AVL-CRUISE-2019-整车经济性动力性分析操作指导书

AVL_CRUISE_2019_整车经济性动力性分析操作指导书AVLCRUISE纯电动汽车经济性动力性分析操作指导书

目录TOC\o"1-1"\h\z\t"a1,1,a2,2,a3,3"AVLCRUISE纯电动汽车经济性动力性分析操作指导书第一章AVLCruise2014简介 11.1动力性经济性仿真集成平台 21.2AVLCruise建模分析流程 31.3主要模块功能 31.4AVLCruise计算任务的设定 9第二章汽车零部件模型建立 142.1.软件启动 142.2.Project创建 15第三章整车动力经济性分析模型连接 443.1.部件之间物理连接 443.2.部件之间信号连接 45第四章整车动力经济性分析任务设置 494.1爬坡性能任务制定 504.2等速百公里油耗分析 534.3最大车速分析 564.4循环工况油耗分析 594.5加速性能任务制定 62第五章计算及分析处理 655.1.计算参数设置 655.2.分析处理 65第六章整车动力性/经济性计算理论 716.1动力性计算公式 716.1.1变速器各档的速度特性 716.1.2各档牵引力 716.1.3各档功率计算 726.1.4各档动力因子计算 726.1.5最高车速计算 726.1.6爬坡能力计算 736.1.7最大起步坡度 746.1.8加速性能计算 746.1.9比功率计算 766.1.10载质量利用系数计算 766.2经济性计算公式 766.2.1直接档（或超速档）等速百公里油耗计算 766.2.2最高档全油门加速500m的加速油耗（L/500m） 776.2.3循环工况百公里燃油消耗量 78第一章AVLCruise2014简介1.1动力性经济性仿真集成平台AVLCruise是AVL公司开发一款整车及动力总成仿真分析软件。它可以研究整车动力性、燃油经济性、排放性能及制动性能，是车辆系统的集成开发平台。AVLCruise软件已经成功的在整车生产商和零部件供应商之间搭建起了沟通的桥梁。该软件与其他整车仿真工具相比，具有以下主要特点：1.通过模块化的建模方式，可以快速将传统车辆改变为先进动力传动系统，并支持分层建模，方便客户管理各个子系统。2.Cruise内置了很多基于汽车工程应用的计算任务。主要有循环工况任务、巡航工况任务、最大爬坡度计算任务、稳态行驶性能任务、全负荷加速性能任务、制动/滑行/反拖任务以及最大牵引车计算任务等。3.有大量的电气部件，可用于电动汽车或者混合动力汽车的开发；立体式全方位的接口，便于进行整车集成测试；也可以对先进动力传动系统进行分析评价，例如：AT、AMT、DCT和GSI等，其中的GSP模块可进行换挡规律的生成和优化。4.根据预先设定的动力性、燃油经济性或者排放性指标，可以进行动力参数匹配计算和动力总成匹配计算。5.内置Function函数，用户可以根据自己的需求编写控制策略。6.Cruise软件可以与AVLIn-Motion、dSPACE和ETAS等硬件系统进行耦合仿真，实现车辆动力总成系统的实时(RealTime)仿真；也可以调试和分析控制系统，缩短了开发时间并且提高幵发速度。7.可同时进行正向仿真和逆向仿真。正向仿真是指驾驶员根据车速要求，通过调整油门踏板和制动踏板，使实际车速跟随目标车速的过程，这个过程由于存在驾驶员的主观意识和调整过程，因此实际车速会围绕目标车速呈小幅波动趋势，波动的幅度与控制器的控制特性有关；逆向仿真是指根据车轮的转矩(功率)需求逆向推导发动机的输出转矩；只要该需求转矩在发动机可提供的范围内，逆向仿真可确保实际车速与目标车速完全一致。8.采用与Oracle对接的数据库管理体系，便于进行系统的管理和资源分配，提高了数据管理的安全性，同时方便实现Cruise软件不同使用群体之间的数据交换和数据读取；强大的数据搜寻和对比功能，使用户在面对大量的数据的情况下可根据自己设定的边界条件便捷的进行数据的获取和对比。1.2AVLCruise建模分析流程输入参数生成车辆模型项目/方案在Cruise软件中建立仿真模型时，需要按照一定的流程图逐步建立整车模型。这样可以避免不必要的错误，防止数据的遗漏，保证仿真过程的顺利进行。在建模过程中，推荐的仿真流程图如1所示。输入参数生成车辆模型项目/方案计算任务通信连接物理连接计算任务通信连接物理连接结果输出运行计算设置计算结果输出运行计算设置计算图1AVLCruise建模分析流程图1.3主要模块功能Vehicle模块Vehicle模块是每个模型的基本组件，在该组件中可以定义车辆的基本尺寸、重量等参数。每个模型只能有一个Vehicle模块。该组件可以计算得到车轮动态载荷、空气阻力、滚动阻力、坡度阻力、加速阻力以及车辆总阻力。Vehicle模块参数输入主界面如图2所示。图2Vehicle模块参数输入主界面在Vehicle模块中，需要输入的主要参数有：油箱容积、较接点到前轴的距离、轴距、台架试验台的固定点到地面的距离、重心到前轴的距离、重心高度、前后轮胎压、整备质量、满载质量、迎风面积、空气阻力系数以及前后轴升力系数等。Engine模块Engine模块是通过特性曲线和Map图来建模的。理论上，要求使用在试验台架测定的燃油消耗和废气排放图。这些Map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，可以采用温度和摩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间的影响。发动机的数据可以根据新发动机的排量进行相应地缩放。所有与发动机排量相关的数据都要乘以发动机的排量比。Engine模块的输入参数主界面如图3所示。图3Engine模块参数输入主界面在Engine模块中需要输入的主要参数有：发动机排量、气紅数、冲程数、发动机怠速转速与最高转速、发动机转动惯量、发动机响应时间、燃油热值以及燃油密度等。