C-WTVC工況分析

陳瑞峰，王志卿，侯敬超，楊建超

C-WTVC工況分析

陳瑞峰，王志卿*，侯敬超，楊建超

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

C-WTVC是國家對重型商用車進行油耗認證的標準工作循環，同時也是重型混合動力汽車、電動汽車能量消耗量測試的推薦工況。因此，C-WTVC對商用車的匹配優化及混合動力汽車、電動汽車的控制邏輯開發都有著至關重要的作用。文章主要分析了工況影響能量消耗的因素，并對各因素進行了統計分析。

C-WTVC；加速/減速；能量回收

前言

隨著機動車保有量的不斷增加，能源消耗不斷增大，環境污染問題變得越來越嚴重。2018年國家發布了《GB 30510-2018 重型商用車輛燃料消耗量限值》較上一階段燃料消耗限值降低了約15%，同時出臺了一系列政策鼓勵新能源汽車發展以實現節能減排和保護環境的目的?，F階段各商用車生產企業積極響應國家政策，不斷對車輛的經濟性進行改進并大力發展混合動力、純電動商用車。C-WTVC循環作為GB 30510燃料消耗限值的標準測試工況和重型混合動力商用車、純電動汽車燃料、能量消耗測試的推薦測試循環，在車輛的認證、經濟性改進和混合動力、純電動車輛開發等方面都起到至關重要的作用。因此有必要從影響車輛經濟性的因素出發對C-WTVC工況的特點進行分析，指導設計開發。

1 車輛經濟性的影響因素

影響車輛經濟性的因素大致可以分為動力、傳動系統本身（如發動機特性、熱效率）、動力系統匹配、行駛阻力三個方面。對于整車設計而言，主要關注動力系統匹配和行駛阻力。而行駛阻力又是動力系統匹配優化的基礎。這里我們只從行駛阻力角度的出發總結影響經濟性的具體參數。

汽車在道路上行駛時，須克服來自地面的滾動阻力、來自空氣的空氣阻力、因道路坡度引起的坡度阻力以及加速行駛時的加速阻力。即：

式中：F：總行駛阻力，F：滾動阻力，F：空氣阻力，F：坡度阻力，F：加速阻力，：滾動阻力系數，：滾動阻力系數，C：空氣阻力系數，：車輛迎風面積，：空氣密度，：汽車的行駛速度（不考慮風速時）。

由式（1）可見，行駛阻力與車輛質量、滾動阻力系數、風阻系數、迎風面積、道路坡度、加速度有關。實際設計過程中通過輕量化、輪胎優化、造型設計優化來降低行駛阻力。而道路坡度、加速度則主要取決于汽車行駛的工況，通常通過合理的動力總成匹配來確保車輛在滿足動力性需求的前提下具有較好的經濟性表現。為此對于車輛工況的主要關注點集中于道路坡度和加速度兩個方面。

2 C-WTVC循環

C-WTVC循環是以世界重型商用車瞬態循環（WTVC）為基礎通過調整加（減）速度形成的駕駛循環。包括市區循環（900s）、公路循環（468s）、高速循環（432s）三個部分，總計1800s（見圖1）。實際測試時不同車型和設計總質量按不同的特征里程分配系數進行對應循環的試驗及油耗計算（詳見GB/T 27840，在此不做詳細闡述）。

圖1 C-WTVC循環

3 C-WTVC工況分析

對于C-WTVC工況的基礎指標統計（如運行時間、怠速時間、運行距離、最高車速、平均車速、最大加速度、最大減速度、里程占比）在GB/T 27840中已明確給出，所以本文主要針對未給出的一些特征的細節進行分析。

由圖1可見，C-WTVC不涉及道路坡度，但包含了大量的加、減速片段。加速片段研究對動力總成的匹配、工況運行時的檔位選擇、模擬計算的換擋策略制定有實際應用意義，且最終都關系到經濟性測試結果的優劣。我們通過進行不同車速段（不同車速時刻對應的）不同加速度的時間點數來進行分析，即速度-加速度頻次統計，定義為SAFD。首先通過式（2）求取整個循環對應時間點的加速度：

