基于NEDC油耗的CRUISE仿真与ISCA台架验证

乔曌，业德明，史雪纯，王天禹

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

前言

计算机虚拟仿真技术可极大地缩短产品开发周期、降低开发成本，目前已普遍应用于产品开发中，AVL CRUISE以其模块化的界面、强大的数据处理功能得到了国内外汽车行业的广泛应用。随着全球能源问题和环境问题的日益加剧，人们对汽车节能环保的要求越来越高，油耗法规日趋严格，新技术、新材料、新方法等节能降耗措施普遍运用。而整车实际性能表现由于受到较多外界环境因素的影响，与 CAE理论模拟仿真往往会产生一定差异，这就对仿真精度提出了更高的要求，需要在开发初期对整车性能进行精准预测，评估各类节能方案的有效性及实际法规符合性。

通过理论结合实际，对机车匹配相关边界参数进行整车级或系统级的测试，校准仿真模型，是提升CAE仿真精确度的有效途径之一。整车相关参数，如整车滑行阻力、轮胎滚动半径，变速器效率等往往可直接测量且精确度较高，但发动机搭载整车后相关瞬态或实时参数与发动机台架稳态下测试的性能之间的差异性对整车最终性能表现及仿真精确度有重要影响。

整车级试验对资源保障和试验周期要求较高，且难以精确测量发动机实时扭矩等相关参数，因此，通过对发动机性能台架进行改造，以实物发动机为基础，对相关机车匹配边界参数进行模拟输入，运行整车工况，输出整车性能（即ISAC功能台架）。该方法可以获取实时发动机特性参数，相比整车试验，缩短验证周期，且降低试验资源投入，并在一定程度上可保证验证的有效性。

本文以将以某款增压机型为例，通过 ISAC台架运行NEDC循环工况，获取相关实时参数，与AVL CRUISE仿真结果进行对比分析，对仿真模型进行调节验证，以提升发动机部件输入参数的准确性及仿真分析的精确性。

图1 Cruise软件输入参数部件示意图

以图1为例，在发动机台架NEDC循环工况测试系统中，发动机模块被实物发动机替代，其余零部件输入参数与CRUISE保持一致，提升了输入数据的有效性和可对比性。

1 发动机性能台架介绍

ISAC台架使用的测功机为施耐德提供的220kW型交流电力测功机（额定扭矩525NM，最高转速12000r/min，转动惯量0.313kg·m2），配油耗仪、燃油恒温控制、发动机进气流量计、机油恒温控制、水恒温控制等附属设备，并有AVL的EMCON400测功机控制器实现测功机的实时控制，有 AVL PUMA台架主控系统完成对于测功机试验流程的控制，完成扭矩信号、燃油消耗量信号、发动机进气流量信号、发动机温度压力数据、发动机水油辅助系统的数据采集和设备控制。

图2 ISAC台架实物搭载示意图

ISAC台架基于AVL发动机性能台架进行NEDC模拟仿真，与实车状态下易受外部环境因素干扰相比，ISAC台架可以标准状态进行测试，且可实时测量发动机转速、扭矩等相关参数。

图3 台架模拟整车功能测试界面

2 发动机台架NEDC循环工况油耗验证

2.1 发动机性能测试与部件输入参数确认

发动机进行整车NEDC油耗试验时，需完成该台发动机外特性和万有特性的实测，以某一款增压发动机为例，实测发动机台架性能如图4所示。

图4 发动机万有特性示意图

实物发动机在性能台架完成装配后，为保持分析的准确性，除发动机外，其余的机车匹配边界参数需与cuirse软件设置的输入保持一致，如表1所示。

2.2 发动机台架运行NEDC工况验证

以实物发动机运行整车NEDC循环，其运行工况如图5所示，从图中可知，车速的偏差在规定误差范围内，保证了NEDC循环实现的可行性和准确性。

2.2.1 发动机部件输入参数验证对比分析

发动机台架整车NEDC循环油耗测试系统为基于发动机实验室完成，与发动机外特性及万有特性测量状态相比，因处于同一实验室及台架易于控制在相同匹配边界，可有效避免外界环境因素如温度、压力等的干扰，增强了实测验证与理论分析对比的有效性。

为验证发动机部件输入参数的准确性，需对实测发动机转速与理论计算发动机转速进行对比，以保证变速器速比、主减及轮胎滚动半径的一致性；同时需要对发动机实测扭矩进行验证对比，以保证整车阻力参数、传动系效率等输入参数的一致性。在以上实测与理论计算基本一致的状态下，方可对发动机实际输出的油耗率进行准确性判断。

图7 发动机实时扭矩

在循环油耗测试完成后，分别调取发动机转速、扭矩、油耗率，与CRUISE软件后处理数据进行验证对比。

在稳态工况下，以发动机转速为基础，可以对仿真分析与测试过程的传动系相关信息进行校核与验证，如变速箱速比、车轮半径等；以发动机扭矩为基础，可以对整车阻力、重量、传动系效率等进行验证与确认；在瞬态工况下，通过发动机转速、实时扭矩以及油耗的变化率等及其车速跟随性，可以对仿真分析过程中发动机瞬态响应、怠速油耗等进行校核验证。通过理论结合实际，对CRUISE仿真模型进行校核与调校，达到较高的试验吻合度。（如图6、图7）

2.2.2 循环工况油耗验证对比

通过ISAC发动机台架运行NEDC完成循环和部分循环，确认实际台架边界状态下，发动机匹配整车的实际油耗表现。通过实测发动机参数，结合仿真分析进行相互校验，优化仿真模型，CRUISE仿真计算结果与实测结果对比如表2所示，仿真模型精确度可达95%以上。

表2 台架NEDC油耗测试与理论分析对比

3 小结

仿真分析的精确度除受零部件系统输入参数准确性影响外，发动机等部件的实时特性的准确性对其有重要影响。通过ISAC台架模拟整车NEDC循环油耗测试，在相同实验室状态下可排除相关外界因素影响，增强了油耗测试结果的准确性和可对比性。与CRUISE仿真进行相互校验，可有效提升仿真分析精确度。

通过该方法，可以在产品预研分析阶段，通过将仿真分析与动力总成平台化的发动机台架拓展测试相结合，精准预测整车性能，为产品立项开发提供有力数据支撑，有效缩短产品开发周期，节约开发成本。

参考文献

[1] AVL Cruise 2011 User guide.