（机械工程专业论文）基于cruise软件的f3000某型牵引车动力传动系统匹配优化研究.pdf

中文摘要 论文题目： 专 业： 硕士生： 指导教师： 基于c r u i s e 软件的f 3 0 0 0 某型牵引车动力传动系统匹配优化研究 机械工程 毛亮( 签名) 徐建宁( 签名) 党建国( 签名) 摘要 竞争激烈的市场对重型卡车提出了更高的要求，而汽车技术的发展，也为重型汽车 设计提供了更多的选择，如新款发动机、多档位变速器及重型车桥等，因此必须对重型 汽车的动力与传动系统的匹配技术进行深入的研究。 我公司目前采用的汽车设计方式是根据引进的国外技术和设计人员的以往经验，根 据汽车理论进行计算来验证匹配的合理性，制造方案样车进行试制，然后对多种匹配方 案进行道路试验来验证计算匹配的合理性，直到实验结果满足设计要求后再确定设计方 案。这样对于重型汽车来说，研发周期很长并且研发的费用很高，想要验证设计方案的 经济性和动力性必须通过试验，而且在初期选择动力系统的匹配上有一定主观性，很难 准确，试验费用和样车的试制费用很高。采用计算机对动力系统设计进行仿真模拟计算 来确定最佳的匹配方案，这样排除了设计人员的经验缺陷，和在试验过程中人员的主观 人为误差，道路的差别、环境和温度的影响，采用计算机模拟计算的方式可以对多种匹 配方案进行计算来找出最优的方案。奥地禾i j a v ll i s t 公司开发的c r u i s e 软件是用来研究 车辆的燃油经济性、动力性、及制动性能、排放性能的模拟计算软件。具有方便的模块 化设计理念，c r u i s e 可以对多种动力传动系统进行仿真计算。它于重要用于汽车开发过 程中的传动系统的匹配、动力系统，汽车动力性能和经济性能计算和整车仿真计算；同 时也可对动力系统如变速器、发动机、轮胎的选择匹配优化；还适用混合动力汽车、电 动汽车的动力系统、传动系统及控制系统的开发和优化。 本论文将通过c r u i s e 软件对f 3 0 0 0 中的某型牵引汽车进行动力传动系统仿真分析，直 接提出传动系参数的最佳方案，指导产品开发。具有成本低，时间段准确性高的优点。 关键词：c r l j i s e ，传动系，仿真，动力性，燃油经济性 论文类型：应用基础 i i s u b j e c t ： d oam a t c h i n go p t i m i z i n gr e s e a r c ho ft h ep o w e r t r a i ns y s t e mf o r at y p eo f f 3 0 0 0t r a c t o rb ym e a n so fc r u i s es o f t w a r e s p e c i a l i t y ： m e c h a n i c a l e n g i n e e r i n g n a m e ：m a o l i a n g( s i g n a t u r e i n s t r u c t o r ：x u nj i a nn i n g ( s i g n a t u r e d a n gj a ng u o ( s i g n a t u r e a b s t r a c t w i t hf i e r c ec o m p e t i t i o ni nt h em a r k e to fh e a v y d u t yt r u c k ，i th a sp u tf o r w a r dh i g h e r r e q u i r e m e n t s ，a n dt h ed e v e l o p m e n to fa u t o m o b i l et e c h n o l o g y , a l s om a k e st h eh e a v yd u t y a u t o m o b i l ed e s i g no b t a i n e dm o r eo p t i o n s ，s u c ha sn e w e n g i n e s ，m u l t i g e a rt r a n s m i s s i o n s ， h e a v y d u t ya x l e sa n ds oo n t h e r e f o r ei ti sn e c e s s a r yt oc o n d u c ti n d e p t hr e s e a r c ho nm a t c h i n g t e c h n o l o g i e so fh e a v yd u t yv e h i c l ep o w e ra n dt r a n s m i s s i o ns y s t e m t h et r a d i t i o n a lm e t h o do fd e s i g ni sd o n eb yd e s i g n e r sw i t ht h e i re x p e r i e n c e st os e l e c t e a c hc o m p o n e n ta n di t sp a r a m e t e r s ，t oe s t i m a t ea