利用Cruise软件进行整车动力性和燃油经济性仿真分析

汽　洲试试验　川技术　２０１　５　第１划　２０　１　５　Ｎ０．１　ＡＵＴＯＭＯＢＩＩ＿Ｅ　ＡＰＰＬＩ　ＥＤ　ＴＥＣｆｔＮ０Ｌ０ＧＹ　利用Ｃｒｕｉｓｅ软件进行整车动力性和燃油　经济性仿真分析　杨忠平　（陕西重型汽车有限公司，陕西西安７１０２００）　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；燃油经济・眭；ＣＲＵＩＳＥ软件　中图分类号：Ｕ４６１．２文献标识码：Ａ文章编号：１　６７１—７９８８（２０１　５）０１—１　０７—０３　Ｃｒｕｉｓｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｕｓｉｎｇ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｐｏｗｅｒ　ａｎｄ　ｆｕｅｌ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｙａｎｇ　Ｚｈｏｎｇｐｉｎｇ　（Ｓｈａａｎｘｉ　Ｈｅａｖｙ—Ｄｕｔｙ　Ｔｒｕｃｋ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａａｎｘｉ　Ｘｉ’ａｎ　７１０２００）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｕｓｅ　ＣＲＵＩＳＥ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｆｏｒ　ｃａｒ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄ　ａ　ｈｅａｖｙ－ｄｕｔｙ　ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ａｎｄ　ｆｕｅｌ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｉｏｎ　ａｎａ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ；Ｄｙｎａｍｉｃ；Ｆｕｅｌ　Ｅｃｏｎｏｍｙ；ＣＲＵＩＳＥ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ＣＬＣ　ＮＯ．：Ｕ４６１．２　Ｄｏｃｕｍｅｎｔ　Ｃｏｄｅ：Ａ　Ａｒｔｉｃｌｅ　ＩＤ：１６７１—７９８８（２０１５）０１—１０７－０３　数，从而快速完成传动系统的匹配和优化设计。　月Ｕ蟊　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　１、整车动力传动系统建模与分析　整车动力传动系统建模主要是通过对整车动力传动系统　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　的结构和功能进行分析，简化物理模型，选择合理的子系统　低了劳动强度，缩短了开发周期，提高了工作效率。动力传　模块，搭建仿真模型，建立汽车系统的各总成和部件的机械　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　连接和信号连接，并对各部件和总成进行参数化处理，完成　软件对其进行建模及仿真研究不仅可以节省大量的时问，使　汽车建模过程。利用Ｃｒｕｉｓｅ软件进行仿真计算包括四个步骤：　建模过程简单化，而且程序运行可靠、调试方便，利于分析　建　车辆模型、输入各总成模型数据、定制仿真计算任务和　研究。　查看计算结果并进行仿真分析。　Ｃｒｕｉｓｅ软件是奥地利ＡＶＬ公刮开发的用于研究车辆动力　１．１建立车辆模型　性、燃油经济性、排放性能与制动性能的高级仿真分析软件，　我们以４×２牵引车为例，该车配备２１３ＫＷ困ＩⅡ柴油发　是快速、便捷、高效的车辆动力学仿真工具。该软件真实再　动机，９档机械变速器，斯太尔双级减速驱动桥，汽车总质　现了车辆的传动系模犁，可　于车辆开发过程中的动力传动　量５００００Ｋｇ。分析汽车结构和功能，利用Ｃｒｕｉｓｅ软件建立整　系的匹配、车辆性能预测等，它包含厂车辆的基本模块和控　车仿真模型。４Ｘ２牵引车是由牵引头和半挂车组成，牵引车　制模块，用户可利用模型生成器建　所需的车辆系统模型，　的布置形式为发动机前置单桥后轮驱动，机械变速器，驾驶　并在此基础上进行仿真分析，利　仿真结果优化传动系的参　室只控制加速踏板、离合器和制动器踏板，半挂车按三轴考　虑。