汽车动力性经济性性能开发.ppt

汽车动力性经济性性能开发 汽车性能是指汽车能够适应各种使用条件 满足顾客使用需求及社会环境需求的能力 市场竞争以及技术水平的提升必然对产品性能提出更高要求 顾客 自然环境和社会环境等的需求 要求必须引入性能开发的概念 性能开发涵盖了传统意义上的试验 CAE分析和设计 性能开发的概念 性能开发的概念 性能开发的概念 汽车性能开发思路 二 汽车性能指标介绍 一 汽车性能指标介绍 经济性 动力性 驾驶性 NVH EMC 热管理 操稳性能 制动性能 气候适应性 1 汽车性能概览 汽车性能指标介绍 2 汽车性能分类由前面汽车性能的定义不难看出 在各种使用条件下汽车均应满足顾客与社会环境的需求 因此 从顾客与社会环境需求角度出发 将汽车性能划分为以下18项 汽车性能指标介绍 平顺性 操稳性 环保性能 电子电器性能 感知质量 汽车性能指标介绍 汽车性能开发思路 整车性能指标 对用户需求及法规要求的体现 产品策略 技术竞争力 的表现 整车设计必须控制的指标 以指导后期的工程开发 VTS VehicleTechnicalSpecification 整车技术规范 目标分解 为达到整车性能指标 根据系统匹配分析 对总成及部件提出性能指标要求 该转化及控制过程称为AT C 是整车指标和总成指标之间的控制环节 是性能模块设计必须控制及分析的项目 用以指导总成及部件指标的设定 总成性能指标 是总成及部件的指标 是对整车性能指标的保证和支撑 是总成及部件设计必须控制的指标 在系统匹配计算分析报告进行体现 以指导和控制零部件的工程开发 并最终验收零部件开发质量 零部件性能指标 根据需要 是对总成性能指标的再分解和细化 该层指标是否有 可酌情考虑 1 性能开发思路 以目标区域标准法规为基本要求 通过对市场顾客语言研究与benchmark研究 以竞争策略为指导 结合公司技术生产能力设定整车性能目标 汽车性能开发思路 要保证性能指标的真正实现 必须将性能分解指标体现在相关系统部件结构设计上 并在系统及部件中最终体现 作为系统及部件性能指标验收的依据 同时整车对各系统及零部件选型报告进行确认 各系统模块按目标分解要求对零部件进行质量特性控制 保证满足整车及系统要求 2 目标分解 汽车性能开发思路 性能分解示例 u指标逐级分解 汽车性能开发思路 各性能模块依据整车目标将分解后的系统目标输出至各相关结构系统 结构设计依据这些性能目标制定适宜的系统方案 并形成零部件特性清单 同时在二维 三维设计中落实 最终以实物设计符合性能目标为验收依据 3 结构实现 动力性经济性目标 目标分解到系统 各系统的结构方案 3D 2D图纸 制造产品 零部件结构方案 汽车性能开发思路 4 性能验证 DVP 设计验证计划 DesignVerificationPlan FMEA 潜在失效模式与后果分析 FailureModeandEffectsAnalysis PV 生产认证 ProductionValidation FMEA FMEA 汽车性能开发思路 5 性能与结构业务关联 汽车性能开发思路 性能开发案例 汽车性能开发思路 国内外行业性能开发案例1u动力学性能业务组织及业务开展方式 通用 泛亚 汽车性能开发思路 国内外行业性能开发案例2 采用项目矩阵式管理 以整车性能工程师牵头 以跨部门团队PAT ProcessAnalyticalTechnology 过程分析技术 方式进行性能开发工作 以系统工程师牵头 成立PMT ProjectManagementTeam 工程项目组 团队进行系统及部件开发工作 以整车集成人员为主体 进行整车项目技术协调管理 整车集成人员牵头 进行产品技术定义 开展整车性能的开发 整车性能CAE由整车开发 控制中心负责 部分系统及部件CAE由相关专业所负责 动力总成 1 标定2 尾气后处理3 排放及油耗4 燃油系统5 动力电控 产品战略 规划 1 前期开发策略2 竞争力研究3 市场研究及预测4 计划管理5 生命周期管理 先进技术及研究 1 环境 自然科学及安全技术研究2 汽车制造及设计工程3 动力系统设计研究4 SustainableMobilityTechnologies 整车开发 工程控制 1 整车集成2 NVH3 热适应性4 车辆动力学5 总布置6 人机工程7 CAE 车身工程 1 内外饰设计2 白车身3 碰撞安全性4 CAE 底盘工程 1 车架2 悬架3 转向4 制动5 车轮6 CAE 整车评价及验证 1 车身 底盘 整车试验2 排放试验3 发动机试验4 燃料子系统试验5 安全试验6 风洞试验 电子电器系统工程 1 电子电器构建及系统2 网络通信3 CAE4 技术开发及应用5 电源6 多媒体7 驱动程序信息 材料测试研究及标准化 1 防腐保护2 紧固件工程 测试3 全球技术标准4 材料工程 测试 FORD产品研发 性能开发主要工作 标杆车型基础信息研究 标杆样车研究 法规标准研究 性能开发的主要工作 标杆车型基础信息研究主机厂信息 官方网站 资料等第三方评价信息 JDPOWER等网站其他信息 论坛评价等用户调研信息 专业调研咨询公司信息市场样车调研 了解样车基本结构及技术等 技术路线研究 性能初步评估 形成了产品平台方案制定竞品分析数据库 性能开发的主要工作 标杆样车研究竞标分析内容比非常丰富 完整的一份整车竞标分析大概需要5个月 