1、2011 AVL 先进模拟技术中国用户大会论文 基于 CRUISE的某车型降油耗分析 康艳伟 刘亚奇 刘刚 苏艳君 （ 长城汽车股份有限公司 ， 河北保定市 ） 摘 要 ： 由于国家节能补贴新标准即将出台， 现应用 AVL Cruise 软件对我公司某车型进行降油耗仿真计算，运用 Cruise 软件的矩阵计算 及动力总成匹配计算对车辆的发动机、变速器、主减速比 等进行优化计算，得出改善燃油经济性的优化方案，指导实际的整车降油耗工作。 关键词： 动力性、经济性、 节能补贴、降油耗 主要软件： AVL-Cruise 1. 前言 石油资源日渐稀缺，国内燃油价格不断攀升 ，车辆的燃油经济性 越来越受各
2、界的重视， 2011 年 9 月 7 日，财政部、国家发展改革委、工业和信息化部联合印发了关于调整 节能汽车推广补贴政策的通知， 通知要求 现行节能汽车推广补贴政策执行到 2011 年 9 月 30 日，从 2011 年 10 月 1 日起实施新的节能汽车推广补贴政策。 我公司某车型在现有的基础上已达不到国家节能补贴的要求，现要对其进行降油耗的 仿真 分析，以指导实际降油耗工作，应用AVL-Cruise 软件的矩阵计算和动力总成匹配计算，进行多参数的匹配计算，以达到相应的降油耗目的。 2. 整车 描述 本文 研究 的是一款 搭载 1.5L 排量 发动机 的 三厢轿车 ， 此款车型自上市以来表现
3、良好，且享受国家节能汽车补贴，基本参数 如表 1： 表 1 整车基本参数 发动机 1.5L 自然吸气 变速器形式 5MT 主减速器速比 4.313 主减速器效率 0.9 变速器 速 比 一档 3.545 二档 1.905 三档 1.31 四档 0.97 五档 0.816 变速器各档效率 0.96 轴距 2610mm 整 备质量 1210kg 满载质量 1500kg 迎风面积 2.04m2 空阻系数 0.31 轮胎规格 185/65 R15 88H 3. 整车模型建立及校正 3.1 模型建立 根据车辆布置形式 建立整车模型 （ 如图 1），输入发动机、离合器、变速器、主减、差2011 AVL 先
4、进模拟技术中国用户大会论文 速器、车轮、整车外形尺寸等相关参数。 图 1 整车 结构 模型 3.2 模型校正 在模型建立、任务设置完成后， 通过对发动机怠速油耗（经验值 0.5-0.6kg/h）的调整、减速断油控制的调整、 各部件转动惯量的调整等来校正模型，以 初步的计算结果和试验结果进行对比，然后再修正模型参数，通过反复的校正使计算模型达到精度要求，为下面的油耗分析提供较为精确的模型。 如表 2 为校正后模型的计算结果与实验结果的对比。 表 2 模型的校正 项目 计算结果 试验结果 误差 50km/h 初速滑行距离（ m） 733.6 736.7 0.42% 最高车速（ km/h） 181.
5、3 170 - 最大爬坡度（ %） 40 30 - 0-100km/h 加速时间（ s） 12.88 12.9 0.16% 0-400m 加速时间（ s） 18.86 18.8 0.32% 4 挡超车加速时间 60-100km/h（ s） 13.03 13.3 2% 5 挡超车加速时间 60-100km/h（ s） 16.85 17.1 1.5% 最高挡等速油耗 （ L/100km） 60（ km/h） 4.1 4.1 0 90（ km/h） 5.46 5.4 1.1% NEDC 循环工况油耗（ L/100km） 6.84 6.8 0.6% 通过以上的数据对比， 计算结果相对于试验结果的误差均
6、控制 2%以内，满足精度要求。根据国家刚发出的 关于调整 节能 汽车推广补贴政策的通知，若要继续享受节能汽车补贴，NEDC 综合油耗必须低于 6.3L/100km， 下面将基于此校正后的模型进行降油耗的相关分析。 4.降油耗分析 对于进行分析的此 车型， 外形尺寸已确定，风阻相关参数已基本无优化余地， 下 面主要对主减速器速比、变速器速比、发动机、传动效率 进行相关优化计算。 4.1 对 主减速器速比的分析 知原始主减速比为 4.313，现分别对主减比为 3、 3.1、 3.2、 3.3、 3.4、 3.5、 3.6、 3.7、3.8、 3.9、 4.0、 4.1、 4.2、 4.313、 4
