Vol. 33 No. 1
Juz 0071
第38卷第1期2071年1月贵州大学学报(自然科学版)
Journal of Guizhou University ( Natural Sciecces)
文章编号 10004269(2021)019098 26DOI ： 10. 15755/j. ctU ydxPzrb. 0071.01. 15
郁逸桢，郑长江*
(河海大学土木与交通学院，江苏南京710098 )
摘要：动力传动系统作为影响车辆动力性和燃油经济性的重要部件，开展传动系统的优化设计 对车辆研发具有重要意义。文中基于Cruise 软件建立了整车模型，将仿真结果对比工信部实测 数据，验证了 Cruise 软件所建立的车辆仿真模型是可靠的。动力性计算指标误差在3%以内，燃
油经济性误差在5%以内，具有较高精度。通过改变传动系统中主减速器传动比和变速器各挡 位传动比对
车辆性能进行优化，在动力性减弱1.52%的情况下，提升了 4. 97%的经济性，符合当 前节能减排的发展趋势。该研究结果表明：基于Cruise 软件对车辆进行性能优化是非常有必要
的，具有重要的工程应用和理论参考价值。
关键词：动力性；燃油经济性;Cruise 仿真模拟；优化匹配中图分类号:U492.8 文献标志码:A
车辆的动力性和燃油经济性是综合评估汽车 性能的重要指标。王锐［］通过对比某车型的动力 性理论数据和Cruwo 软件仿真结果得出，仿真分析 精确度高于理论计算。朱路生⑵针对轻型卡车建 模仿真，对比分析了 Mule 车和标杆车型，确认了 Mule 车性能指标优于标杆车型，具备细分市场的 差异化竞争力。王琳4］基于Cruise 软件仿真分析 了某款手动挡汽车，并将仿真结果与试验结果对比 研究，验证了动态建模仿真分析应用于产品开发研 究的可行性。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。然而，现有基于Cruise 软件对车辆传动系统的 进行优化的研究较少，且大部分仅通过调节变速器 一挡或最高挡的传动比进行优化分析，本文通过设 置不同的变速器各挡位传动比参数及主减速器比 参数，进行组合优化，更进一步的优化了传动系统, 综合提升了车辆的动力性和燃油经济性。1理论基础1.3动力性评价指标
动力 车最 最 要的性能。 价车动力性的几项重要指标即最高车速、加速时间、最 大爬坡度［非］。
(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，，卩无风条件下车辆在 平坦路面行驶时，行驶阻力和驱动力平衡时的 车速4］。
(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：d 7 =丄2"； (1)
a
ft
(•强 1
7 = I d 7 = I —du =4。
(2)
Jo a
式中，表示车辆的加速时间,1；表示车辆的 行驶速度,5m/h ；3表示车辆最高挡或直接挡加速 度,m/s ；1
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,5m/h 。
可通过 车 的 速时间。
(3) 最大爬坡度imu ：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, 车 1 的 最 大 坡度 车 的 最 大 坡度［I6］o 则最大爬坡度为：
imut = tan a m …o
(3)
式中，血/乂表示最大爬坡角度。
收稿日期：2020非
5 48
基金项目：国家自然科学基金资助项目(21308187)
作者简介：郁逸桢(1996—)，男，在读硕士，研究方向：交通运输规划与管理,E-mail ：1107733402@ qq. com.
