AVL_CRUISE软件在汽车仿真教学中的应用研究

陆昌年

摘 要：AVL_CRUISE软件可以仿真汽车的动力性能、燃油经济性和排放性能等。因此在汽车的专业课程教学过程中有着重要的应用。文章主要从AVL_CRUISE软件建模、AVL_CRUISE软件分析计算和仿真教学设计等方面进行阐述。

关键词：仿真教学;建模;汽车教学设计

中图分类号：G712  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）23-196-03

Research on the Application of AVL_CRUISE Software in Automobile

Simulation Teaching*

Lu Changnian

（ School of Automotive Engineering， Anhui Vocational and Technical College， Anhui Hefei 230011 ）

Abstract： AVL_CRUISE software can simulate the power performance， fuel economy and emission performance of automobiles. Therefore， it has an important application in the teaching process of automobile professional courses. This paper mainly elaborates on AVL_CRUISE software modeling， AVL_CRUISE software analysis calculation and simulation teaching design.

Keywords： Simulation teaching; Modeling; Automobile Teaching Design

CLC NO.： G712  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2019）23-196-03

1 AVL_CRUISE软件概述

AVL_CRUISE软件是奥地利AVL公司开发的一款软件，可以仿真模拟汽车的动力性能、燃油经济性和排放性能等。该软件的模块化建模方法，可以使我们快速的构建不同类型车型的计算模型。其完善的求解器可以提高仿真计算的速度，方便而快捷。AVL_CRUISE软件的一个典型应用是对汽车整车和发动机的仿真，它可以仿真计算汽车的等速油耗、循环工况油耗、汽车爬坡度、汽车各档最大加速度、最高车速和0-100km/h加速时间等。

2 仿真教学的意义

仿真教学是一种全新的教学方法，它可以将理论知识与实践操作有机的结合起来。让学生亲身感受仿真环境，可以充分激发学生的思考和创新意识等，对提高学生的学习效率有很大的帮助。仿真教学方法是将来智慧课堂教学的基础。仿真软件经过多年的发展与完善，可以快速和方便的构建各种仿真分析模型，模拟计算各种实际性能。仿真教学软件具有强大的人机交互性能，学生可以根据自己的想法，动手设置各种物理参数，然后仿真计算得到想要的分析结果，这在传统的实训或实验环境中往往是做不到的。

3 AVL_CRUISE软件建模

AVL_CRUISE軟件可以通过模块化的建模方法，快速搭建一个汽车仿真分析模型，建模时常用通过用到以下模块。

3.1 整车模块（vehicle）

在整车模块中主要设置一些整车参数，如油箱容积（Gas Tank Volume）、整车轴距（Wheel Base）、整车整备质量（Curb Weight）、整车满载质量（Gross Weight）和整车滑行阻力（Total Driving Resistance）等。在轿车中，满载质量等于整车整备质量加上375千克，计算依据是满载时按五个人计算，每个人的体重按68千克计算，每个人的行李按照7千克计算，所以五个人的体重和行李总计为375千克。整车滑行阻力需要在滑行试验中实测，滑行阻力分为经济性滑行阻力和动力性滑行阻力，动力性滑行阻力是车辆满载滑行时测得的，经济性滑行阻力是半载时测得的。

3.2 发动机模块（Engine）

在发动机模块中，需要设置发动机燃油类型（Engine Type）、发动机排量（Engine Displacement）、汽缸数（Number of Cylinders）、冲程数（Number of Strokes）、怠速转速（Idle Speed）、最大转速（Maximum Speed）、怠速油耗（Idle Consumption）、发动机外特性（Full Load Characteristic）和发动机万有特性（Fuel Consumption Map）。发动机外特性是指发动机在节气门全开时，测出的发动机有效功率随发动机转速的变化特性，或者是发动机扭矩随发动机转速的变化特性。发动机万有特性是一种多参数特性，表示的是三个参数之间的关系。一般表示发动机转速、发动机扭矩和燃油消耗率之间的关系。