例 赛欧燃油经济性研究策划 性能开发的主要工作 3 法规标准研究依据目标市场对开发产品的技术法规要求 结合国内标准 进行有针对性的目标区域法规解读与适应性分析 确保产品符合当地法规要求 例 燃油消耗量法规 3 1油耗法规制定背景 1 竞争环境 合资品牌投入技术将国外先进的发动机投入国产 以达到节能 减排 自主企业也纷纷推出低排量增压发动机等以控制油耗 以及各个主机厂对新能源开始重视 2 第三阶段限值对企业的平均油耗和新认证车型有对应的指标要求 第四阶段燃料消耗量评价方法及指标于2014年12月发布 该标准对2016 2020年的油耗指标进行了限定 3 基于以上政策法规相关部委或将联合出台一系列油耗方面的惩罚措施 企业平均燃料消耗量实际值 企业平均燃料消耗量目标值 公式 1 公式 2 3 2乘用车企业平均燃料消耗量计算方法 3 3第四阶段车型燃料消耗量的确定对能够燃用汽油 柴油燃料的乘用车 应按GB T19233测定车型燃料消耗量 对压缩天然气乘用车 应按GB T29125模拟城市 市郊和综合循环燃料消耗量试验 测定气体燃料消耗量并换算为汽油燃料消耗量 对插电式混合动力乘用车 应按GB T19753测定车型燃料消耗量及电能消耗量 其电能消耗量应折算成对应的汽油或柴油燃料消耗量 1 2 对纯电动乘用车 应按GB T18386测定电能消耗量2 并折算成对应的汽油燃料消耗量 对燃料电池乘用车 其能源消耗量按零计算 对安装有如下所示一种或多种装置的车辆 车型燃料消耗量可相应减去一定额度3 但最多不超过0 5L 100km 高效空调 怠速起停装置 换档提醒装置等 注 1 燃用汽油的插电式混合动力乘用车 对应转换为汽油燃料消耗量 燃用柴油的插电式混合动力乘用车 对应转换为柴油燃料消耗量 2 2020年及以前 暂不考虑汽油 柴油燃料以外的能源消耗量 三阶段法规乘用车燃料消耗量评价方法及指标 GB27999 2011 该标准定义2012年至2015年的企业平均油耗值 乘用车企业平均燃料消耗量核算办法 2013年 办法自2013年5月1日开始实施 四阶段法规乘用车燃料消耗量限值 GB19578 2014替代GB19578 2004 该标准定义2016年至2020年的单车准入限值 对新认证车 执行日期为2016年1月1日 对在生产车 执行日期为2018年1月1日 乘用车燃料消耗量评价方法及指标 GB27999 2014替代GB27999 2011 该标准定义2016年至2020年的企业平均油耗值 3 4乘用车燃料消耗量核算法规 注 1 第三阶段的企业平均油耗从2012年至2015年逐年递减 其2015年最终目标值为第四阶段单车准入限值 第三阶段与第四阶段油耗法规对比 第四阶段油耗法规 强制性法规 2020年目标值 性能开发的主要工作 4 性能目标设计 性能开发的主要工作 5 设计验证策划 DVP PRPD CHKD 动力性经济性指标评价方法 主观评价 动力性经济性指标评价方法 汽车主观评价方法评分标准 评价路面 评价一般在试验场或普通道路上进行 主要包括 平滑路面 高速 国道粗糙路面 二级公路单项路面 减速带 异响路 坡道等 动力性经济性指标评价方法 汽车主观评价方法评价属性 动力性经济性指标评价方法 动力性经济性指标评价方法 汽车主观评价方法评价车辆要求评价车辆需满足基本安全要求并通过安全检查 配备基本安全保障设备如安全带 头枕 灭火器等 评价需要提供相应参考车作为评价基准对比进行 评价车辆必须满足相关的性能评价需求 以保证相关联属性评价的可持续性 如 在评价NVH时 必须保证空调能够在正常状态 才能对空调启动的NVH等关联项目进行评价 评价安全条件评价全部涉及内容应在国家法律及法规允许范围内进行 评价应在可确保安全驾驶的天气 场地 路况等条件下进行 评价应在驾评人员身体状况良好 心理状态稳定等条件下进行 动力性经济性指标评价方法 动力性能主观评价方法起步性能以1 3油门 从静止加速 在发动机转速达到3000rpm换档到50kph 评估部分节气门开度起步性能 以全油门 从静止加速 在发动机转速达到3000rpm换档到100kph 评估全油门起步性能 蠕行动力性从第一档 蠕行驾驶 以1 3油门加速 在发动机转速达到3000rpm时换档 并且加速到50kph 评估行进中蠕行启动时部分油门响应 从第一档 蠕行驾驶 以全油门加速 在发动机转速达到3000rpm时换档 并且加速到50kph 评估行进中蠕行启动时全油门响应 动力性经济性指标评价方法 动力性能主观评价方法城市工况动力性以部分节气门开度 1 3开度 从30kph加速 在发动机转速达到3000rpm时换档到80kph 评估部分油门时城市工况下30到80kph的加速性能 全油门开度 从30kph加速 在发动机转速达到3000rpm时换档到80kph 评估全油门时城市工况下30到80kph的加速性能 高速工况动力性以部分节气门开度 5档从80kph加速到120kph 评估部分油门时高速工况下80到120kph的加速性能 全油门开度 5档从80kph加速到120kph 评估全油门时高速工况下80到120kph的加速性能 动力性经济性指标评价方法 动力性能主观评价方法爬坡性能上坡路以部分节气门开度 从怠速驾驶加速 发动机转速达到3000rpm时换档到60kph 评估部分油门爬坡性能 