u t o m o b i l ep e r f o r m a n c e ，t h e nt om a n u f a c t u r e p r o t o t y p e s ，t a k er o a dt e s ta n de v a l u a t et h ev e h i c l ep o w e rp e r f o r m a n c ea n df u e le c o n o m y a f t e r t h a t ，t h ep r o t o t y p ev e h i c l ec a nb ei m p r o v e ，a n dr e t e s t ，u n t i li t sp e r f o r m a n c ef i n a l l ys a t i s f yt h e r e q u i r e m e n t s t h ed e s i g no fh e a v yd u t yt r u c ku s u a l l yh a sal o n gp e r i o d ，ah i g hc o s t ，a n da b l i n ds e l e c t i o no fp a r a m e t e r so ft h ec o m p o n e n t s ，s oi ti s l i k e l yt om i s st h eb e r e ro p t i o na n d c a u s ep e r s o n n e la n df i n a n c i a lw a s t e c o m p u t e ra n a l o gs i m u l a t i o nc a no p t i m i z et h es e l e c t i o n s c h e m e ，a n de l i m i n a t et h eu n f a v o r a b l ee f f e c t sd u r i n gt h ev e h i c l er o a dt e s tw h i c ha r ec a u s e db v d r i v e r s ，r o a dc o n d i t i o n s ，w e a t h e rc o n d i t i o n sa n do t h e rf a c t o r s h e n c ei th a sag o o d c o m p a r a b i l i t ya n dr e p e a t a b i l i t y c o m p u t e rs i m u l a t i o nc a nm a k ed e s i g n e r s q u i c k l y a n d e c o n o m i c a l l ys e l e c tt h em o s tf a v o r a b l ea l t e r n a t i v e sd u r i n gn e wc a rd e s i g n i n ga n do l dv e h i c l e i m p r o v i n gf r o mal o to fm a t c h i n gd e s i g ns c h e m e s t h eo p t i m i z a t i o nd e s i g no ft r a n s m i s s i o n p a r a m e t e r sb a s e do nc o m p u t e rs i m u l a t i o n ，c a nd i r e c t l yp r o d u c ea no p t i m a ls c h e m ef o r t r a n s m i s s i o np a r a m e t e r s t h ec r u i s es o f t w a r e ，w h i c hi sd e v e l o p e db ya u s t r i aa v ll i s tc o m p a n y , i sa d v a n c e d s i m u l a t i o na n a l y s i ss o f t w a r eu s e df o rt h er e s e a r c ho fp o w e r , e m i s s i o na n db r a k ep e r f o r m a n c e a n dt h ef u e le c o n o m yo fv e h i c l e f o ri t sf l e x i b l ea n dc o n v e n i e n tm o d u l a r i z e dd e s i g nc o n c e p t ， c r u i s ec a nb u i l dm o d e la n de m u l a t et h ep o w e ra n dd r i v es y s t e mo fa r b i t r a r yc o n f i g u r a t i o n i nt h ep r o