摘 要

从燃油资源和环境污染等方面考虑，人们对汽车的性能要求越来越高，其中动力性和经济性是整车最重要最基本的性能。发动机的选型对整车动力性和经济性有着很大程度上的影响，通过市场调研了解同级别车型的整车参数，从而确定本设计的发动机及整车参数。在以往通常是在完成整车道路测试之后才能进行整车性能评价，但是这样存在一个问题，如果最后的评价结果不理想那就需要改进设计重新进行道路试验，这无疑会加长开发周期，使人力和物力成本提高。由于汽车技术和计算机技术的发展，整车的动力性和经济性的分析在概念开发阶段就开始了，这样可以节省开发试验费用，缩短开发的周期， 增加市场竞争力，并可以对整车的性能进行预测。

本文采用Cruise软件建立整车模型，软件有各个子模块，将需要的模块拖到建模区域进行信号连接就可以建立整车模型，通过该模型对整车的动力性和经济性进行了仿真分析，并与市场上的同级别车型的动力性和经济性指标对比，通过优化仿真使整车性能达到同级别车型平均水平。本文的主要工作内容如下：

（1）对市面上的同级别车型进行调研，了解同级别车型的整车参数以及整车性能，通过对比选择合适的发动机型号和整车参数，为之后的仿真计算打下基础。

（2）查阅关于Cruise软件的文献资料和视频资料，了解软件中各个模块的功能以及参数的设置方法，根据传统手动挡燃油车的结构选择相应的模块并将其拖入建模区域，然后将各模块建立信号连接，完成整车模型的建立与各模块参数的设置。

（3）利用Cruise软件建立的整车模型对整车动力性、经济性进行仿真计算，并对仿真结果进行分析，预测整车的性能。

（4）将仿真结果与对同级别车型的调研结果相比，利用Cruise软件对整车进行仿真优化，并分析优化结果，得到满足设定的目标值的仿真结果。

关键词：发动机选型；动力性；经济性；优化；Cruise

Abstract

In terms of fuel resources and environmental pollution, people have higher and higher requirements for the performance of automobiles, among which the power and economy are the most important and basic performance. The selection of engine has a great influence on the power performance and economy of the whole vehicle. Through the market research, the parameters of the whole vehicle of the same level are known, so as to determine the engine and the parameters of the whole vehicle of this design. In the past, the performance evaluation of the whole vehicle can only be carried out after the completion of the road test. However, there is a problem. If the final evaluation result is not ideal, the road test needs to be designed and redesigned, which will undoubtedly lengthen the development cycle and increase the cost of human and material resources. Due to the development of automobile technology and computer technology, the analysis of the vehicle's dynamic performance and economy starts in the concept development stage, which can save the development test cost, shorten the development cycle, increase the market competitiveness, and can predict the performance of the vehicle.

Vehicle model is established by using Cruise software, this paper, the software have each sub module, module will need to modeling area of signal connection can build the vehicle model, through the model of the vehicle performance and fuel economy of the simulation analysis, and compared with the same level models on the market of power performance and fuel economy index comparison, through optimizing the simulation to the vehicle performance with the average level model. The main contents of this paper are as follows:

(1) Conduct research on models of the same level in the market to understand the vehicle parameters and performance of models of the same level, and select appropriate engine models and vehicle parameters by comparison, laying a foundation for subsequent simulation calculation.

(2) Refer to literatures about Cruise software and video data, understand the function of each module in the software and parameter setting method, choose according to the structure of the traditional manual fuel cars and turn it into the corresponding module modeling area, then each module signal connections, the establishment of a complete vehicle model with the module parameter Settings.

(3) The vehicle model established by Cruise software is used for simulation calculation of the vehicle's power performance and economy, and the simulation results are analyzed to predict the performance of the vehicle.

(4) Compare the simulation results with the research results of the same level vehicle, use Cruise software to conduct simulation optimization for the whole vehicle, and the optimization results were analyzed to obtain the simulation results that met the set target values.

