AVLCRUISE整车动力性经济性仿真分析一点技巧

本田i-MMD混动系统动力性经济性仿真分析对业界流行的对标混动构型：本田i-MMD混动架构，笔者尝试着通过AVL CRUISE和MATLAB/Simulink 软件联合仿真的方式，对其动力性和经济性进行仿真分析，希望对国内混动仿真技术的开发提供一定的参考。

一、仿真背景（整车构型）我们先回顾下本田i-MMD的整车构型，如下图所示：i-MMD混动系统整车构型，对于插电式混合动力（PHEV）与全混合动力（FHEV）,构型都是相同的，均由发动机、驱动用电机，发电用电机，ECVT齿轮，直连离合器和电池等构成。

i-MMD系统的基本工作模式分为EV（纯电）、Hybrid驱动（串联）、ENG直连（Engine/并联）三种。

基本工作模式：下面基于i-MMD PHEV 版本进行动力性经济性仿真计算，因为相对于FHEV i-MMD 版本来说，PHEV i-MMD 能通过仿真得到纯电（EV ）驱动模式下的AER,更有实际 意义。

二、仿真背景（GB 法规要求）GB/T 32694-2016专门针对于插电式混合动力电动乘用车，有相应的AER 以及工况下的燃油消耗量要 求，如下表所示。

GB GB 要求 对应要求纯电驱动模式续驶里程（按 照国标NEDC 工况行驶，直 到发动机启动，纯电驱动《插电式混 模式续驶里程测量结束， GB 要求： 合动力电更 车辆行驶的距离为纯电驱 AER>50km乘用车技术 动模式续驶里程，结果四 条件》GB/T 舍五入至最近整数位）；应 32694-2016 不小于 50km o燃料消耗量的加权平均值 燃料消耗量的加 应不大于对应车型燃料消权平均值耗量限值的50%o <4. 85L/100km 三、仿真参数设定在明确了i-MMD的架构以及GB法规要求后，需要进行仿真参数的设定，我们根据i-MMD混动系统整车构型以及台架/实车实测得出以下参数：内容参数整备质量kg 2035最大总质量kg 2410行驶阻力F二0. 041V"2+0.601V+141.28规格型号 2. 0LENG 峰值功率kW 107kW@6200rpm最大扭矩Nm 175Nm@3500rpm驱动电机峰值功率kW 135M OT驱动电机最大扭矩Nm 315驱动电机最高转速13000rpm发电电机峰值功率kW 106. 1发电电机最大扭矩Nm GEN 85发电电机最高转速rpm13000 电池电池单体容量Ah 27. 6包电池包总能量kWh 17齿轮比驱动电机端一车轮XHJ缅2.455 发电机端一发动机端 1.949 直连离合器端一车轮端0.806 主减速器 3.889滚动半径mm R18/358四、联合仿真模型搭建通过AVL CRUISE 和MATLAB/Simulink 软件联合仿真，模拟计算i-MMD PHEV （插电式混合动力）车辆动力性和经济性能。

基于AVL Cruise的某重型商用车动力性、经济性分析及优化摘要：本文以某重型商用车为研究对象，分析了其动力性、经济性和优化方案。

通过AVL Cruise软件模拟仿真，优化车辆动力系统，使其在满足动力要求的前提下具备更好的燃油经济性。

研究发现，在牵引工况下，改变气门正时角和点火提前角对车辆性能有较大的影响，而在惯性工况下，适当降低油门开度可以显著减少燃油消耗。

最后，结合实际应用需求，提出了优化方案，并且在AVL Cruise软件中进行仿真验证，取得了较为显著的效果。

关键词：AVL Cruise，商用车，动力性，经济性，优化方案正文：一、引言商用车具有承载重物和长时间运营的特点，因此，其动力性和燃油经济性是制造商和客户所关注的重要指标。

本文以某款重型商用车为研究对象，运用AVL Cruise软件，对车辆动力系统进行仿真分析，找出对其性能和经济性影响较大的参数，提出优化方案，为车辆动力系统的设计和应用提供价值参考。

二、研究方法本文采用AVL Cruise软件对商用车进行仿真分析。

首先，建立车辆动力学模型，包括发动机、传动系、车轮、车辆重量等参数，建立不同工况下的仿真模型。

然后，设置相应的仿真工况，对车辆进行动态性能和燃油经济性的评估。

最后，基于仿真数据和实测数据，对车辆动力系统进行优化，确定最优参数。

三、研究结果（一）动力性分析通过仿真分析，得出商用车在牵引工况下的加速时间和最大速度，发现改变气门正时角和点火提前角对车辆性能有较大的影响。

在两者的组合比较中，气门正时角在中低转速下的变化对车辆的牵引性能有明显的提升，但是对高转速下的提升作用较小；点火提前角对车辆加速性能的影响较大，其提前角越大，车辆的加速性能越好，但是其在一定程度上会使得发动机爆震现象加剧。

