基于Cruise的整车动力性能仿真分析

比理论 计算更 加准确 .此外 , Cruise可 以得到 车 速 、 加速度和距离随时间的关系如图 5所示 , 计算 结果较公式计算更加丰富 .
最高车速的计算可以在计算项目中新添计算 “最 高车速 ” 的任务 , 计算得到最高车速为 135.5km/h. 如果对最高车速精确度要求不高 , 也可以从连续换档 加速时间的计算任务所得到的结果中 , 直接从图 5中 车速随时间变化的曲线得到整车的最高车速 .而用 理论公式在 MATLAB环境下编程计算 , 得到的最高 车速结果为 148.9km/h.相比于实际 测试得到的 138km/h的最高车速 , 可以看出 Cruise建模仿真得 到的结果比理论计算更加接近实际 .
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车辆与动力技术
2 009 年
4 结 论
1)从活塞的温度场分布来看 , 活塞温度最高 的部位位于活塞顶的中央和活塞顶部燃烧室内侧的 凸台 .活塞温度由顶部向裙部逐渐降低 .改进后的 活塞 , 由于冷却油腔的上移 , 最高温度由改进前的 349 ℃降低到 346 ℃, 第一环槽内的温度由 221 ℃ 降低到了 199 ℃, 大大改善了易产生积碳的现象 ; 油腔内的温度有所上升 , 冷却油腔侧壁的最高温度 由改进前的 152 ℃上升为 195℃, 更有利于活塞的 散热 . 2)对活塞结构进行改进后 , 活塞温度场热流 发生变化 , 从而使活塞热应力发生变化 , 最大等效 应力由改进前 的 148 MPa增加到 改进 后的 148.8 MPa, 第一 环槽 内的 等效 应力 由 改进 前 的 104.8 MPa增加到改进后的 116 MPa;第二环槽内的等效 应力由改进前的 137.4 MPa降低到改进后的 124.8 MPa.第一环槽和第二环槽的机械应力变化不大 , 不会对活塞第一环岸造成破坏 .
2.2 计算最大爬坡度
利用已经配置好的参数 , 计算项目 (Project)下 的任务文件夹 (TaskFolder)中添加爬坡性能 (climbingperformance), 与 2.1类似地针对计算意图对仿 真条 件 进 行 选 择 , 如 图 6.这 里 选 择 原 地 起 步 (startingfrom rest)并 且不 考 虑 轮胎 滑 移 (without slip), 驾驶员和道路模型均选为 “标准 ”, 将仿真
图 4 0 ～ 100 km/h加速时间
模式设置为 staFra Baidu bibliotekionary.最大爬坡度与换档无关 , 所 以不 必 考 虑换 档 问题 .计 算 得到 最 大 爬坡 度 为 49.3%.
图 5 车速 、 加速度、 距离与加速时间对应关系
从图 4所示界面中还可以看出 , 利用 cruise软 件计算得到的结果可以反应加速过程中每个步长下 的实时参数 .可以同时挑选出某几项关心的参数 , 观察其在每个仿真步长下的数值和在每一个时间段 内的变化情况 .
参考文献 :
Keywords:Cruise;powerperformance;modelingandsimulation.
动力性是汽车各种性能中最基本 、 最重要的性 能 , 关系到开发过程中发动机功率和转矩 、 各档传 动比等参数的选择 , 更决定了汽车 运输效率的高 低 [ 1] .
目前计算整车动力性常采用理论公式计算的基 本方法 [ 2 -4] .理论计算的方法较为简单 , 但是工作 量较大 , 得出的结果也仅仅是理论值 , 与实际情况 有一定的差别 .而随着计算机技术的发展 , 采用建 模仿真进行动力性计算已成为研发汽车动力系统的
1 利用 Cruise建立整车模型
Cruise是针 对汽 车整车 及部件 性能 的仿真 软 件 , 可以用于车辆的动力性 、 燃油经济性以及排放 性能的仿真 , 利用其模块化的建模理念可以直观和
修稿日期 :2008 -10 -15 作者简介 :王 锐 (1985 -), 男 , 硕士生 ;何洪文 (1975 -), 男 , 副教授 .
