汽車動力性燃油經(jīng)濟(jì)性虛擬實(shí)驗(yàn)

1、汽車試驗(yàn)學(xué)討論課汽車動力性燃油經(jīng)濟(jì)性虛擬實(shí)驗(yàn)小組成員候曉娟 李岳明胡成明 羅凡非胡可 朱劍波小組成員崔亞平傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)01傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn) 燕山大學(xué)3Part. 01動力性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18276-2000汽車動力性臺架試驗(yàn)方法和評價(jià)指標(biāo)GB/T 12534-1990汽車道路試驗(yàn)方法通則GB/T 12536-1990汽車滑行試驗(yàn)方法GB/T 12544-2012汽車最高車速試驗(yàn)方法GB/T 12547-2009汽車最低穩(wěn)定車速試驗(yàn)方法GB/T 12543-2009汽車加速性能試驗(yàn)方法GB/T 12545.1-2008乘用車燃料消耗量試驗(yàn)方法GB/T 12539-1

2、990汽車爬陡坡試驗(yàn)方法GB/T 12537-1990汽車牽引性能試驗(yàn)方法02各國管理辦法各國管理辦法 燕山大學(xué)5Part. 02 中國雙積分+CAFC政策乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法和乘用車企業(yè)平均燃料消耗量核算辦法美國CAFE公司平均燃料經(jīng)濟(jì)性(Corporate Average Fuel Economy)歐盟Low Carbon Super Credit Policy日本Top Runner Program03虛擬試驗(yàn)技術(shù)虛擬試驗(yàn)技術(shù) 燕山大學(xué)7Part. 03 廣義上講，虛擬試驗(yàn)是指在計(jì)算機(jī)上采用數(shù)字化手段代替部分或全部硬件實(shí)現(xiàn)各種虛擬試驗(yàn)環(huán)境，使試驗(yàn)者如同在真

3、實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定試驗(yàn)項(xiàng)目，取得接近或等價(jià)于物理試驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果。通常我們講的虛擬試驗(yàn)是指在虛擬數(shù)字環(huán)境中，利用數(shù)字化模型代替實(shí)物原型，進(jìn)行產(chǎn)品性能的試驗(yàn)分析。虛擬實(shí)驗(yàn)在系統(tǒng)工程中的應(yīng)用 【英文條目】：model-based systems engineering, MBSE 【中文條目】：基于模型的系統(tǒng)工程數(shù)字?jǐn)?shù)字物理需求工程 需求定義 功能分析 架構(gòu)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)工程 虛擬試驗(yàn)試驗(yàn)管理制造工程工藝制造裝配CAE CAM MPM 綜合確認(rèn) 計(jì)算機(jī)輔助 測試計(jì)算機(jī)輔助 檢測設(shè)計(jì)工程 概念設(shè)計(jì) 工程設(shè)計(jì)綜合確認(rèn)系統(tǒng)驗(yàn)證子系統(tǒng)驗(yàn)證生產(chǎn)制造工藝制造裝配MESRMSCADPDM 燕山大學(xué)8基于模型的

4、系統(tǒng)工程 基于模型的系統(tǒng)工程是一種形式化的建模方法學(xué)， 是為了應(yīng)對基于文檔的傳統(tǒng)系統(tǒng)工程工作模式在復(fù)雜產(chǎn)品和系統(tǒng)研發(fā)時(shí)的面臨的挑戰(zhàn)， 以邏輯連貫一致的多視角通用系統(tǒng)模型為橋梁和框架， 實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域模型的可追蹤、可驗(yàn)證和全生命期內(nèi)的動態(tài)關(guān)聯(lián)， 進(jìn)而驅(qū)動貫穿于從概念方案、工程研制、乃至使用維護(hù)到報(bào)廢更新的人工系統(tǒng)全生命期內(nèi)的、以及從體系往下到系統(tǒng)組件各個(gè)層級內(nèi)的系統(tǒng)工程過程和活動（包括技術(shù)過程、技術(shù)管理過程、協(xié)議過程和組織項(xiàng)目使能過程）。 除方法學(xué)本身外，廣義MBSE還包括方法學(xué)所需的使能技術(shù)（如建模語言）和人員能力，以及方法學(xué)的應(yīng)用環(huán)境等所構(gòu)成的體系。 燕山大學(xué)904AVL CRUISEAVL C

