基于Cruise的AMT换挡规律的仿真研究-车辆工程硕士论文

湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 题 目： 基于 Cruise 的 AMT 换挡规律的仿真研究 系 别： 汽车工程系 专 业： 车辆工程 班 级： T243- 7 学生姓名： 黄宏伟 学 号： 4 指导教师： 冯樱 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 摘要 本文对机械式自动变速器(AMT)有了一个基本的认识后，分析了自动变速器单参数 和双参数的换挡规律，并结合 EQ6BTA 发动机实验数据和 EQ1141G7D 型载货汽车的整 车参数，计算出了 EQ1141G7D 型载货汽车的动力性和经济性的换挡规律。然后，采用 AVL 公司开发的 CRUISE 软件对装有机械式自动变速器(AMT)的 EQ1141G7D 型载货汽 车，进行动力性和经济性的仿真分析与计算。通过对仿真结果的分析，不断调整控制策 略，寻求到EQ1141G7D 型载货汽车的动力性和经济性换挡规律。 关键词关键词：CRUISE；AMT；换挡规律；动力性；燃油经济性 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） Abstract This paper has had a basic understanding of the automated mechanical transmission (AMT),and the serious analysis of the automatic gearbox single parameter and double parameter shift schedule, in conjunction with the EQ6BTA engine to set the experimental data and the EQ1141G7D- laden vehicle of parameter, have calculated the EQ1141G7D- laden vehicle power performance and economic performance shift schedule. And then, Cruise AVL company use to develop software for the automatic gearbox fitted with mechanical automatic transmission (AMT) EQ1141G7D- laden vehicle, carry through the vehicles power performance and economic performance of simulation analysis and calculations. through the simulation results of the analysis, and continuously adjusting control strategy for EQ1141G7D- laden vehicle power performance and economic performance shift schedule. Keywords: CRUISE; AMT; shift schedule; power performance;fuel economy 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 目录 第一章 机械式自动变速器(AMT). 1 1.1 AMT 概述. 1 1.2 AMT 的发展 . 2 1.3 国内外现状 . 3 第二章 汽车自动换挡规律. 4 2.1 单参数换挡规律. 4 2.2 双参数换挡规律. 5 第三章 EQ1141G7D 型载货汽车的换挡规律. 8 3.1 动力性换挡规律. 8 3.1.1 单参数换挡规律. 9 3.1.2 双参数换挡规律.11 3.2 经济性换挡规律.11 3.2.1 单参数换挡规律. 12 3.2.2 双参数换挡规律. 13 第四章 EQ1141G7D 型载货汽车模型的建立. 16 4.1 CRUISE 软件的功能及特点 . 16 4.2 模型前处理 . 17 4.2.1 EQ1141G7D 结构分析和子模块模型选择. 