基于CRUISE的某轻卡搭载3.2L动力计算与实测符合性

陈瑶，孙翔鸿，陶世波

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于CRUISE的某轻卡搭载3.2L动力计算与实测符合性

陈瑶，孙翔鸿，陶世波

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章以CRUISE计算软件为基础，运用汽车仿真计算方法计算整车动力性经济性，对比计算与实测的偏差。研究理论计算的影响因素，在对比中发现，传动系统的效率、发动机换挡转速对仿真计算影响较大。通过试验测试验证仿真分析的准确性及其不足，剖析影响因素。并通过调整传动系统的效率、换挡转速，发动机外特性和万有特性曲线符合性排查等措施，进一步提升整车动力性、经济性，达成设计要求，为类似设计过程提供参考。

仿真计算；动力性；经济性；偏差分析

CLC NO.:U467.2Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)02-136-04

引言

整车动力性、经济性是终端客户关注的重要整车性能，在整车匹配设计之初，为达到足够动力性，常牺牲整车经济性。但随着不可再生资源的消耗及国家节能减排政策的落地，汽车的燃油经济性越来越被重视，并提升到空前的高度。整车匹配开发时，如确定使用某款发动机，其发动机外特性和燃油消耗特性已基本确定，此时若整车匹配不精细，可能使整车在获得较好动力性时，经济性不好，或者在经济性较好时，动力性又表现不足。如何在整车动力性满足设计要求的前提下，获得良好的动力性、经济性最优组合成为整车匹配的关键。

本文以某轻车型为例，介绍一种运用CRUISE仿真软件精确计算匹配车型动力性、燃油经济性的应用实例，为项目动力总成的选择提供重要参考。任何车型的匹配开发不能一蹴而就，整车动力性经济性的匹配开发工作更是如此，经过实车测试与仿真分析做比对，查找出影响动力性经济性的主要因素，并通过持续的整改、提升工作，最终达成项目动力性、经济性设定目标。为同类产品的设计及开发提供参考。

1、CRUISE在动力性经济性计算中的应用

1.1 爬坡性能分析

用于计算车辆的最大爬坡度。不同挡位下的最大爬坡度也可以得到。此外，可以定义不同的测量点，用于输出在该车速下的计算结果。

1.2 稳态行驶工况分析

用于计算稳定行驶时车辆的燃油消耗和排放性能。计算每一档位下，整个发动机转速范围内车辆的性能。另一个功能是计算理论和实际最高车速，这是通过改变主传动比实现的，在结果中也输出了获得理论最高车速的传动比变动系数。

1.3 超车加速性能

从一定的起始车速，在一定的挡位加速到给定的目标车速时的加速性能。如果 把目标车速定义为测量点，则可以同时计算目标车速的超车加速性能（起始车速相同）。

1.4 等速油耗

基于整车阻力及油耗特性曲线，确认发动机在一定转速、发出一定功率时的燃油消耗率。

2、计算参数

2.1 整车参数

CRUISE软件在仿真分析前，要经过建模，需填写以下整车参数。

2.2 发动机特性曲线

发动机外特性曲线，将发动机的功率、扭矩、及燃油消耗率与发动机的曲轴转速之间的函数关系以曲线表示。如果发动机节气门全开（或高压油泵在最大供油量位置），则此特性曲线为发动机外特性曲线。

