摘 要：動力傳動系統(tǒng)作為影響車輛動力性和燃油經(jīng)濟性的重要部件，開展傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計對車輛研發(fā)具有重要意義。文中基于Cruise軟件建立了整車模型，將仿真結(jié)果對比工信部實測數(shù)據(jù)，驗證了Cruise軟件所建立的車輛仿真模型是可靠的。動力性計算指標(biāo)誤差在3%以內(nèi)，燃油經(jīng)濟性誤差在5%以內(nèi)，具有較高精度。通過改變傳動系統(tǒng)中主減速器傳動比和變速器各擋位傳動比對車輛性能進行優(yōu)化，在動力性減弱1.82%的情況下，提升了6.97%的經(jīng)濟性，符合當(dāng)前節(jié)能減排的發(fā)展趨勢。該研究結(jié)果表明：基于Cruise軟件對車輛進行性能優(yōu)化是非常有必要的，具有重要的工程應(yīng)用和理論參考價值。

　　關(guān)鍵詞：動力性;燃油經(jīng)濟性;Cruise仿真模擬;優(yōu)化匹配

　　車輛的動力性和燃油經(jīng)濟性是綜合評估汽車性能的重要指標(biāo)。王銳[1]通過對比某車型的動力性理論數(shù)據(jù)和Cruise軟件仿真結(jié)果得出，仿真分析精確度高于理論計算。朱路生[2]針對輕型卡車建模仿真，對比分析了Mule車和標(biāo)桿車型，確認(rèn)了Mule車性能指標(biāo)優(yōu)于標(biāo)桿車型，具備細(xì)分市場的差異化競爭力。王琳[3]基于Cruise軟件仿真分析了某款手動擋汽車，并將仿真結(jié)果與試驗結(jié)果對比研究，驗證了動態(tài)建模仿真分析應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)研究的可行性。采用軟件仿真并配合試驗研究，在整車動力性和經(jīng)濟性評價方面取得了較好的應(yīng)用效果。然而，現(xiàn)有基于Cruise軟件對車輛傳動系統(tǒng)的進行優(yōu)化的研究較少，且大部分僅通過調(diào)節(jié)變速器一擋或最高擋的傳動比進行優(yōu)化分析，本文通過設(shè)置不同的變速器各擋位傳動比參數(shù)及主減速器比參數(shù)，進行組合優(yōu)化，更進一步的優(yōu)化了傳動系統(tǒng)，綜合提升了車輛的動力性和燃油經(jīng)濟性。

　　1 理論基礎(chǔ)

　　1.1 動力性評價指標(biāo)

　　動力是汽車最基本最重要的性能。評價車輛動力性的幾項重要指標(biāo)即最高車速、加速時間、最大爬坡度[4-6]。

　　(1)最高車速：在水平且條件良好的路面上車輛所能達(dá)到的最高行駛速度，即無風(fēng)條件下車輛在平坦路面行駛時，行駛阻力和驅(qū)動力平衡時的車速[7]。

　　(2)加速時間：通常使用汽車的加速時間來表示汽車的加速能力，它能很大程度上影響車輛的平均行駛車速。加速時間分為原地起步加速時間與超車加速時間[9]。

　　由運動學(xué)可知：

　　dt=1adu;(1)

　　t=∫t0dt=∫μ2μ11adu=A。(2)

　　式中，t表示車輛的加速時間，s;u表示車輛的行駛速度，km/h;a表示車輛最高擋或直接擋加速度，m/s;u1表示車輛起始加速的速度，km/h;u2表示車輛加速終止的速度，km/h。

　　可通過圖解積分求得車輛的加速時間。

　　(3)最大爬坡度imax：車輛滿載(或某一載荷質(zhì)量)時在水平良好路面的上坡能力。通常情況下，車輛1擋的最大爬坡度即汽車的最大爬坡度[10]。則最大爬坡度為：

　　imax=tan αmax。(3)

　　式中，αmax表示最大爬坡角度。

　　1.2 燃油經(jīng)濟性評價指標(biāo)

　　汽車的燃油經(jīng)濟性即在不影響車輛動力性能時，以較少的油耗進行經(jīng)濟行駛的能力[11]。車身形狀、發(fā)動機排量與功率、變速器傳動比、主減速器傳動比等結(jié)構(gòu)參數(shù)都能一定程度的影響汽車的燃油經(jīng)濟性[12]。通常使用車輛行駛100 km的燃油消耗量這一指標(biāo)來評價車輛的燃油經(jīng)濟性。

　　等速百公里燃油消耗法的優(yōu)勢在于測量較為簡單，同時不可避免的劣勢即這種方法并不能非常全面的做出評價，它忽略了車輛在運行過程中路況、天氣等自然因素的變化[13]。尤其是在城市中行駛時，車速穩(wěn)定在某一定值基本是不可能的，車輛由于復(fù)雜的路況會頻繁的加速、減速、怠速、起步、停車。所以，等速百公里油耗法測量得出的結(jié)論是相對片面的。實際的行駛過程中，由于城市路況的復(fù)雜性，車輛完全處于等速行駛的狀態(tài)是不現(xiàn)實的。因此綜合多種行駛工況的循環(huán)工況燃，油消耗量用以評價整車的經(jīng)濟性是非常符合實際，更加真實可信。

　　2 整車仿真模型的建立

　　奧地利的李斯特內(nèi)燃機及測試設(shè)備公司主導(dǎo)研發(fā)的Cruise軟件是現(xiàn)在用戶最多、運用程度最廣的仿真軟件之一。

　　Cruise軟件采用了模塊化的設(shè)計方法，將車輛的零部件和總成設(shè)計為獨立的模塊，按照車輛動力的傳遞路線來搭建整車模型，從而對車輛的動力性、經(jīng)濟性等進行分析和預(yù)測[15]。

　　搭建Cruise整車模型的步驟如下：

　　(1)分析車輛的各個組成部件及其結(jié)構(gòu)布置，搜集所需參數(shù)。

　　(2)根據(jù)車輛實際情況，將元件庫中選中的整車、輪胎、發(fā)動機、主減速器、差速器、離合器等子模塊拖拽到相應(yīng)的編輯區(qū)域，修改調(diào)整各參數(shù)數(shù)值。

　　(3)綜合考慮整車各部件間的結(jié)構(gòu)關(guān)系和數(shù)字信號傳遞流程，對發(fā)動機、主減速器等部件進行機械和信號連接，并進行相應(yīng)的檢查校核。

　　(4)根據(jù)研究需要設(shè)置計算任務(wù)，如車輛加速性能、循環(huán)工況等。

　　(5)運行計算任務(wù)并分析仿真結(jié)果。

　　搭建整車模型的工作流程如圖1所示，整車模型如圖2所示。

　　在搭建完成的整車模型各個模塊中輸入相應(yīng)的參數(shù)，如表1所示。

　　為在Cruise仿真軟件中計算各指標(biāo)，本文布置的任務(wù)包括：

　　(1)循環(huán)行駛工況：用于計算車輛的經(jīng)濟性及排放性能。

　　(2)爬坡性能：該任務(wù)屬于靜態(tài)計算，可得出整車在滿載的狀態(tài)下各個擋位的最大爬坡度，并得到相應(yīng)曲線。

　　(3)穩(wěn)態(tài)行駛：該任務(wù)可計算車輛各擋位的性能和最高車速。

　　(4)全負(fù)荷加速：該任務(wù)下設(shè)各擋位的最大加速度計算、原地起步連續(xù)換擋加速度計算、超車加速度計算三個子任務(wù)。

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