喬曌，業(yè)德明，史雪純，王天禹

（安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

前言

計算機虛擬仿真技術可極大地縮短產品開發(fā)周期、降低開發(fā)成本，目前已普遍應用于產品開發(fā)中，AVL CRUISE以其模塊化的界面、強大的數據處理功能得到了國內外汽車行業(yè)的廣泛應用。隨著全球能源問題和環(huán)境問題的日益加劇，人們對汽車節(jié)能環(huán)保的要求越來越高，油耗法規(guī)日趨嚴格，新技術、新材料、新方法等節(jié)能降耗措施普遍運用。而整車實際性能表現由于受到較多外界環(huán)境因素的影響，與 CAE理論模擬仿真往往會產生一定差異，這就對仿真精度提出了更高的要求，需要在開發(fā)初期對整車性能進行精準預測，評估各類節(jié)能方案的有效性及實際法規(guī)符合性。

通過理論結合實際，對機車匹配相關邊界參數進行整車級或系統(tǒng)級的測試，校準仿真模型，是提升CAE仿真精確度的有效途徑之一。整車相關參數，如整車滑行阻力、輪胎滾動半徑，變速器效率等往往可直接測量且精確度較高，但發(fā)動機搭載整車后相關瞬態(tài)或實時參數與發(fā)動機臺架穩(wěn)態(tài)下測試的性能之間的差異性對整車最終性能表現及仿真精確度有重要影響。

整車級試驗對資源保障和試驗周期要求較高，且難以精確測量發(fā)動機實時扭矩等相關參數，因此，通過對發(fā)動機性能臺架進行改造，以實物發(fā)動機為基礎，對相關機車匹配邊界參數進行模擬輸入，運行整車工況，輸出整車性能（即ISAC功能臺架）。該方法可以獲取實時發(fā)動機特性參數，相比整車試驗，縮短驗證周期，且降低試驗資源投入，并在一定程度上可保證驗證的有效性。

本文以將以某款增壓機型為例，通過 ISAC臺架運行NEDC循環(huán)工況，獲取相關實時參數，與AVL CRUISE仿真結果進行對比分析，對仿真模型進行調節(jié)驗證，以提升發(fā)動機部件輸入參數的準確性及仿真分析的精確性。

圖1 Cruise軟件輸入參數部件示意圖

以圖1為例，在發(fā)動機臺架NEDC循環(huán)工況測試系統(tǒng)中，發(fā)動機模塊被實物發(fā)動機替代，其余零部件輸入參數與CRUISE保持一致，提升了輸入數據的有效性和可對比性。

1 發(fā)動機性能臺架介紹

ISAC臺架使用的測功機為施耐德提供的220kW型交流電力測功機（額定扭矩525NM，最高轉速12000r/min，轉動慣量0.313kg·m2），配油耗儀、燃油恒溫控制、發(fā)動機進氣流量計、機油恒溫控制、水恒溫控制等附屬設備，并有AVL的EMCON400測功機控制器實現測功機的實時控制，有 AVL PUMA臺架主控系統(tǒng)完成對于測功機試驗流程的控制，完成扭矩信號、燃油消耗量信號、發(fā)動機進氣流量信號、發(fā)動機溫度壓力數據、發(fā)動機水油輔助系統(tǒng)的數據采集和設備控制。

圖2 ISAC臺架實物搭載示意圖

ISAC臺架基于AVL發(fā)動機性能臺架進行NEDC模擬仿真，與實車狀態(tài)下易受外部環(huán)境因素干擾相比，ISAC臺架可以標準狀態(tài)進行測試，且可實時測量發(fā)動機轉速、扭矩等相關參數。

