基于AVL_Cruise軟件對(duì)車(chē)輛油耗的仿真分析

宮寶利 馬毅 宋桂曉 管煒 蔡正雷

摘 要：為解決通過(guò)AVL_Cruise軟件搭建的車(chē)輛油耗仿真模型的結(jié)果準(zhǔn)確性問(wèn)題，文章重點(diǎn)研究了如何搭建優(yōu)化AVL_Cruise軟件油耗仿真模型及仿真模型中各個(gè)車(chē)輛參數(shù)對(duì)油耗結(jié)果的影響，并將其仿真結(jié)果與實(shí)車(chē)油耗數(shù)據(jù)對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)調(diào)整主減速比、仿真阻力參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有及外特性曲線等眾多參數(shù)，可使搭建的仿真模型的油耗仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)車(chē)油耗數(shù)據(jù)幾乎一致。多次仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)車(chē)油耗對(duì)比的有效性直接表明了，后續(xù)可通過(guò)AVL_Cruise軟件仿真模型對(duì)實(shí)車(chē)油耗摸底，并搭建油耗數(shù)據(jù)庫(kù)為后續(xù)降低車(chē)輛油耗做好數(shù)據(jù)支撐準(zhǔn)備。

關(guān)鍵詞：AVL_Cruise;仿真;油耗仿真模型;油耗數(shù)據(jù)庫(kù)

中圖分類號(hào)：U467.4+98 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）16-109-04

Abstract： In order to solve the problem of accuracy of vehicle fuel consumption simulation model built by AVL_Cruise software， this paper focuses on how to build and optimize the fuel consumption simulation model of AVL_Cruise software and the influence of various vehicle parameters in the simulation model on the fuel consumption result， and compares the simulation result with the fuel consumption data of real vehicle. The test results show that the fuel consumption results of the simulation model can be almost consistent with the fuel consumption data of the vehicle by adjusting many parameters such as the main deceleration ratio， the simulation resistance parameters and the engine all-in-one and external characteristic curves. The effectiveness of the comparison between multiple simulation test data and vehicle fuel consumption directly shows that the vehicle fuel consumption can be tested through AVL_Cruise software simulation model in the future， and the fuel consumption database can be built to prepare data support for the subsequent reduction of vehicle fuel consumption.

Keywords： AVL_Cruise; Simulation; Fuel consumption simulation model; Fuel consumption database

CLC NO.： U467.4+98 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）16-109-04

1 前言

近年來(lái)，隨著中國(guó)汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展及國(guó)民生活水平的整體提升，汽車(chē)已經(jīng)慢慢成為人們生活中的必需品。但隨著汽車(chē)保有量的大幅提升，隨之而來(lái)的燃油消耗量也日益增多，而燃油經(jīng)濟(jì)性作為衡量車(chē)輛性能的重要指標(biāo)之一，嚴(yán)格把控車(chē)輛油耗就顯得至關(guān)重要。

目前隨著中國(guó)工況的預(yù)研推進(jìn)，車(chē)輛第五階段油耗限值也即將實(shí)施，對(duì)汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性要求也進(jìn)一步加嚴(yán)。這也促使各大整車(chē)企業(yè)及標(biāo)定公司在整車(chē)開(kāi)發(fā)階段需通過(guò)先進(jìn)技術(shù)手段對(duì)車(chē)輛油耗進(jìn)行優(yōu)化分析，通過(guò)建立龐大的油耗數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)分析提出降低油耗的具體措施[1]。同時(shí)，油耗數(shù)據(jù)庫(kù)的建立需企業(yè)消耗大量人力、物力、財(cái)力去完成多次的實(shí)車(chē)油耗試驗(yàn)數(shù)，導(dǎo)致企業(yè)試驗(yàn)成本高而難以承受。通過(guò)AVL_Cruise軟件對(duì)車(chē)輛油耗進(jìn)行仿真分析，不僅能將仿真結(jié)果與實(shí)際車(chē)輛油耗做比對(duì)參考，還能快速準(zhǔn)確的分析出車(chē)輛的各個(gè)參數(shù)對(duì)實(shí)車(chē)油耗的具體影響，為企業(yè)提供巨大便利。因此，通過(guò)AVL_Cruise軟件搭建油耗仿真模型來(lái)計(jì)算實(shí)車(chē)油耗的方法，值得每個(gè)整車(chē)及相關(guān)企業(yè)考究、推廣。

2 AVL_cruise油耗仿真影響參數(shù)

AVL_Cruise可用于車(chē)輛的動(dòng)力性，燃油經(jīng)濟(jì)性以及排放性能的仿真，其模塊化的建模理念使得用戶可以便捷的搭建不同布置結(jié)構(gòu)的車(chē)輛模型，其復(fù)雜完善的求解器可以確保計(jì)算的速度[2]。而其在優(yōu)化車(chē)輛油耗數(shù)據(jù)計(jì)算方面，車(chē)輛的多個(gè)參數(shù)又對(duì)油耗仿真結(jié)果有著不同程度的影響。

2.1 車(chē)輛整備質(zhì)量

因在現(xiàn)行油耗試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T 19233-2008輕型汽車(chē)燃料消耗量試驗(yàn)方法）中，要求車(chē)輛的油耗測(cè)試試驗(yàn)采用國(guó)五NEDC工況進(jìn)行相關(guān)測(cè)試[3]。而在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，試驗(yàn)設(shè)備底盤(pán)測(cè)功機(jī)的慣量加載需在國(guó)五標(biāo)準(zhǔn)中通過(guò)測(cè)量整備質(zhì)量去查找載荷與慣量設(shè)定表來(lái)確定，因此整備質(zhì)量會(huì)直接影響測(cè)功機(jī)載荷從而影響車(chē)輛油耗仿真的結(jié)果[4]。

