东风汽车：AVL CRUISE和AVL DRIVE联合仿真应用

　　1. 前言

   　 随着石油的日渐稀缺，燃油价格日益上涨；同时排放法规也日趋严格，汽车厂家和用户为减少燃油消耗和降低排放，所做的努力已不再局限于改善燃烧过程和后处理系统。而在现阶段，要在发动机与变速箱开发新技术方面取得较大的成就，需要投入巨大的成本。如果在整车的性能匹配，以及整车仿真研究方面，投入相对很少就非常有可能在改善整车经济性能、动力性能以及排放性能方面做出重大贡献，同时也可以为改善设计，缩短开发周期起到关键作用。因此，当前各汽车行业的公司在汽车零部件和整车开发过程中，都非常重视仿真技术的研究应用。

   　 世界科技的进步，带动了汽车仿真的发展和提高，陆续出现了专门从事汽车动力系统性能分析和研究的技术公司，为汽车动力总成设计和制造公司提供咨询和技术支持，如奥地利AVL公司，英国里卡多公司，这些公司已经在专用软件应用分析、发动机设计、变速箱设计等各方面的研究中卓有成效，而且与国内很多汽车公司和汽车零部件公司正在进行提供技术支持的合作，有的已经有成果面世。

    　AVL-CRUISE是先进的整车性能仿真分析软件系统，目前在国内的主要汽车公司得到了广泛的应用，而新版本中针对仿真和测试技术的发展，增加了一些新的功能，如：先进传动系统及其控制策略的设计开发：包括自动变速箱换档控制策略的自动生成及优化；自动变速箱换档过程的优化分析；混合动力汽车的系统仿真分析：包括混合动力及纯电动系统的应用；对插电式电动汽车进行建模分析 (结构分析, 控制策略分析，能量流动及分配管理研究）；另外，很重要的是CRUISE 与DRIVE和Matlab/simulate等其它也建立了接口，这为对整车的各系统建模、性能测试创造力可能。

    　AVL-DRIVE是一种分析和评价车辆行驶质量，完全自动对整车行驶质量、或驾驶性能，进行实时分析和打分的工具。以通用的1～10标度为所有的行驶模式打分。除了给车辆打出的总分外，所有不同的行驶操作都分别进行评分以便快速确认优势特性以及可能导致客户不满的领域。车辆仿真将采用AVL-DRIVE车辆测量或对理想传动系的模拟来进行校定。然后根据所有这些因素的组合给出驾驶性能的分数。由于DRIVE的软件是预先编程带有各车辆级别中众多车辆的得分，因此它可以参照相似的竞争对手车辆立即给出质量得分。

    　AVL-DRIVE为各传动系功能（Tipin，Tipout，怠速、加速度等等）给出了单独的得分，因此可以在车辆开发周期中的任意时间点对行驶质量进行评价，即使是在获得“代表生产”的样机之前。

    　本文仿真分析是基于 AVL-CRUISE与AVL-DRIVE的联合仿真，对整车的性能开发和评价建立客观的分析，为整车的开发提供更客观和具体的参照。

　　2. AVL-DRIVE的应用

    　2.1 AVL-DRIVE应用领域

    　通过利用AVL-DRIVE在整车上的测量结果，可以对整车模拟仿真模型进行校正；或者模拟仿真出对应所期待的驾驶性能的驾驶系统。因此，对驾驶性能打出的分数是基于所有这些校正等因素反映出来的结果。AVL-DRIVE对每一个动力系统的功能打分（在踩油门时、松油门时、怠速时、加速时、等等），这样整车在整个开发过程的任何一个阶段都可以对整车的行驶质量进行评估，甚至在样机出来之前通过生成准确并且可重复的行驶质量测量结果，AVL-DRIVE可以被应用于各种各样的用途。其中的一些如下所示：

    　AVL-DRIVE的应用领域包括：

    　·基准标定
    　·目标定义
    　·目标跟踪
    　·同步校定辅助
    　·质量分析
    　·质量跟踪
    　·通道（节点）定义
    　·通道（节点）关闭
    　·供应商质量保证
    　·质量/保修问题故障查找