* 通讯作者：郑长江,E-mi ：znenu@hUu. edu. co
第1期郁逸桢等：基于Cruise的整车动力性和经济性分析-99-1.2燃油经济性评价指标
车的燃油经济性影响车辆动力性能时，以较少的经的能力［1］。车身、发动量与功率、变速动比、主减速器动比等能一定程度的影响汽车的燃油经济性少打通常使用车辆行驶10km的燃油量这一来评价车辆的燃油经济性。
等速燃的优势测量较为简单，同时不可避免的劣势即这种方法并不能非常面的做出评价，它忽略了车运行过程中路况、天气等自然因素的变化尤其城市中时，车速稳定在某一定值可能的，车由杂的路况的加速、减速、怠速、起步、停车。，等速测量得出的结论是相面的。实际的过程中，由于城市路况的复杂性，车辆完等速的状态现实的。因此综合多况的循况燃，油消量价整车的经济性合实际，更加真实可信。
2整车仿真模型的建立
奥地利的李燃机及测试设备
研发的Cmise软件最多、运用程度最广的仿真软件之一。
Cmise软件采化的设计方法，将车辆的零部件和计为独立的，按照车辆动力的传递来搭建整车，车辆的动力性、经济性等和预测J5］。
搭建Cmise整车的步骤如下：
(1)分析车辆的各个组成部件及其结构布置，搜需。
⑺)根据车辆实况，将元件库中选中的整车、轮胎、发动机、主减速器、差速器、离合器等子模拖拽到相应的编辑区域，修改调整各值。
⑺)综合整车各部件间的关系和数字信号传递流程，对发动机、主减速器等部件'和信号，并相应的检查校核。
⑺)需要设置计算任务，如车辆加速性能、循况等。
⑺)运行计算任务并真。
搭建整车模型的工作流程如图1所示，整车模型如图2所示。
搭建完成的整车模型各个模块中输入相应的，如表1所示。
为在Cmise仿真软件中计算各指标，本文布置
打开A vl Cruise
|建立整车物理画
•I设置模型参妇
经济汽车数据总线连接亍
将廷务设定亍
运行计算
T是否满足设计
—后处理分析
图1基于Cruise软件建模工作流程图
Fig.3WorkOow of software modeling based on Craise
变速箱
主减速器
驾驶室
图2整车模型的搭建
Fig.3Vedicie moded building
舟换挡策略
摩
擦白2ft霑凍鬆
的任务：
(1)循环行驶工况：用于计算车辆的经济性及排放性能。
表1某紧凑型轿车的整车基本参数
Tab!Basie parameters of a ccmpact cae
模块名称技术值
车辆尺寸/m m4109x17/xl479整车
轴距/m m0577
整备质量/kg1325发动机
量/mL
最大功率//W
1528
77主减速器主减速动比 3.53
3-=3.245畐5=0.745变速器
变速
各挡位传动比
5=0453，:=
35二4.839,56=4731
(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
• 160 •贵州大学学报(自然科学版)第33卷
到相应 。(3) 稳态行驶：该任务可计算车辆各挡位的性
能和最咼车速。
(4) 全负 速2亥任务
各挡位的最大加
速度计算、原地起步连续 速度计算、超车加
速度计算三个子任务。
(5) 巡
况：通过计算可得往返两城之
间的 量和 况。
3整车动力性、经济性仿真结果分析
33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 和传动系传动比等因素的限制。
Cruise 软件仿真可 车
各个挡位下的最高
车速，车辆在1挡时的最高速度可达54 km/h，此
时转速为4 870 r/mio ；车辆的最高车速即最高挡
位6挡时的最大速度132 km/h，此时的发动 ：
速为 4 820 r/mio 。
(2) 最大加速度：Full Loab Acceleratioa iu i Gears 板块中将显示各个挡位的最大加速度仿真计
。车 一挡时的加速度最大，其数值为
4. 43 m/s 2，此时发动机的转速为4 256 rimio 。车
的最大加速度随着挡位的 高逐步降低,2挡时 的最大加速度可达7. 52 m/s 2,3挡之后的最大加速
度降低明显,6挡时的最大加速度 0. 53 is 》
车 高速上以高挡位定速巡航时需要进行
超车时车
降挡,
较大的加速度。加
速度 如图3所示。
4.4
3.5
8
4
2 6
2
0 6 Z .7.33.21.
1.
