芯耀
175
上一篇文章中我們?cè)敿?xì)闡述了avl cruise的各個(gè)模塊，包括各個(gè)模塊的作用和各個(gè)任務(wù)的設(shè)定?？催@篇文章之前可以回顧上一篇文章：（1）AVL Cruise 2019詳細(xì)簡(jiǎn)介，一文帶你熟悉Cruise軟件的各個(gè)模塊該軟件的安裝教程如下（2）AVL cruise詳細(xì)安裝教程
2 模型構(gòu)建
本次計(jì)算是以某4×2后驅(qū)車為基礎(chǔ)，進(jìn)行零部件建模，整車模型搭建、計(jì)算任務(wù)設(shè)定、計(jì)算結(jié)果處理等，最終評(píng)價(jià)匹配結(jié)果，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，最終滿足性能要求。
2.1.軟件啟動(dòng)
開始→所有程序→AVL Cruise 2014，打開AVL Cruise 2019打開以后的軟件界面如下： 默認(rèn)進(jìn)入U(xiǎn)ser(用戶)模式，側(cè)是Project導(dǎo)航窗口，里面包括軟件自帶的各種案例模型，右側(cè)是project模型的詳細(xì)信息，如圖13所示。在AVL Cruise 2019的安裝目錄D:Program FilesAVLCRUISE v2019projects下建立純電動(dòng)汽車分析文件夾，點(diǎn)擊進(jìn)去之后再建立文件夾Electric_4×2_Rear-Drive，如圖14所示。（注：此處的安裝目錄因人而異，具體找到自己的安裝目錄下的projects文件即可）如果找不到的話就可以像如下操作，選中任意一個(gè)模型，單擊鼠標(biāo)右鍵，點(diǎn)擊Windows explorer即可找到文件的位置。
將路徑切換到現(xiàn)在這個(gè)位置即可，然后新建一個(gè)任意文件名的文件夾，后面在此處存放模型。
圖14 ? 建立純電動(dòng)汽車分析文件夾
接下來將會(huì)在Cruise主界面左側(cè)的Project樹中看到純電動(dòng)汽車分析的文件夾，下面有一個(gè)名為Electric_4×2_Rear-Drive的Project文件，右鍵點(diǎn)擊該project，選擇new→version，創(chuàng)建了一個(gè)Electric_4×2_Rear-Drive的算例，如圖15所示。
圖15 ? 建立Electric_4×2_Rear-Drive算例
右鍵點(diǎn)擊導(dǎo)航窗口中project，選擇“l(fā)oad”，進(jìn)入Desk建模主界面，如圖16所示。圖16 ? 進(jìn)入Desk建模界面
下面將逐一建立純電動(dòng)汽車的各個(gè)系統(tǒng)及部件。
Vehicle整車模型
首先確保當(dāng)前編輯狀態(tài)處于“Vehicle Model”下，點(diǎn)擊“Modules”模塊下的Vehicles，并將其拖曳到建模主窗口，如圖17所示。車輛模塊包括汽車公稱尺寸、質(zhì)量、空氣阻力系數(shù)等一些基本的數(shù)據(jù)，是傳動(dòng)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(dòng)載荷、迎風(fēng)面積等，車輛模塊中主要參數(shù)如圖18所示。
雙擊“Vehicle Model”模型圖標(biāo)，將車輛的尺寸及其他參數(shù)進(jìn)行輸入，如圖19所示。
圖19 ? Vehicle模型參數(shù)輸入
Wheel車輪模型 ? 點(diǎn)擊“Modules”模塊下的Wheel，并將其拖曳到建模主窗口，如圖20所示。圖20 ? 建立Vehicle模型
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(dòng)力、制動(dòng)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(dòng)阻力對(duì)車輛的性能有重要的影響。
右鍵點(diǎn)擊“Wheel Model”模型圖標(biāo)，選擇“properties”，進(jìn)行輪胎屬性設(shè)置，Slip選擇“Function 321.with Limit”，每個(gè)車輪的Wheel Location選擇適當(dāng)選項(xiàng)，如圖21所示。
圖21 ? 輪胎屬性設(shè)置
雙擊“Wheel Model”模型圖標(biāo)，將車輪的尺寸及其他參數(shù)進(jìn)行輸入，如圖22所示。
Brake制動(dòng)器模型
點(diǎn)擊“Modules”模塊下的Brakes，并將其拖曳到建模主窗口，如圖23所示。
制動(dòng)器的功用：運(yùn)行時(shí)，使行駛的車輛減速甚至停車；停車時(shí)，使己停止的車輛不產(chǎn)生滑動(dòng)；坡道時(shí)，使車輛保持穩(wěn)定速度行駛。 右鍵點(diǎn)擊“Brakes Model”模型圖標(biāo)，選擇“properties”，進(jìn)行制動(dòng)器屬性設(shè)置，Control Variable選擇“Brake Pressure”，如圖24所示。
圖24 ? 制動(dòng)器屬性設(shè)置
雙擊“Brakes Model”模型圖標(biāo)，將制動(dòng)器的尺寸及其他參數(shù)進(jìn)行輸入，如圖25所示。圖25 ? 制動(dòng)器模型參數(shù)輸入
