某中型貨車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配優(yōu)化與仿真分析

全套設(shè)計(jì)（圖紙）加扣扣194535455摘要隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展和全球環(huán)境保護(hù)意識的加強(qiáng),人們對汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求,對汽車的排放性能的要求也日趨嚴(yán)格。在整車性能評價(jià)過程中，動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性是最基本、最重要的性能指標(biāo)，其好壞直接影響著汽車運(yùn)輸效率與運(yùn)輸成本，因此動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的合理匹配是提高汽車運(yùn)輸效率、降低運(yùn)輸成本和減少廢氣排放的重要措施之一。本課題主要研究某中型貨車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配與優(yōu)化，以提高動(dòng)力性、改善燃油經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)，運(yùn)用AVL-Cruise仿真軟件展開了相應(yīng)的計(jì)算仿真。本文從汽車行駛的基本原理入手，分析了評價(jià)汽車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的基本指標(biāo)，同時(shí)介紹了關(guān)于Cruise軟件建立整車模型的基本思路和方法，以及在仿真任務(wù)中需要注意的關(guān)鍵問題。根據(jù)整車設(shè)計(jì)要求，以及可獲得的總成資源，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器和主減速器等，進(jìn)行多種方案的仿真計(jì)算，通過多方面的對比分析，最終選取最合適的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配方案使整車動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最優(yōu)。關(guān)鍵詞：汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)；動(dòng)力性；燃油經(jīng)濟(jì)性；AVL-Cruise；仿真AbstractWiththeautomobileindustryrapiddevelopmentandglobalawarenessofenvironmentalprotection,strengthen,peopleofautomobilepowerperformanceandfueleconomyproposedhigherrequirements,therequirementsofautomobileemissionperformancebecomesmoreandmorestrict.Intheperformanceassessmentofvehicleintheprocess,thedynamicperformanceandfueleconomyisthemostbasicandmostimportantperformanceindex,itsqualitydirectlyaffectstheautomobiletransportationefficiencyandtransportationcost,sothepowerandeconomyreasonablematchingistoimprovetheefficiencyofautomobiletransportationreducetransportcostsandreducelessemissions,oneoftheimportantmeasures.Themainresearchtopicsmatchingandoptimizationofamedium-sizedtruckdrivetraintoimprovepower,improvedfueleconomyasthegoal,theuseofsimulationsoftwareAVL-Cruiselaunchedthecorrespondingcalculationsimulation.Thebasicprincipleofthetextfromthecarswiththestartoftheevaluationofvehicledynamicsanalysisandbasicindicatorsoffueleconomy,aswellasintroducethebasicideasandmethodsofsoftwareonCruiseestablishmentofvehiclemodels,aswellasthekeyissuesinthesimulationtasksthatneedattention.Accordingtovehicledesignrequirements,aswellasassemblyresourcesavailable,includingtheengine,transmissionandfinaldrive,etc.,aresimulatedavarietyofprogramsthroughawiderangeofcomparativeanalysis,andultimatelyselectthemostappropriatepowertrainmatchingprogramenablesvehicledynamicsandoptimalfueleconomy.Keywords:VehiclePowertransmissionsystem;

dynamicperformance;Fueleconomy;AVL-Cruise;Simulation目錄TOC\o"1-3"\h\u14215第一章概論 -39-概論1.1背景和意義隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，近十幾年來全世界汽車保有量急速上升，從而汽車對能源的需求越來越大，汽車排放物也不斷增加，對環(huán)境的污染也越來越嚴(yán)重。貨車作為一種高效的運(yùn)輸工具，在人類的日常生活中發(fā)揮著舉足輕重的作用。相對于轎車來說，貨車發(fā)動(dòng)機(jī)排量、整車質(zhì)量以及能量損失率相對較大，因此對能源的需求量和對環(huán)境的影響也較大。所以降低貨車燃油的消耗和廢氣污染物的排放，提高其運(yùn)輸效率變得尤為重要。影響汽車燃油消耗以及廢氣污染物排放的四個(gè)主要因素分別是：整車的性能、交通狀況、道路特征和駕駛行為，不管是從那一個(gè)方面進(jìn)行研究對降低汽車油耗和減少排放都有一定的意義。對于貨車而言目前主要有以下幾大因素影響其燃油消耗和排放：貨車在滿載和空載兩種運(yùn)行狀態(tài)下質(zhì)量相差較大從而運(yùn)輸效率就相差很大（也就是比功率相差較大）；貨車行駛時(shí)有時(shí)候道路條件相對比較差，要適應(yīng)各種不同的道路條件，設(shè)計(jì)上很難保證在所有的道路條件上使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最好狀態(tài)；貨車運(yùn)行工況經(jīng)常復(fù)雜多變，主要是頻繁的加速、減速、換擋，這也對設(shè)計(jì)增加了難度。綜合這些因素來考慮，發(fā)動(dòng)機(jī)就會很難工作在最佳工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作范圍遠(yuǎn)離最佳工況時(shí)就會造成大量的燃油消耗和排放，降低其工作效率[1]。對于整車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)來說并不是每一個(gè)總成或著零部件的性能好了就會使整個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)性能增加，只有在各個(gè)零部件以及總成合理匹配的情況下才能使整個(gè)系統(tǒng)發(fā)揮最佳的性能。汽車動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性的好壞,在很大程度上取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和傳動(dòng)系型式結(jié)構(gòu)及參數(shù)的合理選擇,也就是動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析和參數(shù)優(yōu)化。在我國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與建立的過程中,由與各種因素的并存,往往發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)廠家和底盤的生產(chǎn)廠家并不屬于同一企業(yè)。