（二）经济性分析在惯性工况下，通过调整油门开度和车速，得到车辆的燃油消耗率。

在不同油门开度下，发现车辆的燃油消耗呈现出先降低后升高的趋势，在油门开度到达某一阈值之后，车辆的燃油消耗开始增加。

基于AVL CRUISE的整车动力性经济性优化分析张寿凤代永黎向巍王保良(长安汽车工程研究总院动力研究院传动匹配所，重庆，401120) 摘要：汽车的动力性与经济性是既统一又矛盾的两个性能。

传动匹配的目的就是使两者达到最佳配合点，充分发挥发动机的动力性能，又使得燃料消耗最低。

而传动过程中也存在过度匹配，盲目追求经济性，导致动力性不足。

本文针对该问题，通过对整车动力性经济性影响因素的分析，优化速比及行驶阻力，在保证动力性的前提下，降低整车油耗，并使用A VL CRUISE软件对优化方案进行对比分析，最终确定优化方案。

关键词：传动匹配；动力性；经济性；A VL CRUISE主要软件：A VL CRUISE1．前言在整车开发过程中，动力性与经济性直接决定了整车的性能水平。

其中动力性是汽车三大基本性能(动力、制动、转向)之一，它代表了汽车开发的目的：机械替代人力，完成货物、人员运输，提升速度，拉近世界距离。

随着时代进步，动力性又赋予了驾驶性，以及驾驶乐趣的含义。

而经济性又是汽车性能的延伸，在所有性能中，只有经济性是在汽车使用中，长期产生费用的唯一性能指标。

这个性能的好坏，与客户利益直接相关。

并且经济性与排放污染有密切的关系。

现有节能减排，保护环境已成为全球关注的焦点，所以经济性就显得尤为突出。

传动系统匹配的目的就是使两者达到最佳配合点，在保证汽车动力性的前提下，使整车经济性最优。

2．问题分析该车型目前动力性经济性状态及传动比参数如表1所示：由上述数据可知，该车的动力性及经济性表现都不是很好，尤其次高档和最高档的超车加速性能明显不足，本次优化匹配的目标就是提升动力性，改善燃油经济性。

3．整车动力性经济性影响因素分析由发动机曲轴输出到车轮的能量损失如图1所示，在到达车轮之前已经损失掉87.4%，用于驱动整车前进的能量仅有12.6%。

其中发动机损失的能量占整车能量损失的比重最大，提高发动机的效率潜力最大，但目前的技术水平实施困难较大。

A VL CRUISE整车动力性经济性仿真分析
CRUISE软件可以用于车辆的动力性，燃油经济性以及排放性能的仿真，其模块化的建模理念使得用户可以便捷的搭建不同布置结构的车辆模型，其复杂完善的求解器可以确保计算的速度CRUISE的一个典型应用是对车辆传动系统和发动机的开发，它可以计算并优化车辆的燃油经济性，排放性，动力性（原地起步加速能力、超车加速能力）、变速箱速比、制动性能等，也可以为应力计算和传动系的振动生成载荷谱
一、简化计算任务
通常计算任务会有这样一种情况，选择多种变速器与多种发动机或者主减速器进行搭配计算。

这在CRUISE中其实很好实现的，如下图操作即可
然后在计算中心里添加对应的模型即可，如图
当你有多个组件进行搭配的时候，可以在DOE plan中进行搭配的选择。

如此一来，可以使计算任务变得非常简单了。

二、简化结果提取
在模型里添加一个special model中的ms-export的模块，按下图配置输出的参数
在总线里配置好ms-export模块的参数总线连接
然后对计算任务的输出进行修改，勾上output of ms-exports
然后开始计算，如果你的任务是有很多case（各种组件的组合计算）这样计算的结果会生成相应很多个excel工作簿，然后我们可以
编相应的程序或者宏就可以对这些工作簿进行处理，可以把结果生成到一个另外一个工作簿中，如此工作就变得很轻松了，我们可以把更多的精力放在真正的研究上了。

目前我可以用这种方法很方便的提取以下结果：
爬坡度的结果如何提取，我还没有找到办法，如果你找到了的话，请告诉我一下，谢谢。

.Word资料AVL-Cruise整车性能分析1 模型的构建要求1.1 整车动力性、经济性计算分析参数的获取收集和整理关于该车的整车配置组件参数数据。

主要包括发动机动力性、经济性参数；变速箱档位速比参数；后桥主减速比参数；轮胎参数；整车参数等。

具体参数项目见附录1。

1.2 各配置组件建模1.2.1 启动软件在桌面或程序中双击AVL-Cruise快捷图标，进入到AVL-Cruise用户界面，点击下图所示工具图标，进入模型创建窗口。

进入模型创建窗口1.2.2 建立整车参数模型进入模型创建窗口后，将鼠标选中Vehicle Model，鼠标左键点击整车图标，按住左键将图标拖曳到建模区，如下图所示：双击整车图标后打开整车参数输入界面，根据参数输入要求依次填写数据：.Word 资料Author ：此处填写计算者,不能用中文，可以用汉语拼音和英文，该软件所有填写参数处均不能出现中文。