傳動(dòng)系統(tǒng)模型 傳動(dòng)系模型主要有離合器模塊、變速器模塊（有些純電動(dòng)沒有離合器、變速器，本車型中沒有變速器，為了建模通用型，這里詳細(xì)進(jìn)行介紹）、主減速器模塊和差速器模塊。傳動(dòng)系參數(shù)對(duì)汽車動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性影響很大，發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系匹配時(shí)，通過改變傳動(dòng)系相關(guān)參數(shù)，能夠使汽車常用行駛工況靠近發(fā)動(dòng)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。 Clutch離合器模型 離合器直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相聯(lián)，它能切斷和實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)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(dòng)載荷時(shí)，防止傳動(dòng)系統(tǒng)過載
點(diǎn)擊“Modules”模塊下的Clutchs，并將其拖曳到建模主窗口，如圖27所示。圖27 ? 建立Clutch模型
右鍵點(diǎn)擊“Clutch”模型圖標(biāo)，選擇“properties”，進(jìn)行離合器屬性設(shè)置，Control Variable選擇“Desired Clutch Release”，如圖28所示。
圖28 ? 離合器屬性設(shè)置
雙擊“Clutch”模型圖標(biāo)，將離合器的屬性及其他參數(shù)進(jìn)行輸入，如圖29所示。圖29 ? 離合器模型參數(shù)輸入
Gear Box變速器模型（5速手動(dòng)為例） 變速器主要作用是通過改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)1矩、轉(zhuǎn)速的范圍；能使發(fā)動(dòng)機(jī)在高功率低油耗的工況下運(yùn)行；在發(fā)動(dòng)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(duì)整車動(dòng)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(dòng)比和傳遞效率對(duì)傳動(dòng)系參數(shù)優(yōu)化匹配有很大影響。
點(diǎn)擊“Modules”模塊下的Gear Box，并將其拖曳到建模主窗口，如圖30所示。圖30 ? 建立Gear Box模型
右鍵點(diǎn)擊“Gear Box”模型圖標(biāo)，選擇“properties”，進(jìn)行變速箱屬性設(shè)置，Losses選擇“Efficiency”，如圖31所示。圖31 ?變速箱屬性設(shè)置
雙擊“Gear Box”模型圖標(biāo)，將變速箱的屬性及其他參數(shù)進(jìn)行輸入，如圖32所示。圖32 ? 變速箱模型參數(shù)輸入
Final Drive主減速器模型 主減速器作用是增大變速器輸入轉(zhuǎn)矩，降低轉(zhuǎn)速，對(duì)于發(fā)動(dòng)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(dòng)比對(duì)汽車的性能有著直接的影響。點(diǎn)擊“Modules”模塊下的Single Ratio，并將其拖曳到建模主窗口，如圖33所示。右鍵點(diǎn)擊“Single Ratio”模型圖標(biāo)，選擇“properties”，進(jìn)行主減速器屬性設(shè)置，選擇適當(dāng)?shù)摹癉efinition”和“Losses”選項(xiàng)，如圖34所示。
雙擊“Single Ratio”模型圖標(biāo)，將主減速器的屬性及其他參數(shù)進(jìn)行輸入，如圖35所示。
圖35 ? 主減速器模型參數(shù)輸入
Differential差速器模型 差速器的主要作用是實(shí)現(xiàn)汽車兩驅(qū)動(dòng)橋之間、驅(qū)動(dòng)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(dòng)輪以不同的角速度滾動(dòng)，從而使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪，作純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，改善汽車的穩(wěn)定性和通過性。 Cruise軟件中對(duì)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(hào)控制。 ? 點(diǎn)擊“Modules”模塊下的Differential，并將其拖曳到建模主窗口，如圖36所示。
圖36 ? 建立Differential模型
右鍵點(diǎn)擊“Differential”模型圖標(biāo)，選擇“properties”，進(jìn)行差速器屬性設(shè)置，選擇適當(dāng)?shù)摹癓osses”選項(xiàng)，如圖37所示。圖37 ?差速器屬性設(shè)置
雙擊“Differential”模型圖標(biāo)，將差速器的屬性及其他參數(shù)進(jìn)行輸入，如圖38所示。圖38 ? 差速器模型參數(shù)輸入
Engine發(fā)動(dòng)機(jī)模型 點(diǎn)擊“Modules”模塊下的Engine，并將其拖曳到建模主窗口，如圖39所示。圖39 ? 建立Engine發(fā)動(dòng)機(jī)模型