從而怎樣使發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)與底盤的性能參數(shù)進(jìn)行最佳匹配,使整車具有較好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性,在整車的傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配過程中就顯得尤為重要。這就需要進(jìn)行合理的匹配與優(yōu)化，才能達(dá)到整車目標(biāo)要求。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀對于貨車動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性的匹配，我國在這一方面做的研究相對來說比較少，起步也比較晚。我國各大汽車公司以及高校在借鑒國外研究成果的基礎(chǔ)上，著重在傳動(dòng)系各結(jié)構(gòu)參數(shù)的選型與優(yōu)化和評價(jià)指標(biāo)等方面進(jìn)行了深入研究，也獲得了一定的研究成果。清華大學(xué)戈平和劉惟信等在對汽車傳動(dòng)系與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配優(yōu)化研究過程中，通過相應(yīng)的匹配優(yōu)化分析，提出了一套汽車整車匹配優(yōu)化分析方法，用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法使發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的參數(shù)作最佳匹配,并討論了優(yōu)選傳動(dòng)系參數(shù)與給定的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)匹配和優(yōu)選發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)與給定的傳動(dòng)系作最優(yōu)匹配的幾種方法，顯著改善了汽車的整車綜合性能[2]。我國利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化相對比較落后，由于測試、計(jì)算工具有限，只能利用計(jì)算機(jī)對一些特定工況，如穩(wěn)態(tài)等速油耗做一些定性和定量的分析計(jì)算，在確定方案后進(jìn)行新產(chǎn)品的試制和測試，如果測試結(jié)果沒有達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，又需要重新改進(jìn)方案、重新試制、再測試，這樣開發(fā)周期較長，也會耗費(fèi)較多的人力和物力[3]。如果遇到較為復(fù)雜的工況很難利用簡單的工具進(jìn)行計(jì)算分析。國內(nèi)目前在整車動(dòng)力性仿真技術(shù)上暫時(shí)還沒有一套比較完備的仿真軟件，大部分企業(yè)采用國外的軟件進(jìn)行動(dòng)力傳動(dòng)系仿真，應(yīng)用最廣的有AVLCruise和GT-SUITE。1.2.2國外研究現(xiàn)狀國外關(guān)于汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的匹配技術(shù)以及相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型研究從20世紀(jì)60年代中期就已經(jīng)開始了，并開發(fā)了幾款仿真模擬分析軟件。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷更新與發(fā)展，國外有相當(dāng)一部分汽車科研單位和大型汽車企業(yè)開始致力于模擬仿真技術(shù)的研究和仿真軟件的開發(fā)，并將仿真技術(shù)與實(shí)車試驗(yàn)相結(jié)合，很大程度上推動(dòng)了汽車傳動(dòng)系統(tǒng)匹配技術(shù)的發(fā)展。1972年美國通用汽車公司首先開發(fā)了汽車整車性能模擬程序GPSIM，該程序可以模擬計(jì)算給定循環(huán)工況下的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器的運(yùn)行工況和性能以及燃油經(jīng)濟(jì)性。用戶以GPSIM為平臺,通過結(jié)合穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和整車參數(shù),建立各種車輛的模擬計(jì)算模型,對車輛的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行模擬計(jì)算分析[4]。美國的GammaTechnologies公司開發(fā)的一款仿真軟件GT-SUIT以及奧地利的AVL公司開發(fā)的CRUISE軟件都用模塊化的設(shè)計(jì)方法，按照動(dòng)力傳遞的路線進(jìn)行建模和仿真，將整車的各零部件和總成設(shè)計(jì)成獨(dú)立的模塊，對汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放性和制動(dòng)性等進(jìn)行分析和預(yù)測。其中比較經(jīng)典的是AVL-CRUISE軟件，用它可以建立任意種類汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)還可以將汽車的變速器、主減速器、發(fā)動(dòng)機(jī)和輪胎等總成的參數(shù)進(jìn)行多方案的選擇，另外，對于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車與純電動(dòng)汽車，用它也可以進(jìn)行仿真分析，對于這兩類車輛的控制系統(tǒng)的模擬計(jì)算與優(yōu)化分析是很方便實(shí)現(xiàn)的。1.3本文主要研究內(nèi)容本文從汽車行駛的基本原理入手，分析了評價(jià)汽車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的基本指標(biāo)，同時(shí)介紹了關(guān)于Cruise軟件建立整車模型的基本思路和方法，以及在仿真任務(wù)中需要注意的關(guān)鍵問題。根據(jù)整車設(shè)計(jì)要求，以及可獲得總成資源，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器和主減速器等，進(jìn)行多種方案的仿真計(jì)算，通過多方面的對比分析，最終選取最合適的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配方案使整車動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最優(yōu)。

汽車行駛基本原理與方程2.1汽車行駛的基本原理汽車在行駛過程中由發(fā)動(dòng)機(jī)來提供動(dòng)力，經(jīng)過復(fù)雜的動(dòng)力傳遞，最終將動(dòng)力傳遞給車輪，由車輪驅(qū)動(dòng)汽車行駛。對于普通的貨車來說，動(dòng)力的基本傳遞路線為：發(fā)動(dòng)機(jī)-離合器-變速箱-萬向節(jié)-傳動(dòng)軸-萬向節(jié)-主減速器-差速器-左右半軸-左右車輪。當(dāng)然發(fā)動(dòng)機(jī)將動(dòng)力傳遞給車輪，車輪要驅(qū)動(dòng)汽車正常行駛還受到輪胎與地面附著條件的限制。汽車要發(fā)揮很好的動(dòng)力性，只有在輪胎-路面有足夠大的附著力時(shí)才能成立[5]。2.1.1汽車行駛的驅(qū)動(dòng)力車輛行駛的動(dòng)力源是發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動(dòng)系傳到驅(qū)動(dòng)輪，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，驅(qū)動(dòng)輪在的作用下給地面作用一圓周力，地面對驅(qū)動(dòng)輪的反作用力為驅(qū)動(dòng)力[5]。（2.1）式中，, 變速器傳動(dòng)比, 主減速器速比, 傳動(dòng)效率, 車輪半徑（m)。2.1.2汽車行駛的阻力汽車在行駛過程中受到來自不同因素的阻力，主要有滾動(dòng)阻力、空氣阻力、坡道阻力以及加速阻力，把這些阻力統(tǒng)稱為汽車行駛阻力。因此，汽車行駛的總阻力為：（2.2）在上面的行駛阻力中，滾動(dòng)阻力和空氣阻力是任何條件下都存在的，坡道阻力和加速阻力僅在一定的條件下存在，在水平路面上等速行駛時(shí)就沒有。（1）滾動(dòng)阻力[5]，是由于彈性輪胎在硬路面上滾動(dòng)時(shí)，輪胎發(fā)生彈性變形，與此同時(shí)輪胎內(nèi)部摩擦產(chǎn)生彈性遲滯損失，使輪胎變形時(shí)對它做的功不能完全收回，因此就損失了一部分能量，這種損失稱為彈性物質(zhì)的遲滯損失。由于存在這樣的彈性遲滯損失，車輪在滾動(dòng)時(shí)總是接地點(diǎn)受力大，因此就產(chǎn)生了一個(gè)比較大的滾動(dòng)阻力矩，阻礙車輪滾動(dòng)。因此滾動(dòng)阻力可以表示為： （2.3）式中，為垂直載荷（N）， 為滾阻系數(shù)。（2）空氣阻力[5]，是由于汽車直線行駛時(shí)受到空氣的作用力在行駛方向上的分力，主要包含兩部分內(nèi)容：壓力阻力和摩擦阻力。