基于AVL Cruise的某MT車型動力性經濟性多參數優化仿真分析

林春鵬，張小坤，韓曉成

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

前言

對于傳統MT車型，整車動力性、經濟性的好壞在很大程度上取決于發動機和傳動系統的匹配是否合理。仿真軟件的出現大大方便了開發人員。工程師通過多參數方案對比仿真分析，可在較短的時間內優選出兼顧動力性、經濟性的最佳動力匹配參數，同時大大降低開發成本。

本文以某MT車型為例，應用AVL Cruise軟件在發動機及其他整車參數均已確定的情況下，通過設置多組傳動系統參數（檔位速比，主減速比，輪胎半徑等參數），對整車動力性（最大爬坡度、百公里加速時間、最高車速）、經濟性（NEDC工況、等速油耗）進行對比分析，找出最佳匹配方案。最后通過實車基本性能測試進行方案驗證。

1 建立整車模型

表1是整車模型主要參數（模型中未列入表格的參數根據經驗值和系統推薦的默認值輸入）。在發動機與整車整車均已確定的情況下，將變速器檔位速比、主減速比、輪胎規格設定為多參數，作為本文的研究對象。

圖1是用AVL Cruise搭建的整車模型，需要指出的是模型里設置了 Cockpit模塊，它的作用是用來模擬整車各個試驗工況下的駕駛員操作。

表1 整車主要參數

圖1 本MT車型整車模型

2 多參數優化匹配分析

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個匹配組合。圖2是利用Cruise軟件計算中心的Component Varation功能進行計算。

表2 多參數優化方案

圖3是這27個組合的NEDC百公里燃油消耗量矩陣。它反應的是一個整車經濟性指標。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個組合的0-100km/h 加速時間矩陣。它反應的是一個整車動力性指標。色塊越暖，加速時間越長；反之，色塊越冷，加速時間越短。可知，27組的0-100km/h 加速時間極值為13.99-14.56s。

圖3 NEDC百公里燃油消耗量矩陣

圖3 0-100km/h加速時間矩陣

圖5 NEDC百公里燃油消耗量表格

圖6 0-100km/h加速時間表格

圖5是NEDC 百公里燃油消耗量表格，圖6是0-100km/h加速時間表格，它們能更明晰的表達這27個組合在動力性經濟性方面的表現。我們可以比較明顯的發現，動力性與經濟性常常是一對矛盾的量，需要根據車型的市場定位和產品風格來進行統籌考慮。

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 選定參數的動力性經濟性

通過對14#各性能指標的計算，得到的如下結果：

圖7 NEDC發動機油耗分布圖

圖8 90km/h，120 km/h等速油耗

3.1 NEDC油耗

通過Cycle Run任務文件夾，計算出如圖7為發動機在整個 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Constant Drive任務文件夾Run in all gear，計算出如圖8，90km/h，120 km/h等速油耗。紅色直線為檔位，藍色曲線為燃油消耗量。可見，90km/h 時油耗為 5.82L，120 km/h時7.68 L。

3.3 最大爬坡度

通過Climbing任務文件夾，計算出如圖9各檔位最大爬坡度。可見在滿載車重下，各檔位爬坡度隨檔位升高而降低。理論上，一檔車速在34km/h（發動機4250rpm）時最大爬坡度是41.8%，即坡角22.685°。

3.4 0-100km/h 加速時間

通過Full Load任務文件夾Shifting Gears From Stands-till，計算出如圖 100-100km/h 加速時間。可見從原地起步到連續換擋到100km/h的過程中。加速度的最大值依據檔位遞減，三檔位14.31s即已加速到100km/h，達到120 km/h的時間為19.3s。

圖9 各檔位最大爬坡度

圖10 0-100km/h加速時間

3.5 各檔位最大加速度和最高車速

圖11 各檔位最大加速度和最高車速

通過Full Load任務文件夾Max Acc in all Gears，計算出如圖11各檔位最大加速度和最高車速。加速度的最大值依據檔位遞減。最高車速出現在5檔加速度為0的時刻，此時車輛的驅動力與行駛阻力相等，最高車速為218km/h。

4 方案實車驗證

按相關國家標準，我們對14#配置的車輛進行了基本性能測試。主要通過90km/h、120km/h等速油耗和0-100km/h原地起步加速時間進行驗證。

4.1 等速油耗

圖12 90km/h、120km/h等速油耗

圖13 0-100km/h原地起步加速時間

由圖 12我們得到實車 90km/h的等速油耗為 5.85L，120km/h的等速油耗為7.88L，與仿真結果高度吻合。

4.2 0-100km/h加速時間

由圖 12我們得到實車原地起步連續換擋達到 100km/h的時間為14.7s，達到120km/h的時間為19.05s，與仿真結果高度吻合。

5 總結

本文通過AVL Cruise軟件，運用多參數匹配優化的方法，對影響整車動力性經濟性的因素進行了仿真分析。取得的結果跟實際試驗有較好的吻合度。本例中，此款車型動力性偏差，若能進一步提高發動機的比功率和扭矩或者通過整車輕量化方法降低車重。將能夠進一步發掘此款車型的動力性經濟性潛力。通過本方法的研究淺析，對今后的整車動力性經濟性分析工作有著積極的意義。

參考文獻

[1] 余志生.汽汽車理論[M].北京:機械工業出版社.2007.

[2] 王麗榮.基于Cruise自卸車動力性經濟性仿真分析與優化[J].設計與研究.2007.

[3] 王瑞.基于 Cruise的整車動力性能仿真分析[J].車輛與動力技術.2009.

[4] 羅衛東.汽車動力性和燃油經濟性的計算機仿真與傳動系統參數優化設計[J].現代機械.2008.

[5] 劉振軍.基于 CRUISE的動力傳動系統建模與仿真分析[J].重慶:重慶大學學報（自然科學版）.2005.