上坡路以全油门 从怠速驾驶加速 发动机转速达到3000rpm时换档到60kph 评估全油门爬坡性能 油门踏板节气门全开 在第三档 从50kph加速仅1到2秒 评估油门踏板的感觉 行程 力 人机工程学 在第三档 从50kph 在油门踏板总行程的1 4到3 4范围内以一定幅度踩油门踏板仅1到2秒 评估油门踏板响应 加速度增加 加速度是否线性增加 死行程 动力性经济性指标评价方法 客观评价 动力性经济性指标评价方法 动力性能客观评价方法最高车速由于测试车辆的最高车速绝大多数均超过国家高速公路规定的120KPH要求 所以 该项测试必须在试验场中完成 根据GB12544 2012标准 规定了最高车速的测试方法 动力性经济性指标评价方法 动力性能客观评价方法车辆最高车速的一般规律 动力性经济性指标评价方法 动力性能客观评价方法最高车速陆地汽车速度的记录 北美之鹰 1370KM h 动力性经济性指标评价方法 动力性能客观评价方法加速时间0 100kph加速时间 动力性经济性指标评价方法 动力性能客观评价方法加速时间换档加速 MT 3档40 80kph4档60 100kph5档80 120kph换档加速 AT D档40 80kphD档60 100kphD档80 120kph动力性VPI综合评价指标 VehiclePowerIdentification 根据公式 VPI t 0 100kph t 40 80kph t 60 100kph t 80 120 kph 动力性经济性指标评价方法 动力性能客观评价方法最大爬坡度坡度的概念 路的坡度用正切表示 就是高度与水平距离之比 铁路用千分之几 表示 公路用百分之几 表示 而不是大家通常理解的角度 注 二级城市道路纵坡不超过5 高速公路平原 3 山区 5 最差的山区道路约为10 汽车一般能轻松爬上15 的坡度 一般道路上碰到最大的坡是地下停车场的坡 范围是10 15 一般是12 TimothyC Moore 在EPA EnvironmentalProtectionAgency 试验规定的质量下 车辆能以104km h的速度通过6 的坡道 满载时车速不得低于80km h 0 96km h加速时间不应大于20s i tan Y X 51 动力性能客观评价方法 坡起性能要求来源 部分南美国家有许多山区道路 城区也有很多长距离的陡坡 车辆是否具有良好的坡道驻车启动能力显得至关重要 如 哥伦比亚 智力等国 国内重庆 云贵等地也有类似要求 重庆地区公路最大坡度20 上海某超市停车场最大坡度16 国家各级公路最大坡度9 国家高速公路最大坡度5 动力性经济性指标评价方法 动力性经济性指标评价方法 动力性能客观评价方法最大爬坡度轿车及城市SUV要求在35 以上 偏越野SUV要求在45 左右 纯越野车可达55 以上 53 动力性能客观评价方法 爬坡性能 俗称 冲坡性能 GB T12539 90 汽车爬陡坡试验方法 坡道长不小于25m 坡前应有8 10m的平直路段 试验车使用最低档 将试验车停于接近坡道的平直路段上 国内要求 坡起性能 又叫 坡道驻车启动能力 汽车坡道起步性能是指汽车停止在一定角度的坡道上 从静止加速到正常行驶的能力 坡道起步性能的好坏为用户直接感知 如果坡道起步能力不足将导致严重的顾客抱怨 部分外国要求 以上两种试验主要区别在于 试验开始前 前者是将车辆停在坡道之前的平直路面上 而后者是将车辆停在试验坡道上 后者更为严格 动力性经济性指标评价方法 55 燃油经济性必要性资源问题过去十年我国汽车保有量迅速增长 2013年末达到13741万辆 相比上年增长12 作为全球最大石油消费国 我国能源储量与结构先天不足 2014年我国石油进口依赖度68 4 随着中国汽车产销量的迅速增长 石油进口的依赖度将会继续攀高 直接威胁我国的能源战略 动力性经济性指标评价方法 56 燃油经济性必要性国内法规要求新开发车型 从2005年7月1日开始执行第一阶段限值要求 2008年1月1日起执行第二阶段限值要求 第三阶段油耗原计划2015年开始实施 但随着能源形势的日益严峻 国家于2010年开始对提前达到第三阶段油耗标准的车型给予补贴 2012年1月1日开始执行第三阶段目标要求 第四阶段油耗标准新开发车型为2016年1月1日 动力性经济性指标评价方法 57 动力性经济性指标评价方法 58 燃油经济性必要性目前国内油耗水平2014年中国乘用车企业平均燃料消耗量核算情况已正式公布 乘用车行业平均整车整备质量为1340公斤 行业平均燃料消耗量实际值为7 12升 100公里 动力性经济性指标评价方法 59 燃油经济性必要性国际法规要求 动力性经济性指标评价方法 60 燃油经济性必要性国际法规要求欧 美 日基本或已经完成2020乘用车燃料消耗量标准的制定 2025年及以后标准研究与制定启动或列入规划 美国在燃料消耗量标准方面推进力度明显加大 超过欧盟和日本 基于特定参数设定车型燃料消耗量目标值 并以企业作为考核对象是共同选择 各国都将新能源汽车重点考虑 但是否纳入核算范畴及如何核算并不一致 技术要求与配套政策措施通常稍后或一并出台 动力性经济性指标评价方法 61 燃油经济性评价方法 等速油耗等速行驶是汽车在公路上运行的一种基本工况 加上这种油耗容易测定 所以得到广泛采用 不过 由于汽车在实际行驶中经常出现加速 减速 制动和发动几怠速等多种工作情况 