Clutch模块Clutch模块用于模拟手动变速箱的摩擦式离合器模型，最大传递转矩是摩擦式离合器的主要性能。最大传递转矩可以通过输入的结构尺寸参数来计算，也可以直接输入。Clutch可以由Driver通过离合器踏板行程控制，或者由ClutchControl、ClutchProgram来控制。Clutch模块的输入参数主界面如图4所示。图4Clutch模块参数输入主界面该模块需要输入的主要参数有：离合器输入、输出转动惯量、离合器所能传递的最大转矩、离合器摩擦片的内外工作半径、摩擦面数等。GearBox模块GearBox模块中，考虑了传动比、转动惯量和转矩损失等因素，将驱动端的输入转矩转换成动力输出端的输出转矩。GearBox模块的输入参数主界面如图5所示。图5GearBox模块参数输入主界面该模块需要输入的主要参数有：挡位数目、各个挡位的传动比、每一挡位的驱动输入端和动力输出端的转动惯量、每一挡位啮合齿轮齿数等。SingleRatioTransmission模块SingleRatioTransmission模块用来模拟主减速器，与GearBox模块类似，不同的是该部件只提供一个传动比。SingleRatioTransmission模块的输入参数主界面如图6所示。该模块需要输入的主要参数有：主减速比、驱动端和动力输出端的转动惯量等。图6SingleRatioTransmission模块参数输入主界面Differential模块Differential模块用来模拟差速器。考虑了转动惯量，该部件可以把驱动端的输入转矩分成两个动力输出端的输出转矩，或者把两个动力输入端的输入转矩求和。另外，该部件还提供了差速锁。Differential模块的输入参数主界面如图7所示。图7Differential模块参数输入主界面该模块需要输入的主要参数有：转矩分配系数、驱动端和动力输出端的转动惯量等。Wheel/Tire模块Wheel/Tire模块是车辆和道路之间的连接模块。该模块可以考虑轮胎滑移。并且有Michelin滚动阻力矩模型，可以考虑众多参数对车轮阻力的影响。Wheel模块输入参数主界面如图8所示。图8Wheel/Tire模块参数输入主界面Cockpit模块Cockpit模块用来模拟驾驶室。驾驶室用来链接车辆和驾驶员。并且可以确定哪些信息与数据可以被驾驶员调用以及驾驶员的输出对车辆的影响。Cockpit模块输入参数主界面如图9所示。图9Cockpit模块参数输入主界面该模块需要输入的主要参数有：前进挡数、倒挡数、最大制动力等。1.4AVLCruise计算任务的设定计算任务的组织管理是通过文件夹的方式来实现的。对于每一项任务都包括以下文件夹：计算任务特性设置文件夹、计算任务文件夹、Course(道路)设置文件夹、Driver(驾驶员）设置文件夹。对于不同的计算任务文件夹，在不需要计算时，可以关闭来节省计算时间。大部分计算任务可以设置为道路模式或者底盘测功机模式。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，需要定义飞轮的转动惯量。另外，在考虑和不考虑轮胎滑移的计算任务中，可以考虑理论上所能传递的发动机功率的不同。计算任务特性设置文件夹该文件夹主要是设置计算精度、仿真步长等参数，一般取默认值。推荐的默认设置如下:CalculationAccuracy：normal(possiblyhigh)CorrectionThreshold：highSimulationMax.SimulationTimeStep：0.05sOutputafterevery1SimulationStep(s)ReverseEngineeringOutputafterevery1CalculationStep(s)TimeInterval：0.5sVelocityInterval：O.5km/h计算任务文件夹该文件夹用于设置计算任务。Cruise软件内置了多种基于汽车工程应用的计算任务。包括的任务如下:循环行驶工况(CycleRun)该任务用来计算整车在标准循环工况（如UDC、NEDC等）中的燃油油耗和排放情况。Cruise内置了各个国家不同驾驶需求的标准路谱，用户可以方便地使用，另外用户也可以根据实际道路谱修正道路谱。爬坡性能分析(ClimbingPerformance)该任务属于静态计算，用于计算各个挡位，发动机整个转速范围内的最大爬坡度。另外，也可以计算在一定转速或者一定车速的最大爬坡度。稳态行驶性能分析(ConstantDrive)该任务也是静态计算，用于计算各个挡位的等速燃油消耗和排放。其中的最高车速子任务可以计算实际达到的最高车速和理论最高车速。优化是通过改变主减速器速比来进行的，结果中可以得到主减速比优化系数。全负荷加速性能(FullLoadAcceleration)在该任务下有三个子任务：各挡最大加速性能计算(MaximumAccelerationinallGears)：该子任务也是静态计算，可以计算得到所有车速和挡位下的最大加速度。原地起步连续换挡加速性能(ShiftingGearsfromStandstill)：该任务可以计算车辆原地起步连续换挡加速性能。超车加速性能(Elasticity)：该任务用于计算车辆的超车加速性能。最大牵引力计算(MaximumTractionForce)该任务也是静态计算，可以得到所有车速和挡位下的发动机最大牵引力。同时在结果中，可以得到驱动力-行驶阻力平衡图和功率平衡图。巡航行驶工况(Cruising)该任务与循环工况任务相似，可用于计算客户自己定义的已知两城市间的总体燃油消耗和排放。制动/滑行/反拖(Brake/Coast/Thrust)通过设置是否换挡和是否有制动力，该任务可用于分析车辆的制动、滑行以及反拖性能。Course(道路)设置文件夹Course部件用于描述计算任务的环境条件。为了描述外界环境，的大气压力、大气密度以及温度等都是必需的。