c e s so fv e h i c l ed e v e l o p m e n t ，c r u i s ec a nb eu s e df o r t h e m a t c h i n go fp o w e rs y s t e m a n dd r i v es y s t e m ，t h ef o r e c a s to fv e h i c l ep e r f o r m a n c ea n dt h ec o m p u t a t i o no fc o m p l e t ev e h i c l e 英文摘要 s i m u l a t i o n i ta l s oc a nb eu s e df o rt h et y p es e l e c t i o no fe n g i n e ，t r a n s m i s s i o na n dt y r e ， a n d o p t i m i z i n gt h e i rm a t c h i n gw i t l lv e h i c l e m o r e o v e r , i tc a nb eu s e df o rt h ed e v e l o p m e n ta n d o p t i m i z a t i o no ft h ep o w e r , d r i v ea n dc o n t r o ls y s t e mo fm i x e dp o w e rv e h i c l ea n de l e c t r i c p o w e r e dv e h i c l e t h i sp a p e rw i l ld os i m u l a t i o na n a l y s i so np o w e ra n dd r i v es y s t e mo fc e r t a i nt y p eo f f 3 0 0 0t r a c t o rb yc r u i s es o f t w a r e ，a n dd i r e c t l yp u tf o r w a r dt h ep r e f e r r e dp l a nf o rt h e p a r a m e t e ro fd r i v es y s t e ma n dg u i d ep r o d u c td e v e l o p m e n t t h es i m u l a t i o na n a l y s i sh a st h e a d v a n t a g eo fl o wc o s t ，s h o r tt i m ea n dh i g ha c c u r a c y k e y w o r d s ：c r u i s e ，t r a n s m i s s i o ns y s t e m ，s i m u l a t i o n ，p o w e rp e r f o r m a n c e ，f u e le c o n o m y t h e s i s ：f u n d a m e n ts t u d y i v 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题的背景和意义 目前我公司的车辆和底盘的动力传动系统的设计匹配，主要是引进技术的参考和设 计人员的经验。动力传动系的匹配对车辆经济性、动力性等主要技术指标的影响及优化， 也缺少试验数据的积累。对于怎样选择合理的动力系统使车辆在大部分工况下运行符合 在发动机万有特性的经济区内，提高车辆的经济性能，这些方面缺乏技术手段。因此， 我们公司的一部分产品的动力与传动统匹配存在一定的问题，其经济性、动力性与欧洲 先进的商用车产品的水平还有部分的差距，部分产品的经济性能较差，部分动力性能不 能满足要求。因此，本课题研究结果的完成，对指导产品开发和完善现有产品有直接的 指导作用。我公司已经购买了奥地利a v l 公司开发的整车动力传动系统分析计算软件 c r u i s e ，我们可以用理论与试验相结合的方法进行新产品的设计、开发，从而在繁多 的部件中选择出合理的发动机、变速器及后桥等，使匹配快速、方便、安全可靠、实用。 本文的意义在于重型汽车动力及传动系统各部件的合理匹配对车辆的动力性、经济 性及运输效率等均据有十分重要的影响。竞争激烈的市场对重型卡车提出了更高的要求， 而汽车技术的发展，也为重型汽车设计提供了更多的选择，如新款发动机、多档位变速 器及重型车桥等，因此必须对重型汽车的动力与传动系统的匹配技术进行深入的研究。 减少制造样车、道路试验、评定样车的动力性与燃料经济性的好坏，通过使用整车动力 传动系统分析计算软件c r u i s e ，以计算机模拟为基础的传动系参数优化设计，在方案 设计阶段就可以计算出合理的动力匹配方案，既提高了设计效率又节约了开发成本，所 以该方法具有很重要的研究意义。 1 2 课题的来源 本课题来源于陕西重型汽车有限公司f 3 0 0 0 系列新产品开发项目。