因此等速油耗往往偏低 与实际油耗有较大差别 特别对经常在城市中作短途行驶的汽车 差别就更大 动力性经济性指标评价方法 62 燃油经济性评价方法 循环工况油耗 国内法规要求根据GB18352 3 2005进行 规定在模拟城市和市郊的运转循环下 用碳平衡法计算出燃料消耗量 试验在专用的底盘测功机上进行 测出排气中以g km 克每千米 计的二氧化碳 一氧化碳及碳氢的排放量 用碳平衡法求得燃油消耗量 碳平衡法依据的基本原理是质量守恒定律 汽 柴 油经过发动机燃烧后 排气中碳质量的总和与燃烧前燃油中碳质量的总和应该相等 引自 汽车动力总成匹配与优化技术培训 动力性经济性指标评价方法 63 燃油经济性评价方法 循环工况油耗 国内法规要求车辆行驶速度规定如下 分为市区循环和市郊循环两部分 变速器档位的选取对燃油消耗有显著影响 MT变速器档位也有明确规定 动力性经济性指标评价方法 64 燃油经济性评价方法 循环工况油耗 FTP75 美国环境保护局整个运转循环分为三个部分 第一部分为冷启动阶段 耗时505s 第二部分为瞬态阶段 耗时864s 随后熄火浸车9 11min 再进行进行第三部分 热启动阶段 耗时505s 全程时长约为2474s 动力性经济性指标评价方法 动力性经济性指标评价方法 燃油经济性能评价方法商用车评价方法工信部规定 中重型商用车燃油消耗量检测方法以新车型上公告为限制措施 主要在底盘测功机上测试 工况以世界统一的重型商用车瞬态车辆循环WTVC为基础制定的C WTVC 可以采用质量法或碳平衡法测定燃油消耗量 66 燃油经济性评价方法 商用车评价方法交通部规定 营运客 货车燃料消耗量限值及测量方法08年公布 以营运准入为限制措施 与老国家标准类似 采用在试验场道路上测试等速油耗的方法 速度权重k如图 以车重分级设定了两阶段油耗限值 引自 汽车动力总成匹配与优化技术培训 动力性经济性指标评价方法 67 动力经济性指标汇总 动力经济性一级指标 VTS 动力性经济性指标评价方法 试验方法 70 动力性经济性试验方法 试验方法分类道路试验 包括 最高车速试验 0 100kph加速试验 超车加速试验 爬陡坡试验 等速燃油消耗量试验 滑行试验 台架试验 最好在环境风洞中进行 用底盘测功机构成汽车行驶状态模拟系统 在室内模拟各种道路试验工况 用测量仪器测定汽车的燃油消耗量 用迎面风模拟发动机冷却状况 用环境模拟系统保证试验环境 动力性经济性试验和分析方法 71 试验环境及设备介绍道路试验场 目前国内资源 动力性经济性试验和分析方法 动力性经济性试验方法 72 引自 汽车动力总成匹配与优化技术培训 试验环境及设备介绍道路试验环境要求封闭的试验场 试验场地应平整 纵向在0 1 以内 路面干燥 用沥青或混凝土铺装的道路上进行 加速试验需在直线长度不小于2km 宽度不小于8m的道路上进行 最高车速试验使用环形道路试验时应是无雨 无雾天气 气温0 40 C 相对湿度小于95 风速不大于3m s 动力性经济性试验和分析方法 动力性经济性试验方法 73 引自 汽车动力总成匹配与优化技术培训 试验环境及设备介绍爬坡试验坡道要求应有一系列不同坡度的坡道 坡道长度不小于25m 小于30 的坡道可用沥青铺装 大于30 的坡道应为水泥路面 动力性经济性试验和分析方法 动力性经济性试验方法 74 试验环境及设备介绍转鼓试验台 环境舱 环境舱可提供一个稳定标准的气候环境 用于标准化动力性经济性试验 以泛亚环境舱为例 其主要设备包括 底盘测功机 用于提供车速及道路载荷模拟 其结构如下图 预试验舱 用于浸车及静态试验 新风系统 将干燥处理后的空气送入主试验舱 主风机 送风及风速控制 动力性经济性试验和分析方法 动力性经济性试验方法 75 试验环境及设备介绍VBox测试系统 基本信息 VBox3i是英国Racelogic公司第三代GPS数据采集系统 采集频率100Hz 速度测量范围0 1600km h 操作温度范围 20 70 速度测量精度0 1km h 油耗仪的温度范围 20 80 可承受的最大压力5barVBox动力性经济性测试设备的主要配置 动力性经济性试验和分析方法 动力性经济性试验方法 76 动力性经济性试验和分析方法 动力性经济性试验方法 道路试验最高车速性能试验 GB T12544 2012 试验车辆准备 1 检测汽车各参数符合设计要求2 试验车辆半载状态 前后轴荷符合设计要求试验规程 1 选择中间200m为测量路段 2 选定充足的加速区间 在加速区间以最佳的加速状态行驶 3 使汽车以最高的稳定车速通过测量路段4 选择接近的两次 并取平均值 77 道路试验加速性能试验 试验车辆准备 1 试验前要效准试验仪器 试验前车辆的预热 60 80km h行驶10分钟 根据试验要求对车辆进行磨合2 在试验道路上 选取合适长度的路段 作为加速性能试验路段 在两端各放置标杆作为记号试验规程 1 关闭所有车门和车窗 将空调开关处于关状态2 分别测试各档的最低稳定车速 并记录该速度值3 汽车在变速器预定档位 以预定的车速作等速行驶 用车速仪监测初速度 但车速稳定后 1km h 驶入试验路段 迅速将油门踏板踩到底 当车速达到规定的值时 结束测试 4 用车速仪记录汽车的初速度和加速行驶的全过程 试验往返各进行三次 往返加速试验的路段应重回 若一次试验发生问题 则该往返试验均应重做 