壓力阻力是作用在汽車外形表面上的法向壓力的合力在行駛方向的分力；摩擦阻力是由于空氣的粘性在車身表面產(chǎn)生的切向力的合力在行駛方向的分力[5]。在汽車行駛范圍內(nèi)，空氣阻力的數(shù)值通常都總結(jié)成與氣流相對速度的動(dòng)壓力，成正比形式，即 （2.4）式中，為空氣阻力系數(shù)， A為迎風(fēng)面積（），為空氣密度，一般=1.2258，為相對速度（m/s）。當(dāng)車輛在無風(fēng)條件下行駛時(shí)，即為汽車行駛速度（km/h）,則空氣阻力 (2.5)（3）汽車的坡道阻力[5]是由于汽車在上坡時(shí)，汽車重力沿坡道的分力，即 （2.6）式中，為作用與汽車上的重力，=mg,m為汽車質(zhì)量，g為重力加速度，當(dāng)比較小的時(shí)候，，為坡度。（4）汽車在加速行駛時(shí),由于其質(zhì)量加速而產(chǎn)生的慣性力稱為加速阻力[5]。包含汽車平移質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力以及旋轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力偶矩,一般把旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力偶矩轉(zhuǎn)換為平移質(zhì)量的慣性力,則汽車加速阻力可以表示為: （2.7）式中，為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)， 為行駛加速度（）。的大小不僅與飛輪、車輪等的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān),還與傳動(dòng)系的傳動(dòng)比有關(guān)。的計(jì)算公式為: （2.8）式中,為車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（），為飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（），為主減速器傳動(dòng)比,為變速器傳動(dòng)比。2.2汽車行駛方程根據(jù)上面對驅(qū)動(dòng)力、行駛阻力的分析，可以得到汽車行駛方程為： 或（2.9）這個(gè)等式表示了無風(fēng)天氣、良好路面上行駛汽車的驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力的關(guān)系，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的特性、變速器傳動(dòng)比、主減速器速比、傳動(dòng)效率、車輪半徑、空氣阻力系數(shù)、汽車迎風(fēng)面積以及汽車質(zhì)量初步確定之后，便可以利用此公式分析在附著性能良好的典型路面上的行駛能力[5]。

動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性評價(jià)指標(biāo)3.1汽車的動(dòng)力性評價(jià)指標(biāo)汽車的動(dòng)力性指汽車在良好路面上直線行駛時(shí)由汽車受到的縱向力決定的、所能達(dá)到的平均行駛速度。從獲得盡可能高的平均行駛速度的觀點(diǎn)出發(fā)，汽車的動(dòng)力性主要可由三方面的指標(biāo)來評定，即：汽車的最高車速，汽車的加速時(shí)間，汽車的最大爬坡度。3.1.1最高車速最高車速是汽車動(dòng)力性評價(jià)一個(gè)重要指標(biāo)，它是指在水平良好路面（瀝青或混凝土）上汽車所能達(dá)到的最高行駛車速。最高車速代表了汽車極限行駛工況，有空載最高車速和滿載最高車速之分，汽車在實(shí)際行駛中很少達(dá)到此車速。對載貨汽車而言，平常所說的最高車速指的是滿載最高車速，它是在坡度和加速度都為零的情況下獲得的，此時(shí)的行駛方程式可寫成： (3.1)而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車速的關(guān)系為 （3.2）在計(jì)算中最高車速一般是通過功率平衡圖獲得的，即行駛阻功率曲線與發(fā)動(dòng)機(jī)使用外特性（功率）曲線交點(diǎn)所對應(yīng)的車速。對于貨車來說，一般行駛在城郊或高速公路上，為了提高其運(yùn)輸效率，一般將最高車速設(shè)計(jì)在80-120km/h之間[6]。3.1.2加速時(shí)間汽車的加速能力是通過加速時(shí)間來體現(xiàn)的，常用原地起步加速時(shí)間與超車加速時(shí)間來表明汽車的加速能力。原地起步加速時(shí)間[5]是指汽車由1檔或2檔起步，以最大的加速度加速，逐步換檔到最高檔后到某一預(yù)定的距離或車速所需要的時(shí)間；超車加速時(shí)間是用最高檔或者次高檔由某一較低的車速全力加速到某一高速所需時(shí)間[5]。超車加速能力有的釆用以最高擋或次高擋從30km/h或40km/h全力加速至某預(yù)定高速所需要的時(shí)間。在國家標(biāo)準(zhǔn)《汽車加速性能試驗(yàn)方法》中規(guī)定了預(yù)定車速[7],最高擋最高車速的90%以上,如果以最高車速100km/h計(jì)算,就可以把90km/h作為預(yù)定車速,對中型貨車而言90km/h的速度是可以達(dá)到的,而原地起步的加速時(shí)間就可以考慮按照從0加速到90km/h的加速時(shí)間來衡量。3.1.3爬坡性能爬坡能力也是動(dòng)力性評價(jià)指標(biāo)的重要組成部分，它是指汽車在某一載貨質(zhì)量或滿載的情況下在良好道路上所能行駛最大坡度。最大爬坡度一般都是用一檔行駛的最大坡度，另外，還可以用在一定坡度下汽車所能達(dá)到的最大車速來評價(jià)爬坡能力[8]。貨車經(jīng)常在各種地區(qū)的各種道路上行駛，因此它必須具有足夠的爬坡能力才行，一般來說在30%（）左右[5]。3.2汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性評價(jià)指標(biāo)在保證動(dòng)力性的前提條件下，汽車以盡量少的燃油消耗量經(jīng)濟(jì)行駛的能力，稱作汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。貨車燃油經(jīng)濟(jì)性的好壞直接影響著運(yùn)輸成本高低，以及對能源的浪費(fèi)；同時(shí)也影響著廢氣污染物的排放。貨車的燃油經(jīng)濟(jì)性常用一定運(yùn)行工況下汽車行駛百公里的燃油消耗來衡量，主要有等速百公里油耗、加速油耗、指定道路油耗以及定工況油耗等幾種。3.2.1等速百公里油耗貨車等速百公里油耗是指貨車在滿載狀態(tài)下，以指定檔位在水平良好路面上等速行駛的燃油消耗量。通常情況下測試每隔10km/h或20km/h速度間隔的等速燃油消耗量，然后在圖上連成曲線，這條線稱為等速百公里燃油消耗量曲線，可以用它來評價(jià)燃油經(jīng)濟(jì)性。一般在計(jì)算中可以根據(jù)等速行駛車速及阻力功率，在發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性圖上可以找到唯一與之對應(yīng)的轉(zhuǎn)速與功率點(diǎn)，相應(yīng)地就可找到該點(diǎn)的燃油消耗率，從而計(jì)算出以該車速等速行駛時(shí)單位時(shí)間內(nèi)燃油消耗量[5]（單位為）為 由上式可以得到等速百公里燃油消耗量（）為 （3.3）式中，為阻力功率為燃油消耗率 為燃油的密度（kg/L）,對于柴油可取7.94-8.13N/L3.2.2多工況油耗車輛在道路上行駛往往都是多工況運(yùn)行的，所以等速燃油經(jīng)濟(jì)性并不能完全反映汽車實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，這就需要多工況綜合起來考慮其燃油經(jīng)濟(jì)性，其中包括等加速行駛工況、等減速行駛工況以及怠速停車工況。因此有很多國家都制定了相應(yīng)的典型循環(huán)行駛工況實(shí)驗(yàn)來模擬汽車實(shí)際運(yùn)行工況,并將其百公里燃油消耗作為評定相對應(yīng)行駛工況的燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。一般情況下循環(huán)工況都必須規(guī)定車速與時(shí)間的行駛規(guī)范,比如,什么時(shí)候換擋、什么時(shí)候制動(dòng)以及行駛的速度和加速度等數(shù)值。通過對整個(gè)循環(huán)工況的燃油消耗量進(jìn)行累加，我們就可以得到循環(huán)工況的百公里燃油消耗量計(jì)算公式： （3.4）式中，為所有過程油耗量之和（）；為整個(gè)循環(huán)行駛的距離（m）3.3綜合評價(jià)汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性評價(jià)指標(biāo)實(shí)際上是相互制約的，那么這就要求動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性有一個(gè)良好的匹配，也就是在保證必要的動(dòng)力性的前提下，讓發(fā)動(dòng)機(jī)工作在經(jīng)濟(jì)性較好的或最好的區(qū)域，為了達(dá)到這樣的目標(biāo)就要對動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化[9]。目前常見的幾種優(yōu)化方法主要有：(一)加權(quán)系數(shù)法：將驅(qū)動(dòng)功率損失率和汽車能量利用率的加權(quán)值作為綜合效率評價(jià)指標(biāo)，可根據(jù)自己設(shè)計(jì)的具體情況和對汽車性能的主要要求進(jìn)行確定，也可以根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來確定[10]；（二）C曲線法[5]：以循環(huán)工況油耗代表燃油經(jīng)濟(jì)性，以原地起步加速時(shí)間代表動(dòng)力性，得到不同傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)下的燃油經(jīng)濟(jì)性—加速時(shí)間曲線。