万有特性曲线表达的是发动机负荷及转速都变化时，性能指标或特性参数的变化规律。图1为发动机的外特性和万有特性曲线图。

图1 发动机外特性和万有特性曲线

2.3 整车滑行阻力

整车阻力分为滚动阻力、空气阻力、加速阻力、坡度阻力。图2为整车不同载重下的滑行阻力。

（1）滚动阻力为车轮滚动时，轮胎与路面的接触区产生法向、切向的相互作用力及相应的轮胎和支承路面的变形。

（2）空气阻力为汽车直线行驶时受到空气作用力在行驶方向上的分力，分为压力阻力和摩擦阻力两部分。

（3）坡度阻力为当汽车在上坡行驶时，汽车重力沿坡道的分力，表现为汽车的阻力。

（4）加速阻力为汽车加速行驶时，需要克服其质量加速运动产生的惯性力。

图2 不同载荷滑行阻力对比

3、动力性经济性计算原理

汽车的动力性主要由最高车速、加速度、最大爬坡度来评价，经济性主要百公里等速油耗或者交通部综合油耗。

3.1 动力性计算原理

3.1.1 最高车速

3.1.2 加速时间

通过对汽车行驶加速度曲线求积分，可得加速时间：

3.1.3 最大爬坡度

3.2 经济性计算原理

燃油消耗量与发动机功率有关，主要通过汽车功率平衡方程求解。

上述公式中Ttq为发动机扭矩、ig为变速箱各档位速比、i0为主减速比、ηT传动效率、CD为风阻系数、ua汽车行驶车速、δ为汽车旋转质量换算系数、r为车轮半径、G为汽车最大设计质量、f为滚组系数、A为迎风面积、i为道理坡度、m为整备质量。

从公式(1)～(4)中可以看出，影响汽车动力性和经济性主要参数是：G、f、A、CD和ηT，为此在仿真计算环节，以上参数的准确性性需要计算得当。

3.3 模型搭载及计算流程

CRUISE软件的主要应用在于汽车的开发阶段，进行整车与发动机、传动系的匹配及优化计算，初步了解汽车的动力经济性能，辅助整车的设计。在CRUISE计算中，一些重要参数需要通过相关的试验手段来获得，如滚阻系数、风阻系数、迎风面积、传动效率、转动惯量等；参数选取的正确性是保证计算结果准确的最重要条件。

图3 整车仿真模型

4、仿真计算与实测符合性

4.1 转毂动力性测试简介

4.1.1 最高车速试验

将车辆加速，根据档位要求换至相应档位，此时油门应全开，通过司机助观察车速上升情况，当车速上升很慢处于稳定状态，此时车辆能够稳定在此车速（偏差在±0.2km/h内），行驶200m距离并且车辆无抖动现象则可以判定此时车速即为该车的最高车速。

4.1.2 起步加速

将变速器档位置于空档，待车辆稳定后，驾驶员开始从Ⅰ档起步加速（如有特殊要求可按Ⅱ档进行），并依次换档加速至最高车速的80%以下，10km/h的整数倍时停止，加速过程中转速达到额定转速时进行换档。

4.1.3 超车加速包括：最高档加速和次高档加速。

将变速器置于超车加速要求的档位，车速稳定在低于起始车速2-3km/h（起始车速一般是最低稳定车速以上，10km/h的整数倍），然后进行全油门加速直至车速超过末速度时停止（末车速一般是该档位最高车速的80%以下，10km/h的整数倍）。

4.2 油耗测试方式

油耗可以通过两种方式获取油累计油耗数值。第一种方式是获取ECU输出的燃油率，对其积分得到，简称ECU方式，第二种方式是外接油耗仪直接得到，简称油耗仪方式。

油耗仪法测试系统搭建采用三通道接法。油耗仪的进油口和油箱管路相联，出油口与发动机相联，同时发动机回油管也直接与油耗仪出油口相连联通。通常情况下，柴油发动机进油和回油流量大，试验车达到7L/h，用于对发动机ECU循环散热。三通道接法使得回油不回到油箱而回到发动机进油口，导致发动机进油温度高，一定程度上影响了燃油供给系工作状态。显然，在降低回油温度，同时不改变燃油供给系工作状态情况下进行燃油消耗量测试可以提高测试精度。但目前还没有满足道路试验的这种试验能力。

综合来看，采用三通道油耗仪法是目前项目中能采取的最靠谱方法。经多轮测试，可靠性和一致性好。在试验中，主要是对转毂工况曲线进行对比验证，不是严格意义上的对试验车道路油耗测试，所以对项目目标达成影响可以忽略。