之所以选择“基 于c r u i s e 软件的f 3 0 0 0 某型牵引车动力传动系统优化匹配研究”作为论文题目，是根 据新产品平台开发时缩短开发周期和降低开发成本的出发点，选择在开发前期采用 c r u i s e 软件对f 3 0 0 0 系列车型进行动力系统进行仿真分析，以计算机模拟为基础的传 动系参数优化设计，直接给出了传动系参数的最佳方案。运用现代模拟预测方法及计算 机技术，在设计阶段就能相当精确地预测出汽车的性能，而且既迅速又经济。 1 3 国内外发展概况 国外汽车企业多年前一经采用先进的技术手段对汽车动力系统匹配进行研究，各大 公司都在丌发自己的动力系统模拟计算软件，美国通用汽车7 0 年代就自主开发出自己的 动力传动系统的预测程序g p s i m ，在模拟匹配计算车辆典型的工况基础上国际知名的 汽车公司陆续各自开发出汽车仿真分析软件，戴姆勒公司的t r a s c o ，康明斯的v m s ， 两安彳i 油人学硕+ 学位论文 日产的c s v f e p ，美国交通部的v e h s i m 等等这些国际知名公司使用各自开发的动力匹 配软件在进行新产品开发时对产品的动力性和燃料经济性进行模拟仿真计算，在不同的 动力系统匹配种计算出满足设计目标要求的匹配方案。目前汽车技术的发展进步带动了 汽车模拟仿真计算的长足发展，同时也出现了专业从事汽车动力系统性能分析和研究的 技术咨询公司，奥地利a v l 公司是其中一家较出名的汽车动力总成设计和汽车技术提 供咨询的专业技术咨询公司。奥地利a v l 公司自主开发的c r u i s e 软件就广泛的应用 于分析发动机、变速器、等动力系统各方面的研究。与中困多家汽车公司和汽车零部件 公司进行提供技术咨询的合作。 在国内我国重型商用车企业对动力系统仿真分析研究起步较晚。国内重型商用车企 业部分丌展了一些研究工作主要是围绕汽车动力传动系统最优匹配和汽车动力传动系参 数的优化两个方面进行研究。但是目前动力系统仿真的技术在国内还没有得到广泛的应 用，目前研究的重点主要集中在提高动力传动系统的适应性( 包括对驾驶员、车辆状况、 运行环境等) ，经济性，可靠性和降低产品开发过程中实验成本上。主要通过以下方式进 行匹配计算： 选择汽车动力传动的各个系统的参数进行计算匹配，主要是从动力性和经济性两个 评价指标进行计算和评定参数选择的合理性 1 3 1 汽车动力性评价指标 汽车的动力性是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的所能 达到的平均行驶速度。从获得尽可能高的平均行驶速度的观点出发，汽车的动力性主要 可由以下三个指标来评定。 a 最高车速 最高车速u m a x 是指在水平良好的路面上汽车能达到的最高行驶速度。它仅仅反映 汽车本身具有的极限能力，并不反映汽车实际行驶中的平均速度。 b 加速性能 汽车的加速能力常用原地起步连续换档加速时间与最高档或次高档加速时间来表 示。 c 爬坡性能 汽车的爬坡能力是用满载时汽车在良好路面上的最大爬坡度i m a x 来表示的。显然， 最大爬坡度是指一档时的最大爬坡度。有些国家用汽车在一定坡道上能达到的车速来表 明其爬坡能力。该项指标所反映的是汽车低速时的动力性。 1 3 2 汽车经济性评价指标 在达到动力性能的条件下，车辆以尽可能少的燃料消耗量进行经济行驶的能力称为 汽车的燃油经济性。汽车的燃油经济性通常用一定工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量 第一章绪论 或一定燃油量能行驶的里程来衡量。中国和一些国家普遍采用的燃油经济性指标单位是 l 1 0 0 k m ，即车辆在行驶1 0 0 k m 后所消耗的燃油量。 a 等速燃油消耗 恒定速度行驶1 0 0 公里燃油消耗量是较常用的一种评价指标，指汽车在一定载荷下， 以最高档在水平良好路面上等速行驶1 0 0 k m 的燃油消耗量。 b 加速燃油消 加速燃油消耗是指用最高档从某车速开始全油门加速行驶5 0 0 m 的燃油消耗量，换 算成百公里油耗量。 c 多工况燃油消耗 即最大限度的再现汽车实际运行工况，为此各国都制定了一些典型的循环行驶试验 工况，模拟汽车实际运行工况，并如欧洲的e c e 循环，英国的n e d c 循环，美国的 u d d s 循环，日本的j p n l o d d s 循环等。 动力性指标可以通过选定的各动力传动系统各个参数通过计算可以得到理论值，并 通过样车试验验证，经济性指标只能通过实验实测这种方法就是传统的匹配计算方法。 目前国内的重型车厂商大部分采用传统的设计方法是由设计者凭经验选择各部件及 其参数，对汽车性能进行估算，然后进行样车的制造、道路试验、评定样车的动力性与 燃料经济性的好坏，再改进，再试验，直到样车性能满意为止。重型汽车设计的周期长、 成本高，而且各部件的参数选择带有一定的盲目性，可能将较优的方案遗漏，造成人力 财力的浪费。 目前虚拟仿真技术的应用也逐渐在国内普及，我公司为了提高设计效率和研发成本 购买了常用的动力总成系统优化匹配的计算机辅助工具a v lc r u i s e 软件。c r u i s e 软件 是奥地利a v l 公司开发的用于研究车辆动力性、燃油经济性、排放性能与制动性能的 高级仿真分析软件，是快速、便捷、高效的车辆动力学仿真工具。