5、RUISEAVL CRUISE is the industrys most powerful, robust and adaptable simulation tool for vehicle driveline system analysis and optimization. The application field covers fuel efficiency, driving emissions and performance analyses along the vehicle development process with model re-use from concept d

6、esign through to HiL and testing.Robust:穩(wěn)健性O(shè)ptimization:優(yōu)化HiL(Hardware-in-the-Loop):硬件在環(huán)，將仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)合 燕山大學(xué)11AVL CRUISEThe ChallengeVehicle System SimulationHow can I get a reliable and accurate fuel economy prediction of my vehicle concept?How can I find the optimum balance between fuel economy, emissio

7、ns, performance and drive quality?Transmission and Driveline SimulationIs there a tool that supports me in designing my transmission and optimizing the shifting behaviors?Is there a simulation software that generates realistic component load curves for durability analysis and component testing?Elect

8、rification and HybridizationWhat is the optimum hybridization concept for my current conventional vehicle?Can I get a complete overview about energy flow and distribution in my powertrain - from power source to wheel?How can I obtain a fast and robust hybrid and electric vehicle plant model for cont

9、rol function development? 燕山大學(xué)12AVL CRUISEThe AVL SolutionThe powertrain system simulation package AVL CRUISE has been developed to meet the following requirements:Accuracy validated for over 20 years with AVL and OEMs test data.Speed enhanced by a proprietary numeric solver and capable of real time

10、 applications in all environments (HiL, testbed, etc.)Openness standardized interfaces for third party plug-ins (MatLab/Simulink, FMI, etc.)AVL CRUISE supports everyday tasks in vehicle system and driveline analysis from the concept phase to control function development and testing. Its modular and

11、open structure enables applications for different architectures (conventional, hybrid, electric) and engineering focuses (transmission, engine, electric system, controls, etc.) in all relevant industries (passenger, commercial, 2-wheeler, off road, etc.). 燕山大學(xué)13AVL CRUISE建模分析流程 燕山大學(xué)14AVL CRUISE主要模塊功

12、能 燕山大學(xué)15Vehicle模塊是每個(gè)模型的基本組件，在該組件中可以定義車輛的基本尺寸、重量等參數(shù)。每個(gè)模型只能有一個(gè)Vehicle模塊。該組件可以計(jì)算得到車輪動態(tài)載荷、空氣阻力、滾動阻力、坡度阻力、加速阻力以及車輛總阻力。在Vehicle模塊中，需要輸入的主要參數(shù)有：油箱容積、較接點(diǎn)到前軸的距離、軸距、臺架試驗(yàn)臺的固定點(diǎn)到地面的距離、重心到前軸的距離、重心高度、前后輪胎壓、整備質(zhì)量、滿載質(zhì)量、迎風(fēng)面積、空氣阻力系數(shù)以及前后軸升力系數(shù)等。AVL CRUISE主要模塊功能 燕山大學(xué)16Engine模塊是通過特性曲線和Map圖來建模的。理論上，要求使用在試驗(yàn)臺架測定的燃油消耗和廢氣排放圖。這些M

13、ap圖是在發(fā)動機(jī)的某一工作溫度時(shí)測定的。而在冷起動模擬時(shí)，可以采用溫度和摩損模塊來考慮燃油消耗和廢氣排放的增加。如果再輸入增壓器的一些附加特性(增壓器工作壓力，進(jìn)氣溫度等),就可以研究增壓器對全負(fù)荷加速時(shí)間的影響。發(fā)動機(jī)的數(shù)據(jù)可以根據(jù)新發(fā)動機(jī)的排量進(jìn)行相應(yīng)地縮放。所有與發(fā)動機(jī)排量相關(guān)的數(shù)據(jù)都要乘以發(fā)動機(jī)的排量比。在Engine模塊中需要輸入的主要參數(shù)有：發(fā)動機(jī)排量、氣紅數(shù)、沖程數(shù)、發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速與最高轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量、發(fā)動機(jī)響應(yīng)時(shí)間、燃油熱值以及燃油密度等。AVL CRUISE主要模塊功能 燕山大學(xué)17Clutch模塊用于模擬手動變速箱的摩擦式離合器模型，最大傳遞轉(zhuǎn)矩是摩擦式離合器的主要性

