李啟良

摘 要：以某款乘用車(chē)為研究對(duì)象，建立整車(chē)仿真模型，分析其匹配不同動(dòng)力總成的整車(chē)動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性，并與標(biāo)桿競(jìng)品車(chē)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比等，以明確最終的動(dòng)力總成選型。

關(guān)鍵詞：仿真模型；標(biāo)桿競(jìng)品車(chē)；動(dòng)力總成選型

中圖分類(lèi)號(hào)：U462 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988（2018）17-72-03

Abstract： Taking a certain passenger vehicle as the research object， the simulation model of the whole vehicle is established， the dynamic economy of the vehicle matching different powertrain is analyzed， and the test data of the benchmarking rival vehicle are compared， so as to determine the final powertrain selection.

Keywords： the simulation model； benchmark car； power assembly selection

CLC NO.： U462 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）17-72-03

前言

汽車(chē)的性能不僅取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)劣，還與動(dòng)力總成選型及傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配密切相關(guān)，汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)是汽車(chē)最重要的裝置之一，它的匹配是否合理直接決定了整車(chē)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)劣。因此，動(dòng)力總成的選型及傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配方案在整車(chē)研發(fā)過(guò)程中尤為重要。

隨著計(jì)算機(jī)CAE技術(shù)的逐步成熟，利用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)整車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化匹配已經(jīng)成為了一種高效的整車(chē)研發(fā)方式。本文即利用了某款仿真軟件對(duì)某款乘用車(chē)進(jìn)行動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性分析研究，以支持其在產(chǎn)品立項(xiàng)之初如何做好動(dòng)力總成選型以及傳動(dòng)系匹配設(shè)計(jì)工作。

1 開(kāi)發(fā)背景

模塊化平臺(tái)是主流發(fā)展趨勢(shì)，我司啟動(dòng)某乘用車(chē)全新一代自主模塊化平臺(tái)開(kāi)發(fā)，具備拓展MPV、SUV、轎車(chē)及跨界車(chē)型能力，平臺(tái)核心技術(shù)指標(biāo)達(dá)到主流合資水平。此款乘用車(chē)基于全新模塊化平臺(tái)開(kāi)發(fā)，車(chē)型定位緊湊型SUV，國(guó)內(nèi)為主、兼顧國(guó)際主流市場(chǎng)；匹配1.5T+6MT/DCT、1.5TGDI+ 6MT/DCT，兼顧混合動(dòng)力方案，滿(mǎn)足五階段油耗和國(guó)6b排放。

本文重點(diǎn)在動(dòng)力總成的初步選型、性能邊界、政策法規(guī)及仿真性能等方面進(jìn)行對(duì)比分析，以綜合選擇較合適的動(dòng)力總成及其傳動(dòng)系匹配方案。

2 同級(jí)別車(chē)

首先，對(duì)同級(jí)別車(chē)型的動(dòng)力總成匹配狀況進(jìn)行調(diào)查，收集相關(guān)資料，主要標(biāo)桿競(jìng)品車(chē)信息統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

從上表以及結(jié)合市場(chǎng)輸入信息得出，該級(jí)別車(chē)型發(fā)動(dòng)機(jī)基本以高低動(dòng)力搭配組合、匹配手動(dòng)及自動(dòng)變速箱，形成動(dòng)力配置差異，滿(mǎn)足不同客戶(hù)需求。同級(jí)別車(chē)型搭載的發(fā)動(dòng)機(jī)以1.5T為主，兼有1.3T、1.4T、1.8T及2.0T等。其中，1.5T為主流動(dòng)力，變速箱以手動(dòng)檔6MT為主，占據(jù)市場(chǎng)份額最大。 同級(jí)別車(chē)型整備質(zhì)量一般集中在1450-1700kg，比扭矩集中在105-178（N·m/t），比功率集中在53-82（kW/t），滾動(dòng)半徑基本在335～360（mm）。

3 動(dòng)力匹配

根據(jù)公司產(chǎn)品規(guī)劃，燃油車(chē)初步可選擇的動(dòng)力總成有1.5T+6MT、1.5T+6DCT 、1.5TGDI+6MT及1.5TGDI+6DCT四款。

4 性能邊界

4.1 整備質(zhì)量預(yù)估

根據(jù)不同的動(dòng)力總成，預(yù)估匹配四款動(dòng)力總成的整車(chē)整備質(zhì)量，詳見(jiàn)右表2。

4.2 風(fēng)阻及滾阻系數(shù)

依據(jù)現(xiàn)有同級(jí)別車(chē)的風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，該款乘用車(chē)風(fēng)阻系數(shù)設(shè)計(jì)目標(biāo)定為0.35，迎風(fēng)面積設(shè)計(jì)目標(biāo)定為2.6m?。該車(chē)計(jì)劃2021年3月投放市場(chǎng)，根據(jù)滾阻系數(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)（見(jiàn)圖1），設(shè)定此款乘用車(chē)滾阻系數(shù)為7.8。

