某乘用車基于CRUISE軟件優化動力經濟性

蔡利平

江鈴汽車股份有限公司 產品開發技術中心 江西省南昌市 330052

1 引言

油耗法規發布越來越嚴，整車廠面臨著嚴峻的考驗。為達到法規要求，車企都盡最大努力使各車型燃油消耗量降低，在開發匹配過程中就不免偏重對經濟性的考慮，而忽視或降低對動力性要求。

在整車開發過程中，動力性與經濟性直接決定了整車的性能水平。隨著時代的進步，汽車不僅僅是作為拉人載貨的載運工具，其良好的動力性賦予我們駕駛樂趣的含義。經濟性是汽車性能的延伸，是一項長期產生費用的性能指標，關系著客戶利益和承擔著節能減排的社會責任，所以經濟性的重要也顯得尤為突出。動力傳動系統匹配目的就是使兩者達到最佳配合點，在保證汽車動力性的前提下，使整車經濟性最優，平衡車輛動力性和經濟性這兩項相互矛盾的性能指標。

2 問題來源

在某案例乘用車實際開發中，發現該車的動力性表現較弱，原因是基于成本及燃油經濟性等方面考慮，選定了一臺排量較小的發動機。考慮到項目周期短，提出了在不惡化經濟性的前提下，來提升動力性的優化方向。

由表1數據可知，該案例車的動力性及經濟性表現不是很好，與競品車型的表現相比，動力、經濟性能屬較差水平。尤其最高車速和五檔的超車加速性能明顯較差，需要優化提升其高速行駛動力性。

表1 案例車動力經濟性測試數據

3 優化措施及方向

如圖1所示，汽油的化學能由發動機轉化為機械能，再經過各種損失后只剩下13%～20%的能量，其中驅動整車行駛所需的能量僅為7%～18%。發動機因受能量轉換效率影響損失約62%～69%，所以發動機的節能潛力最大，但受技術水平制約實施難度大。因此我們的優化措施主要在整車行駛傳動系統上，以及降低車輛行駛所需的能量。

圖1 整車能量損失分布

就目前技術而言，我們可以用來優化整車動力經濟性的措施包括：提升發動機性能、降低車輛行駛阻力及整車重量、優化傳動比、提升傳動效率及增加相關新技術裝置等如表2。其中行駛阻力和整車重量對動力性經濟性的影響是一致的，而傳動比對動力性經濟性的影響是相互矛盾的，還有些對動力經濟性不會都產生影響，如怠速啟停等。

表2 動力、經濟性優化措施

4 優化方法

針對本文案例車型，通過更改主減速器以及降低滾阻、風阻，是較合適且可行的方案，借助AVL CRUISE軟件工具可進行驗證優化效果。

AVL CRUISE軟件是模擬車輛動力性、燃油經濟性和排放等性能的高級仿真分析工具，其模塊化的建模理念可以方便用戶根據需求快速搭建出車輛模型。根據案例車型的布置形式，建立手動前置后驅模型如圖2。在車輛、發動機、變速箱、主減速器和輪胎等部件輸入相關參數，設置相應的計算任務，進行性能的計算。

圖2 整車仿真模型

4.1 優化主減速比

由于傳動比對動力性和經濟性的影響是相互矛盾的，所以就需要在保證經濟性的前提下，選擇合適的速比提升動力性。通過調整主減速比是最快改變傳動比的方法，具有互換性好、驗證方便、設計改動量小等優勢。

根據案例車型參數，建立車輛仿真模型并進行校準驗證，將動力、經濟性各項試驗仿真誤差控制在5%以內，來保證校準后的模型準確度。運用CRUISE軟件的分組模式計算功能，將原主減速比3.727設置為變量，分組控制形式按要求表示為：3.4-4.3：0.1（即范圍為3.4至4.3，每間隔0.1），按此分布取點采樣得仿真試驗數據如圖3。

圖3 動力性隨主減速比的變化

通常情況下，直接（四）檔60-100km/h加速時間可作為動力性的評判標準。分析可知要使案例車型動力性達到競品車型水平（兩人載小于15S，滿載小于18S），則需選用數值高于4.1的主減速比。而增大主減比勢必使經濟性變差，所以就需要降低行駛阻力來提升經濟性。

表3 案例車動力經濟性測試數據-優化后

4.2 優化行駛阻力

行駛阻力的優化可以同時提升動力性和經濟性。汽車在行駛過程中的阻力包括空氣阻力、滾動阻力、坡度阻力和加速阻力。整車行駛阻力是通過道路滑行試驗獲取，在平直的道路上，該行駛阻力可分解為空氣阻力、驅動輪阻力、從動輪阻力，故可通過降低行駛風阻和輪胎滾動阻力來優化。

4.2.1 降低行駛風阻

空氣阻力與迎風面積、風阻系數是成正比的，受車身形狀、風擋角度、雨刮、后視鏡、內循環阻力等影響。本文對如何優化迎風面積或降低風阻系數的方法不做論述，我們假定風阻可以降低8%。

4.2.2 使用低滾阻輪胎

在道路滑行試驗中，同等重量下車輛滑行距離越遠即代表其行駛阻力越小，輪胎停止轉動即代表滑行結束。滑行時驅動輪阻力受變速器、差速器、驅動軸、制動器、輪胎等影響，即傳動系統的轉動阻力和輪胎與路面的滾動阻力。從動輪阻力則主要受軸承、制動器、輪胎等因素影響，考慮到案例車輛輪胎滾阻系數為11‰，我們采取更換低滾阻輪胎的方法來優化，要求輪胎滾阻降低10%左右。

5 優化結果

使用AVL CRUSIE軟件對上述優化方案進行仿真計算，在校準好的模型中，將主減速比參數由3.727改為4.1，并且進行優化方案后的道路滑行試驗，輸入新參數重新計算結果如表4。

結果分析表明，優化后的整車動力、經濟性已達到競品車型的水平。通過增大主減速比提升動力性，造成經濟性變差，然后運用降低風阻8%及降低輪胎滾阻10%的措施，抑制了油耗趨于不利的傾向，經濟性保持為原水平，動力性也得到進一步提升。同時對比數據可知，該車在優化后并沒有出現動力過剩的情況，是一種較好的兼顧經濟性的動力優化方案。

6 總結

通過對整車動力性經濟性影響因素的分析，確定了本次方案方向，即對主減速比及行駛阻力優化，運用AVL CRUISE軟件對優化方案進行仿真分析，可以驗證方案實施效果，進而來指導實際研發中降油耗措施和改進效果，可以有效節約成本提高效率。