AVL_CRUISE軟件在汽車仿真教學中的應用研究

陸昌年

摘 要：AVL_CRUISE軟件可以仿真汽車的動力性能、燃油經濟性和排放性能等。因此在汽車的專業課程教學過程中有著重要的應用。文章主要從AVL_CRUISE軟件建模、AVL_CRUISE軟件分析計算和仿真教學設計等方面進行闡述。

關鍵詞：仿真教學;建模;汽車教學設計

中圖分類號：G712 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2019）23-196-03

Research on the Application of AVL_CRUISE Software in Automobile

Simulation Teaching*

Lu Changnian

（ School of Automotive Engineering， Anhui Vocational and Technical College， Anhui Hefei 230011 ）

Abstract： AVL_CRUISE software can simulate the power performance， fuel economy and emission performance of automobiles. Therefore， it has an important application in the teaching process of automobile professional courses. This paper mainly elaborates on AVL_CRUISE software modeling， AVL_CRUISE software analysis calculation and simulation teaching design.

Keywords： Simulation teaching; Modeling; Automobile Teaching Design

CLC NO.： G712 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）23-196-03

1 AVL_CRUISE軟件概述

AVL_CRUISE軟件是奧地利AVL公司開發的一款軟件，可以仿真模擬汽車的動力性能、燃油經濟性和排放性能等。該軟件的模塊化建模方法，可以使我們快速的構建不同類型車型的計算模型。其完善的求解器可以提高仿真計算的速度，方便而快捷。AVL_CRUISE軟件的一個典型應用是對汽車整車和發動機的仿真，它可以仿真計算汽車的等速油耗、循環工況油耗、汽車爬坡度、汽車各檔最大加速度、最高車速和0-100km/h加速時間等。

2 仿真教學的意義

仿真教學是一種全新的教學方法，它可以將理論知識與實踐操作有機的結合起來。讓學生親身感受仿真環境，可以充分激發學生的思考和創新意識等，對提高學生的學習效率有很大的幫助。仿真教學方法是將來智慧課堂教學的基礎。仿真軟件經過多年的發展與完善，可以快速和方便的構建各種仿真分析模型，模擬計算各種實際性能。仿真教學軟件具有強大的人機交互性能，學生可以根據自己的想法，動手設置各種物理參數，然后仿真計算得到想要的分析結果，這在傳統的實訓或實驗環境中往往是做不到的。

3 AVL_CRUISE軟件建模

AVL_CRUISE軟件可以通過模塊化的建模方法，快速搭建一個汽車仿真分析模型，建模時常用通過用到以下模塊。

3.1 整車模塊（vehicle）

在整車模塊中主要設置一些整車參數，如油箱容積（Gas Tank Volume）、整車軸距（Wheel Base）、整車整備質量（Curb Weight）、整車滿載質量（Gross Weight）和整車滑行阻力（Total Driving Resistance）等。在轎車中，滿載質量等于整車整備質量加上375千克，計算依據是滿載時按五個人計算，每個人的體重按68千克計算，每個人的行李按照7千克計算，所以五個人的體重和行李總計為375千克。整車滑行阻力需要在滑行試驗中實測，滑行阻力分為經濟性滑行阻力和動力性滑行阻力，動力性滑行阻力是車輛滿載滑行時測得的，經濟性滑行阻力是半載時測得的。

3.2 發動機模塊（Engine）

在發動機模塊中，需要設置發動機燃油類型（Engine Type）、發動機排量（Engine Displacement）、汽缸數（Number of Cylinders）、沖程數（Number of Strokes）、怠速轉速（Idle Speed）、最大轉速（Maximum Speed）、怠速油耗（Idle Consumption）、發動機外特性（Full Load Characteristic）和發動機萬有特性（Fuel Consumption Map）。發動機外特性是指發動機在節氣門全開時，測出的發動機有效功率隨發動機轉速的變化特性，或者是發動機扭矩隨發動機轉速的變化特性。發動機萬有特性是一種多參數特性，表示的是三個參數之間的關系。一般表示發動機轉速、發動機扭矩和燃油消耗率之間的關系。

