基于AVL Cruise的某载货车动力匹配优化方案分析

陈晓雯，屈渊波（陕汽集团宝鸡华山工程车辆有限公司，陕西 宝鸡 721000）



基于AVL Cruise的某载货车动力匹配优化方案分析

陈晓雯，屈渊波
（陕汽集团宝鸡华山工程车辆有限公司，陕西 宝鸡 721000）

文章应用AVL Cruise软件对某商用车进行了整车性能分析，通过动力总成优化匹配分析，在确保整车动力性前提下，选出燃油经济性最优动力匹配，且与试验结果进行对比分析，其仿真分析结果与试验结果基本符合。为以后优化同类车型动力匹配提供了理论依据。

AVL Cruise动力性；燃油经济性；动力匹配分析

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.013

CLC NO.: U462.3Document Code: BArticle ID: 1671-7988(2016)08-38-04

引言

汽车整车性能的优劣不仅仅取决于其发动机，还与传动系统匹配息息相关，传统的动力传动匹配方法就是做试验，所有设计方案都需要通过试验进行验证，这样不但增加了开发费用，还延长了设计周期，AVL Cruise是一款针对汽车动力性和燃油经济性进行分析的软件，并在汽车动力性和燃油经济性研究方面已得到了广泛应用。

本文以AVL Cruise软件为工具，进行动力匹配计算，选择合理的发动机、变速器、后桥，在保证车辆运行工况所需动力性的前提下，达到最佳燃油经济性。

1、软件介绍

Cruise 软件是奥地利 AVL 公司开发的用于研究车辆动力性、燃油经济性、排放性能与制动性能的高级仿真分析软件，是快速、便捷、高效的车辆动力学仿真工具。Cruise作为车辆仿真分析软件，它非常的灵活，能够对任意结构形式的车辆传动系统进行建模和仿真，它主要应用于车辆开发过程中的动力系统和传动系统匹配，整车性能预测和仿真计算。也可进行发动机、变速器、后桥速比、轮胎选型及匹配优化。还可以应用于混合动力汽车、电动汽车动力传动系统集控制系统的开发和优化[1]。

Cruise 软件具有以下优点：

（1）模块化理念可灵活的进行各种车辆和动力总成匹配的分析，并在所提供的模块的基础上建立系统模型；

（2）驾驶员模型的智能化，能够根据人体反应，真实再现车辆行为；

（3）发动机冷启动模型考虑了高摩擦和热力学效应；

（4）黑盒子功能能使用户进行自定义模块和控制算法；

（5）转向时，考虑了车轮和车辆受力；

（6）能够与MATALAB/SIMULINK和流体动力学软件Flow master、KULI进行对接。

Cruise 软件采用图形化的交互环境，用户只需用鼠标拖动的方法从模型库中拖出相应元件，便能够迅速的建立系统框图，再根据研究的需要添加相应的控制模块，并正确连接数据总线，即可完成模型的建立。

2、某载货车动力匹配优化方案分析

2.1基于Cruise软件的整车仿真模型的建立

根据某载货车的整车布置建立整车仿真分析模型。对整车及零部件参数进行处理后嵌入模型文件，并对整车进行性能分析。

该模型主要由以下模块组成：Vehicles、Engine、Clutches、Gear Box、Single Ratio Transmission、Differential、Brake、Wheel、Monitor、Cockpit等。各模块之间用机械连接和总数据连接。主要模型的数学模型如下：

2.2基本参数

表1　整车基本参数

表2　发动机参数

表3　变速箱各档速比

表4　后桥主减速器速比及传递效率

表5　轮胎基本参数

2.3整车动力匹配方案

同一发动机配三种不同变速箱及同一后桥的两种速比，具体方案见表6。

表6　具体方案

2.4整车动力燃油经济性仿真结果分析

应用AVL Cruise软件对以上6种匹配方案进行仿真计算，并对仿真结果进行分析。6种方案的整车动力性和燃油经济性见表7。

表7　6种方案的整车动力性和燃油经济性

根据六种动力匹配方案的车辆性能仿真结果分析，得出方案1和方案4的动力性和燃油经济性优于其他4个方案，方案1的动力性比方案4的动力性好，但是，方案4在保证车辆良好的动力性前提下，车辆的燃油经济性是最好的，并且保证了车辆的爬坡性能和加速性能，故方案4是满足客户的最优配置方案。