Comment ：此处填写分析的车型号。

Notice1、Notice2、Notice3：此处填写分析者认为需要注意的事项，比如特殊发动机型号等，没有可 以不填。

1.2.2.1 整车参数数据填写规则序号 驾驶室形式 迎风面积 风阻系数 备注1 奇兵车身（平顶） 5.0（1830*2760） 0.7 迎风面积=前轮距*整车高度2 奇兵车身（高顶） 6.422（1900*3380） 0.753 6系、9系平顶车身 6．1(2020*3020) 0.8 重卡风阻系数参考值：0.7-14 6系、9系高顶车身 7.0（2020*3460） 0.9 5高顶加导流罩7.3（2020*3637）0.92进入模型创建窗口后，将鼠标选中Engine Model ，鼠标左键点击发动机图标，按住左键将图标拖曳到建模区，如下图所示：作者名称、注解说明，可以不填注解说明，可以不填油箱容积 内外温差：0试验台架支点高度：100内外压差：0 牵引点到前轴距离轴距空载、半载、满载下整车重心到前轴中心距离、重心高度、鞍点高度、前轮充气压力、后轮充气压力整备质量 整车总重迎风面积风阻系数前轮举升系数后轮举升系数双击发动机图标后打开发动机参数输入界面，根据参数输入要求依次填写数据：1.2.3.1 发动机参数输入规则序号 发动机惯量 达到全功率的响应时间柴油热值 柴油密度 1 参考值：1.25参考值：0.1参考值：44000kj/kg0.82kg/L2 3按照图示箭头位置单击按钮，弹出外特性输入窗口：型号是否有增压器 发动机排量发动机工作温度缸数 冲程数 怠速转速 额定最高转速惯量 达到全功率响应时间0.1S燃油类型热值燃油密度作者名陈、注解说明 注解说明.此处根据厂家提供的发动机数据输入转速与扭矩关系发动机转速与扭矩的关系从外特性数据表中可以直接得到；填写时注意对应关系即可。

A VL_CRUISE_2019_整车经济性动力性分析操作指导书AVL CRUISE纯电动汽车经济性动力性分析操作指导书目录第一章 AVL Cruise 2014 简介 (2)1.1 动力性经济性仿真集成平台 (2)1.2 A VL Cruise建模分析流程 (3)1.3 主要模块功能 (4)1.4 A VL Cruise计算任务的设定 (9)第二章汽车零部件模型建立 (14)2.1.软件启动 (14)2.2.Project创建 (15)第三章整车动力经济性分析模型连接 (44)3.1.部件之间物理连接 (44)3.2.部件之间信号连接 (45)第四章整车动力经济性分析任务设置 (49)4.1 爬坡性能任务制定 (50)4.2 等速百公里油耗分析 (53)4.3 最大车速分析 (56)4.4 循环工况油耗分析 (59)4.5 加速性能任务制定 (62)第五章计算及分析处理 (65)5.1. 计算参数设置 (65)5.2. 分析处理 (65)第六章整车动力性/经济性计算理论 (71)6.1 动力性计算公式 (71)6.1.1 变速器各档的速度特性 (71)6.1.2 各档牵引力 (71)6.1.3 各档功率计算 (72)6.1.4 各档动力因子计算 (72)6.1.5 最高车速计算 (72)6.1.6 爬坡能力计算 (73)6.1.7 最大起步坡度 (74)6.1.8 加速性能计算 (74)6.1.9 比功率计算 (76)6.1.10 载质量利用系数计算 (76)6.2 经济性计算公式 (76)6.2.1 直接档（或超速档）等速百公里油耗计算 (76)6.2.2 最高档全油门加速500m的加速油耗（L/500m） (77)6.2.3 循环工况百公里燃油消耗量 (78)第一章 AVL Cruise 2014 简介1.1 动力性经济性仿真集成平台AVL Cruise是AVL公司开发一款整车及动力总成仿真分析软件。

利用CRUISE进行整车动力性和经济性仿真分析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 CRUISE1. 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。

1 概述整车动力和传动系统的匹配，直接影响车辆动力性和经济性。

对于商用车而言，动力匹配的传统思路是根据车辆应用工况，结合零部件资源，着重零部件可靠性与成本进行选型，车辆动力性、经济性一般在样车试制完成后，基于实车试验进行验证。

这种传统设计思路大大延长了产品开发周期和开发成本。

目前，整车动力和传动系统匹配仿真技术快速发展，新能源卡车设计开发过程中，在整车方案设计阶段，利用AVL 软件对车辆性能进行仿真分析，再利用实车试验验证设计精度，并逐步优化车辆模型的正向开发思路，已经得到广泛应用。

2 整车模型建立2.1 车辆构型和基本参数根据纯电动卡车的使用场景，确定车辆动力、传动系统构型和性能指标。

现基于某款6×4纯电动牵引车工况，选用驱动电机和多挡AMT 变速器构型，整车设计参数见表1，整车性能指2。

表1 整车设计参数表2 整车性能指标2.2 仿真模型建立根据车辆构型和基本参数状态，在AVL Cruise 软件界面，添加整车、驾驶员、驱动电机、动力电池、变速器、换挡控制、主减速器、轮胎等模块，并进行参数设置，建立机械和数据总线连接，构建仿真模型，如图1所示。