2.2 變速器各檔位傳動(dòng)比及主減速比

車(chē)輛傳動(dòng)比會(huì)直接影響車(chē)輛的轉(zhuǎn)速車(chē)速比，在AVL_ Cruise仿真過(guò)程中一般通過(guò)降低車(chē)輛主減速比的方法來(lái)降低整車(chē)油耗，而且還不會(huì)改變各檔位速比。同時(shí)，通過(guò)減小主減速比數(shù)值，油耗的仿真也值會(huì)減小得更為明顯，但車(chē)輛動(dòng)力性會(huì)降低。

2.3 輪胎滾動(dòng)半徑

在油耗仿真計(jì)算中，車(chē)輛的輪胎滾動(dòng)半徑也是影響因素之一。滾動(dòng)半徑不僅影響車(chē)輛的轉(zhuǎn)速車(chē)速比，而且不同的輪胎滾動(dòng)半徑也不同，導(dǎo)致阻力系數(shù)也不一樣，這就直接導(dǎo)致油耗的仿真結(jié)果不一樣。

2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有數(shù)據(jù)

發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有數(shù)據(jù)可以反映發(fā)動(dòng)機(jī)在不同負(fù)荷、不同轉(zhuǎn)速下的燃油消耗率。在油耗仿真過(guò)程中，仿真軟件計(jì)算工況點(diǎn)對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷使用插值法得到對(duì)應(yīng)的燃油消耗量，因此發(fā)動(dòng)機(jī)油耗萬(wàn)有的準(zhǔn)確性對(duì)油耗仿真的結(jié)果有著重大影響。

2.5 怠速油耗量

怠速油耗量反映發(fā)動(dòng)機(jī)怠速狀態(tài)下的油耗量，可由發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試臺(tái)架在發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定過(guò)程中提供，一般1.5-1.6L排量及以下發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)為固定值0.45kg/h，1.8L排量發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)定為0.6kg/h。

2.6 冷機(jī)啟動(dòng)修正

在車(chē)輛油耗測(cè)試試驗(yàn)中，對(duì)于試驗(yàn)環(huán)境有一定要求。在油耗測(cè)試試驗(yàn)時(shí)，室內(nèi)溫度要求在20℃至30℃之間，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液和潤(rùn)滑油溫度要求要達(dá)到室溫的±2℃范圍內(nèi)。而發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中的水溫一般在80℃以上，因此冷啟動(dòng)過(guò)程中會(huì)有一部分燃油燃燒產(chǎn)生的熱能用于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體升溫，造成冷機(jī)啟動(dòng)與熱機(jī)啟動(dòng)在NEDC工況中前500s～600s內(nèi)的油耗差異。

圖1是一種簡(jiǎn)化后的冷、熱機(jī)油耗修正曲線，顯示了不同時(shí)間段內(nèi)冷、熱機(jī)油耗比值的近似值。這種方法在油耗仿真計(jì)算過(guò)程中，可以通過(guò)將啟動(dòng)后一段時(shí)間內(nèi)的油耗量乘以一個(gè)固定修正系數(shù)來(lái)對(duì)冷機(jī)油耗進(jìn)行修正。

2.7 仿真阻力參數(shù)

在車(chē)輛油耗仿真計(jì)算過(guò)程中，仿真阻力參數(shù)是一個(gè)影響結(jié)果的重要參數(shù)。因此，如何準(zhǔn)確計(jì)算仿真所需要的阻力參數(shù)則至關(guān)重要。

2.7.1 車(chē)輛在測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)轂上滑行時(shí)的受力分析

車(chē)輛在測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)轂上滑行時(shí)所受到的總阻力F由四部分組成[5]：

從上述結(jié)果看出，根據(jù)排放污染物計(jì)算的油耗結(jié)果也與仿真油耗值結(jié)果吻合，從而再次驗(yàn)證AVL_Cruise軟件油耗仿真模型的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

5 結(jié)論

綜上，基于AVL-Cruise軟件，實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛油耗仿真模型的搭建，分析研究了仿真模型中，車(chē)輛哪參數(shù)對(duì)油耗結(jié)果存在直接影響。根據(jù)實(shí)車(chē)油耗測(cè)試數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果的對(duì)比分析，結(jié)果顯示油耗實(shí)測(cè)值與計(jì)算值高度一致，也直接驗(yàn)證了基于AVL-Cruise的油耗仿真模型的有效性。同時(shí)，也從車(chē)輛排放試驗(yàn)中污染物排放量的計(jì)算，側(cè)面佐證了油耗仿真模型的準(zhǔn)確性。但現(xiàn)階段油耗仿真模型仍有些許不足，因缺少中國(guó)工況換擋參數(shù)等詳細(xì)法規(guī)要求，該模型無(wú)法準(zhǔn)確仿真計(jì)算出關(guān)于中國(guó)工況的油耗數(shù)據(jù)值。后續(xù)仍需持續(xù)改進(jìn)仿真模型，為中國(guó)工況搭建龐大油耗數(shù)據(jù)庫(kù)做好充足準(zhǔn)備。

參考文獻(xiàn)

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