动力性经济性试验和分析方法 动力性经济性试验方法 78 道路试验等速油耗性能试验 试验车辆准备 1 试验车轮胎气压按照半载气压要求校正 只有空载 满载气压时按照空载气压校正 2 测试100米路段 用仪器进行测试 误差不超过0 5 3 正式开始试验前 以60 80km h的车速行驶10分钟试验规程 1 在足够长的试验路段上选取长度2000m做为测试路段 测试路段前后应留有足够的距离以供加速到测试车速 2 对于MT车需要做第3 4 5档 对于全自动或手自一体的车辆只做经济模式档位下的等速油耗 3 记录在通过测试路段时的速度 燃油消耗量 发动机转速 距离 4 同一车速往返各进行一次 车速误差始终控制在 1km h之内 修正公式为 动力性经济性试验和分析方法 动力性经济性试验方法 79 道路试验滑行试验 试验车辆准备 1 试验车辆为满载载荷状态 前后轴荷符合设计要求 2 试验前车辆和轮胎需要进行正常磨合3000km 3 正式开始试验前 以60 80km h的车速行驶10分钟 4 若80 最高车速 120km h 则试验初速度为120km h 反之试验初速度取最高车速的80 试验规程 1 在足够长的试验路段两端立上标杆作为滑行区段 进入滑行区间前车速需大于试验初速度 2 进入滑行区间前 驾驶员将变速器放入空档 AT车使用N档 3 当车速为120km h时进行记录 直至车辆完全停住 4 记录滑行初速度 应为120 0 3km h 滑行距离 滑行时间 5 试验至少往返各滑行6次 往返区段尽量重合 动力性经济性试验和分析方法 动力性经济性试验方法 80 道路试验滑行试验 数据分析及处理 每5km h取一点 如120km h 115km h 110km h一直到0km h 取与6组数据平均值误差小于5 的4组数据 计算其平均滑行时间 计算时间差 计算加速度 加速度 5km h 1000 3600 时间差计算阻力 试验质量 加速度 并绘制车速 阻力曲线 如上图所示相关公式及修正方法详见GB18352 3 2005 引自 汽车动力总成匹配与优化技术培训 动力性经济性试验和分析方法 动力性经济性试验方法 81 台架试验动力性试验 试验条件 温度 20 30 相对湿度 50 5 试验设备底盘测功机 环境风洞或者环境舱系统 司机助试验准备车辆准备 冷却液 燃油 机油 轮胎气压检查 磨合3000km且机械状况良好 实验室准备 驱动轮对中 试验车辆固定 连接排气管 开启环境舱系统 底盘测功机暖机 车辆负荷设置 若有车辆阻力修正曲线 则直接调用 如无 则将其滑行数据及满载质量输入控制计算机 用车辆在底盘测功机进行修正 完成后调用 再将底盘测功机设定到道路模拟状态然后调好司机助 暖车至水温油温超过80 动力性经济性试验和分析方法 动力性经济性试验方法 82 台架试验燃油消耗量试验 GBT19233 2008轻型汽车燃料消耗量试验方法 动力性经济性试验和分析方法 动力性经济性试验方法 分析方法 84 动力经济性分析方法 分析软件 动力性经济性试验和分析方法 测试工具 85 MT车型的分析介绍分析的意义实现动力传动系统优化匹配 预测汽车的动力性 燃油经济性 提高设计质量 缩短研制周期 减少开发成本 数据输入和建模取得仿真输入数据 如发动机特性数据 整车质量参数等 具体的仿真输入数据需求应根据所进行的任务选择 如发动机的输入选择 动力性经济性试验和分析方法 动力经济性分析方法 86 MT车型的分析介绍分析数据处理 发动机万有特性由发动机万有特性试验得到 仿真用数据由发动机转速 发动机输出扭矩 功率 平均有效压力 发动机燃油消耗表征量三部分组成 通常使用的是发动机转速 输出扭矩 燃油消耗量 动力性经济性试验和分析方法 动力经济性分析方法 87 MT车型的分析介绍分析数据处理 发动机万有特性软件在使用发动机万有特性数据时 根据输入数据插值得到所需点的数据进行计算 那么 输入数据的规律性 直接影响仿真分析结果的准确度 故需对实测发动机万有特性进行处理后 才能用于软件计算 发动机转速整理 万有特性试验时 发动机转速会有一定波动 数据处理需要将波动范围小于10rpm的发动机转速更改为同一转速 而对于转速差异较大的点 建议删除 如果试验数据存在较多转速差异大的点 建议重新进行发动机万有特性试验 动力性经济性试验和分析方法 动力经济性分析方法 88 MT车型的分析介绍分析数据处理 发动机万有特性异常点处理 对于由发动机转速 发动机扭矩 燃油消耗量组成的发动机万有特性数据而言 应满足以下规律 在同一转速下 燃油消耗量随发动机扭矩增大而增加 尤其是中低扭矩区域线性度较好 在同一扭矩 燃油消耗量会随发动机转速升高而增加 万有特性的等转速线应为一组互不相交的近似直线 但由于某些原因 测试数据会有异常点的出现 为保证软件进行油耗计算时不发生插值油耗异常 需要对发动机万有特性数据中的异常点进行处理 动力性经济性试验和分析方法 动力经济性分析方法 89 MT车型的分析介绍分析数据处理 发动机万有特性零点插值 根据发动机万有特性规律 发动机0Nm扭矩点对应的燃油消耗量应满足等转速扭矩 燃油消耗量线的线性规律 为避免软件在不同算法下的不同插值方法引起的插值点油耗差异 须对万有特性数据进行零点插值的处理 插值方法为小扭矩线性插值 插入0Nm点油耗值应满足随转速增大而增大的特性 对于个别不满足此规律的值 