發(fā)動(dòng)機(jī)模型參數(shù)主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)，如發(fā)動(dòng)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(dòng)慣量、冷起動(dòng)參數(shù)、氣虹數(shù)和沖程數(shù)等，以及發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)模型：發(fā)動(dòng)機(jī)(engine)、Boost 發(fā)動(dòng)機(jī)(Boost engine)、斷虹熄火發(fā)動(dòng)機(jī)(cylinder engine)、局部發(fā)動(dòng)機(jī)(partial engine)。 發(fā)動(dòng)機(jī)是傳統(tǒng)汽車的動(dòng)力源，發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性對(duì)汽車性能的模擬計(jì)算有著重要影響，發(fā)動(dòng)機(jī)建模方法有理論建模法和實(shí)驗(yàn)建模法。 理論建模法即在已知發(fā)動(dòng)機(jī)各特征參數(shù)情況下，利用熱力學(xué)相關(guān)知識(shí)求出發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出特性。該方法建模不用對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行預(yù)先的測(cè)試，應(yīng)用范圍廣，同類型發(fā)動(dòng)機(jī)一次建模即可，缺點(diǎn)是建立模型較困難。 實(shí)驗(yàn)建模法即通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)做臺(tái)架試驗(yàn)，測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)各參數(shù)，利用查表、差值、擬合等方法，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特性。該方法模型搭建相對(duì)簡(jiǎn)單、精確度高，數(shù)據(jù)可以通過臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)得，但是不能反映發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)都要進(jìn)行建模。 這里采用實(shí)驗(yàn)建模法，通過發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷性能實(shí)驗(yàn)和萬有特性實(shí)驗(yàn)，測(cè)得一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理，得到外特性曲線和萬有特性曲線。 發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷特性數(shù)據(jù)輸入到發(fā)動(dòng)機(jī)模塊中的Full load characteristic中得到發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線，如圖40所示。
右鍵點(diǎn)擊“Engine”模型圖標(biāo)，選擇“properties”，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)屬性設(shè)置，選擇適當(dāng)?shù)倪x項(xiàng)，如圖40所示。圖40 ? 發(fā)動(dòng)機(jī)屬性設(shè)置
雙擊“Engine”模型圖標(biāo)，將發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸及其他參數(shù)進(jìn)行輸入，如圖41所示。圖41 ?發(fā)動(dòng)機(jī)模型參數(shù)輸入
發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷特性數(shù)據(jù)輸入到發(fā)動(dòng)機(jī)模塊中的Full load characteristic中得到發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線，如圖42所示。
圖42 ?發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線
發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性數(shù)據(jù)輸入到發(fā)動(dòng)機(jī)模塊中Engine Maps Basic中得到發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性曲線，如圖43所示。Cockpit司機(jī)-駕駛室模型
點(diǎn)擊“Special Modules”模塊下的Cockpit，并將其拖曳到建模主窗口，如圖44所示。圖44 ? 建立Cockpit模型