图1 AVL-DRIVE测试整车的数据曲线

    　2.2 AVL-DRIVE系统描述

    　除了主单元、12种不同传感器及线束、便携电脑、显示器外，最重要的就是AVL-DRIVE软件系统，AVL-DRIVE分析器是驾驶性能评价和分析所有记录的AVL-DRIVE数据的主要软件。关于驾驶性能的评价，该软件由3个主要部分组成：

    　1. 行驶模式检测
    　2. 物理参数计算
   　 3. 驾驶性能评价

    　软件的分析部分向用户提供了典型的曲线图，诸如：

    　·所有物理数据及驾驶性能额定值的表格
    　·所有物理数据及驾驶性能额定值的2维&3维图表
    　·全部和部分负荷加速度曲线图
    　·换档型式
    　·统计分析工具
    　·文件搜索器
    　·等等

    　系统可对15个主运行模式：（1）怠速、（2）发动机起动、（3）加油、（4）减油、（5）行车制动、（6）恒速、（7）换挡、（8）起步加速、（9）空档油门响应、（10）加速、（11）发动机熄火、（12）振动、（13）噪声、（14）一般行驶、（15）操纵性等，81 个子运行模式和420个单物理标准进行评估，每一类车型或配置不同变速箱类型，这420 个标准的评价是不一样的。

    　AVL-DRIVE也有能力通过为各车辆输入相关数据来为不同的车辆进行配置。AVL-DRIVE可以计算和测量关键的车辆参数诸如速比和摩擦参数来使这一进程变得快速和简单。

图2 AVL-DRIVE测试整车的计算分析

    　2.3 AVL-DRIVE系统与AVL-CRUISE的接口

    　用于CRUISE的AVL-DRIVE软件接口允许将AVL-DRIVE客观驾驶性能评估工具与CRUISE 传动系模拟工具联系起来。因此驾驶性能可以在模拟阶段就已经客观评定了。这一方面允许在一个非常早的只有虚拟车辆存在的概念阶段就将驾驶性能考虑在内，另一方面，这也允许在基于数学的环境中进行敏感度研究以便形成对参数更好的理解，这会影响车辆的驾驶性能。

    　通过这个接口，AVL-DRIVE与AVL-CRUISE相互配合以进行：

    　·AVL-CRUISE自动启动AVL-DRIVE，开始驾驶性能评估并在工作完成时停止AVL-DRIVE；
    　·接口自动交换车辆参数用于参数研究；
    　·模拟数据交换。

   　 AVL-CRUISE接口将自动启动AVL-DRIVE，激活驾驶性能评价，但任务完成后，终止评价。

　　3. AVL-CRUISE仿真系统中DRIVE的联合仿真

    　3.1. AVL-CRUISE整车模型

    　AVL-CRUISE仍然建立常规的整车模型，但是需要添加AVL-DRIVE模块，并建立链接。

图3 AVL-CRUISE整车模型

    　3.2. 建立信号链接
 

图4 建立AVL-DRIVE的信号链接

    　3.3. 初步配置AVL-DRIVE参数

    　其中 vehicle configration和vehicle setup参数是从AVL-DRIVE测试数据库中分别load。

图5 配置AVL-DRIVE参数

    　3.4 仿真开始前进行的AVL-DRIVE参数设定
 

图6 AVL-DRIVE参数设定

    　3.5 录入详细环境参数
 

图7 AVL-DRIVE详细环境参数录入

    　主要内容包括：course signal、道路系数、空气密度或压力、海拔高度、风速、环境温度或湿度、速度限制。

　　4. 仿真与测试结果
 

图8 AVL-DRIVE测试结果

图9 AVL-DRIVE试车测试结果与CRUISE仿真对

图10 AVL-DRIVE试车测试结果与CRUISE仿真结果对整车性能改善的措施

　　5. 仿真计算及试验结果分析

    　从 AVL-CRUISE仿真计算中可以得到整车的动力性和燃油经济性等性能数据；从AVL-DRIVE实车测试可以得到有关整车发动机、变速箱、动力系统匹配、动力系统响应、整车驾驶性能、噪声等实际性能。两者结合，可以具体地分析和判断车辆各系统应该改善的方向。

　　6. 结语

    　AVL-CRUISE与AVL-DRIVE结合应用，在仿真分析工作中可以有更高的效率，有高效和客观的驾驶性评价标准，可以获得清晰和一致性的定义标准，对整车总体开发过程和车辆性能的客观评价中有更全面的方法。