CRUISE軟件介紹及整車建模仿真4.1Cruise功能簡介奧地利AVL公司開發(fā)的AVL-Cruise軟件主要用于各種車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)仿真分析，它可以分析整車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放性以及制動(dòng)性。它具有模塊化的建模功能，將整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的分解成多個(gè)模塊，每個(gè)模塊又有多種不同的類型，通過不同的組合連接方式，因此可以搭建多種車型的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。其操作界面友好，用戶很容易就能理解，它主要運(yùn)用拖拽式建模方法，將每個(gè)模塊拖拽到主窗口，雙擊每個(gè)模塊，又可以隨便改變每個(gè)模塊的特性參數(shù)，模塊與模塊之間又可以運(yùn)用物理連接和信號連接，方便快捷。該軟件還具備了與其他軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真的接口[11]，可以滿足用戶多種多樣的要求。Cruise的操作界面如圖4.1所示，主要由下拉菜單、模型區(qū)域、部件組、項(xiàng)目目錄樹以及數(shù)據(jù)總線彩線條等組成。圖4.1Cruise的操作界面在模型搭建完成之后，就可以添加多種做樣的計(jì)算任務(wù)，主要有:MaximumTractionForce（最大牽引力計(jì)算）、CycleRun(循環(huán)工況)、FullLoadAcceleration（全負(fù)荷加速性能）、ConstantDrive（穩(wěn)態(tài)工況行駛）、ClimbingPerformance（爬坡性能）、Cruising（巡航行駛工況）和Brake/Coast/Thrust（制動(dòng)/滑行/倒拖）七大類計(jì)算任務(wù)，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要選擇相應(yīng)的計(jì)算任務(wù)進(jìn)行計(jì)算。4.2Cruise仿真流程介紹Cruise仿真流程圖如圖4.2所示，可以分為以下幾個(gè)最基本的步驟來進(jìn)行：（1）生成項(xiàng)目方案，建立一個(gè)NewProject和一個(gè)NewVersion;（2）建立車輛模型，在組件庫中選擇所需的組件拖拽到建模窗口，最基本的模塊包括：整車、發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱、主減速器、差速器、制動(dòng)器、輪胎、駕駛員以及監(jiān)視器等；（3）進(jìn)行能量連接，將各組件的連接鍵移動(dòng)到合適的位置進(jìn)行機(jī)械連接；（4）在各個(gè)模型中輸入數(shù)據(jù)，其中為了節(jié)省時(shí)間可以在每個(gè)模塊的屬性里面選擇與仿真有關(guān)的參數(shù)界面，一些對結(jié)果沒有影響的參數(shù)可以對其進(jìn)行屏蔽，比如在發(fā)動(dòng)機(jī)模塊我們可以根據(jù)計(jì)算任務(wù)的需求來選擇動(dòng)力性計(jì)算、經(jīng)濟(jì)性計(jì)算、排放性計(jì)算還是多種計(jì)算任務(wù)模式；（5）進(jìn)行信號連接，機(jī)械連接完成后，雙擊建模區(qū)域底部的彩色線條（紅綠藍(lán)），打開DataBus窗口。DataBus會傳遞各組件需要的數(shù)據(jù)和信號，在DataBus中，藍(lán)色信號表示必連項(xiàng)，黑色的項(xiàng)目是可選項(xiàng)，用戶可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行連接；（6）添加計(jì)算任務(wù)，根據(jù)仿真需求添加必要的計(jì)算任務(wù)，在每個(gè)計(jì)算任務(wù)中需要設(shè)置相應(yīng)的駕駛員模型、道路環(huán)境模型，在循環(huán)工況中還需要添加路譜；（7）運(yùn)行計(jì)算，在這里也可以選擇已經(jīng)建立好的任務(wù)對其進(jìn)行是否運(yùn)行它的選擇，有時(shí)候這樣可以節(jié)省計(jì)算時(shí)間；（8）查看瀏覽結(jié)果，在ResultManager文件夾下選擇要查看的組件（如Engine組件），計(jì)算結(jié)果會在右邊的窗口顯示，在ResultManager/messages/result.log中可以查看其它文本結(jié)果。圖4.2Cruise仿真流程圖此仿真流程是一般模型最基本的仿真步驟，根據(jù)仿真任務(wù)的復(fù)雜程度有時(shí)會有差別，本文只介紹貨車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的基本仿真流程。4.3貨車仿真模型建立4.3.1動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)模型建立貨車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)一般都采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的形式，從Cruise軟件模型庫里提取相應(yīng)的模塊，并按照動(dòng)力傳遞路線，建立4×2貨車的整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)模型如圖4.3。圖4.3整車模型對與圖中各模塊的介紹見表4.1。表4.1整車各模塊介紹序號模塊名稱模塊代表部件1 truck 整車模塊2 Engine發(fā)動(dòng)機(jī)模塊3 DryClutch 離合器模塊4 6-speedGear-Box 6檔手動(dòng)變速器5FD 主減速器模塊6 Vehicle:frontleft左前輪模塊7Vehicle:frontright右前輪模塊8（10） Vehicle:rearright右后輪模塊9（11）Vehicle:rearleft左后輪模塊12-15 Drumbrake鼓式制動(dòng)器模塊16 Differential差速器模塊17 Cockpit駕駛員模塊18Monitor監(jiān)視器模塊上述表格中是一個(gè)仿真車輛最基本的模塊，對于不同類型的車輛以及仿真任務(wù)的要求，仿真模塊還有增加。4.3.2整車模型建立在AVL-cruise中整車模型的建立只需要在整車模塊中輸入相應(yīng)的一些整車參數(shù)就可以了，主要有油箱容積、軸距、牽引點(diǎn)到前軸的距離、實(shí)驗(yàn)臺架支點(diǎn)高度、整備質(zhì)量、滿載質(zhì)量、迎風(fēng)面積、空阻系數(shù)、前后輪舉升系數(shù)以及空載、半載、滿載狀態(tài)下整車重心到前軸距離、重心高度、鞍點(diǎn)高度、前后輪充氣壓力等。具體參數(shù)見表4.2所示。表4.2整車基本參數(shù)整車參數(shù)外形尺寸（mm） 8350×2330×2650整備質(zhì)量（kg） 4510空載前軸軸荷（kg） 2330空載后軸軸荷（kg）2180滿載質(zhì)量（kg） 9695載質(zhì)量（kg） 5185滿載前軸軸荷（kg）3440滿載后軸軸荷（kg） 6255迎風(fēng)面積（） 5.4空氣阻力系數(shù) 0.61軸距（mm） 4700將表4-2中的參數(shù)輸入車輛模塊中如圖4.4所示。圖4.4車輛模塊輸入界面需要說明的一點(diǎn)是軸距、滿載質(zhì)量以及重心到前軸的距離對動(dòng)力性仿真結(jié)果影響較大，這些參數(shù)的設(shè)置需要格外注意。4.3.3發(fā)動(dòng)機(jī)模型建立發(fā)動(dòng)機(jī)模塊是整個(gè)模型的關(guān)鍵部分，整個(gè)仿真的準(zhǔn)確性很大程度上由發(fā)動(dòng)機(jī)模塊的數(shù)據(jù)來決定，所以該模塊對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性要求相對比較高。