圖3 臺架模擬整車功能測試界面

2 發(fā)動機臺架NEDC循環(huán)工況油耗驗證

2.1 發(fā)動機性能測試與部件輸入參數確認

發(fā)動機進行整車NEDC油耗試驗時，需完成該臺發(fā)動機外特性和萬有特性的實測，以某一款增壓發(fā)動機為例，實測發(fā)動機臺架性能如圖4所示。

圖4 發(fā)動機萬有特性示意圖

實物發(fā)動機在性能臺架完成裝配后，為保持分析的準確性，除發(fā)動機外，其余的機車匹配邊界參數需與cuirse軟件設置的輸入保持一致，如表1所示。

2.2 發(fā)動機臺架運行NEDC工況驗證

以實物發(fā)動機運行整車NEDC循環(huán)，其運行工況如圖5所示，從圖中可知，車速的偏差在規(guī)定誤差范圍內，保證了NEDC循環(huán)實現的可行性和準確性。

2.2.1 發(fā)動機部件輸入參數驗證對比分析

發(fā)動機臺架整車NEDC循環(huán)油耗測試系統(tǒng)為基于發(fā)動機實驗室完成，與發(fā)動機外特性及萬有特性測量狀態(tài)相比，因處于同一實驗室及臺架易于控制在相同匹配邊界，可有效避免外界環(huán)境因素如溫度、壓力等的干擾，增強了實測驗證與理論分析對比的有效性。

為驗證發(fā)動機部件輸入參數的準確性，需對實測發(fā)動機轉速與理論計算發(fā)動機轉速進行對比，以保證變速器速比、主減及輪胎滾動半徑的一致性；同時需要對發(fā)動機實測扭矩進行驗證對比，以保證整車阻力參數、傳動系效率等輸入參數的一致性。在以上實測與理論計算基本一致的狀態(tài)下，方可對發(fā)動機實際輸出的油耗率進行準確性判斷。

圖7 發(fā)動機實時扭矩

在循環(huán)油耗測試完成后，分別調取發(fā)動機轉速、扭矩、油耗率，與CRUISE軟件后處理數據進行驗證對比。

在穩(wěn)態(tài)工況下，以發(fā)動機轉速為基礎，可以對仿真分析與測試過程的傳動系相關信息進行校核與驗證，如變速箱速比、車輪半徑等；以發(fā)動機扭矩為基礎，可以對整車阻力、重量、傳動系效率等進行驗證與確認；在瞬態(tài)工況下，通過發(fā)動機轉速、實時扭矩以及油耗的變化率等及其車速跟隨性，可以對仿真分析過程中發(fā)動機瞬態(tài)響應、怠速油耗等進行校核驗證。通過理論結合實際，對CRUISE仿真模型進行校核與調校，達到較高的試驗吻合度。（如圖6、圖7）

2.2.2 循環(huán)工況油耗驗證對比

通過ISAC發(fā)動機臺架運行NEDC完成循環(huán)和部分循環(huán)，確認實際臺架邊界狀態(tài)下，發(fā)動機匹配整車的實際油耗表現。通過實測發(fā)動機參數，結合仿真分析進行相互校驗，優(yōu)化仿真模型，CRUISE仿真計算結果與實測結果對比如表2所示，仿真模型精確度可達95%以上。

表2 臺架NEDC油耗測試與理論分析對比

3 小結

仿真分析的精確度除受零部件系統(tǒng)輸入參數準確性影響外，發(fā)動機等部件的實時特性的準確性對其有重要影響。通過ISAC臺架模擬整車NEDC循環(huán)油耗測試，在相同實驗室狀態(tài)下可排除相關外界因素影響，增強了油耗測試結果的準確性和可對比性。與CRUISE仿真進行相互校驗，可有效提升仿真分析精確度。

通過該方法，可以在產品預研分析階段，通過將仿真分析與動力總成平臺化的發(fā)動機臺架拓展測試相結合，精準預測整車性能，為產品立項開發(fā)提供有力數據支撐，有效縮短產品開發(fā)周期，節(jié)約開發(fā)成本。

參考文獻

[1] AVL Cruise 2011 User guide.