5 政策法規(guī)

5.1 油耗法規(guī)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，重量區(qū)間1430﹤CM≤1540，手動(dòng)擋第四階段限值為7.7L/100Km，自動(dòng)擋第四階段限值為8.0L/100Km，重量區(qū)間1540﹤CM≤1660，手動(dòng)擋第四階段限值為8.1L/100Km，自動(dòng)擋第四階段限值為8.4L/100Km。目前，第五階段油耗限值未發(fā)布，參照第四階段油耗限值。

5.2 排放法規(guī)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)參考，滿(mǎn)足國(guó)六的車(chē)重扭矩比≤7.6，滿(mǎn)足國(guó)六的車(chē)重功率比≤15，排放達(dá)標(biāo)無(wú)風(fēng)險(xiǎn)。按此經(jīng)驗(yàn)范圍進(jìn)行分析，此款乘用車(chē)匹配上述四款動(dòng)力總成，排放達(dá)標(biāo)均OK。

6 性能分析

6.1 車(chē)輛基本參數(shù)

本文中的仿真車(chē)型為某款乘用車(chē)，其基本參數(shù)如表5所示。

6.2 仿真模型建立

根據(jù)車(chē)輛傳動(dòng)系統(tǒng)、總體結(jié)構(gòu)利用某款軟件建立整車(chē)仿真模型，如圖2所示，該模型主要由以下模塊組成：車(chē)輛模塊（Vehicle）、發(fā)動(dòng)機(jī)模塊（Engine）、離合器模塊（Clutch）、變速器模塊（GearBox）、主減速器模塊（SingleRatio）等，各模塊之間用機(jī)械連接和數(shù)據(jù)總線(xiàn)連接。

6.3 整車(chē)阻力目標(biāo)

依據(jù)設(shè)定的滾阻系數(shù)、風(fēng)阻系數(shù)及迎風(fēng)面積，經(jīng)分析，擬合該款乘用車(chē)整車(chē)空載滑行阻力目標(biāo)，并與標(biāo)桿競(jìng)品車(chē)滑行阻力對(duì)比，確保擬合阻力目標(biāo)合理；三款整車(chē)阻力對(duì)比見(jiàn)右圖3。

6.4 傳動(dòng)系匹配

仿真模型里整車(chē)阻力、輪胎滾動(dòng)半徑等設(shè)定相同，計(jì)算四款動(dòng)力總成匹配不同的后橋主減速比的動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性，將每組動(dòng)力總成中的較優(yōu)傳動(dòng)系匹配方案選出，以參考車(chē)型試驗(yàn)值為基準(zhǔn)，分別從最高車(chē)速、起步換檔加速、超車(chē)加速、爬坡性能、等速油耗及多工況油耗六個(gè)方面進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，詳見(jiàn)表6。

綜合以上分析得出，此款乘用車(chē)匹配1.5T+6MT冷機(jī)綜合油耗滿(mǎn)足第四階段油耗限值，其余三款車(chē)型冷機(jī)綜合油耗均不滿(mǎn)足第四階段油耗限值；此款乘用車(chē)匹配1.5T+6MT的動(dòng)力性和多工況油耗優(yōu)于參考車(chē)（1.5T+6MT），最高檔等速油耗略差于參考車(chē)（1.5T+6MT）；此款乘用車(chē)匹配1.5TGDI+ 6MT的動(dòng)力性略好于匹配1.5T+6MT，但經(jīng)濟(jì)性較差，且1.5TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)比1.5T貴，建議此款乘用車(chē)不匹配1.5TGDI +6MT動(dòng)力總成。因此，從性能角度考慮，建議此款乘用車(chē)首款動(dòng)力總成選擇匹配1.5T+6MT。

7 結(jié)論

通過(guò)以上綜合分析，建議此款乘用車(chē)優(yōu)先匹配1.5T+ 6MT動(dòng)力總成，需要結(jié)合物理布置、成本及周期等進(jìn)一步確認(rèn)，以綜合選型。另外，在正向數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)同時(shí)考慮發(fā)艙能布置1.5T+6DCT、1.5TGDI+6DCT兩款動(dòng)力總成的可行性，做好通用化、模塊化設(shè)計(jì)工作。

本文介紹了某款乘用車(chē)整車(chē)動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性分析研究思路，同時(shí)利用某軟件建立了整車(chē)仿真模型，可匹配不同動(dòng)力總成進(jìn)行整車(chē)性能計(jì)算分析，能很好地指導(dǎo)此款車(chē)型平臺(tái)化開(kāi)發(fā)，同時(shí)為后續(xù)變型產(chǎn)品開(kāi)發(fā)節(jié)約成本和縮短研發(fā)周期等。

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