Key words: Engine selection, Power performance, Economy, Optimize, Cruise

目录

第1章 绪论 1

1.1发动机选型的目的及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3本课题研究的内容及目标 2

1.4本论文拟采用的技术方案及措施 3

第2章 发动机选型原理及流程 4

2.1 发动机选型原理 4

2.2 发动机选型流程 4

2.3本章小结 6

第3章 整车性能评价方法及整车建模 7

3.1动力性评价指标 7

3.2经济性评价指标 9

3.3建立整车模型 9

3.4整车模型的验证 12

3.5本章小结 14

第4章 设置计算任务及仿真结果分析 15

4.1设置计算任务 15

4.2仿真结果分析 17

4.3整车性能预测及优化 22

4.4本章小结 23

第5章 总结与展望 24

5.1全文总结 24

5.2展望与不足 24

参考文献 25

致谢 27

第1章 绪论

1.1发动机选型的目的及意义

众所周知，随着社会的进步和国民经济的发展，人们对乘用车的需求日益增加，但国家相关法规也日趋严格，国六排放标准的出台将给很多汽车企业带来压力，但同时也是很好的机遇，如何在这两者之间找到适合当今社会现状的乘用车就显得至关重要了。随着汽车数量的不断增长，燃油资源紧张，汽车企业追求的主要目标之一就是开发油耗低且动力性能良好的汽车产品。汽车企业都在不断开发自己的新车型，但是其中最主要的部分是发动机选型，发动机的选型会对整车的动力性、经济性、噪音、可靠性、寿命及环保等各项性能产生很大的影响^[1]。合理匹配动力传动系统是典型的优化设计过程^[2]。生产经济型家用轿车必须要解决发动机的选型这个首要问题，因为它的成功与否直接关系到整车质量和成本^[3]。纵观世界各国汽车工业的发展历程，所有的汽车厂都以经济型轿车获得大量利润来保证其生存和发展的。从我国汽车工业产业政策来看，需要自行开发生产适销对路的经济型轿车，这也是推动中国汽车工业健康快速发展的源动力和必由之路。

本设计是针对某A级轿车的发动机选型与整车性能仿真预测，旨在为某A级轿车选出合适的发动机，在Cruise中建立发动机模型并对整车性能进行仿真预测，结果应达到市场对A级轿车的要求。虽然发动机选型在汽车企业已经是很完善，但对在校大学生来说，选出一台合适的发动机匹配整车，并使整车性能达到要求却具有很大的难度。通过本次毕业设计，不但可以使设计者学习到发动机选型的原理及流程等相关知识，而且也可以学习到Cruise软件的应用，对今后的工作有很大的帮助，将理论知识运用到设计中去，可以提高设计者搜集资料、思考问题、学习新知识的能力。

1.2国内外研究现状

动力匹配技术对整车性能有着至关重要的作用，国外一些国家对该技术的研究比较前沿，早在上世纪的60年代就开始了，然而刚开始的一些研究还只是在传统试验方法上。不过由于计算机技术的不断成熟发展，一些大型的汽车公司开始利用先进的计算机技术开发一些模拟仿真程序，对汽车的性能进行仿真预测，并取得了一定的成果。

2011年，密歇根大学的Hillary Grimes-Casey、Carol Girata、Katie Whitefoot等人基于市场驱动需求的相应生命周期评估，以允许内生的经济效应估计，这些经济效应在评估产品和政策设计选项的环境特征时非常重要。虽然计算性LCI-MDD框架的推导非常简单，但是一个主要的挑战是合适的管理和沟通不确定性。为了更好地理解和探索这些不确定性，该论文开发了一个案例研究，为中型车辆选择发动机相关的动力性和经济性做出估计^[4]。

2019年，奥地利维也纳大学机械与机电一体化研究所的Peter Lugner、Johannes Edelmann利用简单的机械模型研究车辆运动的整体特性，介绍了另一种用于研究直线前进加速度和制动的平面模型，为了研究乘坐舒适性，引入了第三种模型，通过引入这三种非线性的三维模型，深入的了解了轮胎与路面的接触和耦合车身的升沉、俯仰和横摇运动，对发动机与整车性能的分析起到了积极作用^[5]。

和其他发达国家相比，我国的汽车工业发展较晚，所以在动力匹配技术上的研究也比较晚，刚开始的研究者主要是一些国内知名的汽车研究所和高校，并获得了一定的成果。

2008年，昆明理工大学交通工程学院的仇玉林和王贵勇利用CRUISE软件对某车型动力性和经济性进行了模拟计算，并将计算值与实验值进行了对比，得出计算值与实验值基本一致的结论，从而肯定了仿真分析的准确性及其对新车型动力系统开发的指导作用^[6]。

2013年，南京依维柯汽车有限公司的曹玮以某款车型为研究对象，利用CRUISE软件搭建了其整车的仿真模型,设定行驶工况和动力性的仿真任务，对于主减速比不同的两种动力总成匹配设计方案分别进行仿真计算，得出两种设计方案的动力性，并进行对比分析，从而选择较优方案^[7]。 

2015年，安徽江淮汽车股份有限公司的王枫、贺子龙、吴义磊等人以某乘用车为例，通过市场定位与需求分析、竞争产品分析、动力性和经济性分析和空间布置分析等，确定匹配发动机及主减速比的最终方案^[8]。