该软件真实再现了车 辆的传动系模型，可用于车辆开发过程中的动力传动系的匹配、车辆性能预测等等。本 文通过对c r u i s e 软件的仿真计算的应用和研究结合理论计算和企业实验积累的数据，探 讨重型牵引车动力匹配计算的方法，通过文献的查阅和实际操作的应用总结出进行模拟 计算主要的步骤( 建立车辆模型、输入各总成模型数据、定制所需计算任务和查看计算 结果) 和计算方法。 1 4 研究的主要内容 本文主要从研究工作拟从以下几个方面进行： a c r u i s e 的相关介绍及使用该软件建立模型 简单介绍整车性能模拟计算软件c r u i s e ，通过一个车型的算例描述建立动力传动 系统模型的整个过程，指出在模型在建立过程中需要注意的一些问题和关键环节。 b 重型汽车性能评价指标分析及动力装置参数的选择 西安石油火学硕十学位论文 为有效地进行动力与传动系统的研究匹配，分析重型汽车的性能评价指标，并对能 够较准确反映出汽车的性能的指标进行探讨，讨论发动机功率、传动装置参数的初步选 择。 c 车型的动力与传动系统匹配的动力性与经济性计算 为了计算车型的性能，将一些主要部件性能仿真计算相关参数进行整理汇总，如： 分析确定重型汽车各种附件的功率消耗，传动效率的选择等，然后对车型进行动力性与 经济性计算。 d 不同传动系统匹配下的模拟计算结果对比及分析 按照总质量的不同，展开动力传动系统的肿l j 2 厶匕h y _ , 计算，对所有的模拟计算结果进行汇 总和整理。 e 改善我公司重型牵引汽车动力与传动系统匹配的措施 通过对计算结果的分析整理，总结动力传动系统各部件对整车性能的影响，并由此 得出一些结论，对如何选择发动机及传动系统提出解决方案。 第二章c r u i s e 软件介绍及模型建立 第二章c r u i s e 软件介绍及模型建立 a v lc r u i s e 内置了大量的计算任务，这些任务都是为汽车工程专门设计的。根据 计算任务的不同，可以采用不同的计算模式。 2 1c r u i s e 系统的计算任务 c r u i s e 通过文件夹来实现计算任务的组织管理，在这些文件夹中定义了计算的一 般性数据，如计算精度、时间步长等。 大部分计算任务可以设置为道路模式或底盘测功机模式。这两者的主要区别在于车 辆的阻力不同。在底盘测功机模式中，需要定义转鼓的转动惯量。另外，在考虑和不考 虑轮胎滑动的计算任务中，可以考虑理论上所能传递的发动机功率的不同。 在每一个计算任务的详尽结果之外，除非择不输出结果，c r u i s e 还会提供车辆每 一个部件参数( 转矩、转速、控制信号等) 的详细的变化。 a 循环工况 该任务的主要作用是计算各种( 如，f t p 7 2 、n e d c 等) 循环工况中排放及油耗的状况。 软件预制了一些较常使用的行驶循环。如果在计算过程中需要定义其特殊的行驶循环， 可以使用图形编辑器进行定义。行驶循环可以是时间相关的，也可以是路程相关的。 b 爬坡性能分析 该任务用于模拟计算车辆的最大爬坡度。选用不同的传动部件各种最大爬坡度也可 以通过计算得出。除此之外，可以定义多个的测量点，用于输出在各种车速下的计算结 果。 c 稳态行驶工况分析 该任务用于计算稳定行驶时车辆的经济性能和排放指标。该任务可以计算车辆各个 档位下，在发动机转速范围内车辆的经济性能和排放指标。还有能计算车辆的实际和理 论的最高车速，这是通过调整主传动比实现的，在计算结果中能得到获得理论最高车速 的车辆传动比变动系数。 d 满负荷加速性能 这个任务中包括三项分任务： 最大加速度计算：用于计算车辆在各个档位下，在发动机的转速范围内最大加速度。 原地起步加速性能：用于计算车辆连续换挡时，车辆起步的加速性能。通过定义多 个测量点，可以计算出，车辆从0 到1 0 0 k m h 的加速时间或从0 车速加速到某个里程 的加速所需时间。测量点可以是距离相关或速度相关、时间相关。对于各个定义的测量 点，可以计算得到：实际挡位、加速时问及发动机的实际转速等。 超车加速性能：从某一个起始车速，在某一个挡位加速到设定的目标车速所需的时 西安石油人学硕十学位论文 间的加速性能。假如将目标车速定义为一个测量点，软件可以同时计算出目标车速的超 车加速性能( 起始车速相同) 。 e 最大牵引力计算 这个计算任务是用于绘制功率平衡图、车行驶阻力一驱动力平衡图等。计算任务在 各个档位下，在整个发动机转速范围内计算。 f 巡航行驶工况 巡航行驶工况与循环工况的计算基本相同。两个任务的主要的区别在于：巡航行驶 工况的行驶规范中定义的是与距离相关的速度限制，且不允许超速。循环运行的行驶规 范中定义的速度是行驶的目标速度。另一个不同点是巡航行驶工况计算中车辆的加速度 不能超出定义的最大加速度和最大减速度。巡航行驶工况计算可设定两城市间的行程( 有 路段限速、高度变化等) 进行计算，并可计算总体燃油消耗。 g 制动滑行倒拖 此项任务是计算车辆制动性能。计算中需要定义实际制动力和是否进行换挡。通过 调整某些参数也可进行车辆滑行分析，以检验汽车模块中行驶阻力的设定是否正确。 2 2c r u i s e 的计算模式 多种的计算任务可以采用多种的计算模式。 a 静态计算模式 静态计算模式是用在忽略时间影响的性能分析上。在静态计算模式中，对每一个步 长都是处于稳态条件下进行的计算。