式中：a：t時刻的減速度，t=0、1、2、...1800s

u+1/u：t+1/t時刻對應的車速

S：時間秒

然后劃分車速區間、加速度區間，篩選a＞0的數據并按對應車速、加速度區間進行時間點數統計，車速統計見表1，車速-加速度統計見表2-表4。表格中車速單位為km/h，加速度單位m/s2，統計數據為工況1800個數據中滿足對應條件的數據點個數。

表1 車速統計

表2 市區循環車速-加速度統計

表3 公路循環車速-加速度統計

表4 高速循環車速-加速度統計

根據以上統計結果，以市區循環表1、表2為例，我們可見，其900s的工況中處于加速狀態的時間點數占434s，車速主要分布在50km/h以下。0km/h-10km/h區間加速度0.5m/s2-0.7m/s2占比大，10km/h-20km/h區間加速度0.3m/s2- 0.5m/s2占比大，實際在匹配或測試過程中可參考該加速度選擇滿足加速要求（扭矩或后備功率）和經濟性要求（高的發動機負荷率）的最佳配置或檔位，實現降低油耗的目的。同理，其他車速區間、其他循環通過表1-表4也都可以得到對應的占比較大的加速區間，進行動力配置和檔位的研究工作。

車輛減速過程中發動機燃料消耗極少（甚至不消耗），所以燃油汽車可不進行考慮。但對于混合動力、電動汽車，因存在制動能量回收，減速過程不能被忽略。制動能量回收受電機的額定功率、電池充電功率、制動能量綜合影響。對工況的制動能量情況進行相應統計，有利于進行電機、電池的選型及能量回收策略優化。

若將可用于回收的制動能量（功率）定義為P，則：

式（3）中

m：車輛質量

a：為減速時減速度數值的大小（不帶符號）。

令：

λ定義為能量回收因子。為了保證工況統計分析的普遍性（不受車輛質量、滾動阻力、風阻不同的影響），對制動能量的分析就變為對能量回收因子λ的分析。

篩選a＜0的減速片段，根據式（4）計算各時間點的λ值，然后統計不同車速區間的λ值特征，結果如表5所示。

表5 能量回收因子統計

4 結語

C-WTVC循環是目前商用車（含混合動力、純電動）商用車經濟性測試的標準測試循環。本文對循環的加速片段進行了車速-加速度時間點數分布統計，對減速片段定義了能量回收因子，進行了車速-能量回收因子特征值（最大值、最小值、平均值）統計。兩種統計數據分別對動力總成優化、和混合動力、純電動車輛的開發具有應用意義。

[1] 余志生.汽車理論.5版.北京:機械工業出版社.

[2] GB/T 27840-2011重型商用車燃料消耗量測量方法.

[3] GB 30510-2018重型商用車燃料消耗量限值.

C-WTVC Condition Analysis

Chen Ruifeng, Wang Zhiqing*, Hou Jingchao, Yang Jianchao

（Shaanxi Heavy Duty Automobile CO., LTD., Shaanxi Xi’an 710200）

C-WTVC is the national standard working cycle for fuel consumption certification of heavy-duty vehicles and it is also the recommended working condition for energy consumption testing of heavy-duty hybrid vehicles and electric vehicles. Therefore, C-WTVC plays a crucial role in matching optimization of commercial vehicles and the control logic development of hybrid vehicles and electric vehicles. This paper mainly analyzes the factors that affect energy consumption in working conditions and makes statistical analysis of each factor.

C-WTVC;acceleration/deceleration;energy recovery

U461.8

A

1671-7988(2019)13-45-03

U461.8

A

1671-7988(2019)13-45-03

陳瑞峰（1986.7-），男，試驗技術/工程師，任試驗中心主任，就職于陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院。

王志卿（1985.2-），男，整車試驗技術/助理工程師，就職于陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，從事整車性能試驗研究工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.017