其主要參數(shù)包括：發(fā)動(dòng)機(jī)類型（EngineType）、是否帶有增壓系統(tǒng)（Charger）、排量（EngineDisplacement）、怠速（IdleSpeed）、最高轉(zhuǎn)速（MaximumSpeed）、發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸數(shù)（NumberofCylinders）、沖程數(shù)（NumberofStrokes）、部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（InertiaMoment）達(dá)到全功率響應(yīng)時(shí)間（Responsetime）、燃油類型（FuelType）、燃油熱值（HeatingValue）、燃油密度（FuelDensity）、怠速耗油量（Consumption）等。其輸入界面如圖4.5所示。圖4.5發(fā)動(dòng)機(jī)模塊輸入界面根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)廠家提供的主要數(shù)據(jù)（見表4.3），將其輸入圖4.4所示的界面中，同時(shí)我們還需要廠家在臺架實(shí)驗(yàn)上所測的的發(fā)動(dòng)機(jī)的全負(fù)荷特性數(shù)據(jù)輸入FullLoadcharacteristic得到外特性曲線，見圖4.6，以及根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)外特性MAP圖轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的參數(shù)將其輸入EngineMapsBasic中，見圖4.7。對于發(fā)動(dòng)機(jī)模塊來說在全部的模塊中屬于比較復(fù)雜的一個(gè)，所以為了簡化建模數(shù)據(jù)可以在其屬性中自行設(shè)置需要計(jì)算的任務(wù)，把那些跟自己現(xiàn)在仿真任務(wù)無關(guān)的參數(shù)界面可以進(jìn)行屏蔽，這樣就節(jié)省了建模時(shí)間。表4.3發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)內(nèi)容參數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)形式 直列四缸，渦輪增壓，空空中冷發(fā)動(dòng)機(jī)排量（L） 3.9氣缸數(shù) 4最大功率（Kw） 118/2500最大扭矩（N.m） 510/1500最大轉(zhuǎn)速（r/min） 2500怠速轉(zhuǎn)速（r/min） 600-800壓縮比 17.3:1排放標(biāo)準(zhǔn) 國Ⅲ缸徑*行程（mm） 102*120圖4.6發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線圖4.7發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性Map圖參數(shù)需要說明的一點(diǎn)是我們沒有現(xiàn)成的發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦功數(shù)據(jù)，所以這一部分?jǐn)?shù)據(jù)要在發(fā)動(dòng)機(jī)模塊的屬性中自行設(shè)置，需要軟件自行差值來實(shí)現(xiàn)。4.3.4變速器模型建立變速器是保證汽車在不同行駛條件下，用以改變發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，使汽車具有足夠的牽引力和速度，同時(shí)要保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳工況之內(nèi)的重要部件，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方向不變的前提下要使汽車倒駛。這一模型的建立最主要的參數(shù)就是各檔位的速比，可以根據(jù)自己設(shè)計(jì)的變速器各檔位參數(shù)或者由變速器廠家所提供的參數(shù)輸入到該模塊中，如圖4.8。圖4.8變速器參數(shù)輸入界面在本次動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性匹配的任務(wù)中我們選取同一廠家的3款不同參數(shù)的變速器來做匹配，其主要參數(shù)見表4.4。表4.4變速器各檔位參數(shù)檔位123456A1款5.7133.435 2.1921.461 10.782B1款6.5153.9712.3461.47110.795C1款7.6404.9383.1272.0161.38914.3.5主減速器模型建立主減速器主要功用是進(jìn)一步降低發(fā)動(dòng)機(jī)所輸出的轉(zhuǎn)速增大轉(zhuǎn)矩，可以減輕變速器的壓力，同時(shí)也可以使變速器小型化。在本次任務(wù)中主減速器的參數(shù)也是根據(jù)供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)，見表4.5，來進(jìn)行匹配。表4.5主減速器參數(shù) 類型速比 A2款 4.875B2款 5.125C2款 5.286主減速器模型輸入界面相對比較簡單，里面只需要輸入重要的主減速器速比和主減速器傳動(dòng)效率即可，在這里不做過多介紹。4.3.6輪胎模型建立車輪是汽車與道路直接接觸的部件，除傳遞著汽車與地面間的力和力矩外，還具有支撐整車重量、緩沖路面的沖擊、產(chǎn)生制動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)力、提供側(cè)向附著力的功能。因此在該模型的建立中主要參數(shù)是車輪的滾動(dòng)半徑和滾阻系數(shù)隨車速的變化值。該任務(wù)車輛輪胎的滾動(dòng)半徑為469mm,其滾動(dòng)阻力系數(shù)隨車速（）的變化關(guān)系式為：（4.1）根據(jù)以上參數(shù)和公式建立輪胎的模型，見圖4.9。圖4.9輪胎主要參數(shù)界面對于輪胎模型來說我們需要注意的一點(diǎn)就是，要準(zhǔn)確知道其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量這一轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是輪胎和輪輞一起的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，同時(shí)還要準(zhǔn)確輸入其滾動(dòng)半徑，這兩個(gè)參數(shù)對原地起步加速仿真結(jié)果有一定的影響。4.3.7駕駛員模型建立在整車仿真中，汽車所有的運(yùn)行姿態(tài)都是由駕駛員來操作的，駕駛員利用加速踏板、離合器踏板以及制動(dòng)踏板這幾個(gè)之間的相互配合來適應(yīng)汽車在不同環(huán)境下的運(yùn)行模式。在Cruise軟件中Cockpit模塊是駕駛員和整車的接口，同時(shí)需要定義一些參數(shù)以此來模擬真實(shí)駕駛，比如換擋姿態(tài)、最大制動(dòng)力、變速器檔位數(shù)量以及加速踏板特性曲線、制動(dòng)踏板特性曲線、離合器踏板特性曲線。4.4信號連接信號連接是車輛仿真建模任務(wù)中較為關(guān)鍵的部分之一。如果要正確建立整車車各子系統(tǒng)之間的信號連接關(guān)系,需要對整車各個(gè)系統(tǒng)之間的連接關(guān)系、控制關(guān)系、信息傳遞關(guān)系以及汽車動(dòng)力學(xué)有很深的理解。該貨車模型,駕駛室(Cockpit)需耍的轉(zhuǎn)速信號來自于發(fā)動(dòng)機(jī)（Engine）的轉(zhuǎn)速；發(fā)動(dòng)機(jī)(Engine)需要的負(fù)荷信號、制動(dòng)器(Brake)需要的制動(dòng)壓力、起動(dòng)開關(guān)(StartSwitch)信號、離合器(Clutch)需要的結(jié)合程度和以及變速器(GearBox)需要的檔位信號都來自于駕駛室(Cockpit)。打開建模窗口下方的彩色線條，數(shù)據(jù)總線就會顯示,如圖4.10所示。圖4.10信號連接圖在DataBus中，藍(lán)色信號表示必連項(xiàng)，黑色的項(xiàng)目是可選項(xiàng)，用戶可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行連接。4.5定義貨車計(jì)算任務(wù)在所有的模型都建立好，物理連接、信號連接都完成之后就是定義計(jì)算任務(wù)，在ProjectDate文件夾下就可以添加計(jì)算任務(wù)。本文主要研究貨車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，因此只需要定義以下幾項(xiàng)任務(wù)就可以了，如圖4.11。圖4.11計(jì)算任務(wù)每個(gè)計(jì)算任務(wù)的文件夾下面都有行駛路況（Course）和駕駛員參數(shù)（Driver）子文件。