郭冬生；杨立坤；孙锐起；李良；张峰昌
(海马汽车有限公司）
摘要：动力性和燃油经济性是车辆性能的重要评价指标。本文利用GT-SUITEmp建立了整车仿真模型，进行动力性、经济性计算。基于此模型，本文在原有主减速比的基础上改变了主减速比，仿真结果显示，优化后的主减速比，在NEDC循环工况下油耗有所降低。
Abstract：Dynamics and fuel economy are tw o important evaluation indexes of the vehicle perfor^nance.The vehicle model was established by GT-SUITEmp in this paper,which was calculated the vehicle performance and fuel consumption.Based on this model,We improved the fuel economy through optimizing the final ratio.The simulation results showed that the NEDC fuel consumption reduced owing to the optimization of the final ratio.
关键词：动力性；经济性;GT-SUITE；主减速比优化
Key words:performance；fuel economy；GT-SUITEmp；final ratio optimization
i概述
动力性和燃油经济性是车辆性能的重要指标。汽车的
整车性能不仅仅取决于其装载的发动机性能，还和很多因
素有关。一台发动机即使具有很好的性能，如果没有一个
与之合理匹配的传动系，也不能充分发挥其性能。传统的
动力总成匹配一般采用试验的方法，符合标准的试验结果
是真实有效的，但其缺点是周期长、而且花费高。仿真计算
的优势在于计算周期短、可重复性高，利用仿真模拟计算
对样车进行改造和优化不仅可以缩短开发周期，还可以大
大节约开发经费。
文是以某款发动机与某款整车为研究对象，提出一种
基于实际的驾驶循环对动力传动系参数进行优化。利用
GT-SUITEmp软件建立整车的动力性和经济性仿真模型，
同时利用软件自带的优化功能对动力传动系参数进行优
化，以实现整车对燃油经济性和动力性能的不同要求。
2基本理论
2.1经济性评价指标
燃油经济性通常用等速燃油经济性表示，即等速行驶
100km所消耗的燃油量，单位为L/100km。车辆等速燃油
消耗量计算方法：
… Pb
式中，Q s-等速燃油消耗量，L/100km；P-kW；ua-车速，km/h；b-燃油消耗率，g/kWh；p kg/L。
循环工况的百公里燃油消耗量表示为：
g,=S^x i o o
(1)阻力功率，-燃油密度，
(2)
式中，Q s-百公里燃油消耗量，L/100km;-所有过程的油耗量之和，L;s-整个循环的行驶距离，km。
2.2动力性评价指标
2.2.1功率平衡
汽车行驶时，驱动力和行驶阻力互相平衡，同时发动 机功率与汽车行驶的阻力功率也总是平衡的。也就是说，在汽车行驶的每一瞬间，发动机发出的功率始终等于机械传动损失功率与全部运动阻力所消耗的功率。
即
T tq lg l〇T]t=G fc o s a +-^ua
r21.15 a-h G sin a+S fn
(3)
du
dt
(4)
功率平衡方程式：
P e= —{Gf cos o r+ +G sina +
%21.15dt3600
而发动机转速与车速的关系为:
rn
0.377-
(5)
(6)
式中，F-驱动力，N;F1-滚动阻力，N;F-空气阻力，N;
F厂坡度阻力，N;-加速阻力，N;Tl q-发动机扭矩，Nm;
ig-变速器传动比;io-主减速比；浊-传动系效率
r-车轮滚动半径，m;f-滚动阻力系数；琢-道路坡度角；
C d-空气阻力系数;A-迎风面积，m2;ua-车速，km/h;
啄-旋转质量换算系数；^-加速度，m/s2;Pe-发动和
dt
记功率，kW。
2.2.2 加速时间计算
初速度加速到末速度，其中各工况参数可由下列公式 求得：
_ i¥〇h(k)
.(7)
T j j k(k)r]t
Rt(9)
二9.81
(8)
(10)
(11)
十(12)
uAt2
、---.... (13 )式中，T e-发动机扭矩，Nm;
Te_-发动机最大扭矩，Nm;
T p-发动机额定功率对应扭矩，Nm;
n.i-发动机最大扭矩对应转速，rpm;
np-发动机额定功率对应转速，rpm;
决-加速度，m/s2；
ne—各档发动机转速，rpm；
U i-各档车速，km/h；
F-车辆驱动力，N;F w-空气阻力，N
At-计算所取时间间隔，s；
U i，U i+厂第i个时间间隔前后车速，km/h；
s,，s,+|-第i个时间间隔前后行驶距离，km；
A-迎风面积，m2;C D-空气阻力系数。
2.2.3最大爬坡度
最大爬坡度应满足：
T、Gar(/c o s十sin a mas)
…U I(14)
式中，G a-车重，N;r-轮胎滚动半径，m;f-轮胎滚动阻 力系数；
a_-最大爬坡角；浊,-传动系效率;iu-车辆一档速比；
i…-主减速比;Te,,m-车辆最大牵引扭矩，Nm。
3模型建立
3.1边界条件（表1)
3.2模型建立
3.2.1整车模型的建立
根据提供的主要参数，建立动力性模型如图1所示。
经济性模型如图2所示。
3.2.2 边界条件
整车基本参数以及发动机M AP图按实际提供参数输
表1整车参数表
参数数值单位
整车整备质量1150kg
半载质量1330kg
满载质量1525kg
迎风面积-m2轮胎滚动半径-mm
轴距-mm 动力系统传动效率--
发动机M A P图数值输入-
-档-
二档-
三档
变速箱速比
四档-
-
五档-
六档-