所需输入参数有：可以与时间或距离相关的一些输入参数：大气温度湿度行驶方向上的风速过程信号，可以定义为车辆模型的外部输入信号其他的与距离相关的输入参数还有：大气密度或压力道路摩擦系数道路高度变化路段车速限制图10所示为Course文件夹设置窗口：图10Course设置窗口Driver(驾驶员）设置文件夹驾驶员模块用来实现驾驶员的操作。图11为Driver设置窗口。图11Driver设置窗口Cruise中内置了多种标准的驾驶员操作数据，方便用户选择。在行驶循环测试中得到的车辆的动力性和燃油经济性，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。Cruise的模块化理念使得对于同一辆车，可以采用不同的驾驶员来执行大量不同的任务。反过来，同一类型的驾驶员模块也可以用于不同的车辆进行燃油经济性能和动力性能的测试。第二章汽车零部件模型建立本次计算是以某4×2后驱车为基础，进行零部件建模，整车模型搭建、计算任务设定、计算结果处理等，最终评价匹配结果，并对其进行优化，最终满足性能要求。2.1.软件启动开始→所有程序→AVLCruise2014，打开AVLCruise2014，如图12所示。图12打开软件AVLCruise2014默认进入User(用户)模式，侧是Project导航窗口，里面包括软件自带的各种案例模型，右侧是project模型的详细信息，如图13所示。图13AVLCruise2014欢迎界面2.2.Project创建在AVLCruise2014的安装目录D:\ProgramFiles\AVL\CRUISE\v2014\projects下建立纯电动汽车分析文件夹，点击进去之后再建立文件夹Electric_4×2_Rear-Drive，如图14所示。图14建立纯电动汽车分析文件夹接下来将会在Cruise主界面左侧的Project树中看到纯电动汽车分析的文件夹，下面有一个名为Electric_4×2_Rear-Drive的Project文件，右键点击该project，选择new→version，创建了一个Electric_4×2_Rear-Drive的算例，如图15所示。图15建立Electric_4×2_Rear-Drive算例右键点击导航窗口中project，选择“load”，进入Desk建模主界面，如图16所示。图16进入Desk建模界面下面将逐一建立纯电动汽车的各个系统及部件。Vehicle整车模型首先确保当前编辑状态处于“VehicleModel”下，点击“Modules”模块下的Vehicles，并将其拖曳到建模主窗口，如图17所示。VehicleModelVehicleModel图17建立Vehicle模型车辆模块包括汽车公称尺寸、质量、空气阻力系数等一些基本的数据，是传动系模型重要的组成部分。车辆模块需要的参数主要包括整车整备质量、最大总质量、行驶阻力、车辆重心位置、车辆动载荷、迎风面积等，车辆模块中主要参数如图18所示。图18车辆模块尺寸其中hv,cog—车辆重心高度；lv,cog—重心到前轴高度；lv,fr—轴距；hv,vcp—铰接点到地面的距离；lv,vcp—铰接点到前轴的距离。1、整车质量汽车的质量是与汽车装载状态有关的。不同装载情况下，汽车的质量是不同的，可表示为： (2-1)其中，空载时半载时满载时如果不是上面这三种状态，则可以按式（2-2）计算汽车的瞬时质量： (2-2)式中，mV,act：整车的瞬时实际质量，kg；ZV,load：汽车的载荷状态；mV,min：是汽车的整备质量，kg；mV,zul：是汽车的满载质量，kg。2、阻力A）从物理模块得汽车所受阻力是由空气阻力，滚动阻力，加速阻力和坡度阻力几部分组成的。其中，滚动阻力是对所有车轮逐个进行计算得到的。空气阻力 (2-3) (2-4)式中，vv：车速，m/s；vU,air：空气的流动速度，m/s；vU，V，rel：汽车与空气的相对速度，m/s；cw：空气阻力系数；ρU，air：空气的密度，一般取1.2258N·s2·m-4；Av：车的迎风面积，m2；FV,air：空气阻力，N。坡道阻力 (2-5) (2-6)式中，αU,up：αU,dn：αU：实际坡度，rad；FV,incl：坡道阻力，N。通过相对推力kV,add,trac和kV,add,push来确定额外牵引力或者推力。它们与汽车质量有关，其大小可以通过适用于特殊计算任务（如，最大牵引力）的方程解算器来确定。总的行驶阻力为： (2-7)式中，Fv,res：总的行驶阻力，N。B）从参考汽车的阻力函数得首先需输入cA，cB和cC三个参数。通过这些参数和式（2-8）可以得出行驶阻力函数，为： (2-8)式中，mref：参考汽车的质量，kg。C）从参考汽车的阻力表得行驶阻力曲线是由力与车速关系得到的。从这个表中可以得出阻力函数中的常数部分和比例部分。由参考汽车的质量得： (2-9) (2-10) (2-11)式中，A：阻力函数系数（常数部分），N；B：阻力函数系数（线性变化部分），Nh/km。这些部分都与车的实际质量有关，可以分别进行处理。用式（2-12）计算出阻力函数的高阶的部分，为： (2-12)现在，可以计算出每个时间步长内的实际阻力（FV,res,ges）。 (2-13) (2-14)D）从无参考汽车的阻力函数得输入的cA，cB和cC三个参数。通过这些参数和式（2-15）可以得出行驶阻力函数，为： (2-15)E）从无参考汽车的阻力表得行驶阻力的曲线是由力与车速关系得到的。从这个表中可以得出阻力函数的常数部分和比例部分。 (2-16) (2-17) (2-18)这些部分都与车的实际质量有关，可以分别进行处理。用式（2-19）计算出阻力函数的高阶部分，为： (2-19)现在，可以计算出每个时间步长的实际阻力。 (2-20) (2-21)3、质心位置由于在进行车轮动载荷分配的计算时需要用到汽车质心位置，所以需要先确定是在下面哪种情况下进行实验的。