基于Cruise軟件C-WTVC循環(huán)油耗計(jì)算

高 軍

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

引言

隨車國家改革的進(jìn)一步推進(jìn)，越來越多的軍用車輛采用競標(biāo)的方式確定生產(chǎn)廠家，這樣大大的促進(jìn)了軍用車輛技術(shù)的進(jìn)步，同時讓更多更好的產(chǎn)品投入部隊(duì)使用。

在軍選民用車輛中，標(biāo)書一般要求在公告車型中直接選取，所以在整車設(shè)計(jì)時不但要考慮車輛的動力性，經(jīng)濟(jì)性方面也必須滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。招標(biāo)車輛的品種往往不止一種，對于企業(yè)來講，新的提高了動力性的底盤配置，經(jīng)濟(jì)性方面能否達(dá)到國家的要求，具有一定的風(fēng)險(xiǎn)。所以有必要在樣車裝配之前，對車輛動力性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行計(jì)算，為設(shè)計(jì)提供參考，減少不必要的損失。

本文采用Cruise軟件按照《GB/T 27840-2011 重型商用車輛燃油消耗測量方法》中的參數(shù)設(shè)定，對已有車型進(jìn)行對標(biāo)后，調(diào)整參數(shù)，對競標(biāo)車輛的動力性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行計(jì)算，為設(shè)計(jì)提供參考。

1 整車參數(shù)及性能指標(biāo)

車型配置

對比車型及計(jì)算車型的參數(shù)見表1。

2 Cruise軟件參數(shù)的設(shè)定

設(shè)定參數(shù)時遵循凡GB/T 27840-2011有推薦的，按標(biāo)準(zhǔn)推薦的參數(shù)設(shè)定，其他參數(shù)按車輛實(shí)際設(shè)置。

a）空氣阻力系數(shù)按貨車取0.8。

b）迎風(fēng)面積按車高減去離地間隙（取 300mm）乘以車寬計(jì)算得出。

c）輪胎滾動半徑r=F×d/2π計(jì)算得出，F(xiàn)根據(jù)多用途貨車寬底子午線輪胎取3.00，d為輪胎設(shè)計(jì)總直徑。

d）滾動阻力系數(shù)根據(jù)總質(zhì)量大于14000kg，子午線輪胎，按f=0.0041+0.0000256v公式計(jì)算不同車速下的阻力系數(shù)（見表 2）。

e）換擋策略

采用二檔起步。

根據(jù)公式（1）計(jì)算總阻力。

表1

表2

式中：

R——總行駛阻力，單位為牛頓（N）；

Ff——滾動阻力，單位為牛頓（N）；

Fi——坡道阻力，取零；

Fw——空氣阻力，單位為牛頓（N）；

M——最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量，單位為千克（kg）；

V——車速，單位為千米每小時（km/h）；

t——時刻，單位為秒（s）；

im——變速器傳動比。

根據(jù)公式（2）（3）計(jì)算發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩。

（1）當(dāng)阻力R大于0時：

（2）當(dāng)阻力R小于0時：

式中：

Te(t)——發(fā)動機(jī)扭矩，檔位為牛頓米（N·m）；

r——輪胎滾動半徑，單位為米（m）；

im——變速器傳動比；

if——主減速器速比；

ηm——變速器傳動效率；

ηf——主減速器傳動效率；

二檔換三檔時，繪制不同轉(zhuǎn)速扭矩富裕率達(dá)到 1.7時的曲線，在發(fā)動機(jī)Map圖上選擇油耗的最低點(diǎn)作為換擋時的轉(zhuǎn)速，根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和檔位計(jì)算出車速。

三檔換四檔時，繪制不同轉(zhuǎn)速扭矩富裕率達(dá)到 1.4時的曲線，在發(fā)動機(jī)Map圖上選擇油耗的最低點(diǎn)作為換擋時的轉(zhuǎn)速，根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和檔位計(jì)算出車速。

四檔以上以最大扭矩點(diǎn)作為換擋點(diǎn)。

3 Cruise工作任務(wù)的設(shè)置

按照以上設(shè)置好參數(shù)，在Cruise中分別按C-WTVC完整循環(huán)（圖1），市區(qū)部分，公路部分，建立Cycle run計(jì)算模型。按照表3重型商用車C-WTVC循環(huán)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征中的里程分配來按公式（4）計(jì)算出高速循環(huán)的燃油消耗率。

FC綜合=FC市區(qū)×D市區(qū)+FC公路×D公路+FC高速×D高速（4）

式中：

FC綜合——一個完整的 C-WTVC循環(huán)的綜合燃料消耗量，單位為升每100千米（L/100km）；

FC市區(qū)——市區(qū)部分平均燃料消耗量，單位為升每 100千米（L/100km）；

FC公路——公路部分平均燃料消耗量，單位為升每 100千米（L/100km）；

FC高速——高速部分平均燃料消耗量，單位為升每千米（L/100km）；

D市區(qū)——市區(qū)里程分配比例系數(shù)（簡稱市區(qū)比例），%；

D公路——公路里程分配比例系數(shù)（簡稱公路比例），%；

D高速——高速里程分配比例系數(shù)（簡稱高速比例），%；

圖1 完整C-WTVC循環(huán)