可手动修改为合适的大小 动力性经济性试验和分析方法 动力经济性分析方法 90 MT车型的分析介绍分析步骤1 获取输入数据 建立仿真分析模型根据车辆动力传动系统型式建立仿真模型 建模应保证能量 信号的正确传递 传输途径 注意各模块之间的连接端口 根据计算任务的特点选择适当的计算模式 如在GT Suite中的运动学模式和动力学模式 或是AVLCruise中准静态模式和仿真模式 如有相应试验结果 应对仿真模型进行标定 2 确定分析项目 计算车辆动力性 燃油经济性指标1 0 100kph加速时间 最高车速 60 100kph加速时间2 UDC 市区循环 EUDC 市郊循环 NEDC 综合循环 3 分析计算结果 编写分析报告 提出建议 动力性经济性试验和分析方法 动力经济性分析方法 91 AT车型的分析介绍液力变矩器简介 变矩比K 液力变矩器涡轮 输出 扭矩Tt与泵轮输入扭矩Tp的比值 动力性经济性试验和分析方法 动力经济性分析方法 92 AT车型的分析介绍AT工作原理 自动变速器的工作原理可以概括为 液力变矩器利用液体的流动的特点 把来自发动机的扭矩增大后传给其后的行星齿轮结构 同时 控制系统根据驾驶的需求 车速 油门踏板行程 来操纵行星齿轮系统 使系统获得不同的传动比和旋转方向 实现升档 降档 前进或后退 动力性经济性试验和分析方法 动力经济性分析方法 93 AT车型的分析介绍分析输入数据 发动机LoadSignalMap 表征发动机负荷率的油门踏板行程百分比 或节气门开度 是自动变速器控制信号之一 为了准确获取各种工况下油门踏板行程百分比 准确进行换档判断 描述发动机转速 输出扭矩 或BMEP 以及油门踏板行程百分比之间关系的Map数据是必需的 动力性经济性试验和分析方法 动力经济性分析方法 94 AT车型的分析介绍分析输入数据 发动机LoadSignalMap 该数据处理一般包括两个内容 一是使发动机节气门特性数据的中小扭矩区域基本满足线性规律 二是保证各转速下均有满油门点数据 动力性经济性试验和分析方法 动力经济性分析方法 95 AT车型的分析介绍分析输入数据 液力变矩器特性数据 液力变矩器特性通常用其无因次特性来表示 无因次特性给出了变矩比K 传动效率和能容系数随速比变化的规律此外 还需提供液力变矩器输入端 输出端的转动惯量以及其锁止离合器最大锁止扭矩 动力性经济性试验和分析方法 动力经济性分析方法 96 AT车型的分析介绍分析输入数据 自动变速器换档规律以及液力变矩器锁止规律 自动换档规律是自动变速的核心 关系到传动系统各总成整体潜力的挖掘与发挥 自动换挡规律是指两排档间自动换档时刻随控制参数变化的关系 一般变速器是按车速与油门踏板行程百分比两参数的变化控制换档 为了适应不同的工况 通常还提供了不同的换档规律供驾驶员选择 如经济性规律 动力性规律 上下坡规律以及冬季雪地规律等 另外 液力变矩器的锁止离合器也是有相应的参数控制 动力性经济性试验和分析方法 动力经济性分析方法 97 AT车型的分析介绍仿真模型要点 自动变速器车型仿真模型中 液力变矩器模块取代MT模型中的摩擦片式离合器 但行星齿轮系统仍然可以沿用MT模型中的变速器模块 另外还需增加对应自动变速器控制的换档控制模块 换档规律模块以及液力变矩器锁止模块 动力性经济性试验和分析方法 动力经济性分析方法 98 AT车型的分析介绍仿真模型要点 传动系形式需设定为 standardautomatic 在Cruise界面中 需将 Project 目录树下的 Vehicle 中的 DriveTrainModel 设定为 standardautomatic 需要注意的几个模块间的信号传递连接模块之间的信号传递联结需特别注意 否则模型不能计算或者得到错误的分析结果 这里列出需要特别注意的几个模块间的信号联结关系 动力性经济性试验和分析方法 动力经济性分析方法 100 各大公司对比 动力性经济性开发流程 整车开发流程 101 参考2 引自 汽车动力总成匹配与优化技术培训 动力性经济性开发流程 整车开发流程举例 102 流程图 动力性经济性 参考2 引自 汽车动力总成匹配与优化技术培训 动力性经济性开发流程 103 流程图 动力性经济性 参考2 动力性经济性开发流程 104 流程图 动力性经济性 参考1 动力性经济性开发流程 速比优化匹配方法 107 速比优化匹配方法 优化前提及过程概述进行速比优化分析之前 需对当前车型的动力性经济性水平进行评估 计算结果与性能目标差距 并据此判定是否需进行速比优化 速比优化流程如下图 首先确定速比的边界条件和整车需要达到的性能目标 然后以边界条件和性能目标为限制进行优化 可得到多组优化速比 若始终无法满足性能目标 则需重新界定边界条件或修正性能目标 之后通过评审确定一组合适的速比 由设计部门进行工程化分析 最后对设计部门的反馈的工程化速比进行验证分析 若提供的优化速比无法工程化或工程化速比无法满足目标 则需重新进行优化 动力性经济性性能优化 108 边界条件离合器选型 换档平顺性要求以及起步性能等均隐含有对传动系统参数的限制因素 即为速比优化的边界条件 离合器选型确定以后 根据离合器自身结构及性能参数 结合整车参数确定满足离合器最大滑磨功要求的一档最小总传动比a 为了避免整车起步尤其是爬坡时易熄火问题 需根据传动参数结合发动机怠速转速 