基于CRUISE的FSEC賽車傳動設(shè)計(jì)

王瑞 卓繼越 李則成

摘 要：本文通過CRUISE軟件搭建賽車模型，計(jì)算臨界速度，建立珠海賽道路況，通過軟件仿真結(jié)果分析，篩選出最優(yōu)傳動比，與實(shí)車所測數(shù)據(jù)對比分析，模型有一定實(shí)用性，為賽車的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供了一定的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：CRUISE;傳動匹配;路譜

前言

耐久和75m直線加速是FSAE的重要?jiǎng)討B(tài)項(xiàng)目，要想使賽車具有強(qiáng)勁動力。電機(jī)和差速器之間的動力匹配至關(guān)重要，優(yōu)化傳動系統(tǒng)參數(shù)是提高整車性能的有效措施。公司開發(fā)的軟件是用于車輛動力學(xué)仿真的高級軟件，用戶可以很便捷地建立自己的車輛模型，來進(jìn)行仿真分析，軟件內(nèi)置有直觀的模型元件，有利于對賽車的動力匹配進(jìn)行研究[1]。本文基于CRUISE 軟件，建立整車仿真模型，基于該賽車模型研究傳動比對于賽車加速性能的影響，通過仿真分析選擇最優(yōu)的傳動參數(shù)。

1.CRUISE整車模型的建立

在 界面下，建立賽車模型。駕駛室控制加速踏板和制動器踏板。根據(jù)后輪驅(qū)動結(jié)構(gòu)布置，選用模型庫中的汽車模塊（）、電機(jī)模塊（）、電池模塊（）、減速器模塊（，作為主減速器）、差速器模塊（）、駕駛室模塊（）以及車輪（）和制動器模塊[2]（）。將部件從車輛建模組件庫中加載入建模窗口，單擊主菜單欄相應(yīng)模塊即可輸入或者修改部件參數(shù)。選定部件模型之后，根據(jù)賽車實(shí)際之間的機(jī)械連接建立模型的物理連接，如圖1所示。各零部件之間物理連接關(guān)系清楚明了，但駕駛室與電機(jī)模塊系和制動模塊之間是通過信號連接來傳遞數(shù)據(jù)信息的。

信號連接是車輛建模過程中的難點(diǎn)。對各部件之間控制關(guān)系必須要有深入的學(xué)習(xí)了解。在連接數(shù)據(jù)總線時(shí)，理清各個(gè)部件的信號來源和輸出對象。對于圖1電車模型，駕駛室（）需要的（）檔位信號來自于電動機(jī)（）的工作模式（）;同樣，電動機(jī)的負(fù)荷信號來源于駕駛室[3]（）。

2.CRUISE計(jì)算任務(wù)和工況設(shè)置

2.1 75m直線加速工況

建立滿載全負(fù)荷加速性能（Full Load Acceleration）任務(wù)，通過設(shè)置測量點(diǎn)75m，駕駛環(huán)境模型和駕駛員模型，來仿真計(jì)算賽車加速到75m所需時(shí)間。

2.2 耐久巡航工況

建立巡航行駛工況（Cruising）任務(wù)，可以自己定義道路數(shù)據(jù)，雖然軟件自帶一些基本的循環(huán)行駛工況路譜，比如常見的NEDC循環(huán)工況，但是珠海賽道彎道較多，和軟件自帶的標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)工況不相匹配。為了可以反映賽車在珠海賽道的實(shí)際運(yùn)行工況，通過分析計(jì)算賽道每個(gè)彎道發(fā)生側(cè)滑的臨界速度

為路面超高，，為路面橫坡腳;為路面附著系數(shù);為彎道半徑;為重力加速度[4]。

通過EXCEL數(shù)據(jù)整理，最后輸入到編輯器中，建立珠海賽道的路譜。

3.模型的仿真計(jì)算和結(jié)果分析

為使賽車具有良好的加速性能，傳動比應(yīng)取較大值，在滿足車速要求的情況下用Cruise對傳動比[3.0-4.0]進(jìn)行矩陣計(jì)算。通過跑完直線和單圈耐久賽道時(shí)間分析，得到矩陣運(yùn)算結(jié)果表1，隨著傳動比的增加，賽車動力性增強(qiáng)，考慮整車布置，傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊設(shè)計(jì)要求，篩選最優(yōu)傳動比為

通過對圖5、圖6分析，AVL Cruise仿真結(jié)果具體參數(shù)如下：

對比結(jié)果可知，采用最優(yōu)傳動比的仿真結(jié)果和賽車實(shí)際測得數(shù)據(jù)誤差在5%左右，可能原因是受到實(shí)際環(huán)境各種因素影響，在可以接受的范圍內(nèi)。

4.結(jié)論

本文基于CRUISE仿真軟件建立了FSAE電車模型，對75m加速工況和耐久工況進(jìn)行了設(shè)置計(jì)算，通過仿真和實(shí)際賽車布置情況篩選出最優(yōu)傳動比，最后將最優(yōu)傳動比下的仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比分析，結(jié)果表明電車模型誤差在5%以內(nèi)，滿足仿真精度要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊忠平.利用Cruise軟件進(jìn)行整車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性仿真分析[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2015（01）：107-109.

[2] 西安石油大學(xué)碩士論文 何文軍-《重型商用汽車動力傳動系統(tǒng)匹配研究》-2011.

[3] 鄧家奇. FSAE純電動賽車動力匹配及試驗(yàn)研究[D].長安大學(xué)，2016.

[4] 孫川，吳超仲，褚端峰，傅宇浩，崔海龍.彎道安全車速計(jì)算改進(jìn)模型研究[J].中國公路學(xué)報(bào)，2015，28（08）：101-108.