基于Cruise的微卡发动机匹配分析

本文格式为Word版，下载可任意编辑——基于Cruise的微卡发动机匹配分析常用L/100km为计量单位。

对于轻型车，我国采用的测试方法标准是《GB/T19233-2023轻型汽车燃料消耗量试验方法》，同时油耗试验要结合排放进行，其采用的试验循环来自《GB18352.5-2023轻型汽车污染物排放限值及测量方法》的规定，参考的是欧洲的NEDC（NewEuropeanDrivingCycle）循环。

NEDC循环包含4个城市循环（1部）和1个郊区循环（2部）。从下图可以看到，2部郊区循环的车辆行驶距离占比很大，即这种循环偏重于中高速工况。

2Cruise原型车建模分析

2.1Cruise原型车建模

Cruise采用模块化设计，包含整车车身、发动机、离合器、变速箱、主减速器、差速器、制动器及轮胎等元件模型，建模时根据需要拖入建模窗口，建立数据传输链接，添加到驾驶室模块对车辆进行控制，即可建模整车仿真模型。

建模完成后，需要对各个元件的参数进行输入，以发动机为例，需要输入发动机的气缸数、排量、怠速油耗、外特性、万有特性数据等。

其中微卡的整车参数如下：

目前匹配的1.5L自然吸气发动机（简称1.5自吸）参数如下：

发动机万有特性如下：

2.2Cruise仿真结果

在Crusie计算整车性能时，我们增加了更小一级的速比4.875，用于计算对比。

整车质量对动力及经济性影响很大，对于最大爬坡度，选择满载质量;对于NEDC循环油耗，根据法规油耗选择空载质量;对于等速百公里油耗，选择半载最高档位工况;其余选择空载质量。

在Cruise软件中，添加计算任务后，可得到如下结果：

通过表3我们可以看出，在主减降低后，整车经济性得到了提升，但动力性降低，特别是满载最大爬坡度从32.3%降低到28.9%，已经不满足整车设计要求（一般≥30%）。主减速比5.375设计比较合理。

空载NEDC循环油耗为9.66L/100km。对于整备质量1380kg的微卡，2023年法规油耗限值要求为7.8L/100km，显然目前匹配的1.5L自然吸气汽油机远远达不到目标要求。

在满足整车动力性的前提下，降低主减能有效降低油耗，而想要提高整车动力性，需要更大功率及扭矩的发动机，因此要满足2023年法规油耗限值要求，需要对发动机平台进行升级。

3不同发动机匹配方案分析

本文选择了三款更高功率及扭矩的发动机，采用Cruise软件进行了最优速比下的整车性能对比分析，三款四缸发动机主要性能参数如下：

上述均为国内性能比较先进的配乘用车发动机，都采用了VVT可变气门正时技术。其中2.0自吸汽油机（简称2.0自吸）采用了高压缩比及米勒循环技术，发动机在低转速时以奥托循环模式工作，输出最大扭矩;在中高转速时，以阿特金森方式工作，实现最正确的燃油性，。而1.5L增压汽油机（简称1.5增压），通过增压方式实现了功率和扭矩的大幅提升，燃油消耗率相对高。

前面提到，对于卡车，最大爬坡度是一个最重要的指标。因此在Cruise计算时，其它整车参数不变，只优化主减速比，重点分析在不同主减下，最大爬坡度和NEDC循环油耗的变化。

从开发成本考虑，从市场上选取现有的主减进行对比分析，选取了5.375、4.875、4.33、3.9共4种微卡常用的主减，本文将对上述4款主减与上述4款发动机进行横向和纵向比较，找出同时满足整车经济性和动力性的最正确组合。

由表5可以看出：

（1）在主减为5.375时，扭矩越大的发动机，满载爬坡度越大并满足>30%的要求，但NEDC循环油耗没有改善甚至加大，主要原由于发动机没有运行在最正确油耗区。

（2）在主减为4.875时，最大爬坡度开始降低，油耗有明显改善，但离目标油耗差距很大。

（3）在主减为4.33时，油耗进一步改善，2.0自吸和1.5增压发动机最大爬坡度仍有很大富足，而1.8自吸已经优化到极限。

（4）在主减为3.9时，1.5增压发动机最大爬坡度36.8%，油耗降低到每百公里8.2L，离7.8L的目标油耗越来越近;2.0L自吸发动机差一些，但均可通过其它方式进一步降低油耗，满足目标值。

1.5增压发动机的最大扭矩大于其它发动机，特别是低速扭矩更大，见图4，在1500rpm时就能达到最大扭矩，可以选择较小的主减在满足最大爬坡度的前提下实现油耗的降

低。

综上可以看出，想实现目标油耗，发动机需要增大排量（同时考虑米勒循环）或者升级为增压机型。由于卡车的最高车速远远小于乘用车，发动机在匹配开发时，可降低额定转速功率，增大低速扭矩。

通过Cruise仿真计算，可以确定满足目标油耗需要的发动机形式，并根据仿真结果针对性的对发动机进行低速性能的优化，并进一步从成本、发动机机舱的布置空间出发，最终选择适合的发动机。

4结论

Cruise仿真软件对汽车匹配分析具有快速和确凿的优势。根据Cruise仿真结果，本文得出以下结论：

（1）增大后桥主减，可降低NEDC循环油耗，但满载最大爬坡度同时降低，需要满足微卡最低30%爬坡度的限值要求。

（2）增大发动机排量或升级为增压机型，提升发动机低速扭矩，是满足目标油耗要求的一种有效方式，并需根据成本、发动机机舱空间合理选择发动机形式。

（3）采用1.5T增压汽油机匹配微卡后，整车百公里油耗从9.66L降低到8.18L，满载最大爬坡度为36.8%，进一步降低主减即可达到7.8L的法规要求。

參考文献

[1]王望予.汽车设计.机械工业出版社，2023.8.

[2]AVL-Cruisemanuals.

[3]周龙保，刘巽俊，高宗英.内燃机学[M].机械工业出版社，