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摘要：汽车动力传动系统设计的首要目标是寻求符合用户需求的车辆不同性能间的“最佳平衡”，即特定循环工况下动力性，经济性，排放性，平顺性和操纵性能的综合分析。动力传动系统动态模型的建立是车辆设计、匹配及性能研究的基础，但传动系统建模复杂，得出的结果仅仅是理论值，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系统匹配已成为研发汽车动力系统的一个重要手段。通过建立系统的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，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。
关键词：AVLCRUISE；新开发速比驱动桥；动力性仿真；
汽车动力传动系统设计的首要任务是传动系统各部件之间以及与发动机之间的匹配,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车辆设计、匹配及性能研究的基础,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。
一、整车动力装置匹配原理
1.最高车速。最高车速是汽车动力性能的主要评价指标，最高车速是指在水平良好的路面（混凝土或沥青）上汽车能达到的最高行驶速度。由功率平衡方程（或功率平衡图）汽车运动阻力所消耗的功率有滚动阻力功率、空气阻力功率、坡度阻力功率和加速阻力功率。二是爬坡能力。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来表示。重卡由于在各种地区和路面上行驶，因此最大爬坡度时其动力性的最要评价指标。三是加速能力。汽车的加速能力可以用它在水平良好路面上行驶时能产生的加速度来评价，但由于其不易测量，通常采用加速时间来表征汽车的加速能力，他对汽车的平均行驶速度影响较大。对于重卡来说，由于其载重大，车速较低，因此，加速时间对重卡影响较小。
二、基于AVLCRUISE新开发速比驱动桥的动力性仿真
1.基于AVLCRUISE的汽车动力传动系统仿真模型的建立
（1）CRUISE介绍。AVLCRUISE是计算和优化燃油消耗、排放和整车性能的综合工具，适用于设计仿真任何传动系结构的车辆，可进行发动机、变速器、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的开发和优化；其基于直观的模块化传动系模型能真实再现实车性能。CRUISE具有以下特点：1.在短时间内可以便捷地改变车辆的结构布置形式；2.车辆模型的搭建过程简洁易懂；3.提供与ORACLE系统的接口，方便进行数据管理；4.内置大量的计算任务；5.动力系统的优化设计包括传动系统的参数优化、动力总成的匹配优化和动力总成子系统的集成。
（2）整车模型的建立。CRUISE利用其模块化的建模理念可以直观和便捷地搭建不同布置结构的车辆模型。一是整车主要参数。1）整车质量/载重量（kg）：10450/22500；2）轮距/质心到前轴距离（mm）：5650/6300；3）迎风面积（m2）/滚动阻力系数/前轴升力系数/后轴升力系数:7.2/0.52/0.052/0.04。二是发动机主要参数。1）发动机类型：柴油/增压中冷/直列8缸4冲程；2）怠速/最大转速（r/min）：600/2500；3）排量（cm3）：84783．变速器总成主要参数。
2.传动系设置与传动比的选择。动力传动系模块主要包括:动力源(发动机模块、电池模块)、电机模块(ISG)、驱动电机模块(EM)、自动离合器模块、电机减速器、主减速哭,差速器等。各模块之间用机械连接和数据总线连接。发动机模块所需要的数据信息有:发动机排量、工作温度、最高转速、转动惯量、怠速转速、燃油类型、燃油密度、热值等。离合器模块中可选的离合器类型有干式摩擦离合器、液压式离合器和粘液耦合离合器。本方案选择干式电控摩擦离合器。通过电池模型内部计算,可以用单个电池组织电池组,这就使用户可以很容易的搭建理想的电池模型。一是根据车速70~120km/h发动机的工作点以及最高车速170km/h驱动功率与发动机最大功率相平衡的原则,主减速比在2.8到3.0范围内是比较合适的。这个速比范围下,利用现有资源,选取主减速比为2.864。二是驱动电机减速比G1的选择。本系统可根据发动机转速范围、驱动扭矩的需求、永磁同步电机的特性以及成本的平衡对G1初选一个范围如下:功率和力矩选取原则如下:纯电动可爬20%坡度,且有一定动力富余;纯电动按30km/h连续爬10%坡道;驱动电机的最高转速为13000rpm,发动机最高转速为6000rpm,电机速比太大,会使驱动电机工作转速高。当发动机转速到5000rpm时,车速达到197.4km/h,已经满足最高车速的要求,此时电机速比选2.6989,电机转速接近13500rpm。考虑到将来在满足汽车动力性要求的前提下,发动机的最高工作转速可以降低,因为从发动机map看,发动机高转速时效率低。选取电机速比为2.7。
3.仿真分析。汽车的动力性和传动系的参数选择匹配密切相关。理论上各参数可以连续任意变化,以获得最优的匹配效果。但在实际应用过程中,整车生产厂家在匹配时往往只能选择市场上已存在的发动机、变速器、主减速器等。一是计算约束条件。1)电动附件电能消耗用130欧姆的电阻替代(连接在动力电池上),功率为850瓦左右;2)载荷为满载即1907kg;3)仿真是汽车在满载的情况下,考虑了摩擦损失,差速器,主减速器和电机后端变速器的效率均为0.96；二是动力性分析。1)在将各个部件的参数配置好之后,在计算项目下的任务文件夹中添加全负荷加速计算任务.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并在驾驶员这样每当发动机转速达到2800r/min时,变速箱就会自动升档，将仿真模式设置为即采用正向动态仿真方法,考虑轮胎的滑移,运行计算任务,得到结果为0~100km/h加速时间，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29s,由此可见采用建模仿真得到的加速性能结果比理论计算更加准确。此外,可以得到车速、加速度和距离随时间的关系计算结果较更加丰富，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,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,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,得到的最高车速相比于实际测试得到的的最高车速,可以看出建模仿真得到的结果比理论计算更加接近实际。2)最大爬坡度为26%。可见,电机参与工作时,无论是最高车速,还是加速时间都有明显改善。以上结果均能满足原车设计技术要求。可见,利用软件,可以快速地搭建混合动力传动系统模型及修改,并进行仿真,便于各部件参数的调配,具有很强的直观性,为后续的设计和研究工作奠定了基础。
本文进行了基于AVLCRUISE软件的混合动力车辆传动系统的建模与仿真分析,以某型正在开发的车辆为实例进行系统性能仿真,分析结果具有参考价值。利用Cruise可构建传动系统模型,研究车辆的动力性、经济性和排放。通过对整车建模与仿真,能在产品开发的早期预测车辆的性能,给车辆研究工作带来了很大的帮助。
参考文献：
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