基于CRUISE軟件的某輕卡動(dòng)力鏈匹配仿真分析

李林林

關(guān)鍵詞：輕卡;變速器;后橋;動(dòng)力鏈;動(dòng)力性;經(jīng)濟(jì)性

0 前言

車輛動(dòng)力鏈選型的方法通常是選擇某1款市場(chǎng)銷售份額較高的車型作為整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性開(kāi)發(fā)目標(biāo)的原始樣車，技術(shù)人員通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)標(biāo)車型的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)，將實(shí)際的試驗(yàn)值作為整車性能開(kāi)發(fā)目標(biāo)的對(duì)標(biāo)項(xiàng)。性能開(kāi)發(fā)目標(biāo)的設(shè)置，要求動(dòng)力性目標(biāo)需要高于對(duì)標(biāo)車型的試驗(yàn)值，而經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)則需要低于對(duì)標(biāo)車型的試驗(yàn)值。技術(shù)人員根據(jù)整車廠能直接提供的變速箱和后橋的型號(hào)規(guī)格，在其中找出可適合性能開(kāi)發(fā)目標(biāo)要求的變速箱、后橋具體數(shù)據(jù)的匹配方式，利用不同的搭配組合成多種動(dòng)力鏈，同時(shí)利用相關(guān)程序仿真分析每1種動(dòng)力鏈，從這些方案中查找出能夠達(dá)到指標(biāo)設(shè)計(jì)目的的最優(yōu)動(dòng)力鏈，作為車輛動(dòng)力鏈的設(shè)計(jì)方案。這種方法極大縮短了整車的研發(fā)周期，滿足了設(shè)計(jì)目標(biāo)，是整車動(dòng)力鏈選型經(jīng)常采用的1種方法。圖1示出了整車動(dòng)力鏈選型流程圖[1]。

本文以某款新開(kāi)發(fā)的輕卡為例，基于1款成熟發(fā)動(dòng)機(jī)，技術(shù)人員在整車開(kāi)發(fā)初級(jí)階段運(yùn)用CRUISE 仿真軟件，對(duì)整車提供的3種不同速比的變速箱參數(shù)及2種不同速比的后橋參數(shù)組合所形成的6種動(dòng)力鏈方案進(jìn)行了動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性仿真分析，并通過(guò)與整車性能開(kāi)發(fā)目標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比，確定了能完全符合整車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性開(kāi)發(fā)目標(biāo)值的方案。同時(shí)，技術(shù)人員通過(guò)實(shí)車的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)測(cè)試，將試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，確認(rèn)了仿真分析的可靠性[2]。

1 軟件介紹

AVLCRUISE 軟件是1款由奧地利AVL公司開(kāi)發(fā)的車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析的高級(jí)軟件，在進(jìn)行整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性仿真分析時(shí)都需要運(yùn)用到該軟件，目前整車廠、發(fā)動(dòng)機(jī)廠及高等院校均有采用。CRUISE軟件在輕卡動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性仿真分析時(shí)，常需運(yùn)用以下4個(gè)任務(wù)模塊：

（1）各檔爬坡能力計(jì)算。主要用于計(jì)算車輛在變速箱不同檔位下的爬坡能力。一般輕卡要求的最大爬坡能力不低于35%（滿載情況下）。

（2）各檔等速油耗和整車最高車速計(jì)算。主要用于計(jì)算穩(wěn)定行駛時(shí)車輛的燃油消耗及最高車速。一般輕卡將最高檔50km/h、60km/h、70km/h、80km/h的等速油耗值作為經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)，設(shè)計(jì)最高車速大于等于110km/h。

（3）加速性能計(jì)算。一般輕卡將靜止?fàn)顟B(tài)下從0km/h連續(xù)換檔加速到40km/h和80km/h時(shí)的時(shí)間作為動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo);把次高檔40～80km/h的加速時(shí)間及最高檔60～100km/h的加速時(shí)間作為動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

（4）循環(huán)工況分析。主要用于計(jì)算循環(huán)工況的油耗，一般輕卡將世界重型商用車瞬態(tài)循環(huán)（C-WTVC）油耗值作為經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2 方案分析

2.1 仿真模型的建立

根據(jù)整車布置建立的整車仿真模型如圖2所示。該模型主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱、后橋、差速器、制動(dòng)器、輪胎等模塊組成[3]。

