基于CRUISE的重型商用车匹配优化研究

董鹏 杨溢

摘 要：应用CRUISE软件对某款6×4自卸车建立仿真模型，并选择合适的计算方法和计算任务，分别对4种不同后桥速比下的最高车速，最大爬坡度，加速性能进行了仿真计算，发现在仅考虑动力性的情况下，选择较大的后桥速方案5.92;如同时综合考虑燃油经济性时，可折中选择后桥速比5.262方案，结果对商用车整车匹配有一定的指导意义。

关键词：AVL-CRUISE;后桥速比;匹配优化

中图分类号：U464 文献标识码：A

0 引言

我国经济近几十年的腾飞发展离不开汽车工业的贡献，而重型商用车在其中扮演着非常重要的角色，对于重型商用车来说，动力性和经济性是非常重要的性能，但两者在设计时往往相互矛盾，一般在整车设计中根据车辆用途选择更合适的方案。

CRUISE软件是奥地利AVL公司开发的一款车辆高级仿真软件，可以通过直接拖取相应组件模块，设置整车参数并建立连接后生成整车模型[1]。并选择合适的计算任务和计算方法进行计算。

本文在整车动力总成配置确定的情况下，预选4种后桥速比方案，使用CRUISE软件对4种方案进行动力性和经济性分析，最终得到匹配该车型的最优动力总成匹配方案。

1 动力性和经济性指标

1.1 动力性能指标

动力性能是车辆最重要的工作指标，直接决定了车辆的用途以及可行驶的工况，车辆的动力性主要由最高车速，爬坡性能，最大加速度来评价。

（1）最高车速。车辆在良好水平的路面上正常行驶时，此时车辆只克服空气阻力和滚动阻力。各个档位下的最大车速是不同的，车辆最大车速肯定出现最高档位，车辆最高车速计算公式为：

其中：为发动机转速，单位（r/min）;r为轮胎滚动半径，单位（m）;为当前档位下变速器速比;为主减速器速比。

（2）最大爬坡度。爬坡度是车辆在复杂路面行驶时必须考量的重要性能，将车辆低速缓慢爬坡看作速度极慢的过程，车辆只受到坡度阻力和滚动阻力，最大爬坡度计算公式为：

其中：为最大阻力，单位（N）;为无量纲的轮胎阻力系数，表示在某一行驶状况下，滚动阻力与车轮垂直载荷的比值;为整车整备质量，单位（kg）;为车辆装载质量，单位（kg）。

（3）加速性能。直接测量加速性能在实际中很难测量，目前主要通过测量在油门全开情况下的加速时间和加速距离，来衡量加速性能。由车辆在某一速度下的发动机转速可知加速度为：

其中：为空气阻力，单位（N）。

公式中的为旋转质量转换系数，单位（kg·m2）。

1.2 经济性能指标

本文计算该车辆在循环工况下的百公里油耗。循环工况下的百公里油耗是由循环工况中的等速、加速、减速行驶状况下累计的油耗加权相加得到的。

汽车等速行驶工况下，由汽车功率平衡方程计算出发动机消耗功率和发动机转速n，结合发动机万有特性获得燃油消耗率b，单位（L/s），最终获得等速行驶工况下燃油消耗量：

其中：为燃油密度，单位（kg/m3）;为等速行驶时间，单位（s）。

汽车在加速行驶工况下，把加速时间可以划分的无限小，把加速行驶看成无数个匀速行驶工况，加速行驶的燃油消耗量为：

汽车在减速行驶工况下，发动机工作状态为怠速，减速油耗为：

则循环工况下的百公里油耗为：

其中：为在循环工况下的车辆行驶的里程数，单位（m）。

2 整车模型建立 

2.1 整车及系统主要参数

本文以某款6×4驱动形式的重型自卸车为例，整车参数见表1，后桥速比预选方案见表2。

2.2 仿真模型建立

使用CRUISE进行建模[2]，并建立相关物理和信号连接，包括整车模块（Vehicle）、发动机模块（Engine）、离合器模块（Clutch）、机械手动变速器模块（Gear Box），主减速器模块（Single Radio Transmission）、差速器模块（Differential）、制动器模块（Brake）、车轮模块（Wheel）、驾驶台（Cockpit）和监视器模块（Monitor）。

3 整车性能仿真分析

3.1 最高车速

最高车速是评价动力性能的重要的指标之一，选择conatant drive计算任务，采用静态计算方法运行CRUISE软件，满载状况各后桥速比下，最高车速计算结果如表3所示。

由表3可知，在车辆其余参数不变的情况下，随着后桥速比的增大，各个档位下的最大速度逐渐减小。

3.2 爬坡性能

为了应对车辆在实际行驶中的复杂路况，对满载车辆所能行驶的最大坡度提出了更高的要求，选择climbingperformance计算任务，采用静态计算方法，各速比下头档的最大爬坡度计算如表4所示。

由表4可知，在车辆其余参数不变的情况下，随着后桥速比的增大，车辆最大爬坡度逐渐增大。

3.3 加速性能

本文选择各档最高加速度来评价加速性能，使用full load acceleration计算任务和静态计算方法，各速比下的最高加速度计算结果如表5所示。

由表5所知：在车辆其余参数不变的情况下，随着后桥速比的增大，各个档位下的最大加速度逐渐增大。

3.4 燃油经济性

自卸车往往在某个固定的区间路况内工作，采用百公里循环工况油耗衡量经济性。本文使用cycle run计算任务，将EUDC循环工况下的百公里油耗作为评价指标，不同速比下等速百公里燃油消耗量如表6所示。

由表6可知，循环工况下的百公里油耗随着速比的增大而逐渐增加。

4 结论

以上对4种方案的对比计算，发现在车辆其余配置参数确定的情况下，随着后桥速比的增大，各个档位下的最大速度逐渐减小;而最大爬坡度和最大加速度随着后桥速比的增加逐渐增大;循环工况下的百公里油耗随着后桥速比的增大而增加而增大。

由于自卸车大部分用于矿石开采运输或者郊区建设渣土运输，运行工况差，运行速度低，故对爬坡度和加速性能有很高的要求，故仅考虑动力性的情况下，选择较大的后桥速方案5.92;如为了综合考虑燃油经济性，可折中选择后桥速比5.262方案。

参考文献：

[1]陈晓雯，屈渊波.基于AVLCRUISE的某载货车动力匹配优化方案分析[J].汽车实用技术，2016（8）：1-2.

[2]张德生，孙远涛，吕松涛，等.基于CRUISE轻型乘用车传动系统的建模与仿真[J].黑龙江工程学院学报（自然科学版），2011（3）：6-9.

[3]黄凡，孙国庆.基于Cruise的乘用车动力性经济性仿真及優化[J].汽车科技，2018（4）：8-13.

[4]刘记君.重型汽车传动系统参数匹配优化分析[D].重庆：重庆交通大学，2011