覃正 毛祥党
广西玉柴机器股份有限公司 广西玉林市 537005
摘要：根据某商用车的计算参数，文章在理论研究的基础上，进行参数匹配。基于AVLCruise建立了整车性能仿真模型，继而对该款商用车整车进行了动力性和经济性模拟仿真分析。通过仿真验证了该款汽车动力性指标和经济性指标均符合要求，且验证了其动力系统理论匹配和经济性分析方法的合理性。
关键词：商用车；动力系统；动力性；经济性；AVLCruise
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。
(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。
(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。由运动学可知:
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。则最大爬坡度为:imax=tanαmax，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。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。通常使用车辆行驶100km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，它忽略了车辆在运行过程中路况、天气等自然因素的变化。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
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。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。
在搭建完成的整车模型各个模块中输入相应的参数。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。
(5)巡航行驶工况:通过计算可得往返两城之间的总油耗量和排放情况。
3整车动力性、经济性仿真结果分析
3.1动力性仿真
(1)最高车速:车辆的最高车速受发动机功率、最大转矩和传动系传动比等因素的限制。基于Cruise软件仿真可求得车辆在各个挡位下的最高车速，车辆在1挡时的最高速度可达50km/h，此时转速为4870r/min;车辆的最高车速即最高挡位6挡时的最大速度187km/h，此时的发动机转速为4820r/min。
(2)最大加速度:FullLoadAccelerationinallGears板块中将显示各个挡位的最大加速度仿真计算结果。车辆在一挡时的加速度最大，其数值为4.03m/s2，此时发动机的转速为4286r/min。车辆的最大加速度随着挡位的升高逐步降低，2挡时的最大加速度可达2.72m/s2，3挡之后的最大加速度降低明显，6挡时的最大加速度只有0.63m/s2，所以车辆在高速上以高挡位定速巡航时需要进行超车时车辆会积极降挡，以求得较大的加速度。
(3)原地起步连续换挡加速时间:车辆从0km/h加速至60km/h所用时间为6.84s，达到60km/h时发动机转速为2625r/min，从0km/h加速至100km/h所用时间为13s，达到100km/h时发动机的转速为4376r/min，加速能力处于良好的水准，与实际测得的加速时间相差不大。
3.2燃油经济性性仿真
(1)等速百公里油耗仿真结果显示次高挡以80km/h等速行驶时燃油消耗量为5.45L/100km，120km/h等速行驶时燃油消耗量为7.12L/100km。分析图中相应数据可得出结论:当车速相同时，整车可挂入的挡位中，当挂入的挡位越高，其转速较低，油耗较小。
(2)UDC循环工况燃油消耗城市循环工况即多工况循环下的油耗量，其数值可近似等同于车辆在市区内行驶时真实的燃油消耗量。根据仿真数据显示:此过程的平均燃油消耗量为12.87L/100km。
3.3仿真结果对比
最高车速的误差率是2.75%，0～60km/h和0～100km/h加速时间误差分别是0.11s和0.3s，误差率最大为2.26%，最大加速度误差为0.08m/s2，动力性方面的模拟计算值与试验场实车检验得出的数值误差小于3%。经济性试验由于复杂的路况、车况和以及驾驶员不同的驾驶习惯，计算误差稍大，但最大误差也在5%以内，且衡量燃油经济性最真实有效的NEDC循环工况燃油消耗指标误差率仅为1.5%，故本文建立的紧凑型车Cruise仿真模型计算精度较高。
4动力传动系统优化
匹配车辆传动系的传动比分为两类:主传动器的传动比及变速器的各挡位的传动比。本文通过综合改变变速器各挡位的传动比以及主减速器的传动比来提高汽车的动力性和经济性。本文参考几款主流的动力传动系统参数范围，选定了三组不同的变速器和三组不同的主减速器，一款变速器搭配一款主减速器，综合考虑商用车的日常行驶路况及需求，应对车辆的燃油经济性提出较高的要求。确定最优方案，即变速器2(一挡传动比为4.28，二挡传动比为2.793，三挡传动比为1.484，四挡传动比为1.0，五挡传动比为0.717，六挡传动比为0.60)，主减速器3(主减速器传动比为3.90)。在保证了动力性的同时，节省燃油更多，在动力性减弱1.82%的情况下，提升了6.97%的经济性，更为符合目前节能减排的趋势。
5结论
发动机动力性与经济性的匹配关系着汽车整体性能的优劣。汽车的运行工况是个复杂多变的过程，受到很多因素的影响，在所有的运行工况下，发动机都应该与传动系实现最佳匹配，使整车动力性、经济性、排放性等方面均处于最佳状态。本文的传动系统优化取得了一定成效。
参考文献:
［1］王锐，何洪文．基于Cruise的整车动力性能仿真分析［J］．车辆与动力技术，2009(2):24-26．
［2］朱路生，潘家保，王世强．基于Cruise的轻卡动力性经济性仿真与试验分析［J］．安徽工程大学学报，2020，35(3):39-44．