17 4.2.2 建立信号连接. 18 4.2.3 各子模块参数输入. 19 4.3 定制和运行仿真任务. 21 第五章 带 AMT 的 EQ1141G7D 型载货汽车仿真模型 . 24 5.1 建立具有 AMT 的 EQ1141G7D 型载货汽车模型. 24 5.1.1 Gear Box Program 模块和 Gear Box Control 模块 . 24 5.1.2 建立信号连接. 25 5.2 参数的输入 . 26 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 5.2.1 Gear Box Program 模块中换挡规律的输入. 26 5.2.2 Gear Box Control 模块中换挡规律的输入. 27 第六章 仿真结果分析与对比. 30 6.1 仿真结果概要. 30 6.2 不带控制策略的 EQ1141G7D 型载货汽车性能的分析. 30 6.2.1 百公里油耗- - - 燃油经济性的分析. 30 6.2.2 爬坡性能- - - 动力性的分析. 32 6.2.3 最高车速- - - 动力性的分析. 33 6.2.4 超车性能分析- - - 动力性的分析. 35 6.2.5 最大加速度的分析- - - 动力性的分析. 37 6.3 带控制策略的 EQ1141G7D 型载货汽车性能的分析. 38 6.3.1 原地起步后连续换挡的加速性能分析- - - 动力性的分析. 38 6.3.2 百公里油耗- - - 经济性的分析. 39 第七章 结论. 41 本文总结及展望. 42 致谢 . 44 参考文献. 45 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 1 第一章 机械式自动变速器(AMT) 1.1 AMT 概述 固定轴式齿轮变速器是实现有级排挡的传统机构，以其具有效率高、成本低、生产 工艺成熟的特点而获得广泛应用。它从滑动齿轮开始，经过多齿的齿套啮合，进而广泛 采用同步器变速。但这种变速存在着换挡困难、动力中断以及驾驶员水平对车辆行驶性 能有较大影响等缺陷，所以人们总期望在同步变速基础上实现自动化。微机的出现与发 展，提供了对其合理控制并进行起步、换挡的可能。用当代先进的电子技术改造传统的 手动变速器（MT）使其自动化，不仅保留了原齿轮变速器效率高、成本低的长处，而 且还具有液力自动变速器 （AT） 因自动换挡所带来的全部优点。 它以特有的经济、 方便、 安全、舒适而备受所有驾驶者，特别是妇女和老人驾驶者的欢迎。这种机电一体化的第 三代变速器是各国开发的热点。这种第三代的变速器也就是本文所要研究的机械式自动 变速器（AMT） 。机械式自动变速器（AMT）是在原有机械变速器（MT）基本结构不 变的情况下，通过加装微机控制的自动操纵机构，取代原来由驾驶员人工完成的离合器 分离与结合、摘挡与挂挡以及发动机的转速同步调节等操作，最终实现换挡过程的操纵 自动化。它的主要功能靠软件来实现，在电控机械式自动变速器中，微机代替了熟练司 机的大脑，多种传感器代替了人的感觉神经，电液或全电的执行机械代替了人的手与脚 的操作。机械式自动变速器由于原有的机械传动结构不变，所以齿轮传动固有的传动效 率高、机构紧凑、工作可靠等优点被很好的继承下来1。 目前，自动变速器在车辆上的应用主要有三种：液力机械式自动变速器 AT （Automatic Transmission） 、无级自动变速器 CVT(Continuously Variable Transmission)、 电控机械式自动变速器 AMT(Automated Mechanical Transmission)。 液力机械式自动变速器（AT）在技术上已十分成熟，尽管它还存在着传动效率低、 结构复杂、制造困难、成本高等缺点，但仍占据着自动变速系统的主导地位。目前国产 自动变速车采用的大都是 AT 传动系统。AT 传动系统简化了操纵、提高了舒适性和车辆 平均速度以及行驶安全性和通过性。 尽管装有无级自动变速器 CVT 的汽车存在传动带的强度和寿命问题，以及传动带与 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 2 带轮之间的滑磨等问题限制了 CVT 的传动效率， 但 CVT 汽车驾驶简便、 变速冲击度小， 是提高车辆燃料经济性的理想装置。目前，CVT 在国内外都有很大的研究、发展和产业 化的空间。 