基于AVL Cruise的某MT車(chē)型動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性多參數(shù)優(yōu)化仿真分析

林春鵬，張小坤，韓曉成

（華晨汽車(chē)工程研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

前言

對(duì)于傳統(tǒng)MT車(chē)型，整車(chē)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的好壞在很大程度上取決于發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配是否合理。仿真軟件的出現(xiàn)大大方便了開(kāi)發(fā)人員。工程師通過(guò)多參數(shù)方案對(duì)比仿真分析，可在較短的時(shí)間內(nèi)優(yōu)選出兼顧動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的最佳動(dòng)力匹配參數(shù)，同時(shí)大大降低開(kāi)發(fā)成本。

本文以某MT車(chē)型為例，應(yīng)用AVL Cruise軟件在發(fā)動(dòng)機(jī)及其他整車(chē)參數(shù)均已確定的情況下，通過(guò)設(shè)置多組傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)（檔位速比，主減速比，輪胎半徑等參數(shù)），對(duì)整車(chē)動(dòng)力性（最大爬坡度、百公里加速時(shí)間、最高車(chē)速）、經(jīng)濟(jì)性（NEDC工況、等速油耗）進(jìn)行對(duì)比分析，找出最佳匹配方案。最后通過(guò)實(shí)車(chē)基本性能測(cè)試進(jìn)行方案驗(yàn)證。

1 建立整車(chē)模型

表1是整車(chē)模型主要參數(shù)（模型中未列入表格的參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值和系統(tǒng)推薦的默認(rèn)值輸入）。在發(fā)動(dòng)機(jī)與整車(chē)整車(chē)均已確定的情況下，將變速器檔位速比、主減速比、輪胎規(guī)格設(shè)定為多參數(shù)，作為本文的研究對(duì)象。

圖1是用AVL Cruise搭建的整車(chē)模型，需要指出的是模型里設(shè)置了 Cockpit模塊，它的作用是用來(lái)模擬整車(chē)各個(gè)試驗(yàn)工況下的駕駛員操作。

表1 整車(chē)主要參數(shù)

圖1 本MT車(chē)型整車(chē)模型

2 多參數(shù)優(yōu)化匹配分析

如表2所示，變速器檔位速比有3組,主減速器速比3組，輪胎半徑3組，故共有27個(gè)匹配組合。圖2是利用Cruise軟件計(jì)算中心的Component Varation功能進(jìn)行計(jì)算。

表2 多參數(shù)優(yōu)化方案

圖3是這27個(gè)組合的NEDC百公里燃油消耗量矩陣。它反應(yīng)的是一個(gè)整車(chē)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。色塊越暖，油耗越高；反之，色塊越冷，油耗越低。可知，27組的NEDC百公里油耗極值為5.54-6.01L。

圖4是這27個(gè)組合的0-100km/h 加速時(shí)間矩陣。它反應(yīng)的是一個(gè)整車(chē)動(dòng)力性指標(biāo)。色塊越暖，加速時(shí)間越長(zhǎng)；反之，色塊越冷，加速時(shí)間越短。可知，27組的0-100km/h 加速時(shí)間極值為13.99-14.56s。

圖3 NEDC百公里燃油消耗量矩陣

圖3 0-100km/h加速時(shí)間矩陣

圖5 NEDC百公里燃油消耗量表格

圖6 0-100km/h加速時(shí)間表格

圖5是NEDC 百公里燃油消耗量表格，圖6是0-100km/h加速時(shí)間表格，它們能更明晰的表達(dá)這27個(gè)組合在動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性方面的表現(xiàn)。我們可以比較明顯的發(fā)現(xiàn)，動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性常常是一對(duì)矛盾的量，需要根據(jù)車(chē)型的市場(chǎng)定位和產(chǎn)品風(fēng)格來(lái)進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。

