303-基于CRUISE软件的重型商用车循环工况法燃油消耗仿真-福田康明斯-胡耀华

基于CRUISE软件的重型商用车循环工况法燃油消耗仿真胡耀华，郭占强，范小芳（北京福田康明斯发动机有限公司，北京市昌平区沙河镇沙阳路15-1号，102206）[摘要]本文以一款商用货车模型为例，讨论了使用AVLCRUISE软件搭建符合国家标准GB/T27840-2011《重型商用车燃料消耗量测量方法》要求的仿真模型，并验证其综合油耗是否满足QC/T924-2011《重型商用车辆燃料消耗量限值（第一阶段）》标准所规定的油耗限值。关键词：重型商用车；循环工况；C-WTVC；模拟仿真；CRUISE主要软件：AVLCRUISEHeavy-dutyCommercialVehicleDrivingCycleFuelConsumptionSimulationBasedOnCRUISESoftwareYaohuaHu,ZhanqiangGuo,XiaofangFanBeijingFotonCumminsEngineCo.,Ltd,No.15-1ShayangRd.,ShaheTown,ChangpingDistrict,Beijing102206,P.R.China[Abstract]Inthispaper,usingacommercialtruckmodelasanexample,discussedusingAVLCRUISEsoftwaretobuildthemodelwhichfitthenationalstandardGB/T27840-2011Fuelconsumptiontestmethodsforheavy-dutycommercialvehiclesrequirement,andverifyifitsweightedfuelconsumptionmeettheQC/T924-924Fuelconsumptionlimitsforheavy-dutycommercialvehicles(Thefirststage).Keywords:Heavy-dutycommercialvehicle；Drivingcycle；Simulation；CRUISESoftware:AVLCRUISE1.前言随着汽车工业的飞速发展，近年来我国商用车也处在一个快速增长的通道中，而长期以来我国商用车油耗一直居高不下的问题也更加的突出。工信部于2011年12月31日发布了第51号公告，批准了标准编号为QC/T924-2011《重型商用车辆燃料消耗量限值（第一阶段）》的行业标准，并于2012年1月6日发布了《关于实施重型商用车辆燃料消耗量管理的通知》，通知要求2012年2月1日起企业在申报最大设计总质量大于3500kg的汽柴油商用车辆时按照国家标准GB/T27840-2011《商用车燃料消耗量测量方法》（以下简称“工况法”）进行燃料消耗量检验，其燃油消耗量应满足QC/T924-2011标准规定的限值要求。本文通过解读GB/T27840-2011《商用车燃料消耗量测量方法》中模拟计算法的相关内容，利用CRUISE软件搭建了满足国标工况法要求的商用车仿真计算模型，为后续整车油耗评估、发动机性能开发及优化等工作奠定了基础，并且提高了仿真工作的效率。2.车型及主要参数GB/T27840-2011中将重型商用车分成了5种类型，半挂牵引车、自卸汽车、货车（不含自卸汽车）、城市客车和客车（不含城市客车）；各车型分别对应不同的C-WTVC工况市区、公路和高速部分的特征里程分配系数。本文选择了一款搭载福田康明斯公司3.8L柴油发动机的货车进行建模，分析其在运行C-WTVC循环工况时的燃油消耗。表1车辆参数参数名货车整车参数满载质量(kg)6500整备质量(kg)3150轮胎滚动半(mm)372变速箱速比5.513/3.417/2.115/1.381/1/0.795主减速比4.11发动机参数型号ISF3.8排量(mL)3760标定功率/转速(kW/rpm)105/2600最大扭矩(Nm/rpm)450/1200-2200怠速转速(rpm)750最高空载转速(rpm)2950油耗限值油耗限值（第一阶段）18.53.搭建整车仿真模型用CRUISE软件搭建的货车模型如图1所示，模型中用机械耗能部件（MechanicalConsumer）模拟冷却风扇；用单级齿轮传动部件（SingleRatioTransmission）来模拟曲轴带轮和风扇带轮之间的皮带传动速比；用函数部件（Function）来编写换挡策略控制程序；用常量部件（Constant）来输入换挡策略需求的常数。3.1特征历程分配的实现国标GB/T27840-2011中规定重型商用车油耗试验采用C-WTVC循环工况进行，C-WTVC是以世界商用车辆瞬态循环（WTVC,WorldTransientVehicleCycle）为基础，通过调整加速度和减速度形成的驾驶循环。同时国标还规定车辆实际运行状态应尽量与C-WTVC循环一致，速度偏差不应超过±3km/h。图2C-WTVC循环C-WTVC工况中0~900s为市区循环部分，900~1368s为公路循环部分，1368~1800s为高速循环部分。综合燃油消耗量的计算是根据各部分特征里程分配比例，由公式（1）加权计算得到：高速高速公路公路市区市区综合DFCDFCDFCFC(1)图1CRUISE货车模型综合FC——一个完整的C-WTVC循环的综合燃料消耗量，L/100km；市区FC——市区部分平均燃料消耗量，L/100km；公路FC——公路部分平均燃料消耗量，L/100km；高速FC——高速部分平均公路燃料消耗量，L/100km；市区D——市区里程分配比例系数，%；公路D——公路里程分配比例系数，%；高速D——高速公路里程分配比例系数，%。