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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界的重视 2011 年
2、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 整车整车描述描述 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良好 且享受国家节能汽车补贴 基本参数如表
3、 1 表表 1 1 整车基本参数整车基本参数 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 04m 2 空阻系数 0 31 轮胎规格 185 65 R15 88H 3 整车模型建立及校正整车模型建立及校正 3 3 1 1 模型建立模型建立 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 先进模拟
4、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 图图 1 整车整车结构结构模型模型 3 3 2 2 模型校正模型校正 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 表表 2 2 模型的校正模型的校正 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
5、km h 181 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控制 2 以内 满足精度要求 根据国家刚发出的
6、 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 4 1 1 对对主减速器速比的分析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 4 4 5 4 6 4 7 4 8 进行计算 得出结
7、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 图图 2 不同主减速比不同主减速比 C 曲线曲线 计算得出的数据结果如表 3 表表 3 3 不同主减速比的动力性和经济性结果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 3 7 6 46 13
8、 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 基于降低燃油消耗的原则 同时考虑车辆
9、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 4 2 2 对变速器的分析对变速器的分析 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 表表 4 4 各变速器数据各变速器数据 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
10、 158 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 表表 5 5 各变速器与相应主减速比组合计算结
11、果各变速器与相应主减速比组合计算结果 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 H314 5 3 684 3 684 6 6 4 45 5 13 1313 13 33 31 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 5
12、1 13 28 31 9 MF510 3 944 6 53 13 05 34 57 MF513 3 944 6 54 13 13 33 27 5MT 3 944 6 62 13 02 36 12 H314 5 H314 5 3 944 3 944 6 6 6 62 2 13 0313 03 36 12 36 12 MF510 4 158 6 63 13 36 82 MF513 MF513 4 158 4 158 6 6 6 64 4 13 0813 08 35 43 35 43 MF510 4 313 6 72 12 94 38 49 H314 5 4 158 6 73 12 94 38 5
13、5MT 4 158 6 74 12 94 38 5 MF513 4 313 6 74 13 01 37 01 MF510 MF510 4 389 4 389 6 6 7 77 7 12 912 9 39 31 39 31 MF513 4 389 6 78 12 97 37 8 H314 5 4 313 6 83 12 88 40 25 5MT 5MT 4 313 4 313 6 6 8 84 4 12 8812 88 40 25 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
14、 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 图图 3 不同主减速比不同主减速比 C 曲线曲线 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 表表 6 6 较优匹配组合较优匹配组合 变速器 主减速比 NEDC 油耗 L 100km 100km 加速时间 s 最大爬坡
15、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 3 684 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 4 3 3 对发动机的分析对发动机的分析 以上对主减速比 变速器的分析 在降低燃油消耗的同
16、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 图图 4 NEDC 发动机工况分布图发动机工况分布图 图图 5 发动机发动机 Boost 模型模型 图图 6 Boost 优化前后的气门升程曲线优化前后的气门升程曲线 表表 7 7 发动机优化前后结果对比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 约降