行駛路況中需要對道路的環(huán)境參數(shù)如周圍溫度、空氣的密度、濕度、道路摩擦系數(shù)、大氣壓力、風(fēng)速等進(jìn)行定義,當(dāng)然我們也可以選擇系統(tǒng)自帶的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。駕駛員參數(shù)就需要定義啟動(dòng)方式、換擋方式、換擋時(shí)間、加速踏板一些特性等。在定義動(dòng)力性計(jì)算任務(wù)時(shí)最主要的就是換擋規(guī)律的定義，不同的換擋規(guī)律對計(jì)算結(jié)果有著很大的影響；同時(shí)定義油耗計(jì)算任務(wù)時(shí)不但要注意換擋規(guī)律而且還要定義相應(yīng)的工況。4.5.1定義換擋規(guī)律在仿真計(jì)算任務(wù)中最關(guān)鍵的參數(shù)設(shè)置就是換擋方式和換擋點(diǎn)的添加，在動(dòng)力性計(jì)算任務(wù)中為了使汽車發(fā)揮最佳的動(dòng)力性需要添加動(dòng)力性換擋策略，相應(yīng)的在燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算任務(wù)中就需要添加最佳經(jīng)濟(jì)性換擋策略。在Cruise計(jì)算任務(wù)中通常有四種換擋方式供我們選擇，即根據(jù)最大加速度換擋（AccordingtoMaximumAcceleration）、根據(jù)車速換擋(AccordingtoVelocity)、根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速換擋(AccordingtoSpeed)以及根據(jù)下一檔位發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速換擋(AccordingtoDesiredGear)。如果采用最大加速度換檔模式，就不需要定義換檔點(diǎn)，每個(gè)檔位的換檔時(shí)刻在計(jì)算加速度的時(shí)候就可以得出,需要注意的是在做原地起步加速換檔計(jì)算的時(shí)候,如果選擇這一換檔策略，就需要與每個(gè)檔位加速度一起進(jìn)行計(jì)算。但在計(jì)算的過程中可能出現(xiàn)換檔換不上去的問題[12]，通常我們只是在計(jì)算加速的任務(wù)中選擇這一換擋方式，而在其他計(jì)算任務(wù)中不選擇這種換檔方法。根據(jù)車速換檔策略是通過定義向上換檔期望車速和向下?lián)Q檔期望車速值來實(shí)現(xiàn)的。這種換擋方式存在一個(gè)問題，就是在有不同種傳動(dòng)系統(tǒng)總成組合使用時(shí),每一個(gè)檔位的車速范圍可能會不相同,在做矩陣運(yùn)算時(shí)無法對每一種組合的換檔車速去進(jìn)行定義,所以說在傳動(dòng)系統(tǒng)比較復(fù)雜檔位較多的車型中不考慮使用這種換檔方法，但是對于現(xiàn)在這種只具有6個(gè)檔的傳統(tǒng)的車型來說我們在做原地起步加速計(jì)算任務(wù)、換擋加速超車任務(wù)時(shí)可以使用這一換擋策略。需要注意的一點(diǎn)就是換擋點(diǎn)的定義需要在加速度計(jì)算結(jié)果中提取，只能在加速度計(jì)算完成之后我們可以在計(jì)算結(jié)果分析中查到系統(tǒng)建議的在每個(gè)檔位下的最佳動(dòng)力性換擋車速。對于綜合工況油耗計(jì)算和等速百公里油耗計(jì)算任務(wù)來說也可以使用這一換擋策略，麻煩的就是同樣需要在前面計(jì)算的結(jié)果中提取每個(gè)檔位的最低穩(wěn)定車速，這一車速就是每個(gè)檔位向上換擋期望車速和上一檔位的向下?lián)Q擋期望車速。需要注意的是向下?lián)Q擋車速應(yīng)略高于向上換擋車速值。4.5.2定義循環(huán)工況不論是我國還是聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會都制定了相應(yīng)的燃油經(jīng)濟(jì)性的循環(huán)行駛工況圖。歐洲經(jīng)濟(jì)委員會（ECE）規(guī)定，要測量按ECE-R15循環(huán)行駛工況的百公里油耗量和車速為90km/h和120km/h的等速百公里油耗，并各取其中的1/3進(jìn)行相加來作為一種加權(quán)的百公里油耗來評價(jià)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性。我國針對載貨汽車也制訂了一項(xiàng)六工況循環(huán)試驗(yàn)[13]如圖4.12，其適用于城市客車以及雙層客車除外的全部車輛。圖4.12六工況循環(huán)路譜在仿真過程中定義油耗計(jì)算任務(wù)時(shí),需要定義工況路譜(profile),在Cruise軟件中本身自帶了很多基本的循環(huán)駕駛工況路譜,如美國城市循環(huán)(FTP72withoutbreak)、歐洲15循環(huán)工況(ECER15)以及日本10/15模式(Japan10/15.Mode）和美國高速公路循環(huán)(USHighwayDrivingCycle)等,需要時(shí)直接添加進(jìn)去就可以了,在本次計(jì)算任務(wù)重我們需要自己添加我國六工況循環(huán)路譜，可以根據(jù)軟件自帶的路譜編輯器進(jìn)行路譜添加，如圖4.13，圖4.14。圖4.13六工況路譜數(shù)據(jù)圖4.14六工況路譜圖中型載貨汽車在行駛過程當(dāng)中，自身載荷和外界道路條件對其燃油消耗的影響是比較大的，所以六工況循環(huán)油耗可以比較充分的反映中型載貨汽車在限定條件下的燃油經(jīng)濟(jì)性能。4.6動(dòng)力性仿真結(jié)果在第二章提到評價(jià)動(dòng)力性的主要指標(biāo)是最高車速、最大爬坡度以及加速時(shí)間，該貨車的動(dòng)力性計(jì)算結(jié)果緊緊圍繞這幾個(gè)指標(biāo)來進(jìn)行相應(yīng)的評分析，主要包括：最高車速、0-90km/h加速時(shí)間、40-80km/h連續(xù)換擋加速時(shí)間（加速距離）以及最大爬坡度。4.6.1最高車速仿真結(jié)果最高車速的仿真結(jié)果可以在原地起步連續(xù)換擋加速到最高車速（ShiftingGearsfromStandstill）的文件夾下提取，通過加速曲線就可以看到，這里只提取A1C2這一匹配方案的減速曲線做一說明，如圖4.15。一般來說根據(jù)貨車的行駛條件、行駛工況以及相應(yīng)的法律法規(guī)，其目標(biāo)最高車速主要在80km/h-120km/h之間[14],該貨車的目標(biāo)最高車速為100km/h。圖4.15連續(xù)換擋加速至最高車速曲線通過上面的曲線我們可以很清楚的看到仿真的最高車速為108km/h（需要雙擊曲線最高點(diǎn)在左下角讀取結(jié)果）。在此次匹配中用到了三款不同參數(shù)的變速器和三款不同參數(shù)的主減速器，因此所有的計(jì)算結(jié)果見表4.6。表4.6最高車速計(jì)算結(jié)果匹配方案A1A2A1B2A1C2B1A2B1B2B1C2C1A2C1B2最高車速(km/h)1121101081121091079490從這一仿真結(jié)果中我們可以看出，選取A1、A2款變速器方案的車速都在100km/h以上，滿足設(shè)計(jì)要求。4.6.20-90km/h加速時(shí)間仿真結(jié)果此任務(wù)的仿真結(jié)果是在原地起步加速換擋任務(wù)中提取的，該結(jié)果的準(zhǔn)確性主要依靠換擋方式的選擇，通常情況下都是根據(jù)加速度仿真中所建議的換擋車速來設(shè)定的，仿真曲線如圖4.16所示。0-90km/h的加速時(shí)間我們可以從總仿真結(jié)果中提取,對于該車型來說其目標(biāo)加速時(shí)間是60s以內(nèi)。通過改變模型中變速器和主減速器的參數(shù)分別進(jìn)行仿真計(jì)算，不同方式的匹配結(jié)果見表4.7。圖4.16原地起步連續(xù)換擋加速曲線表4.70-90km/h加速時(shí)間仿真結(jié)果匹配方案A1A2A1B2A1C2B1A2B1B2B1C2C1A2C1B20-90km/h加速時(shí)間（s）51.552.3452.6451.7952.552.051.3467.87從這個(gè)結(jié)果中我們可以很清楚的看出三款變速器方案的加速時(shí)間都在50s以上60s以下，符合設(shè)計(jì)要求。只有C1B2這一方案加速時(shí)間超出了60s,沒有達(dá)到目標(biāo)要求。4.6.340-80km/h超車加速時(shí)間仿真結(jié)果對于中型貨車來說主要運(yùn)行地段是在郊區(qū)，所以車速一般都在40-80km/h之內(nèi)，仿真該車速段的加速時(shí)間具有一定的實(shí)際意義。該任務(wù)的仿真結(jié)果是在超車加速時(shí)間（Elasticity）仿真結(jié)果中提取，本任務(wù)是以最高檔開始加速，所以無需定義換擋方式，仿真曲線如圖4.17所示。圖4.17最高檔加速超車仿真曲線其具體的計(jì)算結(jié)果可以在massages文件夾下的results文件中查看,不同類型的匹配方案計(jì)算結(jié)果見表4.8。