•旦鲁吕0 24 48 72
96 120 144 168 192 216 240
0.88
0.44
速度/(皿
-h-1)
图3各挡位的最大加速度曲线图
Fig. 2 Maximum accelerotion curve of evdi gevr
(3)原地起步连续换挡加速时间：车辆从0 km/d
加速至60 km/h 所用时间为6. 84 s，达到60 km/h
时发动机转速为7 625 rimW ，从0 km/h 加速至
100 km/h 所用时间为13 s，达到100 km/h 时发动
机的转速为4 376 rimW ，加速能力处于良好的水，与实际测得的加速时间相差不大。原地起步加
速时间 如图4所示。
图4原地起步连续换挡加速时间曲线Fig. 4 Accelerotion time curve of cantinuous
sPift from starting in place
3 2燃油经济性性仿真
(1)等速
真 显 高挡以5 km/h 等速行驶时
燃
量为 5. 45 L/100 km, 120 km/h 等速
时燃油消耗量为2. 17 L/100 km 。分析图中相应数
可得出结论：当车速相同时，整车可
的挡位
中，当 的挡位越高，其转速较低，油耗较才、。车
等速
燃 如表2所示。
表2各挡位等速百公里燃油消耗量结果
Tab. 2 Fuei cansemption usu U s of 100 km
aS canstanS seeeC in evdi gevr
车速/
(km • ” 1 )
挡位
速/
(r • min 6 )
_耗/
L • 100 • km -1 )
20. 0011 947.9620. 0021 27416. 8444. 0013 84516. 2644. 0022 5547. 8744. 0031 744 6. 4960. 0032 625 6.8160. 0041928 5.4160. 0051 546 5.0280 0033 5007. 1880 0042 571 5. 8880 0052 062 5.4580 0061 745 5. 19100 0034 3748.61100 0043 210 6. 84100 0052 518 6. 20100 0062 194 5.96120 0043 8579.07120 0053 0937. 12120 00
6
2 632
6.
79
第1期
郁逸桢等：基于Cmisc 的整车动力性和经济性分析
• 101 •
(2) UDC 循环工况燃油消
城市循环工况(urdan doving cyclo,UDC)即多
况循
的 量，其数值可
等同于车辆在
市区
时真实的燃
量。
真 '
显示：此过程的平均燃
量为12. 37 L107 km °
(3) NEDC 循
况燃
新欧洲沿车法规循环工况(uew enropean dkv-
Xg cyclo,NEDC)则是将城市区域内的循 况与
城市 的循 况相结合。较之UDC 工况,
NEDC 工况的优势 显示的燃 量 真
实。由于是通过计 真软件Cmisc 来 '模
计算的，通常可以将
人
来的误差，例如时间、车速控制、反应时间等人为的因素忽略
。理论上的计
将 °
真数
显示：车
过程中的平均燃
量为
9.47 L/107 km °
车辆发动
nedc 循环工况下的十四工
况图如图5所示33.7
O
202.2168.5
134.8
101.1
67.4-33.7
534 1 068 1 602 2 136 2 670 3 204 3 738 4 272 4 806
发动机转速
/(r • min -1)
S • N)
镇豊竄
图5 NEDC 循环工况发动机十四工况图
Fig. 2 Fourteen working cendition
diagrvm of NEDC cycle engine 5中
的密集程度及数值大小，可
以得出车辆发动机的大部
作 中在1 05。~
2 654 Omiu 这一转速区间内，说明NEDC 工况下发
动机的利用率较高，发动机整体工况改善明显。32仿真结果对比分析
动力性仿真结果与试验结果对比如表3 °经 性计
与试验
比如表4°其中表32
表4中的试验
来源
部试验场实车
测试。
表3动力性仿真结果与试验结果对比
Tab. 2 Comparison of dynamic simulation
resulhs and tesh resulSs
真
试验差比最高车速/(km • U _1 )137182 2. 63%
0 ~ 62 kih 力口 速
时间/s
6. 84 6. 95
1.58%0 ~ 11 km/h 加速
时间段1313.3
2. 26%
最大速度/(m • s 0)
4. 03
4.11 1.95%
根据表3 ，最高车速的误差率是2. 75% ,7〜
67 km/h 和7〜107 km/h 加速时间误差分别是
7. 11 s 和7. 3 s，误差率最大为2. 26%，最大加速度
差为0 48 m/s 2，动力性方面的 计算值与试
验场实车检验得出的数值误差
3% °
表4经济性仿真结果与试验结果对比
Tab. 2 Comparison of ecenomic simulation
reseirs and test reseirs
仿真结果试验结果误差百分比
8 km/h 等速