在路上行驶在这种情况下，质心高度和与前轴的距离是与三种负载状态有关的，其计算方法如下： (2-22) (2-23)式中，hV,cog,act：汽车质心的实际高度，mm；lV,cog,act：汽车质心距前轴的距离，mm；hV,cog(ZV,load)：依据载荷状态的质心高度，mm；lV,cog(ZV,load)：依据载荷状态的质心距离前轴的距离，mm。在底盘测功机上当在底盘测功机上进行实验时，质心的垂直距离和支撑点的高度是两项很重要的参数。 (2-24)式中，hV,cd：在底盘测功机上支撑点的高度，mm。4、车轮动载荷A）前轴动载荷由平衡条件可知对后轮和路面的接触点处取矩的和为0，即： (2-25)依据式（2-26）可计算出前轴的载荷，为： (2-26)式中，Fw,x,f,ax：前轴的负载，N；lV,fr：轴距，mm。前轴的载荷是均匀分布在前轴所有车轮上的，所以右前轮的载荷为： (2-27)左前轮的载荷为： (2-28)B）后轴动载荷同前轴一样，对前轮和路面的接触点处取矩的和也应为0，即： (2-29)所以后轴的动载荷应为： (2-30)右后轮的载荷为： (2-31)左后轮的载荷为： (2-32)式中，Fw,x,r,ax：后轴的负载，N。双击“VehicleModel”模型图标，将车辆的尺寸及其他参数进行输入，如图19所示。图19Vehicle模型参数输入Wheel车轮模型点击“Modules”模块下的Wheel，并将其拖曳到建模主窗口，如图20所示。图20建立Vehicle模型车轮传递着汽车与路面之间的力和力矩，是汽车与道路之间的传力部件，主要功用：支撑整车的质量；缓冲路面冲击；产生驱动力、制动力；提供侧向力供车辆转弯。在车轮模型中，轮胎的半径和滚动阻力对车辆的性能有重要的影响。车轮的滚动阻力与滚动阻力系数和车轮载荷有关，表达式如下：FW,r=cw,r•Fw,s式中：cw,r—滚动阻力系数；FW,r—车轮载荷。车轮的半径分为自由半径、静力半径、滚动半径。滚动半径即汽车运动时的半径，表达式：式中：s—车辆行驶路程，m；nw—车轮转动的圈数。右键点击“WheelModel”模型图标，选择“properties”，进行轮胎属性设置，Slip选择“FunctionwithLimit”，每个车轮的WheelLocation选择适当选项，如图21所示。图21轮胎属性设置双击“WheelModel”模型图标，将车轮的尺寸及其他参数进行输入，如图22所示。图22Wheel模型参数输入Brake制动器模型点击“Modules”模块下的Brakes，并将其拖曳到建模主窗口，如图23所示。图23建立Brake模型制动器的功用：运行时，使行驶的车辆减速甚至停车；停车时，使己停止的车辆不产生滑动；坡道时，使车辆保持稳定速度行驶。数学模型：MB=2pB•AB•ηB•••μB•••••rB••••••CB式中：MB—制动转矩，N/m;pB—液压紅工作压力，N;AB—制动活塞面积，（mm2);ηB—传动效率；μB—制动鼓的摩擦系数；rB—有效摩擦半径，（mm);CB—制动系数。右键点击“BrakesModel”模型图标，选择“properties”，进行制动器属性设置，ControlVariable选择“BrakePressure”，如图24所示。图24制动器属性设置双击“BrakesModel”模型图标，将制动器的尺寸及其他参数进行输入，如图25所示。图25制动器模型参数输入传动系统模型传动系模型主要有离合器模块、变速器模块（有些纯电动没有离合器、变速器，本车型中没有变速器，为了建模通用型，这里详细进行介绍）、主减速器模块和差速器模块。传动系参数对汽车动力性经济性影响很大，发动机与传动系匹配时，通过改变传动系相关参数，能够使汽车常用行驶工况靠近发动机万有特性曲线经济区域，从而提高汽车燃油经济性。Clutch离合器模型离合器直接与发动机相联，它能切断和实现发动机动力传递，保证汽车平稳起步；保证车辆换挡时工作平顺；当工作时受到较大动载荷时，防止传动系统过载，离合器结构原理如图26所示。图26离合器结构原理图图中：Mc,in—发动机输出扭矩，（N.m）；Mc,out—离合器输出扭矩，（N.m）；Mc—离合器传动扭矩，（N.m）；θc,m、θc,out—离合器输入输出端转动惯量，（kg•m2）；c,in、c,out—离合器输入输出端加速度，（m/s2）。离合器传递转矩计算分以下两种情况：主从动部件相对滑动时：Mc=-μc,act•rc,m•Fa,act•Nc主从动部件相对结合时：Mc=式中：-μc,act—离合器实际摩擦系数；rc,m—平均有效摩擦半径；Fa,act—实际压紧力；Nc—摩擦盘数。点击“Modules”模块下的Clutchs，并将其拖曳到建模主窗口，如图27所示。图27建立Clutch模型右键点击“Clutch”模型图标，选择“properties”，进行离合器属性设置，ControlVariable选择“DesiredClutchRelease”，如图28所示。图28离合器属性设置双击“Clutch”模型图标，将离合器的属性及其他参数进行输入，如图29所示。图29离合器模型参数输入GearBox变速器模型（5速手动为例）变速器主要作用是通过改变传动比，扩大驱动轮转矩、转速的范围；能使发动机在高功率低油耗的工况下运行；在发动机曲轴旋转方向不变的前提下，汽车能倒退行驶。变速器的结构对整车动力性、经济性、操作稳定性和平顺性等有重要的影响，其中变速器的传动比和传递效率对传动系参数优化匹配有很大影响。变速器传动比、输出轴的角速度、角加速度计算公式分别如下：式中：iG,act—当前变速箱传动比；NG,act—当前的档位；in—输入轴的角速度；in—输入轴的角加速度。