与 AT 和 CVT 相比，AMT 可以在现有手动变速器的基础上进行电控改造，保留了 绝大部分原总成部件，只改变其中手动操作系统的换挡部分，改造的投入费用少，可推 广到不同类型汽车的 AMT 产品中，其性能价格比高，是 AT 价格的 1/31/4。AMT 既具 有液力机械式自动变速器（AT）的优点，又保留了愿手动变速器齿轮传动的效率高、成 本低、结构简单、易制造的长处2。 1.2 AMT 的发展 AMT 的发展可分为三个阶段。首先是半自动的 SAMT 阶段。机械式变速器电控自动 化始于 70 年代中期，瑞典 Scania 的 CAG 系统和德国 DamlerBenz EPS 系统均采用了半 自动操纵方式 （SAMT） ， 使得换挡动作实现了自动化。 由电子控制的气动系统实现换挡， 而换挡时刻由驾驶员踩离合器踏板来确定，电子显示器可提示驾驶员何时为最佳换挡时 刻。美国 Evaton 的 SAMT 系统则更进一步地将换挡时刻的离合器和发动机的控制纳入 系统中，驾驶员只需通过简单的开关微机发出升挡和降挡信号，系统便能自动地完成所 有的换挡动作，该系统还利用变速器输入轴和输出轴的转速传感器确定在最佳换挡时机 才能换挡。 在同一时期， 白俄罗斯学院也开展了这方面的工作， 其自动变速系统比 Eaton 的 SAMT 系统更先进，采用两参数换挡规律由控制系统完成选择挡位和换挡时机的工 作，并可像驾驶员手动操纵那样，利用发动机的高速实现换挡的同步，但是它们在起步 阶段时仍然不能取消离合器踏板而实现全自动操纵。 第二阶段是全自动阶段。第一台电子控制机械式变速器是五十铃公司于 1984 年最 先推出的 NAVI- 5，同时期出现的还有日本的 Nissan，Hino 和 Eaton 的全自动变速系统。 1988 年德国 ZF 公司将其 Autoshift 系统装车使用。在次领域开展研究的还有美国 Ford、 意大利 Fiat、法国 Renault 和瑞典的申宝等其他大型企业，使全自动 AMT 逐渐进入实用 阶段。 1998 年德国 Lupo 轿车安装了电控机械式自动变速器， 百公里油耗为 2.99L， AMT 非常光明的前景。 第三阶段是智能阶段。随着电控机械式自动变速器在使用中问题的出现以及人们对 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 3 车辆性能要求的不断提高，人们引入了各种最新的监测、控制技术以改善自动变速器的 性能，使挡位决策及换挡控制对路面环境、使用者特点、使用者意图具有适应性。AMT 在离合器控制和挡位决策方面采用模糊逻辑，模仿熟练驾驶员驾驶车辆中的相应操纵以 改善起步、换挡、离合器接合控制特性和挡位选择的适应性。神经网络方法也被引入 AMT 的挡位决策和控制中。通过 GPS 获得更多路面特征信息以提高 AMT 对路面的适应 性，AMT 电控系统与其它机电控系统一体化以增加信息共享、协调控制能力，以及实现 整车控制系统网络化等思想也受到重视。所有这些都将大大提高 AMT 的智能化水平 3。 1.3 国内外现状 汽车的自动变速技术一直是人们追求的目标，是改善和完善车辆传动系统的一个 重要方面，也经历了相当长的过程，但其发展从来没有像今天这样取决于技术进展。在 我国吉林工业大学很早就从事了电控机械式自动变速器的研究工作，不仅在理论研究方 面有很多成果，而且开发出的桑塔纳 2000 型电控机械式自动变速器在 1998 年也通过了 国家级的样机鉴定。与此同时，吉林工业大学还承担了开发其它车型电控机械式自动变 速器的任务。以接近或达到第三代电控机械式自动变速器水平。北京理工大学经过多年 对电控机械式自动变速器的研究，以研制了三轮样机，分别装在不同车辆上进行试验， 并分别于 1991 年、1994 年、1998 年通过了部级技术鉴定，其适用于以大功率柴油机为 动力的重型车辆的电控机械式自动变速器技术以形成了自己的特点。此外，上海交通大 学、哈尔滨埃姆特汽车电子有限公司、重庆东方欧翔汽车电子有限公司也开展了 AMT 技术方面的研究，但到现在还没有形成产品和产业化，还有待于对这一有发展前景的产 品进行更深入的研究 2。 在国外，从 1981 年底至今，各大公司（五十铃、富士，Ford 等）对 AMT 的研究 已使 AMT 进入了实用和产品化阶段。 美国伊顿公司在 1983 年宣布成功地将重型货车的 手动变速器实现了自动化，称之为 AMT。Ford 公司也进行了类似的研究，声称有望获 得 27%的节油效果。日野的蓝带大客车也基本上同时装上了这种类型的 EE 驱动，这是 一种既经济又方便的传动。