油耗量/(L • 100-1 • km -1)120 kih 等速行驶 油耗量/(L • 100-1 • km -1)
UDC 循环工况-量/ (L • 1 00 _1 • km -)
nedc 循环工况油耗量/
(L • 1 00 耗• km 耗)
5. 769. 33
4. 88%
3.65%
4. 13%
H%
根据表4，经济性试验由于复杂的路况、车况
和以及 同的 ，计 差稍大，旦
最大误差 5% ，且衡量燃油经济性最真实
有效的NEDC 循 况燃
差率仅为
1.5%，故本文 的紧 车Cruise 仿真 计
算精度较高。
4动力传动系统
车 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
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 款
的动力传动系 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2
组合成9组方案来对比传动
方案的动力性和经济性性能。变速器各挡位传动
比设置
如表5所示，主减速
动比设置方案
如表2所示，传动方案组合如表7所示°
•102•贵州大学学报（自然科学版）第38卷
表5变速器各挡位传动比参数
Tab.3Transmission ratio parameters of
enck geye of transmission
123456变速器1 4.04 2.411459140 4.790468变速器2 4.28 2.79144814004720460变速3 4.21 2.99146214004860477
表7传动方案
Tab.3Transmission scheme
变速1变速2变速3减速1方案1方4方7减速2方案2方5方8减速3方3方6方9
表6主减速器传动比参数
Tab.3Transmission ratio parameters of main reducer
主减速器传动比
减速14486
减速24433
减速3 3.44
基于Cruise软件对组合而成的9组传动方案进行仿真模拟分析，在对整车动力性能及燃油经济性能进行评价时，选取下列评价指标进行模拟计算，各方案的汽车动力性和经济性的仿真结果如表8。
表8各方案的汽车动力性和经济性仿真结果
Tab.3Simulation resolts of vedicie power and eccnomy of erch scheme
汽车动力性经济性指标
动方最大加速度/
（m•s_5）最高车速/
(km•h_1)
4-140km/h
加速时间/s
NEDC循环工况
下油耗量/
(L•10-•km-)
UDC循况
下油耗量/
(L•/4-•km-)
124km/h等速
行驶油耗量/
(L•14-•km-)
原方案4403187401340944724877.10 1441718247124814.3234929.71 2440618744134514.8424447483 3440118648134584994897469 44403177441247949824637467 534941864213438484247424 6440518346134184814607409 744021874112461044734847490 844151874313421041034077499 93499187421346945524367496
对表5中的数据进行分析计算，可以看出方案3、方案5、方案6充分考虑了车辆的燃油经济性，较为节省燃油。方案1方案4、方案7则充分保障了车辆的动力性能。综合考虑家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。
方案3、方案5、方案6在0~100km/h加速时间、最高车速及最大加速度方面均表现良好，符合国家相关要求及日常家用需要。综合对比各燃油经济性指标，确定方案6为最优方案，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0454，四挡传动比为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）。方案9在保证了动力性的同时，节省燃油更多，在动力性减弱052%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。将2种方案与原方案相互对比，最终得出方案6为最佳优化方案，最终实现整车动力传动系统的匹配优化。
5结论
本文以某种紧凑型轿车为样车，通过Cruise软件搭建其整车仿真模型，并选取相关的动力性和燃经性价计与。Cruise软件进行相关仿真效率高、计算精确度高。当输入参数准确时，动力性计算指标最大误差在3%以内，燃油经济性最大误差在5%以内。本文通过调节变速器各挡位的传动比参数以及主减速器传动比参数来优化车辆传动系统的总体传动效率，提高车辆性能。基于Cruise软件的仿真计算，可得出结论：优化后的NEDC循环工况下（误差率06%，精度较高）的油耗量为281L100km，原方案下降了0.26L100km，改善率为6.97%。
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