基于Cruise的整车最优匹配仿真分析

2014-06-24苏天晨

汽车工程师 2014年11期

苏天晨

（华晨汽车工程研究院）

对于汽车而言，动力总成匹配的合理性程度越高，越能发挥发动机的自身性能，不但大大提高整车的动力性，而且使发动机运行在相对较好的高效区内，减少燃油消耗量。由于动力性与经济性本身是相互矛盾的，很多情况下不可兼顾，文章基于Cruise软件对一款现有轿车存在的油耗较高的问题进行匹配优化仿真分析，最终在不减弱动力性的前提下降低燃油消耗量，以满足法规要求。

1 发动机最优工作曲线

1.1 最优工作曲线的确定方法

确定发动机最优工作曲线的方法一般有3种:1）基于发动机功率；2）基于发动机转速；3）基于发动机最低比油耗[1]。

由于基于发动机转速的最优工作曲线，在满足车速的需求时不一定能满足整车功率的需求，适合于具有拥有另一动力源的混合动力汽车；而基于发动机最低比油耗的最优工作曲线，在满足最低油耗时，不一定能满足车速和整车功率的需求；因此只有基于发动机功率的最优工作曲线适合具有变速器的传统汽车，因为当不能满足车速时可以通过变速器提供其允许范围内的合适传动比来实现发动机转速与需求车速之间的速度匹配。

因此文章采用基于发动机功率的方法来确定发动机的最优工作曲线。

1.2 基于发动机功率的最优工作曲线

将某发动机输出功率下发动机效率最高的发动机工作点，作为发动机在该输出功率下的最优工作点，并将整个发动机输出功率范围内各输出功率下的发动机最优工作点连成线，即得到基于发动机功率的发动机最优工作线。具体计算方法如下。

1）在发动机最小输出功率（Pmin）至发动机最大输出功率（Pmax）范围内，均匀取m个功率点，即:P1，P2，…，Pk，…，Pm，其中:P1=Pmin，Pm=Pmax，k=1，2，…，m。

2）对于第k个功率点，绘制发动机输出功率为Pk时的等功率曲线EkFk，该等功率曲线上各点的发动机转速（ω）和转矩（T）满足ωT=Pk。发动机等功率曲线应限制在发动机转速范围[ωmin，ωmax]内及发动机最大转矩曲线M1Mn下方。计算EkFk曲线上各发动机工作点的发动机效率:

3）将Pk下，ηk,i的最大值所对应的发动机工作点Qk（ωi，ηmax，Pk/ωi，ηmax）作为Pk时的最优工作点。

4）按上述方法，确定发动机在各输出功率P1，P2，…，Pm下的最优工作点Q1，Q2，…，Qm，将其顺序相连，可得基于发动机功率的发动机最优工作线Q1Qm[2]。

以某款发动机为例所作出的发动机最优工作曲线Q1Qm，如图1所示。

2 建立仿真分析模型

仿真模型中所用到的整车参数，如表1所示。

表1 仿真所需整车参数

2.1 整车模型

文章基于Cruise 软件平台搭建的整车动力传动系模型，如图2所示。

2.2 仿真结果

运行仿真，仿真结果与目标值对比，如表2所示。

表2 现有车型的仿真结果

从表2中可以看出，在动力性方面，其计算值均能满足目标值；在经济性方面，循环工况的油耗值均超过目标值，其中NEDC 工况中，大部分发动机工作点距发动机最佳工作曲线较远，如图1所示（蓝色空圈为NEDC 下发动机工作点）。为使发动机工作点更接近发动机最优工作曲线，只能将变速器的总速比降低，但是降低速比又会使动力性下降，因此新开发变速器速比应有减有增，以满足动力性和经济性的平衡。