如，可以计算出各个发动机转速和档位下的最大爬 坡度( 输出的计算结果为与车速的关系，在计算中考虑了如轮胎滑移等多种影响因素) 。 b 准静态计算模式 准静态计算算模式是用在与时间相关的模拟计算上，如循环工况( c y c l er u n ) 计算 等。准静态计算模式( 也被叫为“逆向计算”) 中，目标参数是定义好的的，需要计算出 影响目标参数各个工作点。 在准静态计算中，其稳态条件与静态计算模式相同。准静态计算与静态计算模式相 比，在计算时可以有加速度，次加速度是被固定为一定值。通过这样的设定就可以计算 满负荷加速工况和循环工况。车辆的具有的运动变量( 如，行驶循环中的加速度) 是计 算前定义好的，计算中没有控制器，计算的效率是很高的。 c 仿真模式 与准静态计算模式相比，仿真模式更真实地模拟了实际的响应。在仿真实际的行驶 工况中，仿真模拟计算建立了一个驾驶员的模型来进行控制。在这种情况下，模块之间 的链接是灵活多变，可以是刚性也可是弹性的。 第二章c r u i s e 软件介绍及模型建立 2 3c r u i s e 中的动力传动系统及相关部件 a 发动机 发动机是通过m a p 图和特性曲线来进行建模的。理论上，要求发动机在试验台架 上测定的废气排放图和燃油消耗。这些m a p 图是在发动机的某一工作温度时测定的。 而在冷起动模拟时，可以采用温度和磨损模块来考虑燃油消耗和废气排放的增加。 如果再输入增压器的一些附加特性( 增压器工作压力、进气温度等) ，就可以研究增 压器对全负荷加速时问的影响。 发动机的数据可以根据新发动机不同的排量进行相应的放大和缩小。所有发动机排 量相关的数据都要乘以发动机的排量比。 冷起动模型用来计算仿真循环中发动机温度变化，并可以用来分析发动机温度对油 耗和排放影响。 软件中提供了两种计算发动机温度的方法：发动机温度变化特性，发动机的温度可 以输入与时间相关的曲线；a v l 温度模型，发动机的温度是通过计算得到的，根据燃油 消耗量可以计算出燃烧热，这些热量将按一定比例分配通过机体和废气耗散，同时考虑 到水箱散热造成得发动机温度下降，就可以确定发动机的温度变化。 b 车辆传动系部件 车辆传动系部件将发动机与车轮和制动器连接在一起，通常这些部件包含在离合器 和变速箱部件组中，另外还提供了创建，比如自动变速箱汽车必需的一些控制装置。车 辆传动系部件主要包括：离合器、传动轴、变速箱、c v t 、单级变速器和差速器。 离合器包括摩擦式离合器、粘性离合器、自动离合器和液力变矩器。最大传递扭矩 是摩擦式离合器的主要性能，最大传递扭矩可以通过输入的结构尺寸参数来计算，也可 以直接输入，离合器由司机通过离合器踏板行程控制，或者由离合器控制模块、离合器 程序控制：粘性离合器考虑驱动端和动力输出端的转动惯量，离合器传递的转矩取决于 两端的转速差；自动离合器可以独立工作，与司机或控制模块无关；液力变矩器部件， 与锁止离合器一起用于自动变速车辆的建模，为了计算变矩器的运行状态，需输入变矩 器的各种特性曲线。 车辆传动系统中的传动轴，可以用刚性模型或者具有扭转刚度的弹性轴。将轴建模 为弹性轴可以用来研究传动系中，由于换档、离合器分离与接合产生的低频动态振动效 应。 在变速箱部件中，考虑传动比、转动惯量和扭矩损失等因素，把驱动端的输入功率 转换成动力输出端的输出功率。 通过c v t 部件可以模拟两种不同型式的c v t ，即无级变速和连续级变速比c v t 。 连续级变速比c v t ，以静力学匹配模式工作，只有在实际传动比和目标传动比的差值超 过一阀值时才改变传动比。无级变速c v t 以动力学匹配模式工作，可以考虑摩擦带滑摩。 西安石油人学硕十学位论文 单级变速器部件与变速箱部件相似，不同的是该部件只提供一个传动比。 差速器部件需考虑转动惯量，该部件可以把驱动端的输入扭矩分成两个动力输出端 的输出扭矩，或者把两个动力输入端的输入扭矩求和。另外，该部件还提供了差速锁。 c 驾驶员、驾驶室及道路部件 c r u i s e 中的驾驶员模块是模拟真实的驾驶员的驾车动作。为了实现这一点， c r u i s e 需要了解驾驶员在实际驾驶车辆过程中可以得到的信息，如瞬间行驶状况、道 路信息，车辆状态等等。输入参数取值的不同可以模拟不同驾驶员的油门操纵习惯、制 动操纵习惯、换挡操纵习惯的驾驶员模型。驾驶室部件是驾驶员和车辆的接触部件。道 路的环境的变化及摩擦系数，风速、温度等，可通过道路部件考虑到计算过程中。 在行驶循环测试中得到的车辆的动力性和经济性，很大程度上受到驾驶员操作特征 的影响。驾驶员的操纵特征、驾驶员的操纵习惯特点是驾驶员操纵车辆的决策基础。 c r u i s e 采用模块化思路，在计算过程中同一辆车，可以模拟不同的驾驶员来进行 多种任务的计算。相反，也可以模拟相同的驾驶员模块操作不同的车辆，对多个车辆的 动力性和燃油经济性进行计算。 c r u i s e 中提供了几种驾驶员换档方式，可以根据车速、某一部件的转速以及最优 加速性能换档。用户也可以自己定义换档过程。图示换档过程中的油门踏板变化、离合 器踏板行程变化、档位的变化是为了获得真实的驾驶员操纵行为，所使用的驾驶员属性。 与真实的一样，车辆、驾驶员和环境在c r u i s e 中是完全分开的。