基于AVL_Cruise軟件對車輛油耗的仿真分析

宮寶利 馬毅 宋桂曉 管煒 蔡正雷

摘 要：為解決通過AVL_Cruise軟件搭建的車輛油耗仿真模型的結果準確性問題，文章重點研究了如何搭建優化AVL_Cruise軟件油耗仿真模型及仿真模型中各個車輛參數對油耗結果的影響，并將其仿真結果與實車油耗數據對比。試驗結果表明，通過調整主減速比、仿真阻力參數、發動機萬有及外特性曲線等眾多參數，可使搭建的仿真模型的油耗仿真計算結果與實車油耗數據幾乎一致。多次仿真試驗數據與實車油耗對比的有效性直接表明了，后續可通過AVL_Cruise軟件仿真模型對實車油耗摸底，并搭建油耗數據庫為后續降低車輛油耗做好數據支撐準備。

關鍵詞：AVL_Cruise;仿真;油耗仿真模型;油耗數據庫

中圖分類號：U467.4+98 ?文獻標識碼：A ?文章編號：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，隨著中國汽車工業的飛速發展及國民生活水平的整體提升，汽車已經慢慢成為人們生活中的必需品。但隨著汽車保有量的大幅提升，隨之而來的燃油消耗量也日益增多，而燃油經濟性作為衡量車輛性能的重要指標之一，嚴格把控車輛油耗就顯得至關重要。

目前隨著中國工況的預研推進，車輛第五階段油耗限值也即將實施，對汽車經濟性要求也進一步加嚴。這也促使各大整車企業及標定公司在整車開發階段需通過先進技術手段對車輛油耗進行優化分析，通過建立龐大的油耗數據庫來分析提出降低油耗的具體措施[1]。同時，油耗數據庫的建立需企業消耗大量人力、物力、財力去完成多次的實車油耗試驗數，導致企業試驗成本高而難以承受。通過AVL_Cruise軟件對車輛油耗進行仿真分析，不僅能將仿真結果與實際車輛油耗做比對參考，還能快速準確的分析出車輛的各個參數對實車油耗的具體影響，為企業提供巨大便利。因此，通過AVL_Cruise軟件搭建油耗仿真模型來計算實車油耗的方法，值得每個整車及相關企業考究、推廣。

2 AVL_cruise油耗仿真影響參數

AVL_Cruise可用于車輛的動力性，燃油經濟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構的車輛模型，其復雜完善的求解器可以確保計算的速度[2]。而其在優化車輛油耗數據計算方面，車輛的多個參數又對油耗仿真結果有著不同程度的影響。

2.1 車輛整備質量

因在現行油耗試驗標準（如GB/T 19233-2008輕型汽車燃料消耗量試驗方法）中，要求車輛的油耗測試試驗采用國五NEDC工況進行相關測試[3]。而在試驗準備階段，試驗設備底盤測功機的慣量加載需在國五標準中通過測量整備質量去查找載荷與慣量設定表來確定，因此整備質量會直接影響測功機載荷從而影響車輛油耗仿真的結果[4]。

2.2 變速器各檔位傳動比及主減速比

車輛傳動比會直接影響車輛的轉速車速比，在AVL_ Cruise仿真過程中一般通過降低車輛主減速比的方法來降低整車油耗，而且還不會改變各檔位速比。同時，通過減小主減速比數值，油耗的仿真也值會減小得更為明顯，但車輛動力性會降低。

2.3 輪胎滾動半徑

在油耗仿真計算中，車輛的輪胎滾動半徑也是影響因素之一。滾動半徑不僅影響車輛的轉速車速比，而且不同的輪胎滾動半徑也不同，導致阻力系數也不一樣，這就直接導致油耗的仿真結果不一樣。

2.4 發動機萬有數據

發動機萬有數據可以反映發動機在不同負荷、不同轉速下的燃油消耗率。在油耗仿真過程中，仿真軟件計算工況點對應的發動機負荷使用插值法得到對應的燃油消耗量，因此發動機油耗萬有的準確性對油耗仿真的結果有著重大影響。

2.5 怠速油耗量

怠速油耗量反映發動機怠速狀態下的油耗量，可由發動機測試臺架在發動機標定過程中提供，一般1.5-1.6L排量及以下發動機設為固定值0.45kg/h，1.8L排量發動機設定為0.6kg/h。

2.6 冷機啟動修正

在車輛油耗測試試驗中，對于試驗環境有一定要求。在油耗測試試驗時，室內溫度要求在20℃至30℃之間，發動機冷卻液和潤滑油溫度要求要達到室溫的±2℃范圍內。而發動機正常運行過程中的水溫一般在80℃以上，因此冷啟動過程中會有一部分燃油燃燒產生的熱能用于發動機機體升溫，造成冷機啟動與熱機啟動在NEDC工況中前500s～600s內的油耗差異。

圖1是一種簡化后的冷、熱機油耗修正曲線，顯示了不同時間段內冷、熱機油耗比值的近似值。這種方法在油耗仿真計算過程中，可以通過將啟動后一段時間內的油耗量乘以一個固定修正系數來對冷機油耗進行修正。

2.7 仿真阻力參數

在車輛油耗仿真計算過程中，仿真阻力參數是一個影響結果的重要參數。因此，如何準確計算仿真所需要的阻力參數則至關重要。

2.7.1 車輛在測功機轉轂上滑行時的受力分析

車輛在測功機轉轂上滑行時所受到的總阻力F由四部分組成[5]：

從上述結果看出，根據排放污染物計算的油耗結果也與仿真油耗值結果吻合，從而再次驗證AVL_Cruise軟件油耗仿真模型的數據準確性。

5 結論

綜上，基于AVL-Cruise軟件，實現了車輛油耗仿真模型的搭建，分析研究了仿真模型中，車輛哪參數對油耗結果存在直接影響。根據實車油耗測試數據與仿真結果的對比分析，結果顯示油耗實測值與計算值高度一致，也直接驗證了基于AVL-Cruise的油耗仿真模型的有效性。同時，也從車輛排放試驗中污染物排放量的計算，側面佐證了油耗仿真模型的準確性。但現階段油耗仿真模型仍有些許不足，因缺少中國工況換擋參數等詳細法規要求，該模型無法準確仿真計算出關于中國工況的油耗數據值。后續仍需持續改進仿真模型，為中國工況搭建龐大油耗數據庫做好充足準備。

參考文獻

[1] 鄔邵寧，楊曉.基于AVL CRUISE的某款輕型商用車降低油耗方案分析[C].AVL年用戶大會論文集，2008.

[2] AVL Cruise Users Guide[G].李斯特技術中心（上海），2011.

[3] GB/T 19233-2008，輕型汽車燃料消耗量試驗方法[S].

[4] GB18352.5-2013， 輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）[S].

[5] 余志生.汽車理論[M].北京：機械工業出版社，2018.

[6] 韓宗奇.用滑行試驗法測定汽車空氣阻力系數研究[J].汽車技術， 2001，（5）.

[7] GB18352.6-2016，輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）[S].

[8] 黃仕陽，張金一.AVL_Cruise仿真在客車油耗分析中的應用[J].客車技術與研究，2013（27）.