基于Cruise的整车动力性和经济性分析

　　摘 要：动力传动系统作为影响车辆动力性和燃油经济性的重要部件，开展传动系统的优化设计对车辆研发具有重要意义。文中基于Cruise软件建立了整车模型，将仿真结果对比工信部实测数据，验证了Cruise软件所建立的车辆仿真模型是可靠的。动力性计算指标误差在3%以内，燃油经济性误差在5%以内，具有较高精度。通过改变传动系统中主减速器传动比和变速器各挡位传动比对车辆性能进行优化，在动力性减弱1.82%的情况下，提升了6.97%的经济性，符合当前节能减排的发展趋势。该研究结果表明：基于Cruise软件对车辆进行性能优化是非常有必要的，具有重要的工程应用和理论参考价值。

　　关键词：动力性;燃油经济性;Cruise仿真模拟;优化匹配

　　车辆的动力性和燃油经济性是综合评估汽车性能的重要指标。王锐[1]通过对比某车型的动力性理论数据和Cruise软件仿真结果得出，仿真分析精确度高于理论计算。朱路生[2]针对轻型卡车建模仿真，对比分析了Mule车和标杆车型，确认了Mule车性能指标优于标杆车型，具备细分市场的差异化竞争力。王琳[3]基于Cruise软件仿真分析了某款手动挡汽车，并将仿真结果与试验结果对比研究，验证了动态建模仿真分析应用于产品开发研究的可行性。采用软件仿真并配合试验研究，在整车动力性和经济性评价方面取得了较好的应用效果。然而，现有基于Cruise软件对车辆传动系统的进行优化的研究较少，且大部分仅通过调节变速器一挡或最高挡的传动比进行优化分析，本文通过设置不同的变速器各挡位传动比参数及主减速器比参数，进行组合优化，更进一步的优化了传动系统，综合提升了车辆的动力性和燃油经济性。

　　1 理论基础

　　1.1 动力性评价指标

　　动力是汽车最基本最重要的性能。评价车辆动力性的几项重要指标即最高车速、加速时间、最大爬坡度[4-6]。

　　(1)最高车速：在水平且条件良好的路面上车辆所能达到的最高行驶速度，即无风条件下车辆在平坦路面行驶时，行驶阻力和驱动力平衡时的车速[7]。

　　(2)加速时间：通常使用汽车的加速时间来表示汽车的加速能力，它能很大程度上影响车辆的平均行驶车速。加速时间分为原地起步加速时间与超车加速时间[9]。

　　由运动学可知：

　　dt=1adu;(1)

　　t=∫t0dt=∫μ2μ11adu=A。(2)

　　式中，t表示车辆的加速时间，s;u表示车辆的行驶速度，km/h;a表示车辆最高挡或直接挡加速度，m/s;u1表示车辆起始加速的速度，km/h;u2表示车辆加速终止的速度，km/h。

　　可通过图解积分求得车辆的加速时间。

　　(3)最大爬坡度imax：车辆满载(或某一载荷质量)时在水平良好路面的上坡能力。通常情况下，车辆1挡的最大爬坡度即汽车的最大爬坡度[10]。则最大爬坡度为：

　　imax=tan αmax。(3)

　　式中，αmax表示最大爬坡角度。

　　1.2 燃油经济性评价指标

　　汽车的燃油经济性即在不影响车辆动力性能时，以较少的油耗进行经济行驶的能力[11]。车身形状、发动机排量与功率、变速器传动比、主减速器传动比等结构参数都能一定程度的影响汽车的燃油经济性[12]。通常使用车辆行驶100 km的燃油消耗量这一指标来评价车辆的燃油经济性。

　　等速百公里燃油消耗法的优势在于测量较为简单，同时不可避免的劣势即这种方法并不能非常全面的做出评价，它忽略了车辆在運行过程中路况、天气等自然因素的变化[13]。尤其是在城市中行驶时，车速稳定在某一定值基本是不可能的，车辆由于复杂的路况会频繁的加速、减速、怠速、起步、停车。所以，等速百公里油耗法测量得出的结论是相对片面的。实际的行驶过程中，由于城市路况的复杂性，车辆完全处于等速行驶的状态是不现实的。因此综合多种行驶工况的循环工况燃，油消耗量用以评价整车的经济性是非常符合实际，更加真实可信。

　　2 整车仿真模型的建立

　　奥地利的李斯特内燃机及测试设备公司主导研发的Cruise软件是现在用户最多、运用程度最广的仿真软件之一。

　　Cruise软件采用了模块化的设计方法，将车辆的零部件和总成设计为独立的模块，按照车辆动力的传递路线来搭建整车模型，从而对车辆的动力性、经济性等进行分析和预测[15]。

　　搭建Cruise整车模型的步骤如下：

　　(1)分析车辆的各个组成部件及其结构布置，搜集所需参数。

　　(2)根据车辆实际情况，将元件库中选中的整车、轮胎、发动机、主减速器、差速器、离合器等子模块拖拽到相应的编辑区域，修改调整各参数数值。

　　(3)综合考虑整车各部件间的结构关系和数字信号传递流程，对发动机、主减速器等部件进行机械和信号连接，并进行相应的检查校核。

　　(4)根据研究需要设置计算任务，如车辆加速性能、循环工况等。

　　(5)运行计算任务并分析仿真结果。

　　搭建整车模型的工作流程如图1所示，整车模型如图2所示。

　　在搭建完成的整车模型各个模块中输入相应的参数，如表1所示。

　　为在Cruise仿真软件中计算各指标，本文布置的任务包括：

　　(1)循环行驶工况：用于计算车辆的经济性及排放性能。

　　(2)爬坡性能：该任务属于静态计算，可得出整车在满载的状态下各个挡位的最大爬坡度，并得到相应曲线。

　　(3)稳态行驶：该任务可计算车辆各挡位的性能和最高车速。

　　(4)全负荷加速：该任务下设各挡位的最大加速度计算、原地起步连续换挡加速度计算、超车加速度计算三个子任务。

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文章名称： 基于Cruise的整车动力性和经济性分析

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