表4.8不同匹配方案下的最高檔40-80km/h加速時(shí)間匹配方案A1A2A1B2A1C2B1A2B1B2B1C2C1A2C1B240-80km/h加速時(shí)間（t）57.8351.1647.7255.4649.2746.0235.7333.57從這一仿真結(jié)果中我們可以得到隨著傳動(dòng)比的增加，最高檔超速時(shí)間就會縮短，所以最高檔或者次高檔的傳動(dòng)比選取一定要合理不能過低也不能過高，一般都是以超速擋或者直接當(dāng)來設(shè)計(jì)的。4.6.4爬坡性能仿真結(jié)果在仿真計(jì)算結(jié)果中可以查看到各個(gè)檔位下不同車速時(shí)的爬坡度，如圖4.18，同時(shí)在massages文件夾下的results文件中可以提取出各檔最大爬坡度，對于不同匹配方案的爬坡度結(jié)果見表4.9。圖4.18各檔爬坡度隨車速變化曲線表4.9各匹配方案下最大爬坡度匹配方案A1A2A1B2A1C2B1A2B1B2B1C2C1A2C1B2爬坡度（%）30.5232.2833.4835.4237.6538.9342.7445.55以上匹配方案下的爬坡度均達(dá)到30%以上的設(shè)計(jì)要求。4.7燃油經(jīng)濟(jì)性仿真結(jié)果對于燃油經(jīng)濟(jì)性的評價(jià)指標(biāo)來說本文主要研究該車的綜合油耗和六工況循環(huán)下的油耗。中型載貨汽車在行駛過程中，載荷變化和道路條件變化對汽車油耗的影響比較大，因此六工況循環(huán)油耗可以代表中型載貨汽車在規(guī)定條件下的燃油經(jīng)濟(jì)性，也是對中型載貨汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性能綜合表現(xiàn)的一種形式。并且中型載貨汽車目前主要在高速行駛狀態(tài)下運(yùn)行，次高檔或者最高檔等速百公里燃油消耗量又具有另外的優(yōu)點(diǎn)。因此，多采用六工況循環(huán)的油耗和等速百公里行駛的油耗量相結(jié)合來評價(jià)中型載貨汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性[15]。綜合油耗的計(jì)算方法是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)[16]來執(zhí)行的，就需要計(jì)算出不同車速時(shí)等速行駛百公里下的油耗。所以對于燃油經(jīng)濟(jì)性的仿真就需要建立兩個(gè)仿真任務(wù)分別是循環(huán)工況（CycleRun）、巡航行駛工況（Cruising）。4.7.1循環(huán)工況仿真結(jié)果在六工況的仿真結(jié)果中我們可以直接從massages文件夾下的results文件中查看結(jié)果，同時(shí)在該仿真任務(wù)中我們可以在仿真結(jié)果曲線中很直觀的看出發(fā)動(dòng)機(jī)在該運(yùn)行工況中的最佳工作區(qū)域以及發(fā)動(dòng)機(jī)主要工作區(qū)域[14]。在本文研究中我們只關(guān)注六工況循環(huán)的百公里油耗數(shù)據(jù)，對于不同匹配方案的結(jié)果見表4.10。表4.10六工況油耗匹配方案A1A2A1B2A1C2B1A2B1B2B1C2C1A2C1B2六工況油耗(L/100km)13.3813.2513.5113.3813.4513.2614.4414.85從六工況油耗仿真結(jié)果中大體上可以看出，不同方案之間的油耗差別不大。4.7.2等速百公里仿真結(jié)果等速百公里油耗的仿真結(jié)果在巡航行駛工況（Cruising）中計(jì)算得到，本次仿真主要提取最高檔時(shí)貨車以40km/h、50km/h、60km/h、70km/h、80km/h車速行駛100km時(shí)的油耗數(shù)據(jù)。因?yàn)樾枰@些車速下的百公里油耗來計(jì)算綜合燃油消耗。根據(jù)我國標(biāo)準(zhǔn)JT719-2008,營運(yùn)貨車的綜合燃油消耗量Q計(jì)算公式為： （5.1）式中:為綜合燃油消耗量，L/100km為在第i車速下校正后的滿載等速燃油消耗量，L/100km為第i個(gè)車速下的滿載等速燃油消耗量權(quán)重系數(shù)，見表4.1表4.11營運(yùn)車輛在各規(guī)定車速下的滿載等速燃油消耗量權(quán)重系數(shù)車速（km/h）304050607080汽車（單車）—0.050.00自卸汽車（單車）0.000.30—半掛汽車列車—0.000.25對于該貨車來說燃油消耗量的限值可以查表獲得，在的范圍燃油消耗量限值是19.4L/100km。在仿真結(jié)果中我們可以查看每個(gè)擋位下的各個(gè)車速時(shí)的等速燃油消耗量變化曲線，如圖4.19。圖4.19等速巡航工況燃油消耗曲線同時(shí)也可以直接從massages文件夾下的results文件中查看結(jié)果，不同匹配方案在規(guī)定車速下的等速百公里油耗見表4.12。表4.12不同方案下規(guī)定車速等速百公里油耗匹配方案A1A2A1B2A1C2B1A2B1B2B1C2C1A2C1B2最高檔40km/h等速油耗 9.839.839.849.949.959.89.9310.0最高檔50km/h等速油耗 11.0210.8510.9310.9411.0110.8611.2211.39最高檔60km/h等速油耗 12.2912.3812.4412.1412.4112.4713.0113.3最高檔70km/h等速油耗 14.2314.2914.3814.3314.4514.4515.3215.71最高檔80km/h等速油耗 16.416.616.816.7116.9216.9218.118.66綜合油耗（L/100km）14.9615.0915.2415.1815.3215.3216.2816.74對于這幾種匹配方案來說綜合油耗計(jì)算結(jié)果都滿足國家法規(guī)要求的19.4L/100km,且相鄰兩者之間有一定的差值，相應(yīng)的會影響整車的動(dòng)力性，這將在后面的結(jié)果分析中進(jìn)行多方面的權(quán)衡。

動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配結(jié)果5.1動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性計(jì)算結(jié)果綜合分析本文所研究的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配主要是變速器和主減速器參數(shù)之間的匹配，通過以上仿真分析計(jì)算，我們將全部方案的動(dòng)力性計(jì)算結(jié)果和燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了匯總（見表5.1），匹配方案從左到右每個(gè)檔位的總傳動(dòng)比依次增大，這樣便于比較分析。表5.1動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性計(jì)算結(jié)果匯總匹配方案A1A2A1B2A1C2B1A2B1B2B1C2C1A2C1B2最高車速(km/h)11211010811210910794900-90km/h加速時(shí)間（s）51.552.3452.6451.7952.552.051.3467.8740-80km/h加速時(shí)間（t）57.8351.1647.7255.4649.2746.0235.7333.57最大爬坡度（%）30.5232.2833.4835.4237.6538.9342.7445.55六工況油耗(L/100km)13.3813.2513.5113.3813.4513.2614.4414.85最高檔40km/h等速油耗 9.839.839.849.949.959.89.9310.0最高檔50km/h等速油耗 11.0210.8510.9310.9411.0110.8611.2211.39最高檔60km/h等速油耗 12.2912.3812.4412.1412.4112.4713.0113.3最高檔70km/h等速油耗 14.2314.2914.3814.3314.4514.4515.3215.71最高檔80km/h等速油耗 16.416.616.816.7116.9216.9218.118.66綜合油耗（L/100km）14.9615.0915.2415.1815.3215.3216.2816.74在上表中對于最高車速的仿真結(jié)果我們可以發(fā)現(xiàn)C款變速器中最高車速都沒有達(dá)到目標(biāo)值100km/h的基本要求，所以在這一結(jié)果中直接排除C款變速器方案，在后面不再進(jìn)行對其討論，同時(shí)經(jīng)過驗(yàn)算，B1C2匹配方案，負(fù)荷超過了后橋允許的最大輸出限值，所以這一方案也不再考慮。通過原地起步0-90km/h加速時(shí)間仿真結(jié)果分析，可以得到以下結(jié)論：在同一變速器下隨著主減速器速比的增大，其加速時(shí)間也隨之先增大，很明顯這與理論常識是不符合的，通過進(jìn)一步的分析對比我們發(fā)現(xiàn)，存在這一現(xiàn)象的主要原因就是在總傳動(dòng)比較小的情況下車速在五檔的時(shí)候就已經(jīng)達(dá)到了90km/h，五檔的后備功率比六檔的要大，所以在五檔下的加速度普遍大于六檔，加速性能高于六檔，同時(shí)也省去了一部分換擋時(shí)間，所以出現(xiàn)這種結(jié)果是合理的。