何为，易彪

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230061）

基于Cruise的长头重卡动力性经济性分析

何为，易彪

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230061）

重卡车辆的驾驶室形状对整车空气阻力影响很大，空气阻力的大小直接影响到车辆的动力性经济性。文中介绍了运用AVL公司Cruise软件对某6×4长头重卡动力性经济性的仿真分析。通过大量的实践证明，这种对于动力总成系统的优化分析，结合后期的试验验证，可以更好满足整车厂对于整车经济性和动力性的要求。

长头重卡；经济性；动力性

前言

汽车的动力性和燃油经济性是衡量汽车性能的一项重要指标，整车行驶阻力的大小对车辆的动力性和燃油经济性有重要的影响。长头重卡相比平头重卡优势在于具有更小的风阻系数。在同等配置条件下长头重卡整车行驶阻力比平头重卡整车行驶阻力要小，特别是在高速段优势明显。

AVL-Cruise软件是用于研究汽车动力性、经济性、排放性能和制动性能的高级分析软件，它可以用来建模、仿真和优化任意结构汽车的仿真系统，用于汽车开发过程中动力系统的匹配、汽车性能预测和整车仿真计算，进行发动机、变速箱、轮胎的选型及其与车辆的匹配优化。所以cruise软件的高模块化、高实用性、高准确性在汽车设计过程中有十分重要的作用。

1 背景

新GB1589允许长头较平头列车放宽1米，给长头重卡带来了更加公平的法规环境和一定的市场契机。6×4重卡搭载长头驾驶室能够在保证动力性不降低的前提下对整车的经济性有较大提升。在研6×4长头重卡最大设计总质量49吨，搭载460马力发动机，发动机为直列六缸、涡轮增压，变速箱为12档手动变速箱，后桥为单级减速后桥。该车型市场定位为高端产品，面向大型高端物流运输市场，路况以高速公路为主，一般常用车速范围在 80-90km/h，整车基本参数如表1所示：

表1 整车基本参数表

2 长头重卡动力性经济性分析

2.1 基于Cruise的动力性经济性模型搭建

典型的整车仿真模型参数包括：发动机万有特性、变速箱的各档速比、后桥的主减速比、轮胎半径、整车质量等。Cruise软件根据这些参数提供了不同的零部件模块供选择。根据整车建模的要求，将车辆底盘模型、发动机模型、变速箱模型、后桥主减模型等分别拖人模型树，并配置以实际的参数，例如：整车的质量、发动机参数、变速箱的速比、主减速比等。针对整车的配置，输入长头重卡的相关参数，初步分析长头重卡整车动力性和经济性能，计算模型如下图 1所示：

图1 6×4长头重卡CRUISE计算模型

2.2 动力性和经济性计算结果分析

根据Cruise软件仿真结果分析长头重卡动力性经济性，结果如下表2所示。

结论：长头重卡动力性经济性计算值与同等配置平头重卡动力性经济性试验值相当，未能体现长头重卡油耗低的特点。

表2 长头重卡动力性经济性计算值

3 原因分析及结论

根据整车的行驶方程：Ft=Ff+Fi+Fw+Fj（Ft=Gf+Gi+CDAua2/21.15+δmdu/dt）；其中 Ff为滚动阻力（Ff= Gf），Fi为坡道阻力（Fi= Gi），Fw为空气阻力（Fw= CDAua2/21.15），Fj为加速阻力（Fj=δmdu/dt）。滑行阻力测试条件是整车在平直良好的路面上进行，所以其坡道阻力以及加速阻力的值都为零，因此整车滑行阻力公式可简化为Ft=Ff+Fw，且Ff= Gf；G为整车的重量，f为滚动阻力系数，由于长头重卡与平头重卡总质量相同，轮胎的型号相同，故认为滚动阻力Ff也相同；所以整车的滑行阻力大小与空气阻力Fw强相关，根据公式：Fw= CDAua2/21.15（CD为空气阻力系数，A为迎风面积，ua为车辆速度）可以判断出长头重卡主要通过降低空气阻力来减小整车的滑行阻力，也是降低油耗主要措施。