主减速比 3.824-
滑行曲线--
入，风阻和滚阻系数按照整车提供滑行曲线输入。
3.2.3计算模型的建立
动力性仿真采用的是动力学计算模式，即正向计算模 式，在该模式下，用户输入的是发动机油门位置、离合器位 置、制动器位置和换挡规律等，求出车辆的动态反应。实际 上就是由加速的动作控制车辆的运动。
油耗计算也采用动力学计算模式，该模式下，是通过 驾驶员的输入动作，控制发动机油门位置、离合器位置、制 动器位置和换挡规律，使其相互配合得出我们想要的车辆 动态响应，从而计算百公里油耗。
4主要计算结果
4.1动力性分析
4.1.1整车功率平衡如图3所示。
由图3看出整车最大车速为五档198km/h。
4.1.2最大爬坡度计算结果如图4所示。
图1动力性模型
图2经济性模型
50100150
vehicle-speed [km/hrj 200
-e n g in e-p o w e r:O u tp u t (g e a r l)
-r e t a r d-p o w e r: O utput (g e a r1 >
"Oulpu
«ng_n«_poW0r:C put (g e a r2)
:Output
r ：O utpu
e n g in e-p o w e r:O utput (g e a r3)
-r e t a r d-p o w e r: O utput (g e a r3)
e n g tn c-p o w e r:O u tp u t (g e a r4)
r e t a r d-p o w e r: O utput C9〇〇t4)
-e n g in e-p o w e r: O utput (g e a r5)
i e t a r d-p o w e i O utput (g e a r S)
e n g in e-p o w e r:O u tp u t (g e a r6)
r e t a r d-p o w e r: O utput (g e a r6)
249
图3功率平衡图G r a d e C lim bing A bility (n o a c c e l ). P a rt c a r-1
S p e e d[Km/hr]图4最大爬坡度图
由图4看出理论上整车最大爬坡度可以达到50%以上，但是考虑实际的轮胎与地面的附着力以及轮胎是否会打滑，实际上整车最大爬坡度不可能这么大，但肯定大于40%。
4.1.3 0到100km/h加速时间结果如图5所示。
可以看出整车0到100km/h加速时间11.4s，且是在三档达到的。
4.1.4超越加速时间如图6所示。
五档60km/h加速到100km/h超越加速时间为13.29s；
六档80km/h加速到120km/h超越加速时间为18.93s。
4.2经济性分析
整车经济性结果如表2所示。
命iJ
9
M
O
s-
u!
5
u
9
l% l a p e
6
图5百公里加速图
由表2看出整车综合油耗为5.58L/100km。
表2经济性结果
60 km/h 3.32
五档90 km/h 4.5
等速百公里油耗120km/h 6.34 (L/100km)
60 km/h 3.18
六档90 km/h 4.39
120km/h 6.19综合油耗
(L/100km) 5.58
其中N E D C工况整车运行速度如图7所示。
图7为N E D C整车运行工况，其中前四个工况为E C E工况，最后一个工况为E U D C工况。
5主减速比优化
主减速比对整车动力性和经济性影响都很大，小的主减速比可以得到更好的油耗但动力性
会变差，而大的主减速比整车动力性会变好但油
耗会增大。所以可以通过优化主减速比来寻一
个平衡，使整车在保证动力性的前提下油耗最
低。本次优化基于整车对动力性和油耗的需求，
分别选取主减速比为4.024和3.624进行计算。
(表3)
根据上述方案的主减速比，进行了动力性经济性计算，计算结果如表4所示。
由以上计算结果可以看到随着主减速比的增大，整车动力性会提升，但油耗会增大，如果整
车偏向动力性需求，可以选取4.024的主减速比，
如果整车偏向经济性的需求，可以选择3.624的
主减速比，如果同时兼顾动力性与经济性，可以
选取3.824的主减速比。
6结论
①运用GT-SUITEm p建立模型，可以对发动
机、变速器与整车的匹配进行动力性和经济性分
析，同时也可以对速比进行进一步的优化；②随
着主减速比的增加，整车的超越加速时间会明显
提升，但综合油耗也会变差；③主减速比对整车
的超越加速时间和综合油耗影响较大，应该根据
整车对动力性和经济性的需求，来选择合适的主
减速比。
表3主减速比方案
方案主减速比
原方案 3.824
方案一 3.624
方案二 4.024
表4计算结果
序号指标
设计
目标
原方案方案一方案二10-100km/加速-11.411.5511.23
2最高车速km/h-198(五档)197(五档)197(五档）3最大爬坡度->40%>40%>40%
4五档加速60-100km/h-13.2914.2812.45
5六档加速80-120km/h-18.9320.6417.49
6N E D C工况油耗- 5.58 5.49 5.67
参考文献：
[1]周龙宝，高宗英.内燃机学「Ml.北京：机械工业出版社，2005.
「2]陈家瑞.汽车构造「Ml.北京：机械工业出版社,005.
发动机额定功率「3lGamma Technologies.GT-SUITE.Control tutorials,2009.
[4]Gamma Technologies.GT-SUITE.Vehicle Driveline and HEV Tutorials,2009.
「5]余志生.汽车理论「Ml.北京：机械工业出版社，
2010.
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