整車Cruise模型的建立

以某輕型商用車為研究對象，驅(qū)動型式為4×2，按照Cruise軟件中模塊化建模功能，依次搭建整車仿真模型，具體整車參數(shù)和整車Cruise模型如表1和圖1所示。

圖1 整車Cruise模型

表1 整車關(guān)鍵參數(shù)

整車動力經(jīng)濟(jì)性計(jì)算及結(jié)果分析

結(jié)合產(chǎn)品性能目標(biāo)，根據(jù)建立的理論分析模型在Cruise里面設(shè)定計(jì)算任務(wù)，主要包括循環(huán)工況（CycleRun）、穩(wěn)態(tài)性能（Constant Drive）、爬坡性 能（Climbing Performance）、加速性能（Full Load Acceleration）、最大驅(qū)動力（Maximum Traction Force）5個計(jì)算任務(wù)。各工況任務(wù)均在滿載情況下開展，仿真結(jié)果及試驗(yàn)結(jié)果對比分析如下。

1.商用車動力性評價指標(biāo)及性能分析

商用車的動力性評價關(guān)鍵指標(biāo)主要依據(jù)車輛使用工況、場景進(jìn)行設(shè)定，一般主要有最高車速、爬坡能力以及加速性能。考慮商用車載貨屬性，通?？疾炱鋭恿π灾饕窃跐M載狀態(tài)下考量。

1） 最高車速及最大爬坡度仿真分析與對比

最高車速是指汽車在平坦公路上行駛時能達(dá)到的最高車速（單位：km/h)。輕型商用車通常用于載貨，中長途運(yùn)輸工況居多，因此一般結(jié)合高速限速要求及實(shí)際用戶常用車速考慮，商用車最高車速一般要求在100 km/h左右，部分市場道路限速及用戶使用場景，最高車速可達(dá)120 km/h。本文研究對象設(shè)定最高檔目標(biāo)為120 km/h，次高檔目標(biāo)為110 km/h。

最大爬坡度是指汽車滿載時最大爬坡能力（單位：%）。通常，爬坡度以坡度起止點(diǎn)的高度差與其水平距離的比值（正切值）來表示。針對輕型商用車中長途運(yùn)輸，可能有山區(qū)、地庫等工況，一般要求在滿載時最大爬坡度大于30%。

本文研究的某輕型商用車產(chǎn)品，基于Cruise建模仿真理論分析及實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果對比如圖2和表2所示。

表2 最高車速及爬坡性能仿真分析及試驗(yàn)結(jié)果對比分析表

圖2 各檔最高車速及爬坡性能分析

從理論仿真分析及試驗(yàn)結(jié)果對比看，研究對象的理論仿真和試驗(yàn)結(jié)果均滿足目標(biāo)值，最高車速及最大爬坡性能分析誤差在3%以下，考慮試驗(yàn)過程中的誤差等因素，仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較接近，可滿足商用車產(chǎn)品開發(fā)需求。

2） 加速性能仿真分析與對比

汽車的加速性能通過用加速時間和加速距離來衡量，汽車加速主要針對其使用場景，在起步和超車時衡量，因此其關(guān)鍵指標(biāo)主要包括汽車的原地起步加速時間與距離和超車加速時間與距離。

原地起步加速時間與距離是指汽車從靜止?fàn)顟B(tài)下，從第一檔起步，以設(shè)定的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速換檔逐步換至高檔后達(dá)到某預(yù)定的車速所需的時間和距離，是衡量起步加速性能的指標(biāo)。針對商用車，通常在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在2 000 r/min和額定轉(zhuǎn)速下?lián)Q檔。

超車加速時間與距離是指在從某設(shè)定車速開始，用最高檔或次高檔節(jié)氣門全開加速至某設(shè)定車速所需要的時間和距離，是衡量汽車超車時的加速能力的指標(biāo)。

本文研究的某輕型商用車產(chǎn)品，其仿真理論分析及實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果對比如圖3和表3所示。

表3 起步加速和超車加速性能仿真分析及試驗(yàn)結(jié)果對比分析表

圖3 加速性能仿真與試驗(yàn)值對比圖

從對比分析表看出，超車加速性能仿真誤差在3%左右，但起步加速性能仿真誤差在7%左右。其中起步加速性能仿真誤差較大，從該現(xiàn)象可以判斷出起步加速性能受試驗(yàn)駕駛員操作換檔影響較大。因?yàn)樵仄鸩郊铀傩枰B續(xù)換檔加速工況，發(fā)動機(jī)有響應(yīng)時間且需要駕駛員操作，針對手動檔產(chǎn)品，需要駕駛技術(shù)熟練且保持一致性，而超車加速時間是在最高檔或次高檔下進(jìn)行加速的，不需要駕駛員換檔。為了減小因駕駛技術(shù)不同熟練度，試驗(yàn)時可以固定一個駕駛員，擬測出其起步控制策略和換檔控制策略換擋曲線，然后導(dǎo)入Cruise里面，從而提供仿真準(zhǔn)確性。

