基于Cruise的實測行駛工況的油耗分析

摘要：汽車行駛工況反映某一車型車速時間歷程，在仿真計算進行各種臺架試驗和道路試驗代表時被廣泛使用。AVL Cruise能按照指定的程序模擬各種行駛工況，包括瞬變的非穩定工況，因而能預測汽車在各種工況下的動力性和燃油經濟性。但目前Cruise自帶的工況與我國城市的實際道路運行狀況存在較大差別，因此所測量的燃油經濟性與實際情況有較大出入。對合肥市本地行駛工況數據進行采集、合成，并將其導入Cruise中，形成了基于Cruise的合肥市行駛工況數據庫。同時在此基礎上進行燃油經濟性對比仿真，為后續傳動系優化設計打下基礎。

關鍵詞：Cruise；實測行駛工況；油耗分析

中圖分類號：U462 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2550（2011）04-0045-04

Fuel Consumption of Measured Driving Conditions Based on Cruise

MAO Wen-juan1，SHI Qin2，LI Ling-ling1

（1.School of Mechanical and Automotive Engineering，Hefei 230009，China；

2.School of Transportation Engineering，Hefei 230009，China）

Abstract:Automobile driving conditions reflect the relationship between speed and time， which is widely used in the simulation of bench test and road test.AVL Cruise can simulate a variety of driving conditions in accordance with the specified procedures， including transient non-stable condition， which can predict the vehicle power and fuel economy under various conditions.However， there is a big difference between the current condition and the actual path operating conditions.So the measured fuel economy has some discrepancy with the actual situation.Firstly，the local data of driving conditions in Hefei was collected.And then was syntheticed，and imported them into Cruise.At last，Hefei-based Cruise driving conditions database was formated.Contrastive simulation of fuel economy was made，which makes a basis for follow-up optimal design of transmission.

Key words:cruise；measured driving conditions；fuel consumption

汽車行駛工況是在針對某一類型車輛（如轎車、輕型車、重型車等）在特定環境（如城區、郊區）駕駛方式的車速—時間歷程。汽車行駛工況在仿真計算進行各種臺架試驗和道路試驗代表時被廣泛使用，其可以作為汽車性能評價的依據［1］。

不同國家或地區由于道路交通和車輛狀況的不同，具有不同的行駛工況。美國、歐洲、日本是汽車排放法規非常完善的國家（地區），它們的行駛工況也較為成熟。如美國的FTP75、歐盟ECE15、日本的10－15工況。我國迄今為止還沒有普遍接受的標準行駛工況，現在使用的測試循環是ECE15工況［1］。該工況與我國具體城市的實際道路汽車運行狀況存在著較大差別，因此在該工況下測量的燃油經濟性與實際工況有較大出入。如同一款車根據ECE15工況測量的結果為6.0 L/100 km，但在合肥市區的實測結果為7.2 L/100 km，其差異則來自于工況的不同。因此，建立本城市或地區的行駛工況，對獲取更準確的排放污染數據和制定出更科學的控制對策有著重要的意義。

此外，在進行汽車傳動系統的最優匹配時，傳統的方法是根據汽車的幾個極限工況要求，如最高車速、最大爬坡度等來選取發動機和進行參數匹配［2］。但汽車實際運行時，很少處于極限工況，按傳統方法選取的發動機不一定能保證與汽車常用行駛工況進行合理的匹配。因此，在進行動力匹配時有必要對汽車常用行駛工況進行研究。

AVL Cruise的一個典型應用是對車輛傳動系統和發動機的開發，它可以計算并優化車輛的燃油經濟性、排放性、動力性（原地起步加速能力、超車加速能力）、變速箱速比、制動性能等，其模塊化的建模理念使得用戶可以便捷的搭建不同布置結構的車輛模型。Cruise自帶的行駛工況共有50多種，其中包括手動擋和自動擋。

1合肥市行駛工況開發

對城市汽車行駛工況的開發，大致經過如下5個步驟［1］：調研、試驗準備、數據采集、數據分析和工況合成。

1.1 調研

行駛工況要能真實反映城市的交通特性，必定受城市的地域分布、交通條件、道路等級、交通強度等的影響［3］。所選道路必須能綜合反映該城市道路的整體交通情況。因此首先要對該城市交通特征進行調研，制定出試驗方案以確定試驗線路、試驗時間等測試對象。