图1 整车仿真模型2.3 后桥速比的确定根据驱动电机和变速器参数、最高车速性能要求，由可得，主减速比i 0≤5.53。

根据整车轴核和附着力、坡道起步能力要求，由可得，主减速比i 0≥5.04。

基于AVL Cruise 的纯电动卡车动力性、经济性仿真分析/郭晓勐 刘国庆 崔红雨 公彦峰（中国重汽集团汽车研究总院）【摘要】文章根据整车设计参数和性能要求，进行动力系统匹配。

基于AVL Cruise 建立整车模型，对车辆动力性、经济性进行仿真分析，通过样车试验验证匹配方案的合理性。

基于匹配和仿真的纯电动卡车正向设计开发流程，有效保证产品匹配方案的合理性，降低产品开发风险，缩短新产品开发周期。

项 目量 值尺寸参数驱动型式6×4外形尺寸/mm 7 480×2 500×3 335轴距/mm 3 800/1 400质量参数整备质量/kg 10 500满载质量/kg 49 000驱动电机持续/峰值功率/kW 220/360持续/峰值扭矩/Nm 1 500/2 100最高转速/rpm3 400变速器型式4AMT Ⅰ挡速比 5.53Ⅱ挡速比 3.05Ⅲ挡速比 1.66Ⅳ挡速比 1.00额定扭矩/Nm 2 500驱动桥主减速比待定轮胎型号12R22.5滚动半径/m0.538项 目设计指标最高车速/(km/h)11030 min 最高车速/(km/h)750-50 km/h 加速时间/s 2280-110 km/h 超越加速时间/s200坡道起步能力/(%)20电量消耗经济性/(kWh/km)＜2.2图2 整车滑行阻力曲线3 整车性能仿真分析3.1 动力性分析对整车的最高车速、0-50km/h 加速、80-110km/h超越加速、坡道起步能力等动力性项目进行仿真计算，整车动力性仿真结果见图3至图5。