驾驶室模块是驾 驶员、车辆及环境之问的接口。该模块定义驾驶员需用的必要的数据和信息以及驾驶员 对车辆可能的影响。 道路部件用于描述计算任务的环境。为了描述外界环境，每个时刻的大气压力、大 气密度以及温度等都是必需的。 2 4 车辆建模方法和建模过程 我们以4 2 驱动形式的牵引车列车带挂车为例，分析汽车结构和功能，使用c r u i s e 建立整车仿真模型。 2 4 1 模型前处理 模型前处理主要是通过对原型车的结构和功能进行分析，简化物理模型，选择合理 的子系统模块，搭建仿真模型，建立汽车系统的各总成和部件的物理连接和信号连接， 并对各部件和总成进行参数化处理，完成汽车建模过程。 2 4 1 1 原型车结构分析和子模型模块选择 4 2 牵引车列车是由牵引车和半挂车组成，牵引车的布置形式为发动机前置单桥后 轮驱动，机械变速器，驾驶室只控制加速踏板、变速器、离合器和制动器踏板，半挂车 按三根轴考虑。根据结构和布置形式的分析，选用模型库中的汽车模块( v e h i c l e ) 、半挂 第二章c r u i s e 软什介绍及模型建立 车模块( t r a i l e r ) 、机械式摩擦离合器模块( c l u t c h ) 、发动机模块( e n g i n e ) 、机械手动 变速器模块( g e a rb o x ) 、单级减速器模块( s i n g l er a t i ot r a n s m i s s i o n ，作为主减速器) 、 差速器模块( d i f f e r e n t i a l ) 、驾驶室模块( c o c k p i t ) 以及车轮( w h e e l ) 和制动器模块( b r a k e ) 。 将这些模块从车辆建模组件库中按图2 1 所示拖入建模窗口。 二二 二二 二三 士j 壁堂一l 二垒坚一 固：固) ! 囤) 因 囤圆 图2 - 14 x 2 牵引车列车模型的构建 2 4 1 2 建立物理连接 汽车的各个系统模型确定之后，应根据预先需要模拟的配置方案和各个部件连接关 系建立模型的物理连接，此步骤较为简单，只需用c o n n e c t 连接功能建立各个部件连的 物理连接，如图2 2 所示。车辆的传动系统各部件之间有直接的物理连接关系，车轮和 制动器之间也有直接的物理连接关系，但驾驶室与制动系和动力传动系之间没有物理连 接，在仿真计算中，驾驶室与制动系和动力传动系之间是通过信号连接来传递信息的。 二二二蔓二二 二三。l ，= ! = ! 二一j l ，二! ! ! _ j 图2 - 2 模型的物理连接 国国国 围磨回 国国囤 用囱回 国国画 图囱固目国图国宙囱圆 国画 圈圆 雳 餐 冒 冒 冒 蓬 觜圈 西安石油大学硕士学位论文 2 4 1 3 建立信号连接 信号连接是车辆进行仿真建模中较为关键部分之一，相对难度较大。要想正确建立 汽车各子模型之间的信号连接关系，使用者需要对车辆系统内部件之间的连接和控制关 系、信息传递关系以及汽车动力学有深入的理解。如该牵引车列车模型，驾驶室( c o c k p i t ) 需要的转速信号来自于变速器( g e a rb o x ) 的档位；制动器( b r a k e ) 需要的制动压力、 发动机( e n g i n e ) 需要的负荷信号、摩擦离合器( c l u t c h ) 需要的期望的结合程度和起动 开关( s t a r ts w i t c h ) 信号以及变速器( g e a rb o x ) 需要的期望档位信号都来自于驾驶室 ( c o c k p i t ) 。 双击建模窗口下方的彩色线条打开数据总线，如图2 3 所示，各子模型之间的连接 关系见表2 1 。 i n p u ti n f o r m a t i o n f r o mc o m p o n e n t d e l i v e r i n g l o a ds i g n a l i i i x f = ，h 乃一 b a t t er yc h ar g e t e m p er a l ur ee ：i e m a l e n c l i n ea c t i v a t i o n i d i es p e e d j a k e br a l , ea c t i v a t 】0 n d e s ir e dt o r q u e m a x i m u ms p e e d a d d l t i o n a lf cf m a s sf i o f cc o e 仟i c i e n ie x i er n a l ii- | c o c k p i t 。