2 利用所建模型进行仿真
Cruise可进行整车动力性 、 经济性 、 排放性等 3大项包括最高车速 、 最大爬坡度 、 循环油耗等 10 小项的计算 .计算方式可根据不用的计算任务采用 正向仿真或是逆向仿真 .下面分别对动力性的 3个 指标进行计算 .
2.1 计算原地起步加速时间和最高车速
在将各个部件的参数配置好之后 , 在计算项目 (Project)下的任务文件夹 (TaskFolder)中添加全负 荷加速 (FullLoadAcceleration)计算任务 .连续换 挡加速时间的计算需要设置驾驶员 、 道路等仿真环 境 , 并且需要选择换挡方式 .将驾驶员和道路模型 均选为 “标准 (standard)”, 选择根据 发动机转速 换挡 (AccordingtoSpeed)的 方 式 , 并 在 驾 驶 员
第 2期
王 锐等 :基于 Cruise的整车动力性能仿真分析
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便捷的搭建不同布置结构的车辆模型 . Cruise中已经 建立好 汽车上 所有 零部件 的模
块 , 例如整车、 发动机、 离合器 、 变速箱 、 分动 器 、 主减速器 、 差速器 、 制动器 、 轮胎等的模型 , 均可以在元件库中找到 , 无需自己搭建各部件的模 型 , 建模时只需将原型车上对应的部件拖入建模窗 口 .每个部件均有动力输入 、 输出接口 , 按照发动 机到轮胎的动力传输路线依次连接 , 并添加驾驶室 模块以对车辆进行控制 , 即可建立整车仿真模型 , 如图 1所示 .需要注意的是 , 轮胎 、 制动器等部件 在初始 时 刻的 位置 是默 认为 “左前 (frontleft)” 的 , 在建模时需要根据实际情况分配好其左前 、 左 后 、 右前 、 右后的位置 .
2009年第 2期
车 辆与 动 力技 术 Vehicle＆ PowerTechnology
文章编号 : 1009 -4687(2009)02 -0024 -03
总第 114期
基于 Cruise的整车动力性能仿真分析
王 锐 , 何洪文
(北京理工大学电动车辆国家工程实验室 , 北京 100081)
Abstract:Thepowerperformanceisthemostbasicandimportantperformanceforautomobiles, whichis usuallycalculatedbytheoreticalformulas.Inthispaper, anewmethodforpowerperformancecalculation withsoftwareCruiseisintroduced.Thesimulationresultsarecomparedwitchtheouesgotbytheoretical formulas, wheretheresultsgotbyCruiseareprovenfobemoreprecise.
0.395 随车速变化
3.727
变速箱速比 ig
[ 4.313, 2.330, 1.436, 1.000, 0.838]
图 1 Cruise中建立的整车模型
双击某个部件图标 , 可以将此部件的参数对应 输入 .例如整车的整备质量 、 迎风面积 、 阻力系数 等与动力性计算有关的参数 , 可双击整车的图标 , 在如图 2 所示的界面 中输入 .又如 发动机的外特 性 , 在发动机 fullloadcharacteristic标签下将转速 和转矩的对应关系输 入表格 , 这里 可以直接拷贝 excel中的数据 , 如图 3所示 .