第３５卷第３期２０２０年６月安㊀徽㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报J o u r n a l o fA n h u i P o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y V o l ．３５．N o ．３J u n ．,２０２０文章编号:１６７２Ｇ２４７７(２０２０)０３Ｇ００３９Ｇ０６收稿日期:２０２０Ｇ０２Ｇ２０㊀基金项目:安徽省自然科学基金资助项目(１８０８０８５Q E １４３)作者简介:朱路生(１９８９Ｇ),男,安徽舒城人,工程师,硕士．通讯作者:潘家保(１９９０Ｇ),男,安徽舒城人,副教授,博士．基于C r u i s e 的轻卡动力性经济性仿真与试验分析朱路生１,潘家保２∗,王世强１(１．安徽江淮汽车集团股份有限公司,安徽合肥㊀２３０６０１;２．安徽工程大学机械与汽车工程学院,安徽芜湖㊀２４１０００)摘要:整车动力性经济性对标分析是轻型卡车设计与制造过程中的必经阶段,也是评价整车综合性能的重要手段.以公司开发的M u l e 车和标杆车型为研究对象,首先,基于A V LC r u i s e 软件对M u l e 车和标杆车型分别进行正向建模与仿真,得出不同工况下整车的动力性经济性理论参数;其次,通过６t 载荷工况下仿真数据与试验数据的对比分析,验证了动力匹配数据的准确性和整车模型的正确性;最后,通过各工况下动力性经济性仿真数据对比,验证了M u l e 车各工况下动力性经济性参数总体优于标杆车型,满足设计目标.关㊀键㊀词:轻卡;A V LC r u i s e ;动力性经济性;建模与仿真中图分类号:U ４６２．３＋１㊀㊀㊀㊀文献标识码:A世界化石能源危机愈演愈烈,严重环境事件频发,在这种严峻形势下如何做到整车动力性和经济性的平衡成为研究重点.一方面需要保证用户使用车辆时运输效率不降低,另一方面要尽可能降低车辆化石能源的消耗和尾气污染物的排放.整车动力性经济性性能分析必然成为车辆设计过程中首要关切的问题,也是整车深入开发其他性能的前提.王锐[１]通过将某越野车动力性理论分析和C r u i s e 软件仿真结果对比分析得出,仿真分析比理论计算更准确.刘振军[２]基于C r u i s e 软件对MT 车辆进行建模与仿真,在研究车型动力系统设计及参数匹配方面取得了较为满意的结果.王君银[３]仿真优化了电动商务车参数匹配,提升了车辆爬坡性能和续航里程.王琳[４]将手动挡轿车仿真分析和试验结果对比,验证了动态建模仿真应用于产品开发的可行性.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.颜廷坤㊁郑锦汤[５Ｇ６]通过仿真验证了纯电动商务车传动系加装二挡变速器可以提升续航和动力性.陈坤[７]通过仿真研究了拖拉机在农业作业中的动力性经济性,为后续拖拉机的参数优化匹配提供了参考.杨泽平[８]通过仿真完成了电动城市客车动力系统的相关参数匹配,结果满足整车设计要求.然而,现有针对轻型卡车不同载荷工况下的动力性和经济性综合评价方法的研究还未见文献报道.基于此,通过C r u i s e 建模仿真对比分析了M u l e 车和标杆车型的动力性经济性指标,确认M u l e 性能指标满足要求.试验数据对比确认了M u l e 车性能指标优于标杆车型,具备细分市场的差异化竞争力.试验数据和仿真数据的一致性对比,验证了动力匹配数据的准确性和整车模型的正确性,为后期通过仿真分析开展标杆车型分析提供了参考.１㊀整车动力性经济性理论基础１．１㊀整车动力性理论基础轻型商用车动力性[９]指车辆在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的,所能达到的平均行驶速度.车辆动力性评价的指标主要由所规定的整车最高车速㊁加速时间和最大爬坡度３个要素组成.在轻型商用车设计中一般其变速器对应Ⅰ挡或爬坡挡,最大爬坡度满足３０％即可,故在多载荷工况对标分析中不会对其给予单独对比.根据汽车行驶方程:F t ＝F f ＋F i ＋F w ＋F j ,(１)T t q i g i ０ηTr ＝G f ＋Gi ＋C D A ２１．１５u ２a ＋δd u d t,(２)式中,F t 为汽车驱动力(N );F f 为滚动阻力(N );F i 为坡度阻力(N );F w 为空气阻力(N );F j 为加速阻力(N );T t q 为发动机转矩(N m );i g 为变速箱传动比;i ０为后桥主减速比;ηT 为传动系机械效率;r 为车轮半径(m );G 为汽车重量(N );f 为滚动阻力系数;i 为坡度;C D 为空气阻力系数;A 为整车迎风面积(m ２);u 和u a 为车速(m /s );δ为汽车旋转质量换算系数;t 为时间(s).发动机转矩曲线常采用最小二乘法拟合所得到的与发动机转速相关的多项式来表示:T t q ＝a ０＋a １n ＋a ２n ２＋ ＋a k n k,(３)式中,a ０㊁a １㊁a ２㊁a k 为发动机转矩曲线拟合系数,n 为发动机转速(r /m i n ).当求解最高车速时,坡度阻力和加速阻力忽略不计,即可得到驱动力和发动机转速的关系式:u a ＝０．３７７r ni gi ０,(４)式(４)结合车辆已知的动力参数即可求出车辆各挡位的最高车速.当求解整车加速度时,令坡道阻力F i 为零并联立式(１)和式(２)可得:d u d t ＝１δm(F t －F f －F w ),(５)当车速从u １加速到u ２时有:t ＝ʏu ２u １１ad u ,(６)根据式(６)可采用计算机积分计算获得加速时间.１．２㊀整车经济性理论基础整车经济性常采用特定工况下百公里油耗来评价,国五阶段我国采用的是N E D C 循环工况,国六阶段将采用W L T P 循环工况.通常轻型商用车对标设计中需要通过计算变速器处于最高挡时,不同速度下的等速行驶工况燃油消耗量来评价车辆的经济性.百公里燃油消耗量Q t 计算方法如下:Q t ＝P e b１．０２u a ρg ,(７)式中,P e 为发动机功率(k W );b 为燃油消耗率[g /(k W h )];ρ为燃油密度(k g /L );g 为重力加速度(m /s２).２㊀整车参数和阻力系数测定２．１㊀整车设计目标整车设计目标要求在３个不同载荷工况下M u l e 车动力性经济性指标总体优于标杆车型.２．