表2特征里程分配比例车辆类型最大设计总质量，GCW/GVWkg市区比例，D市区公路比例，D公路高速比例，D高速半挂汽车列车900＜GCW≤27000040%60%GCW27000010%90%自卸汽车GVW35000100%0货车（不含自卸汽车）3500＜GVW≤550040%40%20%5500＜GVW≤1250010%60%30%12500＜GVW≤2500010%40%50%GVW2500010%30%60%城市客车GVW3500100%00客车（不含城市客车）3500＜GVW≤550050%25%25%5500＜GVW≤1250020%30%50%GVW1250010%20%70%特征里程分配比例的设定可以利用CRUISE软件CycleRun任务中的WeightingFactor功能（图3），此功能可以对整个循环工况设置特征里程结束时间（PhaseEndTime），并设置每个特征里程对应的油耗分配比例（WeightingFactor）。本文所述车型为普通货车，满载重量6500kg，对应的特征里程重量区间为5500＜GVW≤12500，所以对应的综合油耗特征里程分配比例应为：市区10%，公路60%，高速30%。图3特征里程分配比例的设置3.2换挡策略的实现国标中详细列出了油耗的模拟计算方法，并且明确提出了换挡策略的计算方式：采用二挡起步，计算换挡瞬间的实时扭矩，按公式（2）计算扭矩富裕率；如升挡后的扭矩富裕率大于表5规定的估测值，则进行升挡。减速时不换挡。eeMTTTmax（2）式中：TM——扭矩富裕率；Temax——相应转速下的最大扭矩，单位为牛顿米（Nm）；Te——实时扭矩，单位为牛顿米（Nm）。表3扭矩富裕率估测值挡位最大设计总质量≥14t最大设计总质量＜14t2挡1.72.13挡1.41.44挡及以上挡位1.01.1CRUISE软件中换挡策略的设定可以利用FUNCTION模块的C-Code模式，通过编写C语言程序，来实现国标要求的换挡策略。图4FUNCTION中的C-CODE图5换挡策略流程图模型中与换挡控制相关的部件之间的控制信号采用数据总线连接，连接方法如下：表4数据总线连接component…requiresinputinformation…fromcomponent…deliveringoutputinformation…Function-GearShiftingVehicleMassConstants-ParametersVehicleMassNumberOfForwardGearsConstants-ParametersNumberOfForwardGearsEngineTorqueEngine-ISF3.8Torque:BehindFlywheelCurrentFullLoadTorqueEngine-ISF3.8Torque:CurrentFullLoadTorqueCurrentGearGearBoxCurrentGearVelocityVehicle-TruckVelocityCockpitTargetGearFunction-GearShiftingTargetGearGearBoxDesiredGearCockpitDesiredGear4.仿真结果由CRUSIE的计算结果Results文件（图6）可以得到货车按特征里程分配比例加权后的综合燃料消耗量为15.2L/100km，法规要求的油耗限值为18.5L/100km，表明本文所述货车综合油耗满足法规限值要求。同时RESULTS文件还给出了整个C-WTVC循环的燃料消耗量15.99L/100km，以及每个特征里对应的油耗值。图6CRUISE仿真文本结果由图7可以看出，本文所述仿真模型的车速可以较好的与C-WTVC循环工况相吻合。图7仿真模型CycleRun结果图8为0到50s循环的仿真结果曲线图，可以看出目标档位（TargetGear）在车辆起步时是2档，当车速大于5km/h并且扭矩富裕率（Tm）大于估测值（Tm_limit）时进行升档，车辆减速时不换挡，当车速低于5km/h时降到2档，准备进入下一个循环。由此可以看出本文所述换挡策略程序可以满足国标中对换挡的要求。图80到50s循环的仿真结果曲线图5.结语（1）本文阐述了重型商用车C-WTVC循环工况模拟仿真的CRUISE应用，按国标GB/T27840-2011《商用车燃料消耗量测量方法》的要求编写了换挡策略程序，仿真结果表明模型的换挡过程满足国标的要求；（2）利用CRUISE中的WeightingFactor功能可以实现特征里程分配，并且可以输出加权综合油耗，本文所述车型综合油耗计算值为15.2L/100km满足QC/T924-2011《重型商用车辆燃料消耗量限值（第一阶段）》所要求的18.5L/100km，具有良好的经济性能；（3）AVLCRUISE软件功能强大，可以方便灵活的搭建仿真模型，本文所述模型的搭建，可以提高后续重型商用车计算任务的效率。参考文献[1]AVLCRUISEUser’sGuide.[2]余志生.汽车理论(第三版).北京：机械工业出版社，2000.10.[3]GB/T27840-2011重型商用车燃料消耗量测量方法，2011.12.[4]QC/T924-2011重型商用车辆燃料消耗量限值（第一阶段），2011.12.