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A VL 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：A VL-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
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
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
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《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、4.4、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：
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
油耗低的车
考虑；基于降低燃油消耗的原则，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
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，
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果
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：
表6 较优匹配组合
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%。  4.3 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
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
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 User’s Manual
[3] 蒋德明.高等车用内燃机原理.西安交通大学出版社.2006