劉雨龍

安徽江淮汽車乘用車研究院 安徽省合肥市 230000

1 引言

汽車仿真技術(shù)是當(dāng)前汽車研發(fā)的重要手段，在汽車產(chǎn)品開發(fā)初期進(jìn)行汽車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配和性能仿真，不僅能節(jié)約大量新產(chǎn)品開發(fā)和試驗(yàn)等帶來的人力和物力投入，還降低了勞動強(qiáng)度，縮短了開發(fā)周期，提高了工作效率。

AVL公司開發(fā)的Cerise軟件是研究車輛動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放性能及制動性能等的高級仿真分析軟件，它包含了車輛的基本模塊和控制模塊，用戶可利用模型生成器建立所需的車輛系統(tǒng)模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真分析，利用仿真結(jié)果優(yōu)化傳動系的參數(shù)，從而快速完成動力傳動系統(tǒng)的選型和設(shè)計(jì)。

從動力總成匹配來講，影響整車動力性和經(jīng)濟(jì)性的主要因素是發(fā)動機(jī)、變速箱，主減速比。其中發(fā)動機(jī)是最主要的影響因素，發(fā)動機(jī)外特性曲線分布，外有特性的經(jīng)濟(jì)區(qū)分布對整車的動力性和經(jīng)濟(jì)性影響非常大。變速箱的各檔位速比排列，主減速比的選擇對動力總成選型也非常關(guān)鍵。動力總成的匹配主要是研究如何通過這三個(gè)零件的合理匹配滿足不同車型和不同路況的要求。

2 整車動力傳動系統(tǒng)建模

整車傳動系統(tǒng)建模主要是通過對整車動力傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行分析，簡化物理模型，選擇合理的了系統(tǒng)模塊，搭建仿真模型，建立汽車系統(tǒng)的各總成和部件的機(jī)械鏈接和信號鏈接，并對各部件機(jī)型參數(shù)化處理，完成汽車建模過程。

圖1是某個(gè)現(xiàn)有產(chǎn)品整車模型，配置手動變速箱。首先通過現(xiàn)有產(chǎn)品的實(shí)測數(shù)據(jù)標(biāo)定模型。車輛數(shù)據(jù)、發(fā)動機(jī)、變速箱、主減速器、輪胎以及慣量等是整車固有特性數(shù)據(jù)，通過車輛經(jīng)濟(jì)性和動力性分析，同時(shí)參考比較測試油耗和白公里加速時(shí)問等關(guān)鍵參數(shù)修正模型，使整車動力傳動系統(tǒng)模型可靠。

2.1 動力總成發(fā)動機(jī)選型

首先根據(jù)發(fā)動機(jī)功率初步判斷，由于該款車型最高車速目標(biāo)值（165km/h），計(jì)算中忽略坡度阻力功率和急速阻力功率的影響，初步分析目前作為備選項(xiàng)的發(fā)動機(jī)最大功率都能滿足最高車速要求。

從圖2發(fā)動機(jī)外特性來看，該款車型設(shè)置了競爭發(fā)動機(jī)，由于市場要求整車配置需要高端配置和低端配置兩種，由于競爭車型排量是1.3L發(fā)動機(jī)，結(jié)合公司現(xiàn)有產(chǎn)品和開發(fā)中的產(chǎn)品，分別優(yōu)選排量為1.2L Option4和1.4L Option 3滿足低端配置和高端配置要求，通過上述標(biāo)定的整車模型進(jìn)行動力學(xué)分析，整車性能關(guān)鍵參數(shù)處于細(xì)分市場的前列。

圖1 建立整車模型

同時(shí)，根據(jù)優(yōu)選的Option3和Option4發(fā)動機(jī)外有特性和競爭發(fā)動機(jī)的外有特性初步比較，分析關(guān)鍵點(diǎn)油耗參數(shù)，特別是2000rpm@2bar下發(fā)動機(jī)油耗數(shù)據(jù)，所選發(fā)動機(jī)油耗同處于360-370g/kwh范圍。根據(jù)上述標(biāo)定的模型進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，優(yōu)選的發(fā)動機(jī)和競爭發(fā)動機(jī)白公里油耗也處于同一水平。通過上述分析，初步選定發(fā)動機(jī)Option3和Option4作為新車型動力源。

2.2 動力總成變速箱選型

根據(jù)變速箱檔位設(shè)計(jì)參數(shù)可選項(xiàng)，首先根據(jù)檔位數(shù)、檔位比之問的關(guān)系，初步篩選排除不合理方案，從圖顯示目前各選方案速比變化平穩(wěn)，可繼續(xù)作為各選方案。

圖2 發(fā)動機(jī)外特性曲線

其次通過檔位問隔法排除具有跳躍性能的檔位，圖4顯示Optionl_T1，Option4_T4和競爭變速箱速比變化曲線相同。初選方案Optionl和Option2變速箱速比作為進(jìn)一步計(jì)算方案。結(jié)合Cruise所標(biāo)定的整車模型，通過動力性和經(jīng)濟(jì)性分析，在滿足動力性能要求的基礎(chǔ)上，盡可能優(yōu)化經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步確定主減速比。

3 整車動力性經(jīng)濟(jì)性仿真

發(fā)動機(jī)和變速箱初步選定后，通過C曲線分析動力性和經(jīng)濟(jì)性，在滿足油耗限值和白公里加速時(shí)問基礎(chǔ)上，選擇最有利于油耗的方案。由于所選車型有高配置和低配置兩種方案。下面作者針對高配置方案進(jìn)行動力學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)仿真優(yōu)選主減速比。表1列舉了變速箱Optionl的四種主減速比動力學(xué)和經(jīng)濟(jì)性參數(shù)比。

圖6為百公里加速時(shí)問和綜合油耗的C曲線，分析可以知道，四種方案動力性都滿足設(shè)計(jì)要求，考慮到油耗指標(biāo)要求選擇3. 684主減速比。需要說明的是對于動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的絕對值，除了動力總成參數(shù)的影響，還受到整車參數(shù)，包括輪胎、風(fēng)阻、新技術(shù)采用等以及整車標(biāo)定等參數(shù)的影響。

4 結(jié)語

動力總成系統(tǒng)對于整車性能影響比較大，所以對于動力系統(tǒng)的選型問題比較關(guān)鍵。首先從發(fā)動機(jī)原理出發(fā)，優(yōu)選影響整車動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的主要參數(shù)外特性和萬有特性，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)并優(yōu)選符合的發(fā)動機(jī)外特性和萬有特性；同時(shí)，基于傳動系統(tǒng)中變速箱原理以及速比關(guān)系，優(yōu)選出檔位過渡平緩，跳躍性較小的速比作為變速箱進(jìn)一步設(shè)計(jì)優(yōu)化的方案。在此基礎(chǔ)上，從整車性能出發(fā)，考慮白公里加速時(shí)問和綜合油耗，通過C曲線分析動力性和經(jīng)濟(jì)性，在滿足油耗限值和白公里加速時(shí)問基礎(chǔ)上，選擇最有利于油耗的方案。應(yīng)用勞動強(qiáng)度，Cruise開發(fā)軟件，縮短了開發(fā)周期，不僅節(jié)約新產(chǎn)品開發(fā)和試驗(yàn)等帶來的人力和物力投入，還降低了提高了工作效率。

圖4 變速箱檔位Vs.檔位速比

圖5 變速箱檔位比Vs.檔位速比

圖6 某一車型動力性和經(jīng)濟(jì)性C曲線比較