3.3 變速箱模塊（Gear Box）

在變速箱模塊中，需要設置變速箱各檔位傳動比（Gear Ratio）和各檔位傳動效率（Efficiency）等參數。變速箱各檔位的傳動比是指在某個檔位時，變速箱輸入軸與輸出軸的轉速之比。當然轉速很難測定，我們在計算傳動比時都是用齒輪的齒數比計算。一般變速箱的一個檔位由兩對或三對齒輪構成，每對齒輪的傳動比為從動齒輪的齒數除以主動齒輪的齒數，然后每對齒輪的傳動比乘積即為該檔位的傳動比。變速箱內部的傳動方式有齒輪傳動、液力傳動、鋼帶傳動和電磁傳動等等，每種方式的傳動效率均不一樣，需要試驗測定。

3.4 其他模塊

在建模過程中，很會用到很多其他模塊，比如車輪模塊（wheel）、離合器模塊（Clutch）、剎車模塊（Brake）、單極主減速器（Single Ration Transmission）、和差速器（Diff -erential）等，在這些模塊中需要設置的參數較少，也相對容易。

4 AVL_CRUISE軟件分析計算

建模完成后，就可以進行分析計算了，計算完成后我們通?？梢缘玫揭韵聞恿π院徒洕杂嬎憬Y果。

4.1 動力性計算結果

計算出的動力性分析結果中，主要有各檔位最大爬坡度、各檔位最高車速和各檔位最大加速度等。最大爬坡度是在汽車滿載時測定，表達了汽車的爬坡能力，爬坡度一般用坡度的垂直距離除以坡度水平距離的百分比表示，汽車一檔的最大爬坡度一般達到30%即為合格。最高車速也反映了汽車的動力性強弱，最高車速一般出現在最高檔位或者次高檔位上。汽車的加速性能一般可以用0-100km/h加速時間、4檔30-100km/h加速時間、4檔80-120km/h加速時間和5檔80-120km/h加速時間等參數來表達。

4.2 經濟性計算結果

在經濟性計算結果中，主要有各檔位的等速油耗和循環工況油耗。等速工況油耗值相對較低，在不同檔位不同車速的等速油耗中，檔位越高車速越低則等速油耗越低，當然每個檔位有個最低穩定車速，低于此車速時汽車無法正常行駛。循環工況油耗包括城區循環工況油耗、郊區循環工況油耗和綜合循環工況油耗。城區循環工況油耗最高，郊區循環工況油耗最低。

5 仿真教學設計

在用AVL_CRUISE軟件進行仿真教學時，我們可以設計以下教學環節以提升教學效果。

5.1 課前自主預習

在課前學生要重點預習整車模塊、發動機模塊和變速箱等模塊的參數含義，要知道每個參數所表達的意思。另外對整車的動力性和經濟性也要能夠理解。學生在學習過程的疑問可以相互討論，討論無法解決的問題，教師在課堂開始前進行統一講解。

5.2 教師課堂操作演示

教師首先要操作演示一遍建模過程、求解計算和計算結果的查看。教師的操作過程需要用多媒體一體機進行投屏，讓學生觀看更清楚。在學生疑問較多的地方，教師要反復操作演示，直到學生理解。

5.3 學生分組上機練習

學生觀看完教師的操作演示后，開始分組上機練習?？梢?-6名同學為一組，小組內可以相互討論，在建模環節設置的參數較多，而且該軟件的界面為英文界面。所以小組內討論解決不了的問題，就舉手提問。

5.4 教師點評

學生練習結束后，教師要及時進行點評，重點點評學生分組練習過程中遇到的問題，對普遍存在的問題，教師要從理論到操作步驟逐一進行講解。教師點評結束后，要給出每組學生的成績，作為該課程考核的過程考核成績。

5.5 課后提升

學生分組練習結束后，肯定很會有一部分同學沒有完全理解，對這部分同學要進行課后提升，將這部分同學編成1-2組，在課后讓其去實訓室自主進行練習，直至完全掌握為止。

6 小結

在汽車專業課程的教學過程中，經常會用軟件去替代真實的實訓教學，在這部分仿真實訓教學中，教師要掌握軟件操作并合理設計教學環節，從而達到仿真教學的預期目的。

參考文獻

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