转矩损失MG,loss：1)计算时不考虑转矩损失时（ZG,loss=1）：MG,loss=0;ηG=12）计算时考虑转矩损失时（ZG,loss=2）：MG,loss=MG,V,2(G,in;MG,loss;NG,act)+MG,V,2(G,in;NG;TG)ηG=1-式中：MG,loss—转矩损失；MG,in—输入扭矩；ηG—传递效率；MG,V,2(G,in;MG,loss;NG,act)—某一档位的转矩损失；MG,V,2(G,in;NG;TG)—受温度影响的转矩损失；点击“Modules”模块下的GearBox，并将其拖曳到建模主窗口，如图30所示。图30建立GearBox模型右键点击“GearBox”模型图标，选择“properties”，进行变速箱属性设置，Losses选择“Efficiency”，如图31所示。图31变速箱属性设置双击“GearBox”模型图标，将变速箱的属性及其他参数进行输入，如图32所示。图32变速箱模型参数输入FinalDrive主减速器模型主减速器作用是增大变速器输入转矩，降低转速，对于发动机纵置的汽车，还能利用锥齿轮改变转矩旋转方向。主减速器的传动比对汽车的性能有着直接的影响。主减速器传动比：角速度和角加速度分别为：式中：ZD,1—主动齿数；ZD,2—从动齿数；iD—主减速器速比。转矩损失的计算方法同变速器的计算方法类似。点击“Modules”模块下的SingleRatio，并将其拖曳到建模主窗口，如图33所示。图33建立SingleRatio模型右键点击“SingleRatio”模型图标，选择“properties”，进行主减速器属性设置，选择适当的“Definition”和“Losses”选项，如图34所示。图34主减速器属性设置双击“SingleRatio”模型图标，将主减速器的属性及其他参数进行输入，如图35所示。图35主减速器模型参数输入Differential差速器模型差速器的主要作用是实现汽车两驱动桥之间、驱动桥左右车轮之间以不同角速度旋转；当汽车在行驶时，使驱动轮以不同的角速度滚动，从而使两侧驱动轮，作纯滚动运动，改善汽车的稳定性和通过性。Cruise软件中对差速器两轴输出转矩是通过差速器模块中DifferentialLock来控制的，差速器运行方式分为锁止、未锁止、数据总线控制三种方式，锁止方式表示差速器两轴输出的转速相同，转矩不同；未锁止方式表示差速器两轴输出的转矩相同，转速不同；数据总线控制表示差速器两轴输出的转速、转矩由输入信号控制。点击“Modules”模块下的Differential，并将其拖曳到建模主窗口，如图36所示。图36建立Differential模型右键点击“Differential”模型图标，选择“properties”，进行差速器属性设置，选择适当的“Losses”选项，如图37所示。图37差速器属性设置双击“Differential”模型图标，将差速器的属性及其他参数进行输入，如图38所示。图38差速器模型参数输入Engine发动机模型点击“Modules”模块下的Engine，并将其拖曳到建模主窗口，如图39所示。图39建立Engine发动机模型发动机模型参数主要包括发动机性能参数，如发动机排量、类型、最大转速、怠速转速、最低稳定转速、转动惯量、冷起动参数、气虹数和冲程数等，以及发动机各种工作过程状态下转速、转矩、效率的map图；如发动机外特性图、万有特性图。Cruise软件中提供了4种类型发动机模型：发动机(engine)、Boost发动机(Boostengine)、断虹熄火发动机(cylinderengine)、局部发动机(partialengine)。发动机是传统汽车的动力源，发动机数学模型的准确性对汽车性能的模拟计算有着重要影响，发动机建模方法有理论建模法和实验建模法。理论建模法即在已知发动机各特征参数情况下，利用热力学相关知识求出发动机的输出特性。该方法建模不用对发动机进行预先的测试，应用范围广，同类型发动机一次建模即可，缺点是建立模型较困难。实验建模法即通过对发动机做台架试验，测得实验数据，统计发动机各参数，利用查表、差值、拟合等方法，模拟发动机的工作特性。该方法模型搭建相对简单、精确度高，数据可以通过台架试验测得，但是不能反映发动机的瞬态响应，每台发动机都要进行建模。这里采用实验建模法，通过发动机全负荷性能实验和万有特性实验，测得一组实验数据，将实验数据进行拟合处理，得到外特性曲线和万有特性曲线。发动机全负荷特性数据输入到发动机模块中的Fullloadcharacteristic中得到发动机外特性曲线，如图40所示。右键点击“Engine”模型图标，选择“properties”，进行发动机属性设置，选择适当的选项，如图40所示。图40发动机属性设置双击“Engine”模型图标，将发动机的尺寸及其他参数进行输入，如图41所示。图41发动机模型参数输入发动机全负荷特性数据输入到发动机模块中的Fullloadcharacteristic中得到发动机外特性曲线，如图42所示。图42发动机外特性曲线发动机万有特性数据输入到发动机模块中EngineMapsBasic中得到发动机万有特性曲线，如图43所示。图43发动机万有特性曲线Cockpit司机-驾驶室模型点击“SpecialModules”模块下的Cockpit，并将其拖曳到建模主窗口，如图44所示。图44建立Cockpit模型车辆在道路上运行时，驾驶员利用加速踏板、制动器踏板、离合器踏板和方向盘来操纵汽车，使之适应环境的变化。Cruise软件中的Cockpit模块是司机和车辆的接口，通过数据总线与车辆进行信号交换，例如车辆速度、加速度行驶距离、发动机油门幵度等数据通过数据总线传递给驾驶室，驾驶员根据这些信号结合道路状况调节油门和踏板位置；同样，驾驶员的信息也可以通过数据总线传递给各个模块。驾驶室模块需要定义一些信息模拟真实的驾驶室，如换挡模式、最大制动力、变速器挡位数、加速踏板特性曲线、离合器踏板特性曲线、制动器踏板特性曲线，这些特性曲线可以根据经验自己定义或使用默认的设置。