摘 要：動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)作為影響車(chē)輛動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的重要部件，開(kāi)展傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)車(chē)輛研發(fā)具有重要意義。文中基于Cruise軟件建立了整車(chē)模型，將仿真結(jié)果對(duì)比工信部實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了Cruise軟件所建立的車(chē)輛仿真模型是可靠的。動(dòng)力性計(jì)算指標(biāo)誤差在3%以?xún)?nèi)，燃油經(jīng)濟(jì)性誤差在5%以?xún)?nèi)，具有較高精度。通過(guò)改變傳動(dòng)系統(tǒng)中主減速器傳動(dòng)比和變速器各擋位傳動(dòng)比對(duì)車(chē)輛性能進(jìn)行優(yōu)化，在動(dòng)力性減弱1.82%的情況下，提升了6.97%的經(jīng)濟(jì)性，符合當(dāng)前節(jié)能減排的發(fā)展趨勢(shì)。該研究結(jié)果表明：基于Cruise軟件對(duì)車(chē)輛進(jìn)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(jià)值。

　　關(guān)鍵詞：動(dòng)力性;燃油經(jīng)濟(jì)性;Cruise仿真模擬;優(yōu)化匹配

　　車(chē)輛的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性是綜合評(píng)估汽車(chē)性能的重要指標(biāo)。王銳[1]通過(guò)對(duì)比某車(chē)型的動(dòng)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(jì)算。朱路生[2]針對(duì)輕型卡車(chē)建模仿真，對(duì)比分析了Mule車(chē)和標(biāo)桿車(chē)型，確認(rèn)了Mule車(chē)性能指標(biāo)優(yōu)于標(biāo)桿車(chē)型，具備細(xì)分市場(chǎng)的差異化競(jìng)爭(zhēng)力。王琳[3]基于Cruise軟件仿真分析了某款手動(dòng)擋汽車(chē)，并將仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比研究，驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)建模仿真分析應(yīng)用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研究的可行性。采用軟件仿真并配合試驗(yàn)研究，在整車(chē)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方面取得了較好的應(yīng)用效果。然而，現(xiàn)有基于Cruise軟件對(duì)車(chē)輛傳動(dòng)系統(tǒng)的進(jìn)行優(yōu)化的研究較少，且大部分僅通過(guò)調(diào)節(jié)變速器一擋或最高擋的傳動(dòng)比進(jìn)行優(yōu)化分析，本文通過(guò)設(shè)置不同的變速器各擋位傳動(dòng)比參數(shù)及主減速器比參數(shù)，進(jìn)行組合優(yōu)化，更進(jìn)一步的優(yōu)化了傳動(dòng)系統(tǒng)，綜合提升了車(chē)輛的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。

　　1 理論基礎(chǔ)

　　1.1 動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)

　　動(dòng)力是汽車(chē)最基本最重要的性能。評(píng)價(jià)車(chē)輛動(dòng)力性的幾項(xiàng)重要指標(biāo)即最高車(chē)速、加速時(shí)間、最大爬坡度[4-6]。

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

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

　　由運(yùn)動(dòng)學(xué)可知：

　　dt=1adu;(1)

　　t=∫t0dt=∫μ2μ11adu=A。(2)

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

　　可通過(guò)圖解積分求得車(chē)輛的加速時(shí)間。

　　(3)最大爬坡度imax：車(chē)輛滿(mǎn)載(或某一載荷質(zhì)量)時(shí)在水平良好路面的上坡能力。通常情況下，車(chē)輛1擋的最大爬坡度即汽車(chē)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(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)

　　汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性即在不影響車(chē)輛動(dòng)力性能時(shí)，以較少的油耗進(jìn)行經(jīng)濟(jì)行駛的能力[11]。車(chē)身形狀、發(fā)動(dòng)機(jī)排量與功率、變速器傳動(dòng)比、主減速器傳動(dòng)比等結(jié)構(gòu)參數(shù)都能一定程度的影響汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性[12]。通常使用車(chē)輛行駛100 km的燃油消耗量這一指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)車(chē)輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。

　　等速百公里燃油消耗法的優(yōu)勢(shì)在于測(cè)量較為簡(jiǎn)單，同時(shí)不可避免的劣勢(shì)即這種方法并不能非常全面的做出評(píng)價(jià)，它忽略了車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)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(shí)，車(chē)速穩(wěn)定在某一定值基本是不可能的，車(chē)輛由于復(fù)雜的路況會(huì)頻繁的加速、減速、怠速、起步、停車(chē)。所以，等速百公里油耗法測(cè)量得出的結(jié)論是相對(duì)片面的。實(shí)際的行駛過(guò)程中，由于城市路況的復(fù)雜性，車(chē)輛完全處于等速行駛的狀態(tài)是不現(xiàn)實(shí)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(píng)價(jià)整車(chē)的經(jīng)濟(jì)性是非常符合實(shí)際，更加真實(shí)可信。

　　2 整車(chē)仿真模型的建立

　　奧地利的李斯特內(nèi)燃機(jī)及測(cè)試設(shè)備公司主導(dǎo)研發(fā)的Cruise軟件是現(xiàn)在用戶(hù)最多、運(yùn)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(jì)方法，將車(chē)輛的零部件和總成設(shè)計(jì)為獨(dú)立的模塊，按照車(chē)輛動(dòng)力的傳遞路線(xiàn)來(lái)搭建整車(chē)模型，從而對(duì)車(chē)輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)[15]。

　　搭建Cruise整車(chē)模型的步驟如下：

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

　　(2)根據(jù)車(chē)輛實(shí)際情況，將元件庫(kù)中選中的整車(chē)、輪胎、發(fā)動(dòng)機(jī)、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(chē)各部件間的結(jié)構(gòu)關(guān)系和數(shù)字信號(hào)傳遞流程，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、主減速器等部件進(jìn)行機(jī)械和信號(hào)連接，并進(jìn)行相應(yīng)的檢查校核。

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

　　(5)運(yùn)行計(jì)算任務(wù)并分析仿真結(jié)果。

　　搭建整車(chē)模型的工作流程如圖1所示，整車(chē)模型如圖2所示。

　　在搭建完成的整車(chē)模型各個(gè)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(jì)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(jì)算車(chē)輛的經(jīng)濟(jì)性及排放性能。

　　(2)爬坡性能：該任務(wù)屬于靜態(tài)計(jì)算，可得出整車(chē)在滿(mǎn)載的狀態(tài)下各個(gè)擋位的最大爬坡度，并得到相應(yīng)曲線(xiàn)。

　　(3)穩(wěn)態(tài)行駛：該任務(wù)可計(jì)算車(chē)輛各擋位的性能和最高車(chē)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(jì)算、原地起步連續(xù)換擋加速度計(jì)算、超車(chē)加速度計(jì)算三個(gè)子任務(wù)。

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