基于Cruise軟件C-WTVC循環油耗計算

高 軍

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

引言

隨車國家改革的進一步推進，越來越多的軍用車輛采用競標的方式確定生產廠家，這樣大大的促進了軍用車輛技術的進步，同時讓更多更好的產品投入部隊使用。

在軍選民用車輛中，標書一般要求在公告車型中直接選取，所以在整車設計時不但要考慮車輛的動力性，經濟性方面也必須滿足國家標準的要求。招標車輛的品種往往不止一種，對于企業來講，新的提高了動力性的底盤配置，經濟性方面能否達到國家的要求，具有一定的風險。所以有必要在樣車裝配之前，對車輛動力性和經濟性進行計算，為設計提供參考，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》中的參數設定，對已有車型進行對標后，調整參數，對競標車輛的動力性和經濟性進行計算，為設計提供參考。

1 整車參數及性能指標

車型配置

對比車型及計算車型的參數見表1。

2 Cruise軟件參數的設定

設定參數時遵循凡GB/T 27840-2011有推薦的，按標準推薦的參數設定，其他參數按車輛實際設置。

a）空氣阻力系數按貨車取0.8。

b）迎風面積按車高減去離地間隙（取 300mm）乘以車寬計算得出。

c）輪胎滾動半徑r=F×d/2π計算得出，F根據多用途貨車寬底子午線輪胎取3.00，d為輪胎設計總直徑。

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

e）換擋策略

采用二檔起步。

根據公式（1）計算總阻力。

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——最大設計總質量，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。

根據公式（2）（3）計算發動機轉矩。

（1）當阻力R大于0時：

（2）當阻力R小于0時：

式中：

Te(t)——發動機扭矩，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，繪制不同轉速扭矩富裕率達到 1.7時的曲線，在發動機Map圖上選擇油耗的最低點作為換擋時的轉速，根據發動機轉速和檔位計算出車速。

三檔換四檔時，繪制不同轉速扭矩富裕率達到 1.4時的曲線，在發動機Map圖上選擇油耗的最低點作為換擋時的轉速，根據發動機轉速和檔位計算出車速。

四檔以上以最大扭矩點作為換擋點。

3 Cruise工作任務的設置

按照以上設置好參數，在Cruise中分別按C-WTVC完整循環（圖1），市區部分，公路部分，建立Cycle run計算模型。按照表3重型商用車C-WTVC循環數據統計特征中的里程分配來按公式（4）計算出高速循環的燃油消耗率。

FC綜合=FC市區×D市區+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循環的綜合燃料消耗量，單位為升每100千米（L/100km）；

FC市區——市區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——市區里程分配比例系數（簡稱市區比例），%；

D公路——公路里程分配比例系數（簡稱公路比例），%；

D高速——高速里程分配比例系數（簡稱高速比例），%；

圖1 完整C-WTVC循環

表3

這樣做是因為在市區循環部分與公路循環部分車輛是從靜止狀態開始逐漸的掛檔起步，符合模擬計算的設定。模擬計算車速與C-WTVC循環車速吻合（見圖2）。圖中藍色線為車輛實際車速線（Current_Velocity），紅色線（Velocity）為C-WTVC循環車速線，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際車速與循環要求車速接近，符合國標要求。然而，在對高速循環部分進行單獨計算時，發現與國標要求的車速存在不符合的情況（見圖3）。圖中藍色線為車輛實際車速線（Current_Velocity），兩條紅色線（min._Velocity）和（max._Velocity）分別是在基準車速的基礎上降低3km/h和增加3km/小時的車速范圍線，藍色線為車輛實際車速線（Current_Velocity）。從圖3中可以看出，在7秒鐘到15.5秒鐘的時間內實際車輛的車速是在要求車速±3km/h的范圍值外的。根據按GB/T 27840-2011第5.5.1的要求：“試驗過程中，車輛實際運行狀態應盡量與C-WTVC循環一致，其速度偏差不應超過±3km/h，每次超過速度偏差的時間不應超過 2s，累計不應超過10s”，所以，這個計算的過程是無效的。另外，從Cruise輸出的數據表中（見表 3）可以看出，開始時車輛進行空擋滑行，第7秒鐘時掛2檔，此時車輛加速度-10m/s^2，發動機轉速10098r/min，顯然不符合事實，所以直接采用高速循環的方法不可用，應對高速循環部分的換擋策略進行單獨設定。通過公式（4）計算出高速部分，可以避免計算誤差。

表4

將C-WTVC完整循環，市區部分，公路部分模擬計算結果按照里程分配市區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 結果

按照貨車總質量大于25000kg,市區里程分配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 結論

1）對于國標GB/T 27840-2011中的部分參數設置并不是車輛實際參數，比如風阻系數，迎風面積等，實際車輛的風阻系數要優于GB/T 27840-2011中的參數。

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

3）模擬計算采用濰柴新開發的WP10H系列發動機，在經濟性方面表現突出，從模擬計算的結果就可以看出來。

4）雖然模擬計算并不能完全與試驗數據吻合，但是能有效的表現油耗的趨勢，對于新設計車型具有一定的參考意義。

參考文獻

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