为了分析空气阻力的大小，以及驾驶室形状对空气阻力的影响，对长头重卡驾驶室的模型以及平头重卡驾驶室模型做CAE对比分析，以下是模型对比的结果：

图2 长头车与平头车CFD分析

从分析的结果来看，长头重卡驾驶室空气阻力系数CD明显比平头重卡驾驶室的空气阻力系数小很多，根据空气阻力的计算公式：Fw= CDAua2/21.15,在高速段，CD值的降低对整车的行驶阻力的降低有很大的帮助。

因此，鉴于分析的理论结果，我们将长头重卡滑行阻力运用风阻计算值加滚阻计算值进行拟合，拟合的滑行阻力与同等配置平头重卡滑行阻力试验结果对比如下。

表3 滑行阻力数据对比

通过长头重卡滑行阻力与平头重卡滑行阻力试验值对比可知长头重卡滑行阻力比平头重卡滑行阻力小。随着车速增加，效果越显著。

我们将长头重卡的滑行阻力数据输入Cruise软件，根据Cruise软件仿真结果分析长头重卡动力性经济性，结果如下表4所示：

表4 长头重卡动力性经济性计算值

长头重卡动力性计算值与同等配置平头重卡动力性试验值相当，经济性计算值比同等配置平头重卡经济性试验值要好，且随着车速增加效果越显著。

我们根据计算的等速百公里油耗，绘制出整车在最高档50km/h-100km/h和次高档40km/h-80km/h的运行工作区间，如下图3所示：

图3 整车运行区间MAP图

通过发动机万有特性图可以看出，整车在最高档 60km/h-100km/h等速行驶区间内，尤其是最高档 70km/h-90km/h的区间已经处在发动机较好的工作区间内，最高档、次高档工作区间运行在低油耗区。

结论：长头重卡配置460马力发动机+12档变速箱+3.083速比+12R22.5轮胎较合理。6×4重卡搭载长头驾驶室能够在保证动力性不降低的前提下对整车的经济性有较大提升。

4 长头重卡动力性经济性试验验证

通过Cruise软件的计算分析，初步得出了长头重卡对油耗的优化效果，为了进一步的验证长头重卡对油耗优化的效果，利用转毂试验室实际测量长头重卡的动力性经济性，试验结果如下：

表5 长头重卡动力性经济性试验值

结论：长头重卡动力性经济性各项参数试验值与计算值误差均在5%以内，说明该Cruise模型精度较高。6×4重卡搭载长头驾驶室能够在保证动力性不降低的前提下对整车的经济性有较大提升。

5 总结

（1）在整车搭载长头驾驶室后，整车能够在保证动力性不损失的前提下经济性得到明显优化，由此也可以看出空气阻力系数CD与驾驶室本身的造型有很大的关联，在良好的传动系匹配的条件下，通过搭载长头驾驶室，降低空气阻力系数，对提升整车经济性具有明显的作用。

（2）利用 Cruise软件进行整车动力性经济性计算, 不仅计算结果与实际测量结果十分相近, 而且整车建模便捷、仿真时间较短、整车和部件的参数配置清晰直观。 仿真过程无须记住计算公式, 却可以方便地得到比公式计算更丰富、更便于观测的结果。

[1] 王望予.汽车设计[第4版].北京:机械工业出版社,2006.5.

[2] 余志生.汽车理论[第5版].北京：机械工业出版社,2009.3.

[3] 苏琴.发动机与汽车动力性、燃油经济性匹配的计算机模拟[D].天津：河北工业大学,2000.

Based on the analysis of Cruise long head heavy card dynamic economy

He Wei, Yi Biao
( Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230061 )

The shape of the cab of the heavy truck has a great influence on the air resistance of the vehicle, and the size of the air resistance directly affects the dynamic economy of the vehicle. This paper introduces the simulation analysis of the dynamic efficiency of a 6×4 long head heavy truck using AVL Cruise software. Through a large number of practice has proved that this optimization of the powertrain system analysis, combined with the latter part of the test verification, you can better meet the vehicle for the vehicle's economic power requirements.

long head heavy truck; economic; power

CLC NO.: U467.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)12-136-04

U467.4 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)12-136-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.045

何为，现就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。