3.3 变速箱模块（Gear Box）

在变速箱模块中，需要设置变速箱各档位传动比（Gear Ratio）和各档位传动效率（Efficiency）等参数。变速箱各档位的传动比是指在某个档位时，变速箱输入轴与输出轴的转速之比。当然转速很难测定，我们在计算传动比时都是用齿轮的齿数比计算。一般变速箱的一个档位由两对或三对齿轮构成，每对齿轮的传动比为从动齿轮的齿数除以主动齿轮的齿数，然后每对齿轮的传动比乘积即为该档位的传动比。变速箱内部的传动方式有齿轮传动、液力传动、钢带传动和电磁传动等等，每种方式的传动效率均不一样，需要试验测定。

3.4 其他模块

在建模过程中，很会用到很多其他模块，比如车轮模块（wheel）、离合器模块（Clutch）、刹车模块（Brake）、单极主减速器（Single Ration Transmission）、和差速器（Diff -erential）等，在这些模块中需要设置的参数较少，也相对容易。

4 AVL_CRUISE软件分析计算

建模完成后，就可以进行分析计算了，计算完成后我们通常可以得到以下动力性和经济性计算结果。

4.1 动力性计算结果

计算出的动力性分析结果中，主要有各档位最大爬坡度、各档位最高车速和各档位最大加速度等。最大爬坡度是在汽车满载时测定，表达了汽车的爬坡能力，爬坡度一般用坡度的垂直距离除以坡度水平距离的百分比表示，汽车一档的最大爬坡度一般达到30%即为合格。最高车速也反映了汽车的动力性强弱，最高车速一般出现在最高档位或者次高档位上。汽车的加速性能一般可以用0-100km/h加速时间、4档30-100km/h加速时间、4档80-120km/h加速时间和5档80-120km/h加速时间等参数来表达。

4.2 经济性计算结果

在经济性计算结果中，主要有各档位的等速油耗和循环工况油耗。等速工况油耗值相对较低，在不同档位不同车速的等速油耗中，档位越高车速越低则等速油耗越低，当然每个档位有个最低稳定车速，低于此车速时汽车无法正常行驶。循环工况油耗包括城区循环工况油耗、郊区循环工况油耗和综合循环工况油耗。城区循环工况油耗最高，郊区循环工况油耗最低。

5 仿真教学设计

在用AVL_CRUISE软件进行仿真教学时，我们可以设计以下教学环节以提升教学效果。

5.1 课前自主预习

在课前学生要重点预习整车模块、发动机模块和变速箱等模块的参数含义，要知道每个参数所表达的意思。另外对整车的动力性和经济性也要能够理解。学生在学习过程的疑问可以相互讨论，讨论无法解决的问题，教师在课堂开始前进行统一讲解。

5.2 教师课堂操作演示

教师首先要操作演示一遍建模过程、求解计算和计算结果的查看。教师的操作过程需要用多媒体一体机进行投屏，让学生观看更清楚。在学生疑问较多的地方，教师要反复操作演示，直到学生理解。

5.3 學生分组上机练习

学生观看完教师的操作演示后，开始分组上机练习。可以4-6名同学为一组，小组内可以相互讨论，在建模环节设置的参数较多，而且该软件的界面为英文界面。所以小组内讨论解决不了的问题，就举手提问。

5.4 教师点评

学生练习结束后，教师要及时进行点评，重点点评学生分组练习过程中遇到的问题，对普遍存在的问题，教师要从理论到操作步骤逐一进行讲解。教师点评结束后，要给出每组学生的成绩，作为该课程考核的过程考核成绩。

5.5 课后提升

学生分组练习结束后，肯定很会有一部分同学没有完全理解，对这部分同学要进行课后提升，将这部分同学编成1-2组，在课后让其去实训室自主进行练习，直至完全掌握为止。

6 小结

在汽车专业课程的教学过程中，经常会用软件去替代真实的实训教学，在这部分仿真实训教学中，教师要掌握软件操作并合理设计教学环节，从而达到仿真教学的预期目的。

参考文献

[1] 周红妮，王保华，冯 樱.计算机仿真技术在汽车理论教学中的应用. 中国现代教育装备， 2015（9）：80-83.

[2] 张翔.汽车仿真软件CRUISE的分析与应用.汽车电器，2016（7）： 5-7.

[3] 杜峰，关志伟，刘春辉.软件仿真技术在汽车理论教学中的应用实践.天津职业技术师范大学学报， 2015（6）：58-62.

[4] 刘猛，祖炳锋，徐玉梁，王振，秦宪涛.基于Cruise的微卡发动机匹配分析.汽车实用技术， 2019（13）：67-70.