如圖5.1，5.2所示，為A1A2匹配方案和A1C2匹配方案的原地起步加速時(shí)間加速曲線，從兩個(gè)曲線中可以看出A1A2這一方案在五檔時(shí)車速就達(dá)到了90km/h，而A1C2這一方案在六檔車速才達(dá)到90km/h（圖中棕色曲線為5檔，紅色曲線為6檔）。原地起步0-90km/h加速時(shí)間的目標(biāo)值是小于60s，所有的方案都在60s以內(nèi)，并且?guī)讉€(gè)方案之間的差值都不是很大。圖5.1A1A2方案原地起步換擋加速曲線圖5.2A1C2方案原地起步換擋加速曲線在最高檔40-80km/h加速時(shí)間的仿真結(jié)果中可以看出隨著總傳動(dòng)比的增加，加速時(shí)間縮短，這與理論結(jié)果符合。我們可以很清楚的看到在A1A2和B1A2的匹配方案下最高檔超車時(shí)間普遍比其他幾個(gè)方案的長，最大值和最小值的差值已經(jīng)達(dá)到了10s以上，這樣將不利于在郊區(qū)用高檔加速超車。所以A1A2、B1A2這兩個(gè)方案有待進(jìn)一步考慮。從最大爬坡度來看所有方案的爬坡度都滿足目標(biāo)值30%，當(dāng)然隨著傳動(dòng)比的增加爬坡度也相應(yīng)的增大，對于A1A2這一方案來說爬坡度為30.52%，為了避免在實(shí)車行駛過程中的各種影響因素導(dǎo)致爬坡度達(dá)不到30%，所以在前期設(shè)計(jì)階段應(yīng)該預(yù)留一定的空間，所以綜合考慮A1A2這一方案就不再予以考慮。在燃油經(jīng)濟(jì)性方面也我們可以通過圖5.1很直觀的看出同一匹配方案下同一等速百公里油耗和綜合油耗的差值并不是很大。圖5.1最高檔等速百公里油耗對比圖同時(shí)總傳動(dòng)比小的方案不論是六工況循環(huán)油耗還是綜合油耗都比總傳動(dòng)比大的要低，但是其相鄰兩個(gè)方案之間差值也不是很大，燃油經(jīng)濟(jì)性也都滿足目標(biāo)要求，只是A1C2這一方案六工況循環(huán)油耗是最高的。5.2匹配結(jié)果該貨車主要行駛區(qū)域是在城區(qū)或者郊區(qū)公路上，在城區(qū)行駛需要頻繁的減速、加速、超車，所以其加速超車能力以及多工況循環(huán)油耗得有一定的優(yōu)勢；在郊區(qū)公路上主要工作在高速行駛狀態(tài)下，因此次高檔或最高檔等速百公里燃油消耗量必須得有一定的優(yōu)勢。通過以上分析我們可以初步選定A1B2和B1B2這兩個(gè)匹配方案。B1B2這一方案相比A1B2來說其優(yōu)勢就是的最高檔超車能力比較強(qiáng)，而且爬坡性能比較好，雖然A1B2這一方案的綜合油耗、最高檔80km/h等速百公里油耗以及六工況循環(huán)油耗都比B1B2的要好，但是兩者之間相差并不是很大，其差值都未超過1L/100km，這樣的差值是可以被忽略的。因此只能從動(dòng)力性方面進(jìn)行對比，貨車的高檔超車時(shí)間對行駛的安全性有很大的影響，在超車時(shí)貨車與被超車需要并行行駛，再加上貨車的車速本來就不高，所以這個(gè)時(shí)間越長，并行行駛的距離就越長，也就越容易發(fā)生交通安全事故，所以對于貨車來說，超車能力越強(qiáng)，在超車行駛時(shí)就比較安全[17]。所以，在綜合考慮貨車動(dòng)力性時(shí)對高檔超車加速時(shí)間應(yīng)該格外關(guān)注。所以綜合來說B1B2這一方案是比較理想的，最終選取B1B2這一方案，其仿真結(jié)果和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)見表5.2。表5.2B1B2方案仿真結(jié)果B1B2方案最高車速Km/h109各檔傳動(dòng)比：6.5153.9712.3461.4711.0000.7950-90km/h加速時(shí)間s52.5最大爬坡度37.65%最高檔40-80加速時(shí)間s49.276工況循環(huán)油耗L/100km13.45等速40km/h百公里油耗9.95等速50km/h百公里油耗11.01等速60km/h百公里油耗12.41等速70km/h百公里油耗14.33主減速器速比5.125等速80km/h百公里油耗16.71綜合油耗L/100Km15.181

總結(jié)與展望6.1總結(jié)本文主要運(yùn)用AVL—Cruise仿真軟件對某貨車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了初步的參數(shù)匹配。文中介紹了Cruise軟件的基本建模方法和流程，以及在仿真建模過程中需要注意的一些問題。其次從整車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性兩方面入手，根據(jù)現(xiàn)有的供應(yīng)商提供的變速器和主減速器參數(shù)分別選取了3款變速器和3款主減速器進(jìn)行匹配，分別對動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的評價(jià)指標(biāo)做了進(jìn)一步的分析計(jì)算，主要有最高車速、原地起步加速性能、最高檔超車性能、爬坡性能以及六工況循環(huán)油耗和綜合油耗，通過多方案的簡單對比分析，最終確定了一套適合該貨車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，使動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最優(yōu)。實(shí)踐證明在整車開發(fā)中運(yùn)用一些仿真軟件，可以節(jié)省相當(dāng)多的開發(fā)時(shí)間和開發(fā)成本，同時(shí)也提高了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性。仿真軟件在以后的整車開發(fā)中將會發(fā)揮舉足輕重的作用。6.2展望由于個(gè)人研究時(shí)間和能力有限，本文相應(yīng)的也存在這一定的不足之處，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）文中只是對變速器和主減速器速比參數(shù)進(jìn)行了匹配，并沒有對其進(jìn)行優(yōu)化，在匹配過程中只是進(jìn)行了簡單的文字?jǐn)⑹鰜磉x擇較為合理的方案，并沒有通過一些更科學(xué)更具有說服性的方法和手段進(jìn)行多方案的對比分析；（2）匹配結(jié)果的合理性也沒有得到經(jīng)一步的驗(yàn)證，這需要進(jìn)行實(shí)車實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果和設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行充分的對比分析就可以驗(yàn)證該匹配方案的準(zhǔn)確性和合理性；（3）本文只是從動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性這兩個(gè)方面來考慮進(jìn)行動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中還要考慮成本的高低、噪聲與振動(dòng)以及排放性能的好壞。

致謝在這短短的三個(gè)月的時(shí)間里我在東風(fēng)股份研發(fā)院完成了大學(xué)本科期間的論文寫作，這是我人生中一段很好的經(jīng)歷和磨煉，也為正式走向工作崗位積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也是對我這4年大學(xué)來所學(xué)到的知識的總結(jié)。在這說長不長說短不短的三個(gè)月時(shí)間里，我們?nèi)?8位同學(xué)在學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)李老師的帶領(lǐng)下到企業(yè)實(shí)習(xí)，在東風(fēng)股份研發(fā)院得到了許多前輩工程師和學(xué)長們的熱情幫助，使我能順利并保質(zhì)保量地完成了這次畢業(yè)論文的寫作。特別是研發(fā)院輕卡中心賈寶利老師對我的細(xì)心指導(dǎo)，為我的論文寫作提供了許多寶貴的意見和至關(guān)重要的資料。同時(shí)也要感謝我校王保華院長和陳小兵老師對我論文的批改和指導(dǎo)，在我的論文寫作過程中給了我很好的意見，并時(shí)刻幫我指出論文中的錯(cuò)誤。還有其他老師也提出了許多寶貴的意見。因此，我借此衷心地說一句：謝謝老師!謝謝同學(xué)們!并永遠(yuǎn)地祝福你們。除此之外，我還要感謝在大學(xué)四年中所有教過我的老師們以及陪伴我的成長的同學(xué)們。他們從學(xué)習(xí)上給了我許多解決問題的辦法和許多我不知道的知識，這為我完成畢業(yè)論文創(chuàng)造了一定的前提條件；這次實(shí)習(xí)和論文的寫作只是踏入社會的一小段序幕。在以后的工作學(xué)習(xí)過程中，遇到的問題不止于此，難度會更大，但如果有了一套適合自己的學(xué)習(xí)方法和解決問題的辦法，問題就會變得不可怕了。而大學(xué)的過程中，老師教會我的東西不止是技術(shù)知識，還有獨(dú)立思考問題的精神?？傊腋兄x所有陪伴我渡過大學(xué)的老師們和同學(xué)們，希望你們永遠(yuǎn)地幸?？鞓罚?/p>

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