基于cruise的动力传动系统建模与仿真分析

基于CRUISE的动力传动系统建模与仿真分析在车辆动力传动系统设计及匹配研究中,系统的建模是一个非常复杂的过程在车辆动力传动系统设计及匹配研究中，系统的建模是一个非常复杂的过程。应用CRUISE仿真软件建立的车辆动力传动系统模型具有方便、简单、容易调试和直观性强等特点，不仅能节省大量时间，而且便于用户分析和研究仿真结果以及修正参数，从而快速完成系统的匹配设计。前言汽车动力传动系统设计的首要任务是使传动系统各部件之间以及与发动机之间互相匹配，以保证汽车能在不同条件下正常行驶，并具有良好的动力性和燃油经济性。动力传动系统动态模型的建立是在车辆设计、匹配及性能研究的基础上，但传动系统建模复杂，调试过程时间较长，给研究工作带来了很大的不便。采用专业软件对其进行建模及仿真研究不仅可以节省大量的时间，使建模过程简单化，而且程序运行可靠、调试方便、结果准确，利于分析研究。AVL公司开发的CRUISE是研究车辆动力性、燃油经济性、排放性能及制动性能等的高级仿真分析软件，它包含了车辆的基本模块和控制模块，用户可利用模型生成器建立所需的车辆系统模型，并在此基础上进行仿真分析，利用仿真结果优化传动系统的参数，从而快速完成系统的设计。CRUISE软件功能及特点介绍CRUISE是一种非常灵活的车辆仿真分析软件，可对任意结构形式的车辆传动系统进行建模与仿真，用于车辆开发过程中的动力系统与传动系统的匹配、整车性能预测和仿真计算。可进行发动机、变速器和轮胎的选型及匹配优化，还可以用于混合动力汽车、电动汽车的动力传动系统及控制系统开发和优化。CRUISE软件具有以下特点（1）灵活的模块化理念可进行各种车辆和动力总成配置的分析，能够自由地在所提供模块的基础上建立系统模型；（2）发动机的冷启动模型考虑了高摩擦和热力学效应；（3）弹性扭转轴单元可用于传动系统的低频振动特性研究；（4）黑盒子功能可使用户自定义模块和控制算法；（5）提供了流体动力学软件FLOWMASTER、KUH及MATALABSIMULINK的接口；（6）考虑了转向时车轮和车辆受力；（7）有分析CVT的专用模型。CRUISE提供了一种图形化的交互环境，只需用鼠标拖动的方法从模型库中拖出相应的元件，便能迅速地建立系统框图，根据研究的需要添加相应的控制模块，并正确连接数据总线，可很快得到系统模型。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，可用于车辆的动力性、燃油经济性能的仿真，利用其模块化的建模理念可以直观地从CRUISE中已经建立好汽车上所有零部件的模块，整车、发动机、离合器、变速器、分动器、主减速器、差速器、制动器和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和输出接口，根据具体车型特点见图1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CRUISE整车仿真模型见图2。完成机械连接后，需要在各模块中输入整车模块、发动机模块、离合器模块、变速器模块、主减速器模块、差速器模块、制动器模块、车辆模块和驾驶室模块等相应的数据，来模拟所仿真的车型。仿真分析应用图2建立的系统模型对某一车辆的动力性、经济性进行仿真分析。其中汽车总质量为40T，发动机排气量为7L，最高转速为2300R/MIN。根据整车动力性要求和目标循环工况下的动力性、经济性要求，设计汽车动力装置参数。对于动力性，CRUISE软件的计算任务中包括最高车速、爬坡性能、全油门加速和最大牵引力等。其仿真计算结果为最高车速为1075KM/H，最大爬坡度为285见图3，最大牵引力为109KN（见图4、图5），原地起步连续换挡加速时间5804S（070KM/H）见图6。对于燃油经济性，等速油耗可以从CONSTANT任务中读取，行驶100KM的等速油耗计算结果为时速50KM/H时油耗为2006L，时速60KM/H时油耗为2204L，时速70KM/H时油耗为2434L，时速80KM/H时油耗为2698L，时速90KM/H时油耗为3097L（见图7）。CRUISE软件可完成给定循环工况仿真，按图8所示的载货车CWTVC循环工况进行仿真计算，仿真结果显示全程CWTVC循环全程行驶7621KM，平均燃油消耗量2868L/100KM。通过计算，还能得出循环工况分布图（见图9）以及循环工况的油耗比例图（见图10），根据结果可以对发动机性能提出改进要求。从以上结果可以看出，车辆工作区域为发动机的经济区域，但是后备功率偏小，考虑车辆的运行情况可以适当增大发动机转矩。可见，通过CRUISE仿真可以便捷地得到各部件的特性曲线和运行结果，具有很强的直观性，为后续的设计和研究工作奠定了基础。结论1进行了基于CRUISE软件的车辆传动系统的建模与仿真分析，以某一车辆为实例进行仿真，结果达到了较为满意的效果。2利用CRUISE可构建传动系统模型，研究车辆的动力性、经济性。通过对整