t 二：l f - 1 图2 - 3 数据总线 表2 - 1 数据总线的链接信息 臼 3 - n c o m p o n e n t r e q m r e si n p u tc o m p o n e n t d e l i v e r i n g o u t p u ti n f o r m a t i o n i n _ f o r m a t i o n f r o m b r e a kb r e a kp r e s s u r e c o c k p i t b r e a kp r e s s u r e c l u t c hd e s i r e dc l u t c h c o c k p i t d e s i r e dc l u t c h r e l e a s e r e l e a s e c o c k p i ts p e e de n g i n ee n g i n es p e e d c o c k p i to p e r a t i o nc o n t r o l0e n g i n eo p e r a t i o nc o n t r o l c o c k p i t g e a ri n d i c a t o rg e a r b o xc u r r e n tg e a r e n g i n e l o a ds i g n a l c o c k p i t l o a ds i g n a l e n g i n e s t a r ts w i t c hg e a r b o xc u r r e n tg e a r g e a r b o xd e s i r e dg e a r c o c k p i t d e s i r e dg e a r m o n i t o r i n p u t 0e n g i n e e n g i n es p e e d 在数据总线连接时，需要注意：i n p u ti n f o r m a t i o n f r o m 中显示为蓝色的项目为必须 连接的项目，发动机( e n g i n e ) 模块中的负荷信号( l o a ds i g n a l ) 虽然显示为黑色，但 1 0 第二章c r u i s e 软件介绍及模型建立 也必须进行连接。 2 4 2 输入模型数据 利用c r u i s e 进行汽车性能仿真的最大特点是各子系统的模块化设计以及子模型的 参数化输入。c r u i s e 根据汽车同一子系统的不同结构，分别定制子系统模型，如根据 变速器的不同类型机械式变速器( m t ) 、金属带式无级变速器( c v t ) 和自动变速器( a t ) ， 分别建立各自的子模型。当汽车系统仿真建模时，应用人员可根据汽车的配置选择合适 的变速器子系统模型，各子系统模块与其它部件留有数据接口，各子系统参数通过参数 输入界面输入。 模型数据的输入有以下几种方式：手动输入数据；从已有模型中调入数据；从已有 数据文件中导入数据；拷贝与粘贴方式输入输出数据。 手动输入数据：双击建模窗口中的每一个组件，都会弹出一个窗口，根据需要输入 每个组件的相关数据即可。 图2 - 4 从已有模型中调入数据 拷贝与粘贴方式输入输出数据：数据可以通过拷贝与粘贴方式输入输出，这可以在 c r u i s e 内部进行，也可以与其它软件，比如e x c e l 之间传输数据。 2 4 3 仿真过程 建模和参数输入完成之后，利用检查功能( c h e c k ) 来检查模型是否正确，如果通过 检查，便可进行仿真。 在仿真计算之前，要定制仿真任务。根据需要计算的内容，建立相应的文件夹，在 每个文件夹下添加相应的计算任务，如图2 5 。 西安石油大学硕士学位论文 蹬f r o i e c ti ex p l o r e r 回v e h i c l em o d e l + 嗣，曩v e h i c i ed a t a 一昭p r o i e c td a l o 1 = = = = l f r c - i e c t + ； s e t l ir n g s v e h i c l e 一二 t a s kf o l d e r i 二 v ar i a t i o n s + 匕二 c y c l er u n 一二二】t a 。kf o l d e r 4 - r v ar i a t i o n s ： 图2 5 添加计算任务 计算任务的定义包括：道路环境，驾驶员，试验台当量惯量，测量点的定义，优化 变量的定义。 在驾驶员模型中，我们可以细化换档操作特性模型，驾驶员部件的换档操纵特征可 以针对不同档位进行定义。 2 5 小结 本章详细地叙述了c r u i s e 软件的基本功能和计算模式以及重型车计算模型的建立 方法及在模型建立的时候应该注意的问题，计算结果的输出。通过本章的介绍可以知道 c r u i s e 软件的基本功能和计算方法和软件的使用方法，为车型的匹配计算和结果提供 方法。 1 2 第三章重型汽车性能评价指标分析及动力装置参数的选择 第三章重型汽车性能评价指标分析及动力装置参数的选择 评价重型汽车动力传动系统的合理与否，首先应该确定一系列的指标。由于重型汽 车具有总质量大、工况复杂等特点，传统的一些指标，如货车六工况燃油经济性，可能 无法适用于重型车辆，因此寻找一些能够真实反映车辆在实际使用过程中的性能的一些 指标至关重要。 3 1 评价指标分析 动力传动系统所能决定的车辆的两大性能是动力性与燃油经济性，因此这两个性能 无疑是评价重型车辆性能好坏的主要指标，也是动力传动系统设计、选型及匹配好坏的 评价指标。 汽车的动力性是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所 能达到的平均行驶速度。动力性在很大程度