根据结构和布置形式的分析，选用模型库中的汽车模块　作者简介：杨忠平，助理ｒ程师，就职于汽集团汽车Ｉ：程研究院　主要从事整车总布置设计。　（Ｖｅｈｉｃｌｅ）、半挂车模块（Ｔｒａｉｌｅｒ）、发动机模块（Ｅｎｇｉｎｅ）、　２Ｏ１５年第１期　杨忠平：利　Ｃｒｕｉｓｅ软件进行整车动力性和燃油经济性仿真分析　ｌ０８　机械式摩擦离合器模块（Ｃｌｕｔｃｈ）、机械手动变速器模块（Ｇｅａｒ　双击建模窗口＿Ｆ方的彩包线条打开数据总线，如图３所　Ｂｏｘ）、单级减速器模块（Ｓｉｎｇｌｅ　Ｒａｔｉｏ，Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ作为主　示，各子模型之间的连接关系见表ｌ。　减速器）、差速器模块（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａ１）、驾驶率模块（Ｃｏｃｋｐｉｔ）　脚固　雪　表１　数据总线的链接信息　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　图四围应　ｏｕｔｐｕｔ　ｉｎｆｂｒｍａｔｉｏｎ　以及车轮（ｗｈｅｅ１）和制动器模块（Ｂｒａｋｅ）。将这些模块从车　辆建模组件库中按图１所示拖入建模窗Ｅｌ。　ｉｎｐｕｔ　ｉｎｌｂｒｍａｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ｒｅｑｕｉｒｅｓ　Ｂｒｅａｋ　Ｂｒｅａｋ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｄｅｓｉｒｅｄ　Ｃｌｕｔｃｈ　Ｒｅｌｅａｓｅ　Ｓｐｅｅｄ　日　皿囤　ｄｅｌｉｖｅｒｉｎｇ　Ｃｏｃｋｐｉｔ　Ｂｒｅａｋ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｄｅｓｉｒｅｄ　Ｃｌｕｔｃｈ　Ｒｅｌｅａｓｅ　ｊ■二＿■　二　］　『二＿＿二■三　二　脚　ｌｌＣＩｍｃｈ　Ｃｏｃｋｐｉｔ　圆匡　Ｃｏｃｋｐｉｔ　Ｅｎｇｉｎｅ　随　ｊ、　鉴＿｝４　￡　圈髭ｊ嗣鼹　腰］圆廖臀　重］』　ｌ　母　Ｅｎｇｉｎｅ　　．Ｅｎｇｉｎｅ　Ｓｐｅｅｄ　Ｃｏｃｋｐｉｔ　Ｃｏｃｋｐｉｔ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　０　（｝ｅａｒ　Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ　Ｌｏａｄ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｓｔａｎ　Ｓｗｉｔｃｈ　Ｄｅｓｉｒｅｄ　Ｇｅａｒ　ｌｎｐｕｔＯ　铡Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　（’ｕｒｒｅｎｔ　Ｇｅａｒ　Ｌｏａｄ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｓｔａｒｔ　Ｓｗｉｔｃｈ　Ｄｅｓｉｒｅｄ　Ｇｅａｒ　Ｅｎｇｉｎｅ　Ｓｐｅｅｄ　　ＧｅａｒＢＯＸ　Ｃｏｃｋｏｉｔ　Ｃｏｃｋｏｉｔ　Ｃｏｃｋｐｉｔ　Ｅｎｇｉｎｅ　用嬲　用冒　图１　４×２牵引车模型的构建　Ｅｎｇｉｎｅ　Ｅｎｇｉｎｅ　ＧｅａｒＢｏｘ　冈留　Ｍｏｎｉｔｏｒ　当各子系统模型选定之后，应根据汽车配黄方案和部件　数据总线连接时，需要注意：ｉｎｐｕｔ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ…ｆｒｏｍ　连接关系建　模型的物理连接，该步骤相对简单，只需用　中显示为蓝色的项目为必须连接的项目，发动机（Ｅｎｇｉｎｅ）　ｃｏｎｎｅｃｔ连接功能建立物理连接，如图２所示。传动系各部件　模块中的负荷信号（Ｌｏａｄ　Ｓｉｇｎａ１）虽然显示为黑色，但也必　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　须进行连接。　２输入各总成模型数据　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，　１．在仿真过程中，它们之问是通过信号连接来传递信息的。　模型数据的输入有以下几种方式：手动输入数据；从已　有模犁中调入数据：拷贝与粘贴方式输入输出数据　［二二二蔓二二］［二　二］　手动输入数据：双击建模窗口中的每一个组件，部会弹　出一个窗口，根据需要输入每个组件的相关数据即可。　