２㊀整车参数标杆车型和M u l e 车部分整车参数及载荷工况如表１所示.２．３㊀道路滑行阻力系数测定当无法获取精确标杆车型车身参数时,可以通过特定工况下汽车滑行试验方法[１０]得到的阻力系数进行仿真计算或室内转毂试验.汽车行驶阻力[９]包含滚动阻力㊁空气阻力㊁坡度阻力和加速阻力.汽车在平直路面滑行时,可以认为坡度阻力为零,则行驶阻力可表示为:F ＝a ＋b v ＋c v ２,(８)式中,F 为行驶阻力(N );v 为速度(m /s );a 为与速度v 无关的常数项阻力系数(道路摩擦力等);b 为与速度v 一次项相关的阻力系数(传动系阻力等);c 为与速度v 二次项相关的阻力系数(风阻等).在平均风速不超过２m /s ,相对湿度小于８０％,车辆已磨合并提前充分预热情况下可开展滑行试验.车辆进入滑行区段前选择合适的挡位加速至稍高于初始车速,随后驾驶员将变速器挂入空挡,松开离合器,汽车开始滑行.对于载荷过大导致车辆加速性能限制的情况,选择在试验场地车辆所能达到的最高车速向下圆整５k m /h 倍数车速为初始车速.试验往返多次,往返区段尽量重合,取平均值作为试验结果.滑行试验精度应小于３％,如果达不到,应增加试验次数直至数据合格.道路滑行试验结果如图１所示.０４ 安㊀徽㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第３５卷通过对数据拟合得到滑行阻力系数a ,b ,c 如表２所示.通过对比可得不同工况下M u l e 车滑行阻力均小于标杆车型.在同等载质量条件下,车速越高,M u l e 车阻力优势越明显;在同等车速下,载质量越大,M u l e 车阻力优势越明显.表１㊀部分整车参数及载荷工况表车型M u l e 车标杆车型J整车尺寸/mm５９９５∗２４００∗２４２０５９９５∗２４００∗２５００轴距/mm３３０８３２８０额定功率/转速/k w r pm －１１２５/２６００１２５/２６００最大扭矩/转/N m r pm －１６００/１２００~２０００６００/１４００~１８００变速器速比７．３４,５．２４,３．７６,２．８２,１．９５,１．３９,１．００,０．７５,R L７．３４,R H １．９５９．０６,６．７８,５．１,３．９１,３．０５,２．３２,１．７３,１．３,１．００,０．７８,R L ７．５５,R H ３．９１轮胎规格８．２５R １６８．２５R １６后桥速比３．９０９４．３３整备质量/k g４３４０４５００工况A 载质量/k g ６０００６０００工况B 载质量/k g９０００９０００工况C 载质量/k g １２０００１２０００表２㊀不同工况滑行阻力系数车型工况abc标杆车型空载２７５．８１５．３６２０．１７工况A ６２３．８６１．５５５０．２３５工况B８１０．６４－０．４８９０．２７工况C ９９７．４３－２．５３２０．３０５M u l e空载２３７．９７６．９６４０．１３工况A ５２２．３４６．７６５０．１５１工况B ６６５．７２６．６６５０．１６１工况C ８０９．１６．５６５０．１７１图１㊀车速Ｇ道路滑行阻力３㊀A V LC r u i s e 建模与仿真A V LC r u i s e 是一款广泛应用的车辆传动系统仿真软件[１１],其采用模块化理念可以快速构建不同结构车辆模型,广泛应用于整车性能(动力性㊁经济性㊁制动性能㊁传动系振动等)㊁发动机排放㊁变速箱设计优化等仿真领域,可以找到效率㊁排放㊁性能和驾驶质量之间的最佳平衡[１２Ｇ１３].使用C r u i s e 仿真软件模拟整车行驶情况,并计算出整车的动力性和经济性指标可以缩短产品开发周期,快速筛选方案,降低开发成本.１４ 第３期朱路生,等:基于C r u i s e 的轻卡动力性经济性仿真与试验分析３．１㊀C r u i s e建模流程㊀㊀图２㊀仿真流程图A V LC r u i s e 仿真流程如图２所示,仿真前期准备主要是参数收集,包含底盘零部件参数㊁车身参数㊁发动机参数和整车电气原理.之后在C r u i s e 中将软件中自带的各个模块进行机械连接或数据连接,根据整车总布置方案可得轻型商用车整车模型如图３所示.设计人员需要在完成后定义计算任务,例如循环工况计算过程中输入为驾驶循环曲线和确定车辆载荷参数,等速油耗工况需设定测量速度点和驾驶程序,起步连续换挡加速工况需要提供初始速度和目标车速,超车加速工况则需要输入变速器挡位㊁起点车速㊁终点车速等.完成计算后可以通过C r u i s e 完成计算数据和图表的输出,并将计算结果与标杆车或根据市场需求确定的设计要求值进行对比分析,确认该系统的动力性能㊁经济性能是否满足需求.如不满足需求,须对传动系统相关参数如后桥主减速比,发动机性能或变速器进行调整优化,适当兼顾动力性能及经济性能,确定一个最佳的传动系匹配结果.或根据不同用户需求及不同的车辆使用环境确定２~３个偏重于不同使用环境的最佳的传动系匹配结果,形成满足不同使用环境要求的各选装状态,供用户选择.图３㊀C r u i s e 整车模型３．２㊀C r u i s e 仿真工况及指标C r u i s e 可以同时开展多工况分析,主要包括巡航工况㊁爬坡工况㊁稳态行驶工况和加速工况.其中最高车速和最高挡等速油耗是利用稳态行驶工况计算,起步连续换挡加速时间和直接挡加速时间是利用加速工况计算.爬坡工况可以用于计算最大爬坡度.此次对标设计中主要动力性经济性参数指标如下:(１)最高车速计算:计算整车次高挡和最高挡最高车速.(２)起步连续换挡加速时间计算:选择计算车辆从车速为０开始连续换挡到车速８０k m /h 的加速时间.(３)直接挡加速时间计算:选择计算直接挡,即变速器速比为１．０时车速从４０~８０k m /h 的加速时间.(４)最高挡等速油耗计算:计算最高挡位下车速分别为４０k m /h ㊁５０k m /h ㊁６０k m /h ㊁７０k m /h ㊁２４ 安㊀徽㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第３５卷８０k m /h ㊁９０k m /h 的等速百公里油耗.４㊀仿真与试验结果对比分析４．１㊀仿真模型有效性验证通过将车辆载质量为６t 工况时的仿真和试验数据进行对比来进行仿真模型的有效性验证,具体数据如表３所示.通过对比可知:M u l e 车和标杆车型的整车动力性经济性仿真结果和试验数据的偏差在ʃ５％以内,可以清晰地看出整车动力性经济性仿真和试验数据结果的一致性较好,故整车仿真模型的参数匹配有效,模型建立正确.