08-利用CRUISE进行整车动力性和经济性仿真分析_东风有限

钟军斌余建华周杰敏

东风汽车有限公司商用车技术中心，武汉经济技术开发区东风大道10号摘要：本文论述了利用CRUISE软件进行汽车建模的过程，并对某重型商用车的动力性和燃油经济性进行了仿真分析。

关键词：动力传动系统，动力性，经济性

主要软件：A VL CRUISE

1. 前言

汽车仿真技术是当前汽车研发的重要手段，在汽车产品开发初期进行汽车动力传动系统参数匹配和性能仿真不仅能节约大量新产品开发和试验等带来的人力和物力投入，还降低了劳动强度，缩短了开发周期，提高了工作效率。

动力传动系统模型的建立是参数匹配及性能仿真的基础，采用专业软件对其进行建模及仿真研究不仅可以节省大量的时间，使建模过程简单化，而且程序运行可靠、调试方便，利于分析研究[1]。

A VL公司开发的CRUISE是研究车辆动力性、燃油经济性、排放性能及制动性能等的高级仿真分析软件，它包含了车辆的基本模块和控制模块，用户可利用模型生成器建立所需的车辆系统模型，并在此基础上进行仿真分析，利用仿真结果优化传动系的参数，从而快速完成系统的设计。

2. 整车动力传动系统建模

整车动力传动系统建模主要是通过对整车动力传动系统的结构和功能进行分析，简化物理模型，选择合理的子系统模块，搭建仿真模型，建立汽系统的各总成和部件的机械连接和信号连接，并对各部件和总成进行参数化处理，完成汽车建模过程。

2.1 整车结构分析和子系统模块选择

该车配备有250KW柴油发动机，12挡机械变速箱，总重42000Kg，驱动形式是发动机前置后轮驱动（4x8）。根据整车结构和驱动形式的分析，选用模型库中汽车模块(Vehicle)、驾驶室模块(Cock-pit)、发动机模块(Engine)、机械式摩擦离合器模块(Friction Clutch)、机械手动变速箱模块(Gear Box)、单级减速器模块(Single Ratio，作为主减速器)，以及车轮(Wheel)和机械制动器模块(Brake)，发动机和传动系统以及汽车上其它耗能部件可用风扇模块(Auxiliary)代替。

2.2 建立机械连接

图1 建立各子模块的机械连接当各子系统模型选定之后，应根据汽车配置方案和部件连接关系建立模型的物理连接，该步骤相对简单，只须用Connect连接功能建立物理连接，如图1所示，传动系各部件之间有直接的物理连接关系，车轮和制动器之间也有物理连接关系，但驾驶室与动力传动系和制动系之间没有物理连接，在仿真过程中，它们之间是通过信号连接来传递信息。

2.3 建立信号连接

信号连接是汽车建模过程中最关键内容之一，也有较大难度。要想正确建立汽车各子模型之间的信号连接关系，必须对汽车系统内部各部件之间的连接和控制关系、信息传递关系以及汽车动力学有深入的理解。如传统后轮驱动汽车，驾驶室需要的转速信号来自于发动机转速，需要的挡位指示信号来自于变速器的当前挡位。同样，制动器需要的制动压力、摩擦离合器需要的期望的结合程度、发动机需要的负荷信号和起动开关信号以及变速箱需要的期望挡位信号都来自于驾驶室。汽车系统模型各信号连接在模型窗口的下方进行操作。

2.4 各子系统模块参数输入

利用CRUISE进行汽车性能仿真的最大特点是各子系统的模块化设计以及子模块的参数化输

入很方便，双击模型中的子模块即可弹出对应各子系统的参数输入界面，子系统参数通过参数输入界面输入。也可通过load功能把已建好的子模块的参数输入到新建的子模块中。

2.5 定制仿真任务

建模和参数输入完成之后，利用检查功能来检查模型是否正确。如果通过检查便可进行仿真。在仿真计算之前，要定制仿真任务，根据汽车试验和性能分析要求，CRUISE已经定制了6种计算任务，分别是循环测试(Cycle Run)，爬坡性能测试(Climing Performance)，等速行驶性能测试(Constant Drive)，全负荷加速测试(Full Load Accelation )，最大牵引力测试(Maximum Traction Force)，巡航测试(Cruising)，制动/滑行/倒拖(Brake/Coast/Thrust)。可根据仿真要求选择合适的计算任务。

2.6 进行仿真计算

CRUISE计算中心有三种方式进行仿真计算，一是单个计算任务(Single Calculation)，二是矩阵运算(Matix Calculation)，三是部件运算(Component Calculation)。

3. 仿真结果分析

3.1 稳态等速油耗

图2是各档稳态百公里油耗图，可以清楚看到不同档位、不同车速下油耗值及其变化规律，同一车速油耗值基本随档位升高而下降。

图2 稳态等速油耗

3.2 各档加速度

图3是个档加速度图，从图可以直接看到各档不同车速下的加速度。

图3 各档加速度

3.3 爬坡特性

图4是爬坡性能图，从图中可以直接读出最大爬坡度和直接档最大爬坡度，国标规定了各种道路的最大坡度，驾驶员亦有一定的驾驶习惯，从本图可以分析在高速行驶时是否会频繁换档，导致驾驶员疲劳等问题。

图4 爬坡性能

3.4 循环工况

图5是循环工况下发动机工作点的分布密度，从图上可以看到在Cycle内发动机在转速轴上的时间使用密度，将其叠加在万有特性图上，可以分析在经济区内的使用频率，从而评价经济性的好坏。

图5 循环工况

3.5 模型验证

计算值与试验值对比，车速50Km/h以下误差小于7％，50Km/h以上误差小于5％

图6 计算值与试验值对比

3.6 仿真计算分析结果

对比动力性、经济性计算结果，可方便得到适用不同使用工况的匹配方案。 4. 结语

1）利用CRUISE 软件建立了某重型商用车的整车模型。

2）对某重型商用车的动力性和燃油经济性进行了仿真分析。

参考文献

[1] 刘振军，赵海峰，秦大同，基于CRUISE 的动力传动系统建模与仿真分析[J]，重庆大学学报(自然科学

版)，2005，28(11)：8