技術(shù)人員通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)標(biāo)車型的動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)，將實(shí)際的試驗(yàn)值作為整車性能開(kāi)發(fā)目標(biāo)的對(duì)標(biāo)項(xiàng)。整車性能開(kāi)發(fā)目標(biāo)的設(shè)置要求動(dòng)力性需高于對(duì)標(biāo)車型的試驗(yàn)值，而經(jīng)濟(jì)性則要低于對(duì)標(biāo)車型的試驗(yàn)值。整車相關(guān)參數(shù)和CRUISE計(jì)算相關(guān)的參數(shù)值匯總?cè)绫?所示。

技術(shù)人員將發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)和整車廠可直接選用的3種不同速比的變速箱參數(shù)，以及2種不同速比的后橋參數(shù)，組合形成了相應(yīng)的6 種動(dòng)力鏈方案，如表2所示。

2.2 仿真結(jié)果

根據(jù)汽車試驗(yàn)和整車性能分析要求，技術(shù)人員對(duì)6種動(dòng)力鏈方案進(jìn)行了仿真分析。在此次仿真計(jì)算任務(wù)過(guò)程中，技術(shù)人員選擇了各檔爬坡性能、各檔加速性能、各檔最高車速、等速行駛工況及循環(huán)工況進(jìn)行了分析。

在方案1～方案6中，技術(shù)人員根據(jù)仿真結(jié)果，形成了以下相關(guān)性能曲線圖。其中包括：原地起步0～40km/加速時(shí)間曲線和0～80km/h加速時(shí)間曲線（0～40km/加速時(shí)間曲線包含在0～80km/h加速時(shí)間曲線內(nèi)）。6種動(dòng)力鏈方案CRUISE仿真計(jì)算值和競(jìng)爭(zhēng)車型的試驗(yàn)值、整車性能開(kāi)發(fā)目標(biāo)值仿真結(jié)果如表3所示。圖3示出了各檔爬坡性能曲線;圖4示出了各檔加速性能曲線[3];圖5示出了各檔發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車速對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線;圖6示出了原地0～80km/h加速時(shí)間，次高檔40～80km/h加速時(shí)間，最高檔60～100km/h加速時(shí)間曲線;圖7示出了最高檔等速油耗曲線。

循環(huán)工況采用C-WTVC工況油耗分析，輕卡制造商通常采用C-WTVC工況油耗值作為經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)。C-WTVC工況曲線如圖8所示，C-WTVC工況數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征如表4所示。

2.3 仿真結(jié)果分析

從6種動(dòng)力鏈方案的車輛性能仿真結(jié)果和整車開(kāi)發(fā)目標(biāo)值對(duì)比來(lái)分析，方案4、方案5、方案6的最大爬坡度和加速時(shí)間均未滿足整車性能開(kāi)發(fā)目標(biāo)值;方案3的最大爬坡度和C-WTVC工況油耗也沒(méi)有滿足整車性能開(kāi)發(fā)目標(biāo)值。方案1和方案2均滿足了整車性能開(kāi)發(fā)目標(biāo)值，但方案1在完全滿足整車開(kāi)發(fā)目標(biāo)的情況下，其最大爬坡度和C-WTVC工況油耗均優(yōu)于方案2。因此，方案1為滿足整車開(kāi)發(fā)目標(biāo)的最優(yōu)動(dòng)力鏈方案。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

技術(shù)人員根據(jù)方案1的動(dòng)力鏈組合生產(chǎn)了樣車，并進(jìn)行了實(shí)際整車性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果與仿真計(jì)算結(jié)果對(duì)比如表5所示。

根據(jù)對(duì)比可以看出仿真計(jì)算的結(jié)果基本和試驗(yàn)結(jié)果相符，最大不超過(guò)2.1%的誤差，仿真分析的精度較高。按照方案1相應(yīng)的動(dòng)力鏈組合，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足了整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性開(kāi)發(fā)目標(biāo)。

4 總結(jié)

在整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)已經(jīng)確認(rèn)的前提下，技術(shù)人員運(yùn)用CRUISE 軟件，可以根據(jù)不同的動(dòng)力鏈組合對(duì)整車的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行仿真分析，并在實(shí)際安裝樣車后，通過(guò)樣車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)結(jié)果來(lái)驗(yàn)證仿真分析的準(zhǔn)確性。由此可見(jiàn)，這種基于CRUISE的動(dòng)力鏈仿真分析可以為整車動(dòng)力鏈方案的最終確認(rèn)提供強(qiáng)有力的參考，所選擇的動(dòng)力鏈方案完全能滿足整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性開(kāi)發(fā)目標(biāo)，新開(kāi)發(fā)的整車具備一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[2]。