14、能。最大傳遞轉(zhuǎn)矩可以通過輸入的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)來計(jì)算，也可以直接輸入。Clutch可以由Driver通過離合器踏板行程控制，或者由Clutch Control、Clutch Program來控制。該模塊需要輸入的主要參數(shù)有：離合器輸入、輸出轉(zhuǎn)動慣量、離合器所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩、離合器摩擦片的內(nèi)外工作半徑、摩擦面數(shù)等。AVL CRUISE主要模塊功能 燕山大學(xué)18Gear Box模塊中，考慮了傳動比、轉(zhuǎn)動慣量和轉(zhuǎn)矩?fù)p失等因素，將驅(qū)動端的輸入轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成動力輸出端的輸出轉(zhuǎn)矩。該模塊需要輸入的主要參數(shù)有：擋位數(shù)目、各個(gè)擋位的傳動比、每一擋位的驅(qū)動輸入端和動力輸出端的轉(zhuǎn)動慣量、每一擋位嚙合齒輪齒數(shù)等。Sing

15、le Ratio Transmission模塊用來模擬主減速器，與Gear Box模塊類似，不同的是該部件只提供一個(gè)傳動比。該模塊需要輸入的主要參數(shù)有：主減速比、驅(qū)動端和動力輸出端的轉(zhuǎn)動慣量等。Differential模塊用來模擬差速器?？紤]了轉(zhuǎn)動慣量，該部件可以把驅(qū)動端的輸入轉(zhuǎn)矩分成兩個(gè)動力輸出端的輸出轉(zhuǎn)矩，或者把兩個(gè)動力輸入端的輸入轉(zhuǎn)矩求和。另外，該部件還提供了差速鎖。該模塊需要輸入的主要參數(shù)有：轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)、驅(qū)動端和動力輸出端的轉(zhuǎn)動慣量等。AVL CRUISE主要模塊功能 燕山大學(xué)19Wheel/Tire模塊是車輛和道路之間的連接模塊。該模塊可以考慮輪胎滑移。并且有Michelin滾動阻

16、力矩模型，可以考慮眾多參數(shù)對車輪阻力的影響。AVL CRUISE主要模塊功能 燕山大學(xué)20Cockpit模塊用來模擬駕駛室。駕駛室用來鏈接車輛和駕駛員。并且可以確定哪些信息與數(shù)據(jù)可以被駕駛員調(diào)用以及駕駛員的輸出對車輛的影響。該模塊需要輸入的主要參數(shù)有：前進(jìn)擋數(shù)、倒擋數(shù)、最大制動力等。AVL CRUISE主要模塊功能 燕山大學(xué)21除以上模塊外，還有Auxiliaries, Brakes, Controls, Electrical Modules, Hybrid Modules, Interfaces等模塊汽車零部件模型建立 燕山大學(xué)22汽車零部件模型建立 燕山大學(xué)23車輛模塊包括汽車公稱尺寸、質(zhì)

17、量、空氣阻力系數(shù)等一些基本的數(shù)據(jù)，是傳動系模型重要的組成部分。車輛模塊需要的參數(shù)主要包括整車整備質(zhì)量、最大總質(zhì)量、行駛阻力、車輛重心位置、車輛動載荷、迎風(fēng)面積等。將車輛的尺寸及其他參數(shù)進(jìn)行輸入，如圖所示。汽車零部件模型建立 燕山大學(xué)24汽車零部件模型建立 燕山大學(xué)25車輪傳遞著汽車與路面之間的力和力矩，是汽車與道路之間的傳力部件，主要功用：支撐整車的質(zhì)量；緩沖路面沖擊；產(chǎn)生驅(qū)動力、制動力；提供側(cè)向力供車輛轉(zhuǎn)彎。在車輪模型中，輪胎的半徑和滾動阻力對車輛的性能有重要的影響。將車輪的尺寸及其他參數(shù)進(jìn)行輸入，如圖11所示。汽車零部件模型建立 燕山大學(xué)26制動器的功用：運(yùn)行時(shí)，使行駛的車輛減速甚至停車；