确定一档最小总传动比b 取a b较大值 变速器各档档间比需处于合理的范围内以保证换档平顺性 为保证良好的NVH性能 需要保证最高档某固定车速对应的发动机转速处于合理范围 性能目标速比优化工作必须结合整车性能目标来进行 要求整车在优化速比下各项性能指标需达到或超过目标 如性能目标过高 可能无法得到一个优化速比同时满足所有限制因素 此时需根据项目具体情况讨论修改性能目标或边界条件 动力性经济性性能优化 速比优化匹配方法 109 速比优化过程 遵循原则根据最大爬坡度确定一档速比 根据3 4 5档超车加速性能分别确定3 4 5档速比 根据档间比同时结合1 3档速比确定2档速比 确定速比后续验证高档位下发动机低转速段的提速性能 若速比较小 四档的最高车速对应的发动机转速不是发动机断油保护转速 则需考虑匹配该速比在极限工况的性能表现 如高温开空调最高车速 动力性经济性性能优化 速比优化匹配方法 110 速比优化过程 软件优化指利用数值优化平台iSIGHT与性能仿真软件Cruise耦合 在设定的边界条件下 iSIGHT根据选择算法的规则 自动确定各档速比 同时自动计算并记录各速比下的性能指标 iSIGHT是一个多学科集成优化设计平台 可以将数字技术 推理技术和设计探索技术有效融合 并将大量的需要人工完成的工作由软件实现自动化处理 利用iSIGHT进行速比优化主要用到的命令处于常用命令菜单栏左边部分 各命令的图标如下 动力性经济性性能优化 速比优化匹配方法 111 速比优化过程 软件优化 iSIGHT与Cruise耦合建模步骤第一步 点击iSIGHT主界面 Edit 下拉菜单或快捷菜单里单击过程集成命令 调出过程集成窗口 进行iSIGHT与Cruise耦合过程集成建模 注意 在进行耦合集成建模前 Cruise模型必须运行一次以生成可用的输入 解算及输出文件 动力性经济性性能优化 速比优化匹配方法 112 速比优化过程 软件优化 iSIGHT与Cruise耦合建模步骤第二步 在耦合集成建模完成后退出过程集成窗口 iSIGHT主界面的 Edit 下拉菜单或快捷菜单里单击 Parameters 命令 调出参数管理器进行设计目标及边界条件设定 动力性经济性性能优化 速比优化匹配方法 113 速比优化过程 软件优化 iSIGHT与Cruise耦合建模步骤第三步 在iSIGHT主界面 Edit 下拉菜单或快捷菜单里单击 TaskPlan 命令 调出任务设置窗口选择仿真类型和解算算法 并定义仿真步长 动力性经济性性能优化 速比优化匹配方法 114 速比优化过程 软件优化 iSIGHT与Cruise耦合建模步骤第四步 在iSIGHT主界面 Edit 下拉菜单或快捷菜单里单击 Database 命令 调出数据库窗口进行优化结果文件设置 动力性经济性性能优化 速比优化匹配方法 115 速比优化过程 软件优化 iSIGHT与Cruise耦合建模步骤第五步 在iSIGHT主界面 Edit 下拉菜单或快捷菜单里单击 Monitor 命令 调出监视器窗口 进行必要设置后 监视每一步仿真各优化参数及计算结果的具体值 第六步 在iSIGHT主界面 Edit 下拉菜单或快捷菜单里单击 Execute 命令 运行仿真 动力性经济性性能优化 速比优化匹配方法 116 速比优化过程 软件优化 iSIGHT优化结果后处理将iSIGHT计算结果 db文件用记事本打开 导入EXCEL表处理 通常可将动力性和经济性指标值绘制成二维数据图 然后借助该图选取几组优化速比 动力性经济性性能优化 速比优化匹配方法 117 优化速比确定速比工程化将前一步得到的多组速比及每组速比下的整车性能汇总整理出分析报告 确定一到两种速比提供给变速器开发部门进行工程化分析 优化速比最终确定通常变速器开发部门反馈的工程化速比与之前确定的优化速比存在一定的差异 需验算工程化速比下的整车动力经济性 验算工程化速比下的整车性能时 除速比优化阶段考量的整车动力经济性各项指标外 还需考察其倒档爬坡性能 各档坡道起步性能 若工程化速比下的整车性能满足性能目标要求 则确定该工程化速比为最终的优化速比 若工程化速比下的整车性能不满足性能目标要求 则需调整性能目标或重新进行速比优化 动力性经济性性能优化 速比优化匹配方法 换挡规律优化方法 119 换挡规律优化方法 作用基于车辆基本性能参数 以及结合驾驶性 动力性及燃油经济性等综合考虑设置的换挡策略 快速高效计算换挡规律 生成的换挡规律输出到TCU用于车辆标定 动力性经济性性能优化 120 换挡规律优化方法 软件优化 AVLCruise GSPGeneration基于车辆基本性能参数 以及结合驾驶性 动力性及燃油经济性等综合考虑设置的换挡策略 快速高效计算换挡规律 生成的换挡规律输出到TCU用于车辆标定 软件优化 AVLCruise GSPOptimization基于给定的循环工况计算最优档位 优化中可以选择考虑燃油消耗和排放限值的平衡 对于AT 考虑液力变矩器的锁止状态 具体操作方法 动力性经济性性能优化 传动系新技术及发展趋势 122 传动系新技术及发展趋势 多档化速比级差小 不管是否在经济区域 换档时发动机功率降低幅度小 整体负荷率高 而负荷率在80 90 的较高范围内发动机的燃油消耗率是最低的 各档之间的传动比间隔减小 增加了发动机在经济区工作的可能性 可降低燃料消耗量 