7、.4、 4.5、 4.6、 4.7、 4.8 进行计算，得 出 结果 并作出燃油经济性 -动力性 C 曲线， 如 图 2： 2011 AVL 先进模拟技术中国用户大会论文 图 2 不同主减速比 C 曲线 计算得出的数据结果如表 3。 表 3 不同主减速比的动力性和经济性结果 主减速比 NEDC 工况油耗 L/100KM 百公里加速时间 s 最大爬坡度 % 3 6.33 14.49 26.17 3.1 6.38 14.21 27.19 3.2 6.38 13.95 28.23 3.3 6.43 13.71 29.26 3.4 6.48 13.5 30.3 3.5 6.48 13.31 31.35
8、 3.7 6.46 13.13 32.41 3.8 6.53 13.04 33.48 3.9 6.59 13.04 34.56 4 6.66 13 35.64 4.1 6.7 12.96 37.85 4.2 6.77 12.93 38.96 4.313 6.84 12.88 40.25 4.4 6.91 12.84 40.57 4.5 6.98 12.75 40.58 4.6 7.05 12.7 40.64 4.7 7.1 12.63 40.67 4.8 7.17 12.57 40.68 通过结果数据的对比， 3-3.4 主减速比对应得最大爬坡度不满足 30%的要求，所以不予考虑；基于降低燃油
9、消耗的原则，同时考虑车辆的动力性能，建议在 3.7-4 的主减速比中进行选择，由此可降低油耗 0.2-0.3L，相对 6.84L 的原始油耗降低 2.9%-4.4%。 4.2 对变速器的分析 依据 现有的 几款变速器进行分析，此几款变速器的参数与原始变速器参数相比，跨度不大，满足分析要求，变速器数据如下： 表 4 各变速器数据 生产厂家 名称型号 各档速比 主减比 一档 二档 三档 四档 五档 倒 档 长城传动 5MT 3.545 1.905 1.31 0.97 0.816 3.25 4.313 青山 MF513 3.308 1.913 1.258 0.943 0.763 3.231 4.15
10、8 青山 MF510 3.417 1.895 1.28 0.914 0.758 3.273 4.389 依维柯 H314.5 3.545 1.913 1.31 0.973 0.804 3.214 3.684/3.944 用 CRUISE 动力总成匹配计算，用上述 4 种变速器和 3.5、 3.684、 3.944、 4.158、 4.313、4.389、 4.5 的速比进行匹配计算，得出 28 组方案的计算结果，对各结果进行对比分析，找2011 AVL 先进模拟技术中国用户大会论文 出最佳方案，并做出各变速器的燃油经济性 加速时间曲线，结果如 表 5。 表 5 各变速器与相应主减速比组合计算结
11、果 变速器 主减速比 - NEDC 油耗L/100km 100km 加速时间 s 最大爬坡度 % MF513 3.684 6.39 13.18 30.7 MF510 3.5 6.42 13.37 30.03 MF513 3.5 6.43 13.35 28.91 5MT 3.684 6.45 13.19 33.31 H314.5 3.684 6.45 13.13 33.31 H314.5 3.5 6.47 13.29 31.35 5MT 3.5 6.48 13.31 31.35 MF510 3.684 6.51 13.28 31.9 MF510 3.944 6.53 13.05 34.57 MF
12、513 3.944 6.54 13.13 33.27 5MT 3.944 6.62 13.02 36.12 H314.5 3.944 6.62 13.03 36.12 MF510 4.158 6.63 13 36.82 MF513 4.158 6.64 13.08 35.43 MF510 4.313 6.72 12.94 38.49 H314.5 4.158 6.73 12.94 38.5 5MT 4.158 6.74 12.94 38.5 MF513 4.313 6.74 13.01 37.01 MF510 4.389 6.77 12.9 39.31 MF513 4.389 6.78 12.