3、整车性能仿真结果与试验结果分析

3.1整车性能仿真

根据汽车试验和整车性能分析要求，针对方案4进行仿真分析，在此次仿真计算任务过程中，选择了等速行驶工况、C-WTVC循环行驶工况、爬坡性能、加速性能，分析过程中使用了C-WTVC循环工况，C-WTVC循环工况是评价汽车燃料经济性的一个实用方法。路况图如图2所示。

该车的各档最大爬坡性能、各档加速性能、各档等速燃油经济性、自定义工况发动机工作点分布、自定义工况油耗分布、加速时间曲线和最高档百公里油耗曲线如图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示。

3.2仿真分析结果与试验结果对比

整车的动力性和燃油经济性的仿真分析结果与试验结果如表8所示。

表8　整车的动力性和燃油经济性的仿真分析结果与试验结果对比

从整车的动力性和燃油经济性的仿真分析结果与试验结果对比表中可以看出，最高车速和爬坡度误差比较小，且满足设计要求。

从图9直接档加速性能仿真结果与试验结果对比曲线中可以看出，在直接档时，40km/h ～80km/h加速时间的仿真结果与试验结果比较相近，且误差小；从图10起步连续换挡加速性能仿真结果与试验结果对比曲线中可以看出，在高速段仿真结果与试验结果误差比较大，可能与驾驶员换挡操作时间有关，减少换挡时间，可提高汽车加速性能。

整车等速行驶工况下，汽车等速百公里油耗仿真结果与试验结果对比如图11所示。

从图11中可以看出，汽车在车速50～80km/h时，最高档等速百公里油耗仿真结果与试验结果误差比较大，在经济车速85～100 km/h时，最高档等速百公里油耗仿真结果与试验结果比较接近，其误差越来越小，几乎趋近于0。

通过对该车的仿真结果与试验结果对比分析，其仿真结果与试验结果误差比较小，整体趋势相同，且与试验结果基本吻合。

4、结论

本文应用AVL Cruise软件对某商用车进行了整车性能分析，通过动力总成优化匹配分析，在确保整车动力性前提下，选出燃油经济性最优动力匹配，且与试验结果进行对比分析，其仿真分析结果与试验结果基本符合。为以后优化同类车型动力匹配提供了理论依据。

[1]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，2005.

[2]余志生.汽车理论[M]，北京：机械工业出版社，2012.

[3]葛安林,林明芳,吴锦秋.汽车动力传动系统参数的最佳匹配[J],汽车工程,1991,(1).

[4]廖祥兵,戴启清,胡小平等.汽车在不同行驶条件下的经济性模拟计算[J].内燃机机学报,2003(1).

A truck power matching optimization scheme based on AVL Cruise analysis

Chen Xiaowen,Qu Yuanbo
(Shaanxi Automobile Group Baoji Huashan engineering vehicles Co Ltd,Shaanxi Baoji 721000)

The application of AVL Cruise software for vehicle performance analysis of a commercial vehicle,through the optimization of powertrain matching analysis,in order to ensure the vehicle power under the premise of selected fuel optimal power matching,and the results were compared with experimental results,the simulation results and experimental results are basically consistent with.It provides a theoretical basis for the optimization of the dynamic matching of similar models in the future.

AVL Cruise; power performance; fuel economy; power matching analysis

U462.3

B

1671-7988（2016）08-38-04

陈晓雯（1986-），女，助理工程师，就职于陕汽集团宝鸡华山工程车辆有限责任公司，主要从事：整车设计及动力匹配。