18、停車時(shí)，使己停止的車輛不產(chǎn)生滑動；坡道時(shí)，使車輛保持穩(wěn)定速度行駛。將制動器的尺寸及其他參數(shù)進(jìn)行輸入，如圖所示。汽車零部件模型建立 燕山大學(xué)27傳動系模型主要有離合器模塊、變速器模塊、主減速器模塊和差速器模塊。傳動系參數(shù)對汽車動力性經(jīng)濟(jì)性影響很大，發(fā)動機(jī)與傳動系匹配時(shí)，通過改變傳動系相關(guān)參數(shù)，能夠使汽車常用行駛工況靠近發(fā)動機(jī)萬有特性曲線經(jīng)濟(jì)區(qū)域，從而提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性。離合器直接與發(fā)動機(jī)相聯(lián)，它能切斷和實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)動力傳遞，保證汽車平穩(wěn)起步；保證車輛換擋時(shí)工作平順；當(dāng)工作時(shí)受到較大動載荷時(shí)，防止傳動系統(tǒng)過載。將離合器的屬性及其他參數(shù)進(jìn)行輸入，如圖所示。汽車零部件模型建立 燕山大學(xué)28變速器主要作用

19、是通過改變傳動比，擴(kuò)大驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的范圍；能使發(fā)動機(jī)在高功率低油耗的工況下運(yùn)行；在發(fā)動機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，汽車能倒退行駛。變速器的結(jié)構(gòu)對整車動力性、經(jīng)濟(jì)性、操作穩(wěn)定性和平順性等有重要的影響，其中變速器的傳動比和傳遞效率對傳動系參數(shù)優(yōu)化匹配有很大影響。將變速箱的屬性及其他參數(shù)進(jìn)行輸入，如圖所示。汽車零部件模型建立 燕山大學(xué)29主減速器作用是增大變速器輸入轉(zhuǎn)矩，降低轉(zhuǎn)速，對于發(fā)動機(jī)縱置的汽車，還能利用錐齒輪改變轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)方向。主減速器的傳動比對汽車的性能有著直接的影響。將主減速器的屬性及其他參數(shù)進(jìn)行輸入，如圖15所示。汽車零部件模型建立 燕山大學(xué)30差速器的主要作用是實(shí)現(xiàn)汽車兩驅(qū)動橋之間

20、、驅(qū)動橋左右車輪之間以不同角速度旋轉(zhuǎn)；當(dāng)汽車在行駛時(shí)，使驅(qū)動輪以不同的角速度滾動，從而使兩側(cè)驅(qū)動輪，作純滾動運(yùn)動，改善汽車的穩(wěn)定性和通過性。Cruise軟件中對差速器兩軸輸出轉(zhuǎn)矩是通過差速器模塊中Differential Lock來控制的，差速器運(yùn)行方式分為鎖止、未鎖止、數(shù)據(jù)總線控制三種方式，鎖止方式表示差速器兩軸輸出的轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)矩不同；未鎖止方式表示差速器兩軸輸出的轉(zhuǎn)矩相同，轉(zhuǎn)速不同；數(shù)據(jù)總線控制表示差速器兩軸輸出的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩由輸入信號控制。將差速器的屬性及其他參數(shù)進(jìn)行輸入，如圖所示。汽車零部件模型建立 燕山大學(xué)31發(fā)動機(jī)模型參數(shù)主要包括發(fā)動機(jī)的性能參數(shù)，如發(fā)動機(jī)排量、類型、最大轉(zhuǎn)速、怠速轉(zhuǎn)速、最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動慣量、冷起動參數(shù)、氣虹數(shù)和沖程數(shù)等，以及發(fā)動機(jī)各種工作過程狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、效率的map圖；如發(fā)動機(jī)外特性圖、萬有特性圖。Cruise軟件中提供了 4種類型的發(fā)動機(jī)模型：發(fā)動機(jī)(engine)、Boost 發(fā)動機(jī)(Boost engine)、斷虹熄火發(fā)動機(jī)(cylinder engine)、局部發(fā)動機(jī)(partial engine)。汽車零部件模型建立 燕山大學(xué)32發(fā)動機(jī)全負(fù)荷特性數(shù)據(jù)輸入到發(fā)動機(jī)模塊中的Full load characteristic中得到發(fā)動機(jī)外特性曲線, 將發(fā)動機(jī)的尺寸及其他參數(shù)進(jìn)行輸入，如圖所示。汽車零部