董鵬 楊溢

摘 要：應(yīng)用CRUISE軟件對(duì)某款6×4自卸車建立仿真模型，并選擇合適的計(jì)算方法和計(jì)算任務(wù)，分別對(duì)4種不同后橋速比下的最高車速，最大爬坡度，加速性能進(jìn)行了仿真計(jì)算，發(fā)現(xiàn)在僅考慮動(dòng)力性的情況下，選擇較大的后橋速方案5.92;如同時(shí)綜合考慮燃油經(jīng)濟(jì)性時(shí)，可折中選擇后橋速比5.262方案，結(jié)果對(duì)商用車整車匹配有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：AVL-CRUISE;后橋速比;匹配優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U464 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

我國經(jīng)濟(jì)近幾十年的騰飛發(fā)展離不開汽車工業(yè)的貢獻(xiàn)，而重型商用車在其中扮演著非常重要的角色，對(duì)于重型商用車來說，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性是非常重要的性能，但兩者在設(shè)計(jì)時(shí)往往相互矛盾，一般在整車設(shè)計(jì)中根據(jù)車輛用途選擇更合適的方案。

CRUISE軟件是奧地利AVL公司開發(fā)的一款車輛高級(jí)仿真軟件，可以通過直接拖取相應(yīng)組件模塊，設(shè)置整車參數(shù)并建立連接后生成整車模型[1]。并選擇合適的計(jì)算任務(wù)和計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。

本文在整車動(dòng)力總成配置確定的情況下，預(yù)選4種后橋速比方案，使用CRUISE軟件對(duì)4種方案進(jìn)行動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性分析，最終得到匹配該車型的最優(yōu)動(dòng)力總成匹配方案。

1 動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

1.1 動(dòng)力性能指標(biāo)

動(dòng)力性能是車輛最重要的工作指標(biāo)，直接決定了車輛的用途以及可行駛的工況，車輛的動(dòng)力性主要由最高車速，爬坡性能，最大加速度來評(píng)價(jià)。

（1）最高車速。車輛在良好水平的路面上正常行駛時(shí)，此時(shí)車輛只克服空氣阻力和滾動(dòng)阻力。各個(gè)檔位下的最大車速是不同的，車輛最大車速肯定出現(xiàn)最高檔位，車輛最高車速計(jì)算公式為：

其中：為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，單位（r/min）;r為輪胎滾動(dòng)半徑，單位（m）;為當(dāng)前檔位下變速器速比;為主減速器速比。

（2）最大爬坡度。爬坡度是車輛在復(fù)雜路面行駛時(shí)必須考量的重要性能，將車輛低速緩慢爬坡看作速度極慢的過程，車輛只受到坡度阻力和滾動(dòng)阻力，最大爬坡度計(jì)算公式為：

其中：為最大阻力，單位（N）;為無量綱的輪胎阻力系數(shù)，表示在某一行駛狀況下，滾動(dòng)阻力與車輪垂直載荷的比值;為整車整備質(zhì)量，單位（kg）;為車輛裝載質(zhì)量，單位（kg）。

（3）加速性能。直接測(cè)量加速性能在實(shí)際中很難測(cè)量，目前主要通過測(cè)量在油門全開情況下的加速時(shí)間和加速距離，來衡量加速性能。由車輛在某一速度下的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可知加速度為：

其中：為空氣阻力，單位（N）。

公式中的為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)，單位（kg·m2）。

1.2 經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)

本文計(jì)算該車輛在循環(huán)工況下的百公里油耗。循環(huán)工況下的百公里油耗是由循環(huán)工況中的等速、加速、減速行駛狀況下累計(jì)的油耗加權(quán)相加得到的。

汽車等速行駛工況下，由汽車功率平衡方程計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)消耗功率和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性獲得燃油消耗率b，單位（L/s），最終獲得等速行駛工況下燃油消耗量：

其中：為燃油密度，單位（kg/m3）;為等速行駛時(shí)間，單位（s）。

汽車在加速行駛工況下，把加速時(shí)間可以劃分的無限小，把加速行駛看成無數(shù)個(gè)勻速行駛工況，加速行駛的燃油消耗量為：

汽車在減速行駛工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)為怠速，減速油耗為：

則循環(huán)工況下的百公里油耗為：

其中：為在循環(huán)工況下的車輛行駛的里程數(shù)，單位（m）。

2 整車模型建立?