关键词 :Cruise;动力性 ;建模仿真 中图分类号 :U462. 3+1 文献标识码 :A
SimulationandAnalysisonVehicularPower PerformancewithCruise
WANGRui, HEHong-wen
(NationalEngineeringLaboratoryforElectricVehicle, Beijinginstituteoftechnology, Beijing, 10081)
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车辆与动力技术
2 009 年
(Driver)文件夹下在 “根据转速换档 (ShiftingAccordingtoSpeed)” 一栏中将升档转速确定为 2800 r/min(由于是连续换档加速 , 所以降档转速并没有 实际用处 , 只要设为低于升档转速即可 ), 这样每 当发动机转速达到 2800 r/min时 , 变速箱就会自 动升档 .将仿真模式设置为 Simulation, 即采用正 向动态 仿真 方法 , 考 虑轮 胎的 滑移 (withslip), 运行计算任务 , 得到结果为 0 ～ 100 km/h加速时间 为 28.2 s(图 4).用理论公式在 MATLAB环境下 编程计算 , 得到的结果为 27.2 s.原型车进行多次 实际路面加速度测试 , 所得到的平均结果为 29 s, 由此可见采用 Cruise建模仿真得到的加速性能结果
3)在机械负荷 和热负荷对 活塞耦合 作用后 , 热应力对活塞综合应力的影响起主导作用 .活塞结
构改进之后 , 第二环槽处的耦合等效应力值较改进 前有所下降 , 第一环槽内沿处增大 , 从 102.2 MPa 增加到 115.5 MPa.
4)整体上讲 , 最大等效应力出现在活塞第二 环槽内 , 主要由于此处温度场梯度较大而引起的 . 活塞的变形主要受热负荷的影响 , 机械负荷的影响 要小得多 .
一个重要手段 .通过建立系统的数学模型和仿真模 型并对其实际工作状况进行仿真分析 , 能够很好地 预测各种条件下的系统性能 , 从而不但可以事先灵 活地调整设计方案 , 合理优化参数 , 而且可以降低
研究费用 , 缩短开发周期[ 5, 6] .目前在汽车仿真领 域常用的仿真软件有 ADVISOR、 PSAT等 , 但是模 型的 逻 辑 结构 复 杂 .本 文 选 取建 模 较 为方 便 的 Cruise软件进行动力性建模仿真 , 与理论计算结果 进行了比较 .结果表明 , 利用 Cruise软件进行动力 性能分析 , 能够在减小工作量的同时 , 得到比理论 计算更接近于实际情况的结果 .
图 2 整车参数界面
以某越野车作为原型车 , 对应输入整车的主要 参数如表 1所示 .
其余例如油箱容量 、 发动机与环境的压差温差 等参数在合理范围之内即可 .在总线上将各部件的 控制信号进行分配 , 如发动机的开和关由驾驶室模 型中的 Startswitch信号控制 .从上面的建模过程可 以看出 , 相比于 ADVISOR等汽车性 能仿真软 件 , Cruise的建模更加方便快捷 , 同时也更加直观 .
摘 要 :动力性是汽车各种性能中最基本 、 最重要的性能 .目前通常使用理论公式计算的方法 对汽车动力性指标 进行分析 , 本文利用 Cruise仿真软件对整 车进行了建模 与动力 性仿真 , 并 将仿真 与理论 计算结果 进行比 较和分 析 .结果表明 , 采用 Cruise建模仿真得到的动力性 指标均比结果理论计算得出的结果更加准确 .
图 3 发动机外特性参数界面
表 1 原型车主要参数
参数
数值
满载总质量 /kg 轴距 /m
迎风面积 A /m2 空气阻力系数 CD
发动机排量 /L
3000 2.65 3.2186 0.35 2.5
怠速 /最高转速 /(r· min-1)
800 /3600
车轮静态半径 rs/m
0.385
车轮动态半径 rd/m 滚动阻力系数 f 主减速器速比 io
图 6 设置爬坡性能仿真条件界面
各档位下爬坡度与车速的关系 、 各档位下最大 爬坡度等结果如图 7所示 .用理论公式计算 , 得到 最大爬 坡 度为 55%.原型 车 实测 给 出的 结 果 ≥ 50%.可见 Cruise建模仿 真得到的 结果与实 际接 近 .同时 , 用 Cruise得到的图示结果 , 比理论计算 得到单一的最大爬坡度结果 , 信息量更大也更加直 观.