图4 带回油冷却的燃油流量传感器结构原理

4.3 转毂试验及CRUISE计算结果对比

以某轻卡满载数据进行对比说明，理论计算传动系统效率0.9，起步加速换挡3000rpm；

表2 仿真计算与实测符合性对比

4.4 误差分析

（1）计算起步加速时换档转速与试验中操作不一致，影响起步加速性能；

（2）传动系统效率经验值为0.87，该车传动系统效率较好，能达到0.9；

（3）发动机动力性与试验值较接近，发动机外特性符合设计；

（4）发动机万有特性的符合性确认，将整车发动机实测的万有特性数据代入到计算模型；

（5）试验测试爬坡度的坡度是定值，因此后面不做对比。

4.5 起步换档转速调整

根据起步换挡转速曲线与试验原始数据比较，对换挡转速进行调整，最终确认2500rpm与整车试验结果一致性较好。将起步加速换挡的转速由3000rpm换为2500rpm，重新计算：

表3 转速调整后对比

图5 起步换挡曲线

4.6 传动系统效率调整

计算值与实测值偏差大；传动系统设定效率由0.87改为0.9，重新计算：

表4 效率调整后对比

4.7 对发动机的万有特性数据进行优化

将发动机的万有特性数据换成发动机实测万有特性数据。重新计算：

表5 万有特性数据优化后对比

4.8 调整前后偏差对比

对商用车上转毂进行动力性经济性实车测试，如图10所示，车辆满载，整车配置与输入CRUISE的计算参数一致。

图6 样车转毂照片

图7 调整前后理论与实际的结果偏差

小结，针对整车动力性经济性试验结果与实车符合性较差问题，分析原因，并针对原因进行CRUISE计算模型调整，调整前最大误差10.7%，调整后误差均小于1%。

5、结论

理论计算和实测误差来源于：转毂设备测试误差、模型设置误差、传动效率设置不精准、发动机外特性外有特性符合性差，换挡策略是导致匹配精准度差的原因。其中，发动机数据符合性排查、换挡策略调整、模型修正（效率）是主要原因。

文章通过CRUISE软件搭建模型进行整车动力性经济性理论计算，对理论计算模型的传动系统效率、起步加速换挡转速及万有特性数据进行调整，使计算误差小于1%；略小于实车试验误差3% 。调整后的模型可以用于该平台整车传动系统匹配计算分析。

CRUISE仿真模型边界数据影响动力性经济性计算结果，计算模型调整前误差大；通过精准匹配分析，要对以上三点主要原因进行逐一排查，优化计算结果。

[1]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社.2009.

[2]邓业宝.整车动力性经济性计算及速比匹配优化.轻工科技[J].机械与电气第5期.

[3]AVL Cruise User’s Guide[R]. AVL,2003.

[4]QJQ13062.1-2011_商用车转毂试验方法动力性经济性试验.

Based on the CRUISE equipped with a light truck 3.2L power calculation and test compliance

Chen Yao, Sun Xianghong, Tao Shibo
( Anhui Jianghuai automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

In this paper, based on the CRUISE calculation software, Using auto simulation calculation method to calculate the dynamic economy, Contrast calculation and the measured deviation.Study the influence factors of the theoretical calculation, Found in the comparison, The efficiency of transmission system, shifting speed larger influence on the simulation calculation.The accuracy of the simulation analysis is validated by test and its shortcomings, Analysis of Factors. And by adjusting the transmission efficiency, speed shift, Outside the engine characteristics and universal characteristic curve compliance investigation and other measures,To further enhance vehicle dynamics,economy, Toachieve the design requirements, Provide a reference for similar design process.

Simulation; dynamic; economy; Deviation

U467.2

A

1671-7988(2017)02-136-04

陈瑶，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.02.047