动力性经济性性能优化 123 传动系新技术及发展趋势 无级变速 CVT 假设MT变速器的一档和最高档速比分别与一个CVT的最大速比和最小速比相等 那么这两个变速器装在同一辆车上的功率平衡图如下图所示 因CVT的速比变化是连续 无级的 所以发动机的功率不用降低 动力没有中断 CVT变速器车辆的功率曲线在两个极限之间有无数种可能 整个阴影区域 是一个面 而不是几条线 这为汽车拥有最佳的动力性和经济性创造了条件 即可选择发动机一直在动力性最好的状态工作 也可一直在经济性最好区域工作 动力性经济性性能优化 124 传动系新技术及发展趋势 全球中国 动力性经济性性能优化 125 引自 整车降油耗技术和性能开发 性价比AMT和DCT的燃油经济性最好 用户接受程度比较小型车更适合AMT CVT及DCT不太适合SUV 动力性经济性性能优化 传动系新技术及发展趋势 进排气系统优化 127 进排气系统优化 引自 整车降油耗技术和性能开发 重要性发动机台架与整车状态的差异万有特性是考核发动机经济性的重要指标 但是发动机台架试验时的进排气系统往往与整车状态不一致 导致根据万有特性分析的动力性经济性能与实车试验存在差异 为保证整车性能 必须对进排气系统性能进行管控 某车型开发中 由于发动机台架试验和整车状态采用了不同的消声器 背压相差20kpa 导致综合油耗差异达3 进排气相关二级指标 动力性经济性性能优化 128 进排气系统优化 引自 整车降油耗技术和性能开发 进气阻力的影响最大功率下空滤器入口到进气歧管稳压腔阻力范围 动力性经济性性能优化 129 引自 整车降油耗技术和性能开发 进气温度影响及优化控制进气环境对发动机性能影响 修正公式 一般来说 进气温度升高10度 发动机扭矩下降3 常温下 100 相对湿度对发动机扭矩影响3 7 动力性经济性性能优化 进排气系统优化 130 引自 整车降油耗技术和性能开发 进气温度影响及优化控制进气环境对动力经济性的影响 进气温度每升高20度 0 100km h加速时间增加近1s 当进气温度影响到发动机爆震可能时 点火角会推迟 导致发动机性能进一步下降 动力性经济性性能优化 进排气系统优化 131 引自 整车降油耗技术和性能开发 进气温度影响及优化控制优化方法 改进进气口位置降低进气温度 动力性经济性性能优化 进排气系统优化 132 引自 整车降油耗技术和性能开发 进气温度影响及优化控制优化方法 改进进气口位置降低进气温度 动力性经济性性能优化 进排气系统优化 133 引自 整车降油耗技术和性能开发 进气温度影响及优化控制优化方法 优化进气口附近结构降低进气温度 喇叭 动力性经济性性能优化 进排气系统优化 134 引自 整车降油耗技术和性能开发 进气温度影响及优化控制优化方法 优化空滤器表面温度降低节气门附近进气温度 动力性经济性性能优化 进排气系统优化 135 引自 整车降油耗技术和性能开发 排气背压的优化控制排气系统介绍 排气系统分为冷端和热端 一般冷端的消声器对背压影响最大 动力性经济性性能优化 进排气系统优化 136 引自 整车降油耗技术和性能开发 排气背压的优化控制排气背压的判断依据 设定目标工况为最大功率点 动力性经济性性能优化 进排气系统优化 137 引自 整车降油耗技术和性能开发 排气背压的优化控制 消声器优化案例优化前方案 气体在消声器内的流动情况如箭头所示 气体从输入管进入 由于腔体3内填充的是消声材料 气体几乎不流通 因此 气体只能从穿孔流出 进入腔体2 腔体2的气体经过穿孔管上的穿孔进入穿孔管 从穿孔管流出的气体 进入腔体1 再流入输出管 背压分析边界条件 分析发动机全符合的工况 取空气流量287kg h 出口为大气压 消声器壁面温度为500 C 气体可压缩 背压分析结果 消声器内总的压力损失为35 9kpa 消声器在各个腔体内的压力变化微弱 但是在第1个腔体和第2个腔体之间的压力变化巨大 这主要是因为气体流经穿孔的径向流动所造成的 动力性经济性性能优化 进排气系统优化 138 引自 整车降油耗技术和性能开发 排气背压的优化控制 消声器优化案例优化方案 针对产生压力损失的主要部位 在保证NVH性能的前提下 对结构进行优化 采用直流型结构 在各管道直径不变的情况下 避免气体从穿孔中流过 最终优化方案见下图 优化方案 使用相同的边界条件 对优化方案进行分析 总压力损失为17 2kpa 远小于原方案 比较压力分布 发现优化后的后消模型由于减少了气体流经穿孔的过程 因此 压力损失主要集中在从腔体流入各个管道的过程中 两处的压力损失分别为8kpa左右 经过试验测试 优化方案的NVH性能在怠速状态下稍好于 原始方案 其余状态相当 动力性经济性性能优化 进排气系统优化 冷却系统优化 140 冷却系统优化 引自 整车降油耗技术和性能开发 发动机能量流分布水温对比油耗的影响 动力性经济性性能优化 141 引自 整车降油耗技术和性能开发 发动机能量流分布分析模型 气体交换模型中燃烧室及气道壁面温度由机体结构模型获得 与此同时 气体交换模型向机体结构模型输出壁面热流量 数据交换通过软件AVL Cruise进行 如下图所示 动力性经济性性能优化 冷却系统优化 142 引自 整车降油耗技术和性能开发 发动机能量流分布全负荷下能量流分布与水温的关系 转速3500rpm 冷却水温度分别控制在90 C 110 C