)動機、變速箱、主減速器、輪胎以及慣量等是整車固有特性數(shù)據(jù)，通過車輛經(jīng)濟性和動力性分析，同時參考比較測試油耗和白公里加速時問等關(guān)鍵參數(shù)修正模型，使整車動力傳動系統(tǒng)模型可靠。

2.1 動力總成發(fā)動機選型

首先根據(jù)發(fā)動機功率初步判斷，由于該款車型最高車速目標值（165km/h），計算中忽略坡度阻力功率和急速阻力功率的影響，初步分析目前作為備選項的發(fā)動機最大功率都能滿足最高車速要求。

從圖2發(fā)動機外特性來看，該款車型設(shè)置了競爭發(fā)動機，由于市場要求整車配置需要高端配置和低端配置兩種，由于競爭車型排量是1.3L發(fā)動機，結(jié)合公司現(xiàn)有產(chǎn)品和開發(fā)中的產(chǎn)品，分別優(yōu)選排量為1.2L Option4和1.4L Option 3滿足低端配置和高端配置要求，通過上述標定的整車模型進行動力學分析，整車性能關(guān)鍵參數(shù)處于細分市場的前列。

圖1 建立整車模型

同時，根據(jù)優(yōu)選的Option3和Option4發(fā)動機外有特性和競爭發(fā)動機的外有特性初步比較，分析關(guān)鍵點油耗參數(shù)，特別是2000rpm@2bar下發(fā)動機油耗數(shù)據(jù)，所選發(fā)動機油耗同處于360-370g/kwh范圍。根據(jù)上述標定的模型進行經(jīng)濟性分析，優(yōu)選的發(fā)動機和競爭發(fā)動機白公里油耗也處于同一水平。通過上述分析，初步選定發(fā)動機Option3和Option4作為新車型動力源。

2.2 動力總成變速箱選型

根據(jù)變速箱檔位設(shè)計參數(shù)可選項，首先根據(jù)檔位數(shù)、檔位比之問的關(guān)系，初步篩選排除不合理方案，從圖顯示目前各選方案速比變化平穩(wěn)，可繼續(xù)作為各選方案。

圖2 發(fā)動機外特性曲線

其次通過檔位問隔法排除具有跳躍性能的檔位，圖4顯示Optionl_T1，Option4_T4和競爭變速箱速比變化曲線相同。初選方案Optionl和Option2變速箱速比作為進一步計算方案。結(jié)合Cruise所標定的整車模型，通過動力性和經(jīng)濟性分析，在滿足動力性能要求的基礎(chǔ)上，盡可能優(yōu)化經(jīng)濟性進一步確定主減速比。

3 整車動力性經(jīng)濟性仿真

發(fā)動機和變速箱初步選定后，通過C曲線分析動力性和經(jīng)濟性，在滿足油耗限值和白公里加速時問基礎(chǔ)上，選擇最有利于油耗的方案。由于所選車型有高配置和低配置兩種方案。下面作者針對高配置方案進行動力學和經(jīng)濟學仿真優(yōu)選主減速比。表1列舉了變速箱Optionl的四種主減速比動力學和經(jīng)濟性參數(shù)比。

圖6為百公里加速時問和綜合油耗的C曲線，分析可以知道，四種方案動力性都滿足設(shè)計要求，考慮到油耗指標要求選擇3. 684主減速比。需要說明的是對于動力性和經(jīng)濟性指標的絕對值，除了動力總成參數(shù)的影響，還受到整車參數(shù)，包括輪胎、風阻、新技術(shù)采用等以及整車標定等參數(shù)的影響。

4 結(jié)語

動力總成系統(tǒng)對于整車性能影響比較大，所以對于動力系統(tǒng)的選型問題比較關(guān)鍵。首先從發(fā)動機原理出發(fā)，優(yōu)選影響整車動力性和經(jīng)濟性指標的主要參數(shù)外特性和萬有特性，從而優(yōu)化設(shè)計并優(yōu)選符合的發(fā)動機外特性和萬有特性；同時，基于傳動系統(tǒng)中變速箱原理以及速比關(guān)系，優(yōu)選出檔位過渡平緩，跳躍性較小的速比作為變速箱進一步設(shè)計優(yōu)化的方案。在此基礎(chǔ)上，從整車性能出發(fā)，考慮白公里加速時問和綜合油耗，通過C曲線分析動力性和經(jīng)濟性，在滿足油耗限值和白公里加速時問基礎(chǔ)上，選擇最有利于油耗的方案。應(yīng)用勞動強度，Cruise開發(fā)軟件，縮短了開發(fā)周期，不僅節(jié)約新產(chǎn)品開發(fā)和試驗等帶來的人力和物力投入，還降低了提高了工作效率。

圖4 變速箱檔位Vs.檔位速比

圖5 變速箱檔位比Vs.檔位速比

圖6 某一車型動力性和經(jīng)濟性C曲線比較