表3

這樣做是因?yàn)樵谑袇^(qū)循環(huán)部分與公路循環(huán)部分車輛是從靜止?fàn)顟B(tài)開始逐漸的掛檔起步，符合模擬計(jì)算的設(shè)定。模擬計(jì)算車速與C-WTVC循環(huán)車速吻合（見圖2）。圖中藍(lán)色線為車輛實(shí)際車速線（Current_Velocity），紅色線（Velocity）為C-WTVC循環(huán)車速線，另外兩條紅色線（min._Velocity）和（max._Velocity）分別是在紅色線（Velocity）的基礎(chǔ)上車速降低3km/h和增加3km/h的車速范圍線。從圖中可以看出車輛實(shí)際車速與循環(huán)要求車速接近，符合國標(biāo)要求。然而，在對高速循環(huán)部分進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算時，發(fā)現(xiàn)與國標(biāo)要求的車速存在不符合的情況（見圖3）。圖中藍(lán)色線為車輛實(shí)際車速線（Current_Velocity），兩條紅色線（min._Velocity）和（max._Velocity）分別是在基準(zhǔn)車速的基礎(chǔ)上降低3km/h和增加3km/小時的車速范圍線，藍(lán)色線為車輛實(shí)際車速線（Current_Velocity）。從圖3中可以看出，在7秒鐘到15.5秒鐘的時間內(nèi)實(shí)際車輛的車速是在要求車速±3km/h的范圍值外的。根據(jù)按GB/T 27840-2011第5.5.1的要求：“試驗(yàn)過程中，車輛實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)盡量與C-WTVC循環(huán)一致，其速度偏差不應(yīng)超過±3km/h，每次超過速度偏差的時間不應(yīng)超過 2s，累計(jì)不應(yīng)超過10s”，所以，這個計(jì)算的過程是無效的。另外，從Cruise輸出的數(shù)據(jù)表中（見表 3）可以看出，開始時車輛進(jìn)行空擋滑行，第7秒鐘時掛2檔，此時車輛加速度-10m/s^2，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速10098r/min，顯然不符合事實(shí)，所以直接采用高速循環(huán)的方法不可用，應(yīng)對高速循環(huán)部分的換擋策略進(jìn)行單獨(dú)設(shè)定。通過公式（4）計(jì)算出高速部分，可以避免計(jì)算誤差。

表4

將C-WTVC完整循環(huán)，市區(qū)部分，公路部分模擬計(jì)算結(jié)果按照里程分配市區(qū)27.94%、公路27.73、高速44.33%的比例帶入（4）式，求出高速部分油耗。

圖2

圖3

4 結(jié)果

按照貨車總質(zhì)量大于25000kg,市區(qū)里程分配10%，公路里程分配 30%，高速里程分配 60%的比例按（4）式算出綜合油耗（表4）。

表5

5 結(jié)論

1）對于國標(biāo)GB/T 27840-2011中的部分參數(shù)設(shè)置并不是車輛實(shí)際參數(shù)，比如風(fēng)阻系數(shù)，迎風(fēng)面積等，實(shí)際車輛的風(fēng)阻系數(shù)要優(yōu)于GB/T 27840-2011中的參數(shù)。

2）影響油耗的因素太多，不同的駕駛室員有不同的駕駛習(xí)慣，同時在轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺上換擋時是電腦提示人工手動操作換擋，所以與軟件的計(jì)算不能完全的符合。

3）模擬計(jì)算采用濰柴新開發(fā)的WP10H系列發(fā)動機(jī)，在經(jīng)濟(jì)性方面表現(xiàn)突出，從模擬計(jì)算的結(jié)果就可以看出來。

4）雖然模擬計(jì)算并不能完全與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合，但是能有效的表現(xiàn)油耗的趨勢，對于新設(shè)計(jì)車型具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1] AVL Cruise User's Guide[G].李斯特技術(shù)中心（上海）,2011.

[2] GB/T 27840-2011 重型商用車輛燃料消耗量測量方法[S].北京∶中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2012.

[3] 余志生.汽車?yán)碚摚ǖ谖灏妫M].北京∶機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[4] 黃仕陽,張金一.AVL-Cruise仿真在客車油耗分析中的應(yīng)用[J]客車技術(shù)與研究,2013,（6）∶27-29.

[5] 載貨汽車重型商用車燃料消耗量（底盤測功機(jī)法）檢驗(yàn)報(bào)告∶國家機(jī)動車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（重慶）[R].

[6] 王偉,廖林清,柯晶晶等.基于發(fā)動機(jī)特性曲面的換擋策略研究[J]機(jī)械設(shè)計(jì),2013,（10）∶46-49.