2.商用車經(jīng)濟(jì)性評價指標(biāo)及性能分析

商用車燃油經(jīng)濟(jì)性是其主要且關(guān)鍵性能指標(biāo)之一，是指汽車以最小的燃油消耗量完成單位運(yùn)輸工作量的能力。通常衡量商用車產(chǎn)品燃油經(jīng)濟(jì)性主要衡量指標(biāo)有兩個：最高檔下，恒定車速下的等速油耗；另一個是標(biāo)準(zhǔn)工況下的綜合油耗。通常可以標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)工況有交通部綜合油耗、工信部綜合油耗以及國外標(biāo)準(zhǔn)工況測量方法，本文研究車型參考?xì)W標(biāo)的NEDC （New European Driving Cycle）循環(huán)。

本文研究的某輕型商用車產(chǎn)品的燃油經(jīng)濟(jì)性，其仿真理論分析及實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果對比如圖4和表4所示。

表4 燃油經(jīng)濟(jì)性仿真值與試驗(yàn)值對比分析表

圖4 燃油經(jīng)濟(jì)性仿真值與試驗(yàn)值對比圖

從上述對比分析表和對比圖可以看出，研究車型最高檔等速油耗與試驗(yàn)值較為接近，最大誤差在4%左右，NEDC循環(huán)工況油耗誤差在6%左右。結(jié)合以往理論分析經(jīng)驗(yàn)，該仿真模型理論分析較為接近，可以為產(chǎn)品開發(fā)做參考。分析誤差產(chǎn)生的原因，主要有兩個方面：一方面仿真模型用的發(fā)動機(jī)的外特性曲線通常采用發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)所測得的理論穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，而實(shí)際試驗(yàn)為整車工作時的瞬態(tài)數(shù)據(jù)，且有發(fā)動機(jī)附件損耗，因此會導(dǎo)致仿真結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)存在一定的偏差；另一方面，Cruise仿真模型中系統(tǒng)零部件的傳動效率輸入為零部件理論值，而試驗(yàn)車的發(fā)動機(jī)、離合器、變速器、主減速比、輪胎等動力鏈的傳動效率隨著工況變化，這也會使仿真結(jié)果與實(shí)車試驗(yàn)存在一定誤差。因此，要減小理論分析模型誤差，必須不斷積累同平臺產(chǎn)品模型與實(shí)測數(shù)據(jù)，通常需要不斷積累底盤阻力數(shù)據(jù)、整車能耗負(fù)載以及傳動效率等數(shù)據(jù)，并進(jìn)行修正，從而提高仿真的準(zhǔn)確性。

結(jié)論

本文針對某輕型商用車產(chǎn)品，基于Cruise仿真軟件，簡要介紹了理論仿真分析基本流程和動力性經(jīng)濟(jì)性關(guān)鍵評價指標(biāo)，并結(jié)合實(shí)際案例分析，得出本文研究產(chǎn)品的理論模型在最高車速、最大爬坡性、超車加速性能以及等速油耗方面，精度可達(dá)3%，但在起步加速性能和NEDC循環(huán)工況方面誤差在6%左右，基本上可以滿足理論分析需求，可以給新產(chǎn)品開發(fā)提供參考分析依據(jù)。同時，在對比分析過程中可以推斷出模型中發(fā)動機(jī)響應(yīng)與實(shí)際駕駛員換檔時機(jī)不匹配影響起步加速時間，動力鏈中發(fā)動機(jī)外特性曲線為臺架穩(wěn)態(tài)參數(shù)、傳動系數(shù)均為定值，而實(shí)車發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況均為瞬態(tài)參數(shù)，隨工況的不同實(shí)時變化從而導(dǎo)致油耗計(jì)算值誤差較大。這些關(guān)鍵影響因素為理論仿真模型精度提高指明了方向，未來通過同平臺數(shù)據(jù)不斷積累，各參數(shù)系數(shù)不斷修正，逐步提高理論仿真模型精度，為后期產(chǎn)品更新迭代提供可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)，最終達(dá)到縮周期、減費(fèi)用，甚至替代試驗(yàn)的目的。