2.1 整車及系統(tǒng)主要參數(shù)

本文以某款6×4驅(qū)動(dòng)形式的重型自卸車為例，整車參數(shù)見表1，后橋速比預(yù)選方案見表2。

2.2 仿真模型建立

使用CRUISE進(jìn)行建模[2]，并建立相關(guān)物理和信號(hào)連接，包括整車模塊（Vehicle）、發(fā)動(dòng)機(jī)模塊（Engine）、離合器模塊（Clutch）、機(jī)械手動(dòng)變速器模塊（Gear Box），主減速器模塊（Single Radio Transmission）、差速器模塊（Differential）、制動(dòng)器模塊（Brake）、車輪模塊（Wheel）、駕駛臺(tái)（Cockpit）和監(jiān)視器模塊（Monitor）。

3 整車性能仿真分析

3.1 最高車速

最高車速是評(píng)價(jià)動(dòng)力性能的重要的指標(biāo)之一，選擇conatant drive計(jì)算任務(wù)，采用靜態(tài)計(jì)算方法運(yùn)行CRUISE軟件，滿載狀況各后橋速比下，最高車速計(jì)算結(jié)果如表3所示。

由表3可知，在車輛其余參數(shù)不變的情況下，隨著后橋速比的增大，各個(gè)檔位下的最大速度逐漸減小。

3.2 爬坡性能

為了應(yīng)對(duì)車輛在實(shí)際行駛中的復(fù)雜路況，對(duì)滿載車輛所能行駛的最大坡度提出了更高的要求，選擇climbingperformance計(jì)算任務(wù)，采用靜態(tài)計(jì)算方法，各速比下頭檔的最大爬坡度計(jì)算如表4所示。

由表4可知，在車輛其余參數(shù)不變的情況下，隨著后橋速比的增大，車輛最大爬坡度逐漸增大。

3.3 加速性能

本文選擇各檔最高加速度來評(píng)價(jià)加速性能，使用full load acceleration計(jì)算任務(wù)和靜態(tài)計(jì)算方法，各速比下的最高加速度計(jì)算結(jié)果如表5所示。

由表5所知：在車輛其余參數(shù)不變的情況下，隨著后橋速比的增大，各個(gè)檔位下的最大加速度逐漸增大。

3.4 燃油經(jīng)濟(jì)性

自卸車往往在某個(gè)固定的區(qū)間路況內(nèi)工作，采用百公里循環(huán)工況油耗衡量經(jīng)濟(jì)性。本文使用cycle run計(jì)算任務(wù)，將EUDC循環(huán)工況下的百公里油耗作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，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，循環(huán)工況下的百公里油耗隨著速比的增大而逐漸增加。

4 結(jié)論

以上對(duì)4種方案的對(duì)比計(jì)算，發(fā)現(xiàn)在車輛其余配置參數(shù)確定的情況下，隨著后橋速比的增大，各個(gè)檔位下的最大速度逐漸減小;而最大爬坡度和最大加速度隨著后橋速比的增加逐漸增大;循環(huán)工況下的百公里油耗隨著后橋速比的增大而增加而增大。

由于自卸車大部分用于礦石開采運(yùn)輸或者郊區(qū)建設(shè)渣土運(yùn)輸，運(yùn)行工況差，運(yùn)行速度低，故對(duì)爬坡度和加速性能有很高的要求，故僅考慮動(dòng)力性的情況下，選擇較大的后橋速方案5.92;如為了綜合考慮燃油經(jīng)濟(jì)性，可折中選擇后橋速比5.262方案。

參考文獻(xiàn)：

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