仿真数据与试验数据误差主要是由于仿真软件中发动机响应时间㊁人员操作换挡时间㊁传动系效率和发动机扭矩为稳态,而试验中则为瞬态变化所导致.４．２㊀仿真计算结果对比根据M u l e 车和标杆车型J 实际滑行阻力数据,利用C R U I S E 软件进行理论计算,结果如表４所示.从计算结果对比得出:①动力性:加载同等载荷条件下,M u l e 车最高挡和次高挡最高车速均高于标杆车型J ;０~８０k m /h 换挡加速M u l e 车优于标杆车型J ;４０~８０k m /h 次高挡加速时间M u l e 车略差于标杆车型J ,原因为次高挡时M u l e 车后桥小速比导致驱动扭矩较小;②经济性:M u l e 车在４０~５０k m /h 油耗与标杆车型相差不大,６０~９０k m /h 随着车速提高,M u l e 车经济性优势明显;在加载６０００k g ㊁９０００k g 和１２０００k g 工况下,M u l e 车综合油耗比标杆车型J 分别低１．６３L /１００k m ㊁１．８１L /１００k m 和２．０２L /１００k m .综上所述,M u l e 车除４０~８０k m /h 次高挡加速时间略差于标杆车型J ,其余性能与标杆车型基本相当或优于标杆车型,故M u l e 车总体性能优于标杆车型,满足设计目标.表３㊀６t 工况下动力性经济性仿真与试验数据类别车型类别M u l e 车标杆车型J 仿真试验误差/％仿真试验误差/％动力性次高挡最高车速/k m h－１１０５．４８１０７．８２９５．４２９４．８－１最高挡最高车速/k m h－１１１６．６９１１８１１０９．０５１１０．４１０~８０k m /h 额定转速换挡加速时间/s４５．４８４６．９３５５．０９５３－４４０~８０k m /h 次高挡加速时间/s ３３．９３３．３－２３１．２５２９．７－５经济性４０k m /h 油耗/L １００k m －１９．４２９．８１４９．２４９．６３４５０k m /h 油耗/L １００k m －１１０．６３１０．７７１１０．９５１１．２５３６０k m /h 油耗/L １００k m －１１１．９６１２．０９１１２．８８１３．０３１７０k m /h 油耗/L １００k m －１１３．７１１３．７５０１５．１１５．３７２８０k m /h 油耗/L １００k m －１１５．６７１６．０３２１７．７６１８．５５４９０k m /h 油耗/L １００k m －１１８．１１８．５２２０．８８２１．０８１表４㊀９t 和１２t 工况下动力性经济性仿真数据类别车型类别M u l e 车标杆车型J ABCAB C动力性次高挡最高车速/k m h－１１０５．４８１０４．３４１０３．２１９５．４２９４．４３９３．４７最高挡最高车速/k m h－１１１６．６９１１２．９１０９．４３１０９．０５１０４．６５１００．７１０~８０k m /h 额定转速换挡加速时间/s４５．４８５４．５３６４．６４５５．０９６４．６５７５．９４０~８０k m /h 次高挡加速时间/s ３３．９４５．８３５９．１２３１．２５４２．４３５５．０５经济性４０k m /h 油耗/L １００k m －１９．４２１０．６９１１．９９９．２４１０．６３１２．０１５０k m /h 油耗/L １００k m －１１０．６３１１．９１３．２１０．９５１２．２４１３．５５６０k m /h 油耗/L １００k m －１１１．９６１３．２８１４．５９１２．８８１４．２５１５．６３７０k m /h 油耗/L １００k m －１１３．７１１５．０５１６．４２１５．１１６．５８１８．０６８０k m /h 油耗/L １００k m －１１５．６７１７．１３１８．５７１７．７６１９．４６２１．１７９０k m /h 油耗/L １００k m －１１８．１１９．６２２１．１４２０．８８２２．９２５．０５３４ 第３期朱路生,等:基于C r u i s e 的轻卡动力性经济性仿真与试验分析４４ 安㊀徽㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第３５卷５㊀结论基于C r u i s e软件对M u l e车和标杆车型进行建模与仿真研究,并进一步结合试验研究对仿真结果进行验证.研究结果表明:仿真与试验结果的偏差在ʃ５％以内,表明C r u i s e软件仿真建模具有较高的正确性.通过３t㊁９t和１２t载荷工况下M u l e车和标杆车型的动力性经济性指标对比得出M u l e车总体性能优于标杆车型.C r u i s e软件仿真对整车性能具有较好的预测性,可以用于指导新车开发,为对标开发新车型提供了一种较为可靠的技术手段.参考文献:[１]㊀王锐,何洪文．基于C r u i s e的整车动力性能仿真分析[J]．车辆与动力技术,２００９(２):２４Ｇ２６,３６．[２]㊀刘振军,赵海峰,秦大同．基于C R U I S E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(１１):１２Ｇ１５,２７．[３]㊀王君银,何锋,杨冬根,等．纯电动商务车动力系统匹配与性能仿真[J]．机械设计与制造,２０１７(８):２３５Ｇ２３８．[４]㊀王琳,王鹏飞,业红玲,等．基于C r u i s e汽车动力性仿真及分析研究[J]．蚌埠学院学报,２０１９,８(２):４７Ｇ５１．[５]㊀颜廷坤,何锋,周凯．纯电动商务车动力传动系统参数优化[J]．机械设计与制造,２０１９(９):１６５Ｇ１６７,１７１．[６]㊀郑锦汤,陈吉清．纯电动汽车动力系统速比优化设计[J]．机械传动,２０１９,４３(４):７９Ｇ８２,９３．[７]㊀陈坤,李君,曲大为,等．农田作业工况下拖拉机性能仿真分析与试验[J]．科学技术与工程,２０１９,１９(６):１１０Ｇ１１５．[８]㊀杨泽平,何锋,伍鹏,等．增程式电动城市客车动力系统匹配与仿真[J]．机械设计与制造,２０１８(５):１３４Ｇ１３６,１４０．[９]㊀余志生．汽车理论(第五版)[M]．北京:机械工业出版社,２００９．[１０]G B/T１２５３６Ｇ２０１７．汽车滑行试验方法[S][１１]QZ HA N G,XF U,KL I,e t a l．P o w e r t r a i ns y s t e m m a t c h i n g o p t i m i z a t i o na n dr e g e n e r a t i v eb r a k i n g s t r a t e g y f o r p u r e eＧl e c t r i c v e h i c l e[J]．