此外，德国的大众（VW） 、意大利的菲亚特（Fiat） 、法国的 雷诺（Renault）以及日本的丰田等公司也都相继开展了这方面的研究与开发 1。 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 4 第二章 汽车自动换挡规律 换挡规律是指相邻两排挡间自动换挡时刻随控制参数变化的规律。换挡规律应该是 单值，即对输入变量的每一组合，仅存在唯一的状态。其类型如下所述： 2.1 单参数换挡规律 作为控制参数，有油门开度 an、发动机转速 ne以及车速 v 等。 若用油门开度作为控制参数，则大油门升高挡，小油门回低挡，这就无法在低挡发 挥出大牵引力，以适应爬坡、超车的要求；而且松油门制动时，系统仍然在挡，也形成 矛盾；加之道路条件复杂，经常要改变油门位置，势必造成换挡频繁，既影响乘客舒适 性也降低系统寿命，故不应取油门开度为单参数的控制规律。 图 2.1 单参数控制规律 那么选发动机转速 ne，尽管它最容易被检测，但在换挡过渡过程中，其值处于变动 之中，可能模棱两可，如与变矩器匹配，在低速时，由于变矩器滑转，也难于检测到精 确的发动机转速，故取用相对稳定的车速为控制参数是适宜的。 如图 2.1 所示，当车速达到 v2时升入 2 挡，反之当车速降至 v1换回 1 挡。v1与 v2 间是两挡可能的工作区，视车辆原来的行驶状况而定。这种往返换挡之间的交错现象， 称之为换挡重叠或换挡延迟，其作用是： （1） 换入新挡后，不会因油门踏板的振动或车速稍有降低而重新换回原来排挡， 保证了换挡过程的稳定性。 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 5 （2） 有利于减少换挡循环（不断的来回换挡） ，防止控制系统元件的加速磨损与 降低乘客舒适性。 单参数控制系统结构简单，但它不论油门开度如何变化，换挡点、换挡延迟 v=v2- v1的大小都不变，不能实现驾驶员干预换挡；为了保证动力性，升挡点多设计 在发动机最大转速nemax，这就造成了小油门开度也要在nemax 才换挡，故噪声大； 这种换挡规律也难于兼顾动力性与经济性的要求。因此，车辆上采用这类规律的很少， 只有少数城市公共汽车、军用越野车上有所应用，目的是减少换挡次数。 2.2 双参数换挡规律 这是当前采用最多的形式，控制参数多为：车速与油门；泵轮转速nB与涡轮转速 nT；车速与发动机转矩等。由于换挡规律决定了控制参数和换挡延迟，故它又分为：等 延迟型、发散型、收敛型（图 2.2a，b，c，d）与组合型等四种。 （1） 等延迟型 等延迟的概念是换挡延迟v 的大小不随油门大小变化，故单参数 是等延迟型，而双参数的等延迟与其相比，由图 2.2a 可见，它的特点是：引入驾驶员的 干预；在小油门时可提前换入高挡，既减小发动机噪声，又可延迟换回抵挡，改善了燃 料经济性。 图 2.2a 等延迟型换挡规律 （2） 发散型 它的概念是换挡延迟随油门开度增大而增大，呈发散分布，故为发散 型规律，亦称增延迟规律。图 2.2b 表明其特点：驾驶员可以干预换挡，快松油门时可提 前换入高挡，不仅降低噪声，而且改善了燃料经济性；大油门时升挡的发动机转速高， 接近最大功率点动力性好；换挡延迟增大，减少了换挡次数，提高了舒适性。但因此大 油门降挡时的发动机转速ne必须降得很低，n 大功率利用差，故该型适用于后备功率 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 6 大的轿车。 图 2.2b 发散型换挡规律 （3） 带强制低挡的发散型 这是发散型的改进，目的是克服其缺点能提早换挡， 以充分发挥发动机大功率的潜力，满足超车、爬坡等工况的需要。如图 2.2c 所示，当驾 驶员猛踩油门踏板产生超过行程a 时，车辆便被强迫换入低挡使n 小获得良好的功 率和牵引力。它保留了发散型的优点，又克服了缺点，故得到广泛应用。但需要防止发 动机超速。 图 2.2c 带强制低挡的发散型换挡规律 （4） 收敛型 收敛型（图 2.2d）的概念是换挡延迟随油门开度增大而减小，故呈 收敛状分布，故为收敛型规律，亦称减延迟换挡规律。它大油门时降挡速差最小，n 小所以升降挡都有好的功率利用，动力性好。减小油门时，延迟增大，避免过多的换挡， 且发动机可以在较低转速工作，燃料经济性好，噪声低，行驶平稳舒适。该规律适合于 比功率较低的货车。由于收敛型明显优于上述其它类型，故它是发展方向，也会推广到 其它类型的车辆。 （5） 组合型 组合型是由两段或更多段不同变化规律组成的规律。它更便于在不 同油门下获得不同的车辆性能。通常小油门开度以舒适、稳定、少污染为主；中油门开 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 7 度以保证最佳燃料经济性为主，兼顾动力性；大油门开度则以获得最佳动力性为主 2。 图 2.2d 收敛型换挡规律 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 8 第三章 EQ1141G7D 型载货汽车的换挡规律 众所周知，汽车行驶条件相当复杂，千变万化，对汽车性能的要求也是多方面的。 例如：在一般道路交通条件下，要求汽车具有良好的燃油经济性；在道路、交通条件复 杂时，要求汽车具有良好的动力性。根据汽车理论知识我们知道，汽车动力性与燃油经 济性时常是矛盾的，保证了动力性，一般经济性下降，保证了经济性，动力性下降。 本课题研究的内容是基于 CRUISE 的 AMT 换挡规律的仿真研究，使用的车型为 EQ1141G7D 型载货汽车， 该车型搭载的发动机是东风汽车公司生产的 EQ6BTA 发动机。 为了通过使用 CRUISE 软件来仿真出装有机械式自动变速器（AMT）的 EQ1141G7D 型 载货汽车的换挡规律，要事先通过给定的发动机实验数据和整车参数，计算出该车型动 力性和经济性的换挡规律。 对于 AMT 换挡点的选择关系到车辆的动力性和燃油经济性， 因此需要从换挡特性出发， 找到合理的换挡点。 换挡特性着重说明换挡前后系统的状态， 因此不失一般性，故在汽车换挡过程中有如下的基本假定： （1） 换挡时间很短，换挡前后车速不变； （2） 换挡过程中外界阻力不变，即实行等牵引力换挡； （3） 不考虑换挡期间动力传动系统的动态变化。 任何型式的自动换挡传动系不仅须减轻驾驶员的劳动，同时须最有效地使用发动机 以保证汽车达到最好的牵引性能和燃料经济性。下面通过计算，得到了 EQ1141G7D 型 载货汽车在理论上的动力性和经济性的换挡规律。 3.1 动力性换挡规律 汽车的动力性是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、 所 能达到的平均行驶速度。从获得尽可能高的平均速度的观点出发，汽车的动力性主要可 由三方面的指标来评定，即： （1） 汽车的最高车速 uamax； （2） 汽车的加速时间 t； （3） 汽车能爬上的最大坡度 imax。 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 9 最高车速是指在水平良好的路面（混凝土或沥青）上汽车能达到的最高行驶车速。 汽车的加速时间表示汽车的加速能力，它对平均行驶车速有很大影响。常用原地起 步加速时间和超车加速时间来表明汽车的加速性能。 汽车的上坡能力是用满载（或某一载质量）时汽车在良好路面上的最大爬坡度 imax 表示的。显然，最大爬坡度是指 1 挡最大爬坡度。 研究汽车的动力性换挡规律，就是为了在汽车换挡的时候，能满足汽车最佳动力性 的要求。它有下面的两种情况，即动力性单参数换挡和双参数换挡。 3.1.1 单参数换挡规律 本文所研究的车型为 EQ1141G7D 型载货汽车， 所用的变速器为机械式六挡变速器， 其各个挡位的传动比为：i1=6.54，i2=3.78，i3=2.168，i4=1.442，i5=1.0，i6=0.814。主减 速器的传动比为 io=6.5，所用的发动机为 EQ6BTA 型直列六缸四冲程增压中冷柴油机。 由第二节换挡规律可知，单参数换挡规律的控制参数为车速。为了得到车速与挡位 的关系，也即单参数换挡规律，需要依次完成如下的工作： （1） 由所给的发动机的实验数据，得到全负荷状态下发动机的速度特性曲线。 如图 3.1 所示： 0 20 40 60 80 100 120 140 160 050010001500200025003000 图 3.1 100%油门开度发动机速度特性 (2) 分析图 3.1 可知：发动机的转速在 16002400 1/min 的转速范围内时，此时 发动机发出的功率都接近最大值（140.7KW/2400 1/min） ，并且变化趋势不大。这说明发 动机的转速在该范围内时，发动机发出的功率能够满足汽车动力性的要求。据此可以做 出汽车在换挡过程中，车速与发动机转速的关系曲线。