車輛在道路上運(yùn)行時(shí)，駕駛員利用加速踏板、制動(dòng)器踏板、離合器踏板和方向盤來操縱汽車，使之適應(yīng)環(huán)境的變化。Cruise軟件中的Cockpit模塊是司機(jī)和車輛的接口，通過數(shù)據(jù)總線與車輛進(jìn)行信號(hào)交換，例如車輛速度、加速度行駛距離、發(fā)動(dòng)機(jī)油門幵度等數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線傳遞給駕駛室，駕駛員根據(jù)這些信號(hào)結(jié)合道路狀況調(diào)節(jié)油門和踏板位置；同樣，駕駛員的信息也可以通過數(shù)據(jù)總線傳遞給各個(gè)模塊。 駕駛室模塊需要定義一些信息模擬真實(shí)的駕駛室，如換擋模式、最大制動(dòng)力、變速器擋位數(shù)、加速踏板特性曲線、離合器踏板特性曲線、制動(dòng)器踏板特性曲線，這些特性曲線可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)自己定義或使用默認(rèn)的設(shè)置。 ? 右鍵點(diǎn)擊“Cockpit”模型圖標(biāo)，選擇“properties”，進(jìn)行司機(jī)-駕駛室屬性設(shè)置，選擇適當(dāng)?shù)摹癆cceleration Pedal Selection”選項(xiàng)，如圖45所示。
圖45 ? Cockpit屬性設(shè)置
雙擊“Cockpit”模型圖標(biāo)，將司機(jī)-駕駛室的參數(shù)進(jìn)行輸入，如圖46所示。
Monitor監(jiān)視器
點(diǎn)擊“Special Modules”模塊下的Monitor，并將其拖曳到建模主窗口，如圖47所示。
雙擊“Monitor”模型圖標(biāo)，在“Description of Data Bus”中將需要監(jiān)視的變量添加進(jìn)去，如圖48所示。
圖46 ? Cockpit模型參數(shù)輸入
圖47 ? 建立Monitor模型
圖48 ? Monitor模型參數(shù)輸入
至此， 4×2后驅(qū)車零部件建模完成。 零部件模型建立完畢之后，主窗口中所有的部件如圖49所示，所有需要連接的部件上面都有連接接口“pin”，適時(shí)調(diào)整部件的位置與“pin”的位置，為了便于物理連接。
圖49 ? 整車未連接前狀態(tài)
由于制動(dòng)器既要與輪胎相連，又要與差速器相連，而制動(dòng)器上面只有一個(gè)“pin”，點(diǎn)擊制動(dòng)器上面的“pin”，選擇“clone pin”,如圖50所示，可以復(fù)制一個(gè)“pin”，并且將“pin”的位置進(jìn)行調(diào)整，以便部件之間進(jìn)行連接。 同樣在另一側(cè)的制動(dòng)器上，也復(fù)制一個(gè)部件之間的連接接口。 右鍵點(diǎn)擊每個(gè)部件上面的“pin”，選擇“connect”，然后將要連接的部件進(jìn)行連接，最終連接成的整車模型如圖51所示。
圖50 ? 復(fù)制制動(dòng)器上的連接接口
圖51 ? 整車的物理連接
3.2.部件之間信號(hào)連接 雙擊主窗口底部的“紅綠藍(lán)”三線（data bus），進(jìn)行零部件模型之間信號(hào)的連接，如圖52所示。 首先進(jìn)行四個(gè)制動(dòng)器的信號(hào)連接，分別為“component requires”
圖52 ? 整車信號(hào)連接窗口
(Brake)——“input information” (Brake Pressure)——“component delivering” (Cockpit)——“output information” (Brake Pressure) ，每個(gè)制動(dòng)器的連接形式如圖53 所示。
圖53 ? 制動(dòng)器信號(hào)連接
離合器的信號(hào)連接，分別為“component requires” (Clutch)——“input information” (Desired Clutch Release)——“component delivering” (Cockpit)——“output information” (Desired Clutch Release) ，離合器的連接形式如圖54 所示。
圖54 ? 離合器信號(hào)連接
監(jiān)視器的信號(hào)連接，分別為“component requires” (Monitor)——“input information” (Vehicle Acceleration)——“component delivering” (Vehicle)——“output information” (Acceleration:Longitudinal)等五個(gè)需要監(jiān)視的變量，監(jiān)視器的信號(hào)連接形式如圖55所示。
圖55 ? 監(jiān)視器信號(hào)連接
變速箱的信號(hào)連接，分別為“component requires” (Gear Box)——“input information” (Desired Gear)——“component delivering” (Cockpit)——“output information” (Desired Gear) ，變速箱的連接形式如圖56所示。
圖56 ? 變速器信號(hào)連接
發(fā)動(dòng)機(jī)的信號(hào)連接，分別為“component requires” (Engine)——“input information” (Load Signal)——“component delivering” (Cockpit)——“output information” (Load Signal) ，發(fā)動(dòng)機(jī)的連接形式如圖57所示。
圖57 ? 發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)連接
司機(jī)-駕駛室的信號(hào)連接，分別為“component requires” (Cockpit)——“input information” (Gear Indicator)——“component delivering” (Gear Box)——“output information” (Current Gear)等三個(gè)需要監(jiān)視的變量，司機(jī)-駕駛室的信號(hào)連接形式如圖58所示。
圖58 ? 司機(jī)-駕駛室信號(hào)連接