A c t aS i m u l．S y s t．S i n,２０１６,２８:６００Ｇ６０９．[１２]JWU,CZ HA N G,N C U I,e t a l．A n i m p r o v e de n e r g y m a n a g e m e n t s t r a t e g y f o r p a r a l l e l h y b r i de l e c t r i cv e h i c l e[C]//I n P r o c e e d i n g s o f t h e６t h W o r l dC o n g r e s s o n I n t e l l i g e n tC o n t r o l&A u t o m a t i o n,D a l i a n:I E E E,２００６:８３３９Ｇ８３４３．[１３]XF U,H WA N G,NC U I,e t a l．E n e r g y m a n a g e m e n t s t r a t e g y b a s e d o n t h e d r i v i n g c y c l em o d e l f o r p l u g i nh y b r i d e l e c t r i c v e h i c l e s[J]．A b s t r．A p p l．A n a l．,２０１４:３４１０９６．S i m u l a t i o na n dT e s tA n a l y s i s o fL i g h t T r u c kP e r f o r m a n c e a n dF u e l C o n s u m p t i o nB a s e d o nC r u i s eZ HU L u s h e n g１,P A NJ i a b a o２∗,WA N GS h i q i a n g１(１．J A C M o t o r s,H e f e i,２３０６０１,C h i n a;２．S c h o o l o fM e c h a n i c a l a n dA u t o m o t i v eE n g i n e e r i n g,A n h u i P o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y,W u h u,２４１０００,C h i n a)A b s t r a c t:B e n c h m a r ko f v e h i c l e＇s p e r f o r m a n c e a n d f u e l c o n s u m p t i o n i s an e c e s s a r y s t a g e i n t h ed e s i g n i n g a n dm a n u f a c t u r i n gp r o c e s so f l i g h t t r u c k s,a n da l s oa n i m p o r t a n tm e a n so f e v a l u a t i n g t h eo v e r a l l p e rＧf o r m a n c eo f t h e v e h i c l e．T a k e a d e v e l o p e dM u l e c a r s a s a n o b j e c t a n d b e n c h m a r km o d e l a r e s e l e c t e d．F i r s tＧl y,t h eM u l e c a r s a n db e n c h m a r k m o d e lw e r e f o r f u r t h e rm o d e l e da n ds i m u l a t e dt o g e n e r a t e t h e o r e t i c a l p a r a m e t e r s o f t h ev e h i c l e＇s p e r f o r m a n c ea n df u e l c o n s u m p t i o nu n d e rd i f f e r e n t l o a dc o n d i t i o n sb a s e do nC r u i s e．S e c o n d l y,b y c o m p a r i n g t h e s i m u l a t i o nd a t a a n d t e s t d a t a u n d e r６t o n s l o a d c o n d i t i o n s t h e a c c u r aＧc y o f t h e p o w e rm a t c h i n g d a t a a n d t h e c o r r e c t n e s s o f t h em o d e lw e r e v e r i f i e d．F i n a l l y,t h r o u g h t h e c o mＧp a r i s o no f t h e v e h i c l e＇s p e r f o r m a n c e a n d f u e l c o n s u m p t i o nu n d e rd i f f e r e n tw o r k i n g c o n d i t i o n s,t h em u l e c a r i s p r o v e d t o b e g e n e r a l l y b e t t e r t h a n t h a t o f t h e b e n c h c a r u n d e r v a r i o u s l o a d c o n d i t i o n s,w h i c hm e e t s t h e d e s i g n g o a l s．K e y w o r d s:l i g h t t r u c k;A V Lc r u i s e;p e r f o r m a n c e a n d e c o n o m y;m o d e l i n g a n d s i m u l a t i o n。