总的来说，国内一些汽车研究所和高校在动力匹配技术的研究中做出了一些贡献，但是和国外相比来说还存在一定的差距。尤其是在开发计算机仿真模拟软件上，成果远不及国外的发达国家。因此为了缩小这一差距，国内一些高校和车企通过引入国外的计算机仿真模拟软件，学习国外的先进技术，主要是美国的GT-SUITE软件和奥地利的Cruise软件。

1.3本课题研究的内容及目标

发动机的选型是汽车厂商开发新产品时关注的重点。所选择的发动机合适与否，将直接影响产品的动力性、经济性、噪声、整车可靠性、寿命及环保等各项性能^[9]。而在消费需求日趋成熟以及国家法规日益严格的背景下，整车动力性、经济性成为新产品开发中首要考虑的指标。所以研究的基本内容主要包括以下几点：

1、发动机选型原理及流程；

2、发动机选型详细过程（市场定位与需求分析、竞争产品分析、整车参数及性能要求分析、空间布置分析）；

3、整车动力性、经济性评价及计算方法；

4、整车仿真模型的建立与验证；

5、主要仿真计算任务的设置；

6、动力性、经济性仿真计算与仿真结果分析；

7、整车性能预测与优化设计。

本设计的主要目标如下：

1、查找关于发动机选型的文献资料，了解发动机选型原理及流程；

2、查阅相关资料，了解发动机市场定位、竞争对手产品等核心问题；

3、查阅国内外应用Cruise仿真软件的资料，了解软件的应用情况；

4、学习仿真软件的建模，建立整车仿真模型并验证；

5、在Cruise软件中对整车做出性能预测及优化设计。

1.4本论文拟采用的技术方案及措施

1、对现有的A级轿车进行动力性和经济性参数搜集，了解市场上A级轿车的现状，对本设计提出针对性的性能设计要求；

2、在网上图书馆查阅相关文献资料，掌握发动机选型的重点知识以及整车性能分析的要点；

3、有难题及时和指导老师沟通，请教指导老师设计中的不足之处以便改正；

4、网上查找有关Cruise的学习视频，熟练掌握该软件的建模并建立发动机模型与整车性能仿真模型。

第2章 发动机选型原理及流程

2.1 发动机选型原理

选择发动机所需的扭矩和功率是通过基本的驱动方程和功率方程来确定的^[10]。车轮所需的最大扭矩在最大爬坡度及全负荷时达到的，此时车辆只有坡道阻力和滚动阻力，车轮所需的最大功率要大于等于车速最高时所需的功率，一般在路面良好时有最高车速，此时车辆只有空气阻力和滚动阻力，确定了车轮所需的最大扭矩和最大功率后换算成发动机的扭矩和功率就可以确定发动机基本扭矩和功率要求，选择符合要求的发动机即可。然后通过软件分析所选发动机的燃油经济性能、爬坡性能、加速性能等，最终确定所选发动机是否合适整车。

2.2 发动机选型流程

发动机的选型流程，主要包括市场定位与需求分析、竞争对手产品分析、整车参数及性能分析、空间布置分析等。从市场出发，对A级车的市场前景进行调研和预测，确定是否有开发该车型的必要。然后根据调研的结果设定该车型的性能要求，再选一款发动机来匹配整车。确定备选机型，分析备选机型的动力性能和经济性能，判定备选机型性能是否满足该车型的匹配要求^[11]。竞争对手分析是根据市场上同级别在售车型的配置情况，通常以整车动力性参数：比功率和比扭矩来初步确定所选发动机是否符合该车型的动力性需求^[12]。可行性分析主要从整车参数及性能，空间布置状态等方面进行详细分析，综合考虑各个备选方案的优缺点，最终选定一台合适的发动机。

2.2.1市场定位与需求分析

根据对市场上同级别车型的调研，结合本次设计的要求，针对A及轿车的市场需要提出定位要求。本设计及是一款紧凑型A级轿车，在家用轿车市场属于次低端级别，A级轿车在轿车市场最为畅销，有1.5、1.6、1.8、2.0L4种主流排量，其中销量占比最大的是1.6L车型。

对于家用轿车来说，要求较多的是在0-100km/h加速时的动力性^[13]，设计的目标应该要达到A级家用轿车的平均水平。但是对于高速超车加速性能并没有很高的要求，因此对此性能不做特别的要求。经济性从法规和政策方面来说，整车的NEDC油耗要求达到三阶段油耗的目标值要求。

2.2.2竞争对手产品分析

比较同级别车型参数后选本设计的整车参数，选择两台备选的1.4L增压、1.6L增压发动机，然后通过仿真分析比较选出最合适的一台发动机。

收集同级别的热销车型参数，得到如图表2.1。

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