如下图 3.2 所示： 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 10 图 3.2 换挡过程中车速与发动机转速的关系 驾驶员用 1 挡起步，随着发动机转速的提高，汽车的行驶速度也随之增加。当发动 机转速达到n2时，驾驶员开始换挡，若设换挡过程中车速没有降低，则换上 2 挡时， 发动机转速应降到n1，离合器才能平顺无冲击地接合。同理可见，若每次发动机都是提 高到转速n2换挡，只要发动机都降到同一低转速n1，离合器就能无冲击地接合。就是 说，换挡过程中，发动机总是在同一转速范围n1n2内工作。这样驾驶员在起步加速 时操作就方便地多了。 (3)由图 3.2 可知，汽车具有最佳动力性的换挡范围是：n1n2=16002400 1/min， 再将发动机的转速转化为汽车的车速，用公式： Ua=0.377 ioig nr . .（3.1） 式中：ua 为车速，单位为 Km/h；n 为发动机转速，单位为 1/min；r 为车轮半径， 单位为 m：ig为变速器不同挡位的传动比；io为主减速器传动比。通过这一公式，可将 发动机的转速转化为汽车的车速，这样就得到了动力性单参数的换挡规律。通常，升降 挡速差的最小极限为 2- - 8Km/h。如下表 3.1 所示为单参数的换挡规律： 表 3.1 EQ1141G7D 动力性单参数换挡规律数据 挡位（-） 升挡车速（Km/h） 降挡车速（Km/h） 1 7.3 3.5 2 12.6 10.4 3 23.7 19.56 4 34.15 27.7 5 52.3 43.5 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 11 3.1.2 双参数换挡规律 由第二节的知识可以知道，控制参数多为车速与油门。由于是动力性换挡，因此要 求汽车具有良好的动力性，所以是在大油门的情况下采用双参数动力性换挡规律。大油 门是指油门开度大于 80%的工况。此时驾驶员希望获得较好的动力性，换挡点取在发动 机发出最大功率处。为了保证汽车获得最佳的动力性，发动机应工作在高功率区，换挡 点的转速应在最大功率处的转速之后，考虑发动机的转速过高，会使发动机的摩擦阻力 增加，运转噪音大，故换挡点一般选在最大功率所对应的转速处。然后由公式（3.1）可 以求得在不同油门开度下的车速。 表 3.2 EQ1141G7D 动力性双参数换挡规律数据 挡位（-） 油门开度（%） 升挡车速（Km/h） 降挡车速（Km/h） 1 0.0 6.5 4.6 1 20.0 6.5 4.6 1 40.0 6.5 4.6 1 80.0 10.3 8.5 1 100.0 10.3 8.5 2 0.0 11.4 9.0 2 20.0 11.4 9.0 2 40.0 11.4 9.0 2 80.0 17.9 15.4 2 100.0 17.9 15.4 3 0.0 19.8 17.0 3 20.0 19.8 17.0 3 40.0 19.8 17.0 3 80.0 31.2 26.5 3 100.0 31.2 26.5 4 0.0 29.8 27.6 4 20.0 29.8 27.6 4 40.0 29.8 27.6 4 80.0 46.9 41.3 4 100.0 46.9 41.3 5 0.0 43.0 41.5 5 20.0 43.0 41.5 5 40.0 43.0 41.5 5 80.0 67.6 62.8 5 100.0 67.6 62.8 3.2 经济性换挡规律 在保证动力性的条件下，汽车以尽量少的燃油消耗量经济行驶的能力，称为汽车的 燃油经济性。 燃油经济性好， 可以降低汽车的使用费用、 减少国家对进口石油的依赖性、 节省石油资源；同时也降低了发动机产生的 CO2（温室效应气体）的排放量，起到防止 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 12 地球变暖的作用。 汽车的燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油量或一定燃油量能 使汽车行驶的里程来衡量。等速百公里燃油消耗量是一种常用的评价指标，它指汽车在 额定载荷下，以最高挡在水平路面上等速行驶 100Km 燃油消耗量。常测出每隔 10Km/h 或 20Km/h 速度间隔的等速百公里燃油消耗量，然后在图上连成曲线，称为等速百公里 燃油消耗量曲线，它用来评价汽车的燃油经济性。汽车等速百公里燃油消耗量的计算公 式为： Qs= uaqg Pb 02 . 1 .