在這里，我們選擇了14#組（變速器檔位A速比，主減速比4.052，輪胎半徑308.4），作為最終方案。

3 選定參數(shù)的動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性

通過(guò)對(duì)14#各性能指標(biāo)的計(jì)算，得到的如下結(jié)果：

圖7 NEDC發(fā)動(dòng)機(jī)油耗分布圖

圖8 90km/h，120 km/h等速油耗

3.1 NEDC油耗

通過(guò)Cycle Run任務(wù)文件夾，計(jì)算出如圖7為發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè) NEDC工況下的油耗分布圖，其百公里綜合油耗為5.68L/100km。

3.2 90km/h，120 km/h等速油耗

通過(guò)Constant Drive任務(wù)文件夾Run in all gear，計(jì)算出如圖8，90km/h，120 km/h等速油耗。紅色直線為檔位，藍(lán)色曲線為燃油消耗量。可見(jiàn)，90km/h 時(shí)油耗為 5.82L，120 km/h時(shí)7.68 L。

3.3 最大爬坡度

通過(guò)Climbing任務(wù)文件夾，計(jì)算出如圖9各檔位最大爬坡度。可見(jiàn)在滿載車(chē)重下，各檔位爬坡度隨檔位升高而降低。理論上，一檔車(chē)速在34km/h（發(fā)動(dòng)機(jī)4250rpm）時(shí)最大爬坡度是41.8%，即坡角22.685°。

3.4 0-100km/h 加速時(shí)間

通過(guò)Full Load任務(wù)文件夾Shifting Gears From Stands-till，計(jì)算出如圖 100-100km/h 加速時(shí)間。可見(jiàn)從原地起步到連續(xù)換擋到100km/h的過(guò)程中。加速度的最大值依據(jù)檔位遞減，三檔位14.31s即已加速到100km/h，達(dá)到120 km/h的時(shí)間為19.3s。

圖9 各檔位最大爬坡度

圖10 0-100km/h加速時(shí)間

3.5 各檔位最大加速度和最高車(chē)速

圖11 各檔位最大加速度和最高車(chē)速

通過(guò)Full Load任務(wù)文件夾Max Acc in all Gears，計(jì)算出如圖11各檔位最大加速度和最高車(chē)速。加速度的最大值依據(jù)檔位遞減。最高車(chē)速出現(xiàn)在5檔加速度為0的時(shí)刻，此時(shí)車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力相等，最高車(chē)速為218km/h。

4 方案實(shí)車(chē)驗(yàn)證

按相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，我們對(duì)14#配置的車(chē)輛進(jìn)行了基本性能測(cè)試。主要通過(guò)90km/h、120km/h等速油耗和0-100km/h原地起步加速時(shí)間進(jìn)行驗(yàn)證。

4.1 等速油耗

圖12 90km/h、120km/h等速油耗

圖13 0-100km/h原地起步加速時(shí)間

由圖 12我們得到實(shí)車(chē) 90km/h的等速油耗為 5.85L，120km/h的等速油耗為7.88L，與仿真結(jié)果高度吻合。

4.2 0-100km/h加速時(shí)間

由圖 12我們得到實(shí)車(chē)原地起步連續(xù)換擋達(dá)到 100km/h的時(shí)間為14.7s，達(dá)到120km/h的時(shí)間為19.05s，與仿真結(jié)果高度吻合。

5 總結(jié)

本文通過(guò)AVL Cruise軟件，運(yùn)用多參數(shù)匹配優(yōu)化的方法，對(duì)影響整車(chē)動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性的因素進(jìn)行了仿真分析。取得的結(jié)果跟實(shí)際試驗(yàn)有較好的吻合度。本例中，此款車(chē)型動(dòng)力性偏差，若能進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率和扭矩或者通過(guò)整車(chē)輕量化方法降低車(chē)重。將能夠進(jìn)一步發(fā)掘此款車(chē)型的動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性潛力。通過(guò)本方法的研究淺析，對(duì)今后的整車(chē)動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性分析工作有著積極的意義。

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