右键点击“Cockpit”模型图标，选择“properties”，进行司机-驾驶室属性设置，选择适当的“AccelerationPedalSelection”选项，如图45所示。图45Cockpit属性设置双击“Cockpit”模型图标，将司机-驾驶室的参数进行输入，如图46所示。Monitor监视器点击“SpecialModules”模块下的Monitor，并将其拖曳到建模主窗口，如图47所示。双击“Monitor”模型图标，在“DescriptionofDataBus”中将需要监视的变量添加进去，如图48所示。图46Cockpit模型参数输入图47建立Monitor模型图48Monitor模型参数输入至此，4×2后驱车零部件建模完成。第三章整车动力经济性分析模型连接3.1.部件之间物理连接零部件模型建立完毕之后，主窗口中所有的部件如图49所示，所有需要连接的部件上面都有连接接口“pin”，适时调整部件的位置与“pin”的位置，为了便于物理连接。图49整车未连接前状态由于制动器既要与轮胎相连，又要与差速器相连，而制动器上面只有一个“pin”，点击制动器上面的“pin”，选择“clonepin”,如图50所示，可以复制一个“pin”，并且将“pin”的位置进行调整，以便部件之间进行连接。同样在另一侧的制动器上，也复制一个部件之间的连接接口。右键点击每个部件上面的“pin”，选择“connect”，然后将要连接的部件进行连接，最终连接成的整车模型如图51所示。图50复制制动器上的连接接口图51整车的物理连接3.2.部件之间信号连接双击主窗口底部的“红绿蓝”三线（databus），进行零部件模型之间信号的连接，如图52所示。首先进行四个制动器的信号连接，分别为“componentrequires”图52整车信号连接窗口(Brake)——“inputinformation”(BrakePressure)——“componentdelivering”(Cockpit)——“outputinformation”(BrakePressure)，每个制动器的连接形式如图53所示。图53制动器信号连接离合器的信号连接，分别为“componentrequires”(Clutch)——“inputinformation”(DesiredClutchRelease)——“componentdelivering”(Cockpit)——“outputinformation”(DesiredClutchRelease)，离合器的连接形式如图54所示。图54离合器信号连接监视器的信号连接，分别为“componentrequires”(Monitor)——“inputinformation”(VehicleAcceleration)——“componentdelivering”(Vehicle)——“outputinformation”(Acceleration:Longitudinal)等五个需要监视的变量，监视器的信号连接形式如图55所示。图55监视器信号连接变速箱的信号连接，分别为“componentrequires”(GearBox)——“inputinformation”(DesiredGear)——“componentdelivering”(Cockpit)——“outputinformation”(DesiredGear)，变速箱的连接形式如图56所示。图56变速器信号连接发动机的信号连接，分别为“componentrequires”(Engine)——“inputinformation”(LoadSignal)——“componentdelivering”(Cockpit)——“outputinformation”(LoadSignal)，发动机的连接形式如图57所示。图57发动机信号连接司机-驾驶室的信号连接，分别为“componentrequires”(Cockpit)——“inputinformation”(GearIndicator)——“componentdelivering”(GearBox)——“outputinformation”(CurrentGear)等三个需要监视的变量，司机-驾驶室的信号连接形式如图58所示。图58司机-驾驶室信号连接第四章整车动力经济性分析任务设置将建好的各模块之间进行物理连接和信号连接之后，便可以根据需要定制计算任务，Cruise软件计算任务都是在ProjectDate文件夹下定义，一般需要设定以下几项计算任务，如图59所示。图59定制任务在每个计算任务文件夹下都需要定义行驶路况(course)和驾驶员参数(Driver),行驶路况即包括道路的环境参数如周围温度、湿度、空气的密度、大气压力、风速、道路摩擦系数等等，驾驶员参数需要定义启动方式、换挡时间、加速踏板一些性能等。需要注意的是在定义循环油耗计算任务时，需要定义工况(profile)，软件自带了一些基本的循环行驶工况路谱，如欧洲15循环工况(ECER15)、美国城市循环(FTP72withoutbreak)、美国高速公路循环(USHighwayDrivingCycle)和円本10/15模式(JaPanlO/15.Mode)等，需要时直接加载就可以，当然用户也可以自己定义路谱，用软件自带的编辑器非常方便。如图60所示。图60路谱曲线4.1爬坡性能任务制定首先确认主窗口位置为“Desk”桌面状态，右键点击“ProjectData”→“Project”→“add”→“TaskFolder”，建立一个计算任务文件夹，如图61所示。图61新建任务文件夹右键点击“TaskFolder”→“add”→“ClimbingPerformance”，建立最大爬坡度计算任务，如图62所示。图62新建最大爬坡度任务点击“TaskFolder”下的“ClimbingPerformance”节点；进行爬坡度计算的参数输入，如图63所示。