（3.2） 式中：Qs为等速百公里燃油消耗量，单位为 L/h；P 为发动机的功率，单位为 KW； b 为燃油消耗率，单位为 g/(KW.h)；ua为汽车车速，单位为 Km/h；q 为燃油的密度，单 位为 Kg/L；g 为重力加速度，单位为 m/s2。 研究汽车的经济性换挡规律，就是为了在汽车换挡的时候，在保证汽车动力性的条 件下，能满足汽车最佳经济性的要求。它有下面两种情况，即单参数换挡规律和和双参 数换挡规律。 3.2.1 单参数换挡规律 由第二节换挡规律可知，单参数换挡规律的控制参数为车速。为了得到车速与挡位 的关系，也即单参数换挡规律，需要依次完成如下的工作： （1） 由所给的发动机实验数据，绘制出 100%油门开度下燃油消耗率与转速的关系 曲线，如下图 3.3 所示： 图 3.3 100%油门开度下燃油消耗率与转速的关系 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 13 （2） 分析图 3.3 可知：要使汽车的燃油经济性好，也即汽车等速行驶的百公里油 耗量较小，则要求发动机工作在低油耗区。如下图 3.4 为确定的发动机低油耗工作区： 图 3.4 换挡过程中车速与发动机转速的关系 （3）由图 3.4 可以确定发动机最经济的工作范围为：n1n2=10001800 1/min，因 此可以按照速度公式（3.1）求出汽车经济性的升挡和降挡车速，如下表 3.3 所示： 表 3.3 EQ1141G7D 经济性单参数换挡规律数据 挡位（-） 升挡车速（Km/h） 降挡车速（Km/h） 1 6.5 4.6 2 11.4 9.0 3 19.8 17.0 4 29.8 27.6 5 43.0 41.5 3.2.2 双参数换挡规律 由第二节的知识可以知道，控制参数多为车速与油门。由于是经济性换挡，因此要 求汽车具有良好的经济性，所以是在中等油门的情况下采用双参数经济性换挡规律。 中等油门是指油门大于 25%而小于 80%的工况。由于发动机油门开度在 25%- - 80% 区间内任意变化， 从发动机 MAP 图可知， 随着油门开度的变化,最低燃油消耗点在变化。 油门加大,最低燃油消耗点的转速增加。由于机械式自动变速器的挡位是阶跃变化的， 若在最低油耗点升挡，升挡后发动机的转速降低较多，会进入高油耗工作区。为使汽车 获得良好的经济性，应将发动机的转速限定在低油耗区工作。低油耗区确定方法如下： 如图 3.5 所示，nb为某一油门下发动机的经济转速，令经济转速范围为n1n2，则 n1=nb-x；n2=nb+x，n1和n2意义同上，x 为转速增量。图中横坐标为发动机转速，纵坐 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 14 标为车速和燃油消耗率。 图 3.5 汽车车速和燃油消耗率随发动机转速的变化规律 根据图 3.5 可知发动机最经济的转速为nb=1600 1/min。 由于： 1 2 n n = 1+igi igi （3.3） 则： xnb xnb + = 1+igi igi .（3.4） 得：x=nb 1 1 + + igiigi igiigi .(3.5) 上面的三个式子中，igi表示变速器 i 挡的速比；igi+1表示变速器 i+1 挡的速比。分 别代入 1 挡、 2 挡、 3 挡的速比， 可以计算出 x=450 1/min。 所以n1n2=11502050 1/min。 根据公式（3.1）可以计算出各油门开度下的升挡车速和降挡车速，如下表 3.4 所示： 表 3.4 EQ1141G7D 经济性双参数换挡规律数据 挡位（-） 油门开度（%） 升挡车速（Km/h） 降挡车速 （Km/h） 1 0.0 5.4 3.5 1 10.0 5.4 3.5 1 25.0 5.4 3.5 1 80.0 9.6 7.5 1 100.0 9.6 7.5 2 0.0 9.3 7.2 2 10.0 9.3 7.2 2 25.0 9.3 7.2 2 80.0 16.7 14.0 2 100.0 16.7 14.0 3 0.0 16.3 14.1 3 10.0 16.3 14.1 3 25.0 16.3 14.1 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 15 续表 3.4 挡位（-） 油门开度（%） 升挡车速（Km/h） 降挡车速 （Km/h） 3 80.0 29.1 26.5 3 100.0 29.1 26.5 4 