AVL-Cru ise仿真在客车油耗分析中的应用

黄仕阳，张金一

（厦门金龙联合汽车工业有限公司，福建 厦门 361023）

燃油经济性是衡量客车性能的一项重要指标。随着燃油资源的紧缺，对汽车经济性的要求也更加严格。促使各整车生产企业在车型的开发中更加注重运用先进技术对油耗进行分析优化[1]。本文以某款金龙客车整车参数为基础，搭建Cruise仿真模型[2]，进行理论与实验对比分析，验证Cruise模型的有效性，为后续使用Cruise仿真模型预测车型油耗奠定理论与数据基础。

1 整车基本参数及仿真分析

1.1 基本参数

该车型基本配置参数简化后整理如表1所示。

1.2 仿真分析任务设定

根据整车构造在AVL-Cruise中建立仿真分析模型，输入模块所需要的各项基本参数，并完成机械连接与电气信号线连接[3-5]。搭建完成后的整车仿真分析模型如图2所示。AVL-Cruise可以根据不同的仿真需求进行有针对的任务设置。本文仅针对等速工况油耗与C-WTVC循环工况油耗进行仿真分析，具体任务设定如下：

1）等速工况任务设定。因为等速工况油耗仿真模拟均在固定档位下完成，不涉及换档，所以无需设定换档规律。在AVL-Cruise软件中，设定满载等速油耗任务[6]，具体步骤：

①创建稳态性能（ConstantDrive）分析文件夹。

②行驶任务类型设定为各档性能（Run in All Gears）分析。

③设定车速测量点（Velocity Measuring Points）为40～100 km/h，每10 km/h为一个测量点。

2）C-WTVC循环市区工况、公路工况、高速工况任务设定。

①创建（Cycle Run）循环工况分析文件夹，任务分别命名为 C-WTVC（City Road）、C-WTVC（公路工况）和C-WTVC（高速工况）。

②按照中重型商用车C－WTVC循环曲线（见图3），分别构造各工况的仿真路谱。两者之间拟合程度控制在98%以上。

③根据发动机经济转速设定换档规律。结合发动机万有特性图（图3）分析，此款发动机在1500～2400 r/min转速范围内为推荐工作转速[7]，所以应尽量满足发动机在此转速范围下进行换档，以获得较低的燃油消耗。

具体设定步骤：

a.根据此车型配置的变速器，计算出变速器档位比ig(n)/ig(n+1)；（n 取 1、2、3、4）。

b.初步设定各档位降档转速，一档至五档分别设定为 800、1250、1400、1550、1800 r/min。

c.根据降档转速乘以相应档位比，初步得出前一档位对应升档转速[4]分别为 2450、2400、2400、2300、2600 r/min。

d.判断各档位升、降档转速是否大部分满足在发动机推荐转速内，不满足则重新按第b步调整各档初始降档转速，直至满足为止。

1.3 仿真分析结果

因为我们讨论的是唯一的车辆配置情况，所以采用（Single Calculation）单一计算即可。用Cruise计算等速工况与C-WTVC循环工况的油耗结果如表2所示。

表2 等速工况与C-WTVC循环工况油耗仿真数据表

2 转鼓实验及对比分析

2.1 实验及对比

为验证Cruise模型仿真数据的有效性，对此款车型进行转鼓实验，测定等速工况与C-WTVC工况的油耗。按照文献[8]，在转鼓实验台上进行等速油耗测量，整理后的实验结果如表3所示。

表3 等速工况与C-WTVC循环工况油耗实验数据表

对比表2和表3可以看出，等速工况下，四档在车速40 km/h时的误差偏大，达10.45%，将其视为实验数据异点排除，其余四、五档各等速点的相对误差均较小（均小于6%），说明仿真数据已能较好地反应实验数据；C-WTVC循环工况下，原因为市区工况、公路工况对比值相对误差均较大，达到9.84%与6.48%。初步分析转鼓实验采用人工手动换档，很难保证在特定的转速下进行换档，这与仿真换档点产生了较大的偏离，并且市区工况、公路工况换档频繁，进而偏离点增多，从而造成油耗值偏差明显。为消除因换档规律不一致造成的偏差，需对仿真模型的C-WTVC循环工况任务重新进行换档规律设定与仿真计算。

2.2 C-WTVC循环工况仿真任务重新设定

由上分析，需要对Cruise模型的路谱重新设定，从转鼓实验原始数据中抓取实验换档点信息，并将此信息转化为Cruise工况路谱中的档位信息重新进行仿真，以获得更真实的油耗仿真数据。转鼓实验换档点原始数据图如图4所示。

从图4分析，当驾驶员换档时，车速变化会有一个较短的停顿反应在图中曲线上。从中可以获取出此顿挫点对应的时间值，依次抓取各换档顿挫点的时间信息，转换成仿真需要的档位信息。图中的标记框重新设定C-WTVC循环工况路谱，如图5所示。

从图5中整理出仿真需要的档位信息，并将实验用的车速与时间数据一同输入新路谱中，新路谱中直线部分即表示实时的档位信息。

Cruise重新仿真计算与转鼓实验C-WTVC循环工况油耗对比分析数据见表4。

表4 重新设定仿真路谱-仿真与实验油耗对比分析数据表

从表4中可以看出，市区工况和公路工况油耗相对误差明显降低，分别从9.84%降至3.62%、6.48%降至0.84%，高速工况油耗相对误差稳定小于2%，整体各工况油耗相对误差均小于4%。说明此Cruise模型重新设定路谱后，仿真精确度有明显提高。仿真的各循环工况油耗数据均能较好地反映转鼓实验的油耗数据。

3 结束语

基于Cruise软件，实现了整车动力系统的建模，根据仿真与实验数据的对比分析，改进仿真模型的换档规律，结果显示仿真数据与实验数据之间一致性较好，验证了仿真模型能较好地反映等速工况与C-WTVC循环工况实验数据的模型有效性。不足之处是C-WTVC重新设定路谱后，市区工况的油耗仍有3.62%的相对误差，均需后续对Cruise仿真与转鼓实验进行进一步精细化控制与分析，以不断提高Cruise仿真的精确性。

[1]巫邵宁，杨晓.基于AVL CRUISE的某款轻型商用车降油耗方案分析[C].AVL年用户大会论文集，2008.

[2]AVL Cruise User's Guide[G].李斯特技术中心（上海），2011.

[3]韩宗奇.用滑行试验法测定汽车空气阻力系数研究[J].汽车技术，2001，（5）

[4]余志生.汽车构造（第5版）[M].北京：机械工业出版社，2010.

[5]王望予.汽车设计（第4版）[M].北京：机械工业出版社，2004.8.

[6]刘振军，赵海峰，秦大同.基于CRUISE的动力传动系统建模与仿真分析[J].重庆大学报：自然科学版，2005，（11）

[7]刘峥，王建昕.汽车发动机原理教程[M].北京：清华大学出版社，2001.9.

[8]GB/T 27840-2011，中重型商用车辆燃料消耗量测量方法[S].北京：中国标准出版社，2011.