图63最大爬坡度计算总体参数输入点击“ClimbingPerformance”下的“VelocityMeasuringPoints”节点；进行爬坡度计算的速度范围参数输入，如图64所示。图64最大爬坡度计算速度范围定义点击“ClimbingPerformance”下的“Course”节点；进行爬坡度计算的路况环境参数输入，如图65所示。图65最大爬坡度计算路况环境定义点击“ClimbingPerformance”下的“Driver”节点；进行爬坡度计算驾驶员参数输入，如图66所示。图66最大爬坡度计算驾驶员定义“ClimbingPerformance”→“Driver”→“Shifting”→“ShiftingAccordingtoVelocity”(根据总体参数输入界面下的定义)，进行最大爬坡度计算换挡策略的定义，如图67所示。图67换挡时机的选择4.2等速百公里油耗分析首先确认主窗口位置为“Desk”桌面状态，右键点击“ProjectData”→“Project”→“add”→“TaskFolder”，建立一个计算任务文件夹，如图68所示。图68新建任务文件夹右键点击“TaskFolder”→“add”→“ConstantDrive”，建立等速百公里油耗计算任务，如图69所示。图69新建等速百公里油耗任务点击“TaskFolder”下的“ConstantDrive”节点，进行等速百公里油耗计算的参数输入，Name:RuninallGears；模式选择“RuninallGears”，其他根据实际情况进行输入，如图70所示。图70等速百公里油耗计算总体参数输入点击“ConstantDrive”下的“VelocityMeasuringPoints”节点；进行等速百公里油耗计算速度范围参数设定，如图71所示。图71等速百公里油耗计算速度范围定义点击“ConstantDrive”下的“Course”节点，进行等速百公里油耗计算的路况环境参数输入，如图72所示。图72等速百公里油耗计算路况环境定义点击“ConstantDrive”下的“Driver”节点，进行等速百公里油耗计算驾驶员参数输入，如图73所示。“ConstantDrive”→“Driver”→“Shifting”→“ShiftingAccordingtoVelocity”(根据总体参数输入界面下定义)，进行等速百公里油耗计算换挡策略定义，如图74所示。图73等速百公里油耗计算驾驶员定义图74换挡时机的选择4.3最大车速分析右键点击之前的“TaskFolder”→“add”→“ConstantDrive”，建立最大车速计算任务，如图75所示。图75新建最大车速分析任务点击“TaskFolder”下的“ConstantDrive”节点，进行最大车速计算的参数输入，Name:MaximumVelocitywithoutSlip；模式选择“MaximumVelocity”，其他根据实际情况进行输入，如图76所示。图76最大车速计算总体参数输入点击“ConstantDrive”下的“Course”节点，进行最大车速计算的路况环境参数输入，如图77所示。图77最大车速计算路况环境定义点击“ConstantDrive”下的“Driver”节点，进行最大车速计算驾驶员参数输入，如图78所示。“ConstantDrive”→“Driver”→“Shifting”→“ShiftingAccordingtoVelocity”(根据总体参数输入界面下的定义)，进行最大车速计算换挡策略的定义，如图79所示。图78最大车速计算驾驶员定义图79换挡时机的选择4.4循环工况油耗分析右键点击“ProjectData”→“Project”→“add”→“TaskFolder”，建立一个计算任务文件夹。右键点击“TaskFolder”→“add”→“CycleRun”，建立循环工况油耗计算任务，如图80所示。图80新建循环工况油耗任务点击“TaskFolder”下的“CycleRun”节点，进行循环工况油耗计算的参数输入，选择公路（如果是台架的话选择测功机）如图81所示。图81循环工况油耗计算总体参数输入点击“CycleRun”下的“Course”节点，进行循环工况油耗计算的路况环境参数输入，如图82所示。图82循环工况油耗计算路况环境定义点击“CycleRun”下的“Profile”节点，可以看到循环工况下的路谱，如果不是标准路谱，也可以对该路谱进行编辑，生成自己需要的路谱，如图83所示。图83循环工况油耗计算路谱点击“CycleRun”下的“Driver”节点，进行循环工况油耗计算驾驶员参数输入，如图84所示。“CycleRun”→“Driver”→“Shifting”→“ShiftingAccordingtoVelocity”(根据总体参数输入界面下的定义)，进行循环工况油耗计算换挡策略的定义，如图85所示。图84等速百公里油耗计算驾驶员定义图85换挡时机的选择4.5加速性能任务制定首先确认主窗口位置为“Desk”桌面状态，右键点击“ProjectData”→“Project”→“add”→“TaskFolder”，建立一个计算任务文件夹。右键点击“TaskFolder”→“add”→“FullLoadAcceleration”（AccelerationinallGears：各档最大加速度），建立（各档最大加速度）加速性能计算任务，如图86所示。图86新建加速性能任务点击“TaskFolder”下的“FullLoadAcceleration”节点，进行各档最大加速度计算的参数输入，如图87所示。图87各档最大加速度计算总体参数输入点击“FullLoadAcceleration”（AccelerationinallGears：各档最大加速度）下的“Course”节点，进行各档最大加速度计算的路况环境参数输入，如图88所示。图88各档最大加速度计算路况环境定义点击“FullLoadAcceleration”下的“Driver”节点，进行各档最大加速度计算驾驶员参数输入，如图89所示。