0.0 24.5 22.5 4 10.0 24.5 22.5 4 25.0 24.5 22.5 4 80.0 43.7 41.2 4 100.0 43.7 41.2 5 0.0 35.4 32.9 5 10.0 35.4 32.9 5 25.0 35.4 32.9 5 80.0 63.0 60.5 5 100.0 63.0 60.5 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 16 第四章 EQ1141G7D 型载货汽车模型的建立 汽车动力传动系统设计的首要任务是：保证传动系各部件之间以及发动机之间良好 的匹配，确保汽车能在不同条件下正常行驶，并且有良好的动力性和燃油经济性。动力 传动系统动态模型的建立是车辆设计、匹配及性能研究的基础，但其建模复杂，调试过 程时间相对较长，给研究工作带来了很大的不便。采用专业软件进行建模及仿真研究， 不仅可以使建模过程简单化，节省大量的时间，而且程序运行可靠，调试方便，结果准 确， 便于分析研究。 本文就是采用具有这样特点的专业软件AVL公司开发的CRUISE 软件，对装有电控机械式自动变速器(AMT)的 EQ1141G7D 型载货汽车进行动力性、燃 油经济性的仿真分析，并与实验结果进行对比，进而利用仿真结果优化传动系的参数， 从而寻找出 EQ1141G7D 型载货汽车动力性和经济性的换挡规律。 本章的主要任务是：在 CRUISE 软件中建立 EQ1141G7D 型载货汽车的模型，不断 地调整汽车的参数，使仿真结果与实验结果的误差在规定的误差范围内。 由于在建立 EQ1141G7D 型载货汽车模型的过程中，有些模块的参数，例如，离合 器的基本参数和实验特性数据，轮胎的参数，制动器的基本参数，机械耗能部件的基本 参数和扭矩损失特性等等的数据还不知道，只能参照相关的车型来获得建模所必须的数 据。在参数调整阶段，这些参数都是可以调整的，直到仿真结果接近实验结果为止。 4.1 CRUISE 软件的功能及特点 奥地利 AVL List 公司开发的 CRUISE 软件是用来研究汽车动力性、 燃油经济性、 排 放性能及制动性能的高级模拟分析软件。 灵活方便的模块化设计理念使得 CRUISE 可以 对任意结构形式的汽车动力传动系统进行建模和仿真。它可用于汽车开发过程中的动力 系统、传动系统的匹配、汽车性能预测和整车仿真计算；也可以进行发动机、变速箱、 轮胎的选型及它们与车辆的匹配优化； 还可以用于混合动力汽车、 电动汽车的动力系统、 传动系统及控制系统的开发和优化。它可以优化以下内容： （1） 各种驾驶循环的油耗和排放，如 FTP、NEDC、ECE、EUDC 等，用户也可 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 17 以自定义驾驶循环； （2） 驾驶性能（加速性能，制动性能，爬坡性能） （3） 传动系传动比： 无级变速器（CVT）和自动变速箱（AT）的换挡规律图； 也可进行： 新型汽车如混合动力汽车的仿真与评价； 不同控制策略的比较研究。 4.2 模型前处理 模型前处理主要是通过对原型车的结构和功能进行分析，简化物理模型，选择合 理的子系统模块， 搭建仿真模型， 建立汽车系统的各总成和部件的物理连接和信号连接， 并对各部件和总成进行参数化处理，完成汽车建模过程。按照下面的步骤，在 CRUISE 软件中建立 EQ1141G7D 型载货汽车的模型。 4.2.1 EQ1141G7D 结构分析和子模块模型选择 该货车配备有 132KW/2500rpm 直列六缸四冲程增压中冷柴油机，汽车总重 7100kg。布置形式是发动机前置后轮驱动，六挡机械变速箱。根据结果和布置形式的分 析， 选用模型库中的汽车模块（Vehicle） 、驾驶室模块（Cockpit） 、发动机模块（Engine） 、 机械式摩擦离合器模块（Friction Clutch） 、机械式变速箱模块（Gear Box） 、单级主减速 器模块 （Final Drive） 、 差速器模块 （Differential） 、 车轮模块 （Wheel） 、 制动器模块 （Brake） 、 监视器模块（Monitor） 、防滑控制模块（ASC）以及发动机和传动系统以及汽车上其它 耗能部件可用风扇模块（Mechanical Consumer） 。 当各子系统模型选定之后，应根据汽车配置方案和部件连接关系建立模型的物理 连接，点鼠标右键用 connect 连接功能建立物理连接，如