从已有模型中调入数据：例如从已有整车模型中调入发　动机数据如　４。　罱　国盛］廊　商圆圈蓠　蓠围　蓠删＃蓠　　＝　图２模型的物理连接　患　＝＝．　摹吕＝嚣　：：　黑　盘　％拳　……｝　‘ｉ　箍巍晶＿—＿＿＿－　黧　黑孽＿　＿　…　篙　ｅ＆ｊ……Ｉ　…‘　５～１　ｏ　ｉ　…　ｌ￣…ｔａｒｄ　毽　～・　…　：：　…“　ｃ…黑　日　’－ｆ’　０　　．１　；　静　盘　：　……ｈ　●－Ｉ自　ｔ　Ｌ—嚣　ｉ　　嚣　”　，一…　Ｉ＿Ｉ　Ｄ　Ｅ…图３数据总线　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。如该牵引车列车模型，驾驶　拷贝与粘贴方式输入输出数据：数据可以通过拷　与粘　拳（Ｃｏｃｋｐｉｔ）需要的转速信号来自于变速器（ＧｅａｒＢｏｘ）的　贴方式输入输出，这可以布Ｃｒｕｉｓｅ内部进行，也可以与其它　当前档位；同样，制动器（Ｂｒａｋｅ）需要的制动压力、摩擦离　软件进行，比如Ｅｘｃｅｌ之问传输数据。　合器（Ｃｌｕｔｃｈ）需要的期望的结合程度、发动机（Ｅｎｇｉｎｅ）需　１．３定制仿真计算任务　要的负荷信号和起动开关（Ｓｔａｒｔ　Ｓｗｉｔｃｈ）信号以及变速器　建模和参数输入完成之后，利Ｊ｛ｊ检查功能（ｃｈｅｃｋ）来检　（Ｇｅａｒ　Ｂｏｘ）需要的期望档位信号都来自于驾驶室　查模型是否　确，数据输入是否完整，如果通过检查，便可　（Ｃｏｃｋｐｉｔ）。　进行仿真。　仿真计算之前，要定制仿真任务。根据需要计　１０９　汽车实用技术　１．４３循环工况　２０１５年第ｌ期　算的内容，建立相应的文件夹，在每个文件夹下添加相应的　计算任务，如图５。根据汽车试验和性能分析要求，Ｃｒｕｉｓｅ　软件已经定制了７种计算任务，分别是循环工况（Ｃｙｃｌｅ　Ｒｕｎ），　图８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　爬坡性能分析（Ｃｌｉｍｂｉｎｇ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ），稳态行驶工况分析　叠加存万有特性　上，可以分析在经济区内的使用频率，从　（Ｃｏｎｓｔａｎｔ　Ｄｒｉｖｅ），满载全负荷加速性能分析（Ｆｕｌｌ　Ｌｏａｄ　而评价绎济性的好坏。　Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ），最大牵引力计算（Ｍａｘｉｍｕｍ　Ｔｒａｃｔｉｏｎ　Ｆｏｒｃｅ），　巡航行驶工况（Ｃｒｕｉｓｉｎｇ），制动／滑行／倒拖（Ｂｒａｋｅ／Ｃｏａｓｔ／　Ｔｈｒｕｓｔ）。计算任务中需要定义的内容包括：计算模式、道路　环境，测量点的定义，换档规律等等。　卤焉　‘　鼋　＝　＝ｊ　：　ＦｏＵｒ　ｅｄ　Ｉ　ｌ　ｃ＋∞ｃ　【　ｔ　固■—●●豳　｛一ｎ　Ｌｕ＿Ｌｏａｄ　ｃ…　…　口…ｈ　…Ｉ。　ｅ　●・—如霹曩蟊墨出蕾＿　……　ｉｖｏ　一　图８循环工况　图５添加计算任务　２、模型验证　计算值与试验值对比，车速６０ｋｍ／ｂ以下的等速百公里　１．４仿真计算结果分析　Ｃｒｕｉｓｅ软件有三种仿真计算方式，一是单个计算任务　部件运算（Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）。　１．４．１稳态等速油耗　图６是各档稳态等速百公里油耗图，可以清楚地看到在　（Ｓｉｎｇｌｅ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ），二是矩阵运算（Ｍａｔｒｉｘ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ），三是　油耗误差在５％左右。　不同档位、不同车速下油耗值及其变化规律，同一车速油耗　值基本上随档位升高而下降。　图９计算值与试验值对比　３、结束语　（１）利刚ＣＲＵＩＳＥ软件建　了某重型商　Ｌ｝』车的整车模　图６各档等速百公里油耗图　犁。　１－４＿２爬坡性能　图７是爬坡性能图，从图中可以直接读出各档最大爬坡度。　（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。　（３）对比动力性和燃油经济性计算结果，叮方便得到适　剧　同使用工况的匹配方案。　参考文献　［１］刘振军，赵海峰，紊大同，基十ＣＲＵＩＳＥ的动力传动系统建模　图７爬坡性能图　与仿真分析［Ｊ１，鼋庆大学学报（自然科学版），２００５，２８（１１）：８．