图89各档最大加速度计算驾驶员定义“FullLoadAcceleration”→“Driver”→“Shifting”→“ShiftingAccordingtoVelocity”(根据总体参数输入界面下的定义)，进行各档最大加速度计算换挡策略的定义，如图90所示。图90换挡时机的选择同上，建立另外两个最大负荷加速性能计算——“FullLoadAcceleration”（ShiftingGearsfromStandstill：从静止到某一车速所需时间）、“FullLoadAcceleration”（Elasticity80-1404thGear：最高档从80-140km/h加速所需时间），后续设置与各档最大加速度计算类似。第五章计算及分析处理5.1.计算参数设置分析任务设置完毕之后之后，点击顶部菜单中的计算模式按钮进入计算模式，可以在如图91所示的“TaskFolder”后面选择各个分析任务的运行与否，下面可以设置计算精度、运行步长等参数。图91计算设置点击按钮检查模型是否正确，如果模型准确无误，点击运行按钮开始计算，如图92所示。5.2.分析处理爬坡计算：计算完毕后，计算监视器的进度条显示为100%，在左侧模型树下，可以看到“ResultManager”下面文件夹显示高亮的为通过计算的，如图93所示。图92计算监视器图93计算结果点击“climbing”下的“ClimbingPerformance”文件夹，在主窗口显示计算结果，点击如图94所示的“ClimbingPerformance”选项，可以显示各个档位下最大爬坡度曲线，如图95所示。图94选择“ClimbingPerformance”选项图95各档最大爬坡度曲线等速百公里油耗分析：点击“Constant”下的“RuninallGears”文件夹，在主窗口显示计算结果，点击如图96所示“ConstantDrive”选项，可以显示各个档位下不同车速等速百公里油耗曲线。图96各个档位下不同车速等速百公里油耗曲线最大车速分析：点击“Constant”下的“MaximumVelocity”文件夹，在主窗口显示计算结果，点击如图97所示“Vmax”选项，可以显示各个档位最大车速计算结果。图97各个档位最大车速计算结果全负荷加速度分析：点击“fullload”下的“Accelerationinallgears”文件夹，在主窗口显示计算结果，点击如图98所示“FullLoadAccelerationinallGears”选项，可以显示各个档位加速度曲线计算结果。图98各个档位加速度曲线点击“fullload”下的“ShiftingGearsfromStandStill”文件夹，在主窗口显示结果，如图99所示“FullLoadAccelerationinallGears”选项，可以显示车辆从静止到某一指定车速下的加速时间。图99车辆从静止开始加速曲线点击“fullload”下的“Elasticity80-140km/h4thGear”文件夹，在主窗口显示结果，如图100所示“Elasticity”选项，可以显示车辆在4挡状态下，车速从80km/h加速到140km/h的时间曲线。图100车辆加速曲线第六章整车动力性/经济性计算理论6.1动力性计算公式6.1.1变速器各档的速度特性（km/h）(1)其中：为车轮滚动半径，m;由经验公式：(m)d轮辋直径，inb轮胎断面宽度，in轮胎变形系数为发动机转速，r/min；为后桥主减速速比；为变速箱各档速比，，为档位数，（以下同）。6.1.2各档牵引力汽车的牵引力：x=y+z/e（N）(2)其中：为对应不同转速（或车速）下发动机输出使用扭矩，N•m；为传动效率。汽车的空气阻力：（N）(3)其中：为空气阻力系数，A为汽车迎风面积，m2。汽车的滚动阻力：（N）(4)其中：＝mg为满载或空载汽车总重(N)，为滚动阻尼系数汽车的行驶阻力之和：（N）(5)注：可画出驱动力与行驶阻尼平衡图6.1.3各档功率计算汽车的发动机功率：（kw）(6)其中：为第档对应不同转速（或车速）下发动机的功率。汽车的阻力功率：（kw）(7)6.1.4各档动力因子计算(8)各档额定车速按下式计算（km/h）(9)其中：为发动机的最高转速；为第档对应不同转速（或车速）下的动力因子。对各档在[0，]内寻找使得达到最大，即为各档的最大动力因子注：可画出各档动力因子随车速变化的曲线6.1.5最高车速计算当汽车的驱动力与行驶阻力平衡时，车速达到最高。根据最高档驱动力与行驶阻力平衡方程，求解。舍去中的负值或非实数值和超过额定车速的值；若还有剩余的值，则选择它们中最大的一个为最高车速，否则以最高档额定车速作为最高车速。额定车速按下式计算（km/h）(10)其中：为发动机的最高转速为最高档传动比附着条件校验根据驱动形式计算驱动轮的法向反力驱动形式4*4全驱：4*2前驱：4*2后驱：其中：为轴距，为满载或空载质心距前轴的距离若满足下式其中：——道路附着系数则表示“超出路面附着能力，达不到计算得出的最高车速值！”6.1.6爬坡能力计算(11)其中：为第档对应不同转速（或车速）下的爬坡度各档爬坡度在[0，]中对寻优，找到最大值附着条件校验计算道路附着系数提供的极限爬坡能力驱动形式4*4：，计算4*2前驱：，计算4*2后驱：，计算其中：——满载或空载质心到后轴的距离——道路附着系数——轴距取、之小者作为一档或直接档的最大爬坡度6.1.7最大起步坡度按下式计算最大起步驱动力（N）(12)其中：为发动机的最大输出扭矩为起步档位的传动比，这里分别取一档传动比和二档传动比为主减速器的传动比为起步档（一档或二档）的传动效率按下式计算最大起步坡度（rad）(13)附着条件校验按校验附着条件，得到极限爬坡度，取和之较小者作为最大起步坡度。6.1.8加速性能计算计算第档的旋转质量换算系数如果已知经验值，，则按下式计算(14)其中：——第档传动比如