1.2 試驗準備

試驗方案確定之后，主要進行試驗設備的安裝和測試。本實驗主要的試驗設備有：測試車輛、AM-2600S機動車道路實驗數據處理系統和AM-400電噴式汽油機流量傳感器組成。首先選擇一條代表性道路進行初步測試階段，測試儀器有無信號、信號正常與否、信號的穩定性、設備安裝的牢固性等等。再進行上路初步測試并采集數據，隨之檢驗所采集的數據是否正確，若正確則進行下一階段的工作；若不正確，則進行調整和修改，直到完全正確為止［1］。

1.3 數據采集

用安裝在試驗車輛上的車載數據采集系統進行實車數據采集，采集的數據是構建車輛行駛工況所需要的原始數據。試驗數據主要包括車速、行駛時間、燃油消耗量等數據，儀器采樣頻率為1 Hz /s。

1.4 數據分析和工況合成

試驗所測的數據表現為速度—時間的函數關系。實際運行中則是由無數的加速、減速、勻速和怠速的運動狀態組成。在構建行駛工況時，為準確表現完整的車輛運動過程，我們將其定義為一個怠速開始到另一個怠速開始的運動片段，組成包括平均速度、最小速度、最大速度、平均加速度、最小加速度及最大加速度［4］。于是整個行程被劃分為很多這樣的片段，稱為運動學片段。將這些片段和特定的交通狀況聯系起來，并按照其大小進行合理的分類，運用統計理論就可以構造合理的代表工況。圖1為合成的合肥市代表工況。

2 Cruise實測行駛工況的二次開發

在Excel行駛工況構建完成的基礎之上，可以在Cruise中構建合肥市典型的行駛工況。打開Cruise可以發現所選工況位于Project Data/Project/Task Folder/Cycle Run/Profile中，則到后臺安裝檔Profiles中找到相關檔，其中的每個工況與前臺對應。

2.1 建立合肥市典型工況的特征數據庫

任意打開一個行駛工況，可以在其Table editor中找到其特征數據庫，即特征數據。圖2為合肥市典型工況特征數據庫。

在后臺Profiles檔中新建hefei.pro檔，編寫相應的程序代碼，最為關鍵的是合肥市典型工況數據庫的輸入。根據TXT中內容可知，每一列對應的為：時間、車速、擋位、換擋時間、啟動信號、允許最小速度和最大速度等。根據上文由試驗得出的合肥市典型工況的數據，依次將這些數據輸入并存檔，在Cruise中合成的合肥市典型工況見圖3。

3 工況對比燃油經濟性仿真

用奇瑞A1進行hefei和NEDC兩個工況的對比仿真，驗證工況的準確性，為后續根據合肥市工況對汽車設計傳動系優化提供依據。奇瑞整車性能參數見表1。

仿真的結果為：hefei工況下百公里油耗為5.64 L/km；NEDC工況下百公里油耗為5.97 L/km。分析同一輛車不同工況下產生不同結果的原因，就是不同工況下對應的不同車速和加、減速分布。在汽車使用條件的反映則是由于不同工況下功率利用率的不同，導致燃油經濟性的差異。

圖4、圖5中轉速最大利用率區域大約為10%，最小利用率區域約為5%。兩個區域間的過渡代表利用率越來越小。從圖4對應的合肥市實測工況功率利用時間分布可以看出，由于整個工況分布平均車速較低，導致整個工況中轉速利用率最高的區域集中在怠速區域，與之不同的是NEDC工況中除了怠速區域，2 400 r/min、3 000 r/min、3 500 r/min也成為利用率最高的區域。

4 結 論

行駛工況是Cruise進行動力性和燃油經濟性仿真的基礎。不同國家或地區由于道路交通和車輛狀況的不同，具有不同的行駛工況。但目前的工況與我國具體城市的實際道路運行狀況存在較大差別，因此所測量的燃油經濟性與實際情況有較大出入。本文根據合肥市道路交通的具體情況，對合肥市行駛工況進行了開發，同時在Cruise中建立了合肥市實測工況，為后續獲得本地更準確的油耗和排放仿真數據打下基礎，具有很強的實用意義。

參考文獻:

［1］ 張銳.合肥市道路行駛工況的開發與研究［J］.汽車科技，2009， （05）:14-18.

［2］ 何仁.汽車動力性燃料經濟性模擬計算方法及應用［M］.北京:機械工業出版社，1995.

［3］ 朱西產，李孟良，馬志雄，等.車輛行駛工況開發方法［J］.江蘇大學學報，2005，（02）:110-113.

［4］ 姜平，石琴，陳無畏.基于馬爾可夫的城市道路行駛工況構建方法研究［J］.農業機械學報，2009，（11）:26-30.