13、97 37.8 H314.5 4.313 6.83 12.88 40.25 5MT 4.313 6.84 12.88 40.25 MF510 4.5 6.84 12.85 40.52 MF513 4.5 6.86 12.91 38.95 H314.5 4.389 6.89 12.83 40.55 5MT 4.389 6.9 12.84 40.55 H314.5 4.5 6.96 12.74 40.58 5MT 4.5 6.98 12.75 40.58 表中黑体 数据为各变速器与原主减比的匹配结果， 下面根据数据做出各变速器的 燃油 经济性 动力性能 C 曲线 ，如图 3。 图 3 不同主减速比
14、 C 曲线 通过以上数据的分析， 在降低燃油消耗的原则下，同时考虑动力性，选出较优的匹配组合，如 表 6： 2011 AVL 先进模拟技术中国用户大会论文 表 6 较优匹配组合 变速器 主减速比 - NEDC 油耗 L/100km 100km 加速时间 s 最大爬坡度 % 5MT 3.684 6.45 13.19 33.31 H314.5 3.684 6.45 13.13 33.31 MF510 3.944 6.53 13.05 34.57 MF513 3.944 6.54 13.13 33.27 以上四组较优组合包括四款变速器，考虑到一般变速器和主减是一体的， H314.5 变速器和 3.6
15、84 主减比的匹配较优，可以减少更改工艺产生的成本。 5MT 为我公司变速器，只改主减，可从优 考虑。所以在此推荐 5MT 和 H314.5 的变速器的组合，可降油耗约 5.5%。 4.3 对发动机的分析 以上对主减速比、变速器的分析，在降低燃油 消耗的同时，也损失了车辆的动力性能，且油耗降低量有限，达不到 6.3L 的限值 ，下面 对发动机 进行分析。 发动机是影响车辆经济性的主要元素，现 根据 对 原参数计算出的 NEDC 发动机运行工况分布图（如图 4） 的分析 ，运用 AVL Boost 软件对 发动机的气门升程曲线、进气道 进行分析计算， 期间运用 AVL Excite TD 软件进
16、行优化后凸轮型线的设计，运用 AVL Fire 软件对加大滚 流比的进气道进行三维 CFD 仿真计算，最后把优化后的发动机性能数据输入 AVL Cruise进行 仿真分析， 结果对比分析 。 图 4 NEDC 发动机工况分布图 图 5 发动机 Boost 模型 图 6 Boost 优化前后的气门升程曲线 表 7 发动机优化前后结果对比 发动机 NEDC 油耗 L/100km 100km 加速时间 s 优化前 6.84 12.88 优化后 6.58 12.89 2011 AVL 先进模拟技术中国用户大会论文 分析以上数据，通过 发动机性能优化前和优化后结果 的对比， NEDC 油耗降 0.26L
17、，约降3.8%。 4.4 综合性分析 通过以上对主减速比、变速器、发动机 的分别分析，可知单一的优化某一方面，达不到我们 6.3L 目标 ，需各方面同时优化，现运用动力总成匹配计算进行综合分析，如图 7。 图 7 匹配计算筛选出最佳方案 通过计算筛选取各方面的较优者， 取 5MT 变速器、 3.684 的主减速比、性能优化后的发动机进行计算，得出结果如表 8： 表 8 各方优化后计算结果与原结果对比 项目 优化后计算结果 原始数据计算结果 最高车 速（ km/h） 184.7 181.3 最大爬坡度（ %） 35 40 百公里加速时间（ s） 12.55 12.88 4 挡超车加速时间 60-
18、100km/h（ s） 14.79 13.03 5 挡超车加速时间 60-100km/h（ s） 19.48 16.85 最高挡等速油耗 （ L/100km） 60（ km/h） 3.61 4.02 90（ km/h） 4.75 5.36 120（ km/h） 6.44 7.17 NEDC 循环工况油耗（ L/100km） 6.21 6.84 通过上表结果的对比可知， 油耗由 6.84L 降到 6.21L，小于 6.3L，已经符合新的节能汽车补贴的油耗限值。 5. 结束 语 AVL-Cruise 软件是奥地利李斯特内燃机及测试设备公司 (AVL LIST GmbH)开发的用于研究汽车动力性、燃
19、油经济性、排放性能和制动性能的高级模拟分析软件。它可以用来建模、仿真和优化任意结构汽车的传动系统，用于汽车开发过程中动力系统、传动系统的匹配、汽车性能预测和整车仿真计算，进行发动机、变速箱、轮胎的选型及其与车辆的匹配优化。我们运用 AVL-Cruise 软件对车辆传动系统进行匹配优化，同时根据 Cruise 计算出的发动机工况点，运用 AVL-Boost 、 AVL-Excite TD 、 AVL-Fire 软件对发动 机性能进行优化，最终得出我们的目标方案来指导实际中的降油耗工作，有效节省了工作时间和成本。 参考文献 1 余志生 .汽车理论 (第三版 ).北京：机械工业出版社， 2000.10. 2 AVL Cruise Users Manual 3 蒋德明 .高等车用内燃机原理 .西安交通大学出版社 .2006
