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(jìn)行油耗認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)工作循環(huán)，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(yōu)化及混合動力汽車、電動汽車的控制邏輯開發(fā)都有著至關(guān)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(jìn)行了統(tǒng)計分析。

C-WTVC；加速/減速；能量回收

前言

隨著機(jī)動車保有量的不斷增加，能源消耗不斷增大，環(huán)境污染問題變得越來越嚴(yán)重。2018年國家發(fā)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(fā)展以實現(xiàn)節(jié)能減排和保護(hù)環(huán)境的目的?，F(xiàn)階段各商用車生產(chǎn)企業(yè)積極響應(yīng)國家政策，不斷對車輛的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行改進(jìn)并大力發(fā)展混合動力、純電動商用車。C-WTVC循環(huán)作為GB 30510燃料消耗限值的標(biāo)準(zhǔn)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(huán)，在車輛的認(rèn)證、經(jīng)濟(jì)性改進(jìn)和混合動力、純電動車輛開發(fā)等方面都起到至關(guān)重要的作用。因此有必要從影響車輛經(jīng)濟(jì)性的因素出發(fā)對C-WTVC工況的特點進(jìn)行分析，指導(dǎo)設(shè)計開發(fā)。

1 車輛經(jīng)濟(jì)性的影響因素

影響車輛經(jīng)濟(jì)性的因素大致可以分為動力、傳動系統(tǒng)本身（如發(fā)動機(jī)特性、熱效率）、動力系統(tǒng)匹配、行駛阻力三個方面。對于整車設(shè)計而言，主要關(guān)注動力系統(tǒng)匹配和行駛阻力。而行駛阻力又是動力系統(tǒng)匹配優(yōu)化的基礎(chǔ)。這里我們只從行駛阻力角度的出發(fā)總結(jié)影響經(jīng)濟(jì)性的具體參數(shù)。

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(shù)，：滾動阻力系數(shù)，C：空氣阻力系數(shù)，：車輛迎風(fēng)面積，：空氣密度，：汽車的行駛速度（不考慮風(fēng)速時）。

由式（1）可見，行駛阻力與車輛質(zhì)量、滾動阻力系數(shù)、風(fēng)阻系數(shù)、迎風(fēng)面積、道路坡度、加速度有關(guān)。實際設(shè)計過程中通過輕量化、輪胎優(yōu)化、造型設(shè)計優(yōu)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(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)。為此對于車輛工況的主要關(guān)注點集中于道路坡度和加速度兩個方面。

2 C-WTVC循環(huán)

C-WTVC循環(huán)是以世界重型商用車瞬態(tài)循環(huán)（WTVC）為基礎(chǔ)通過調(diào)整加（減）速度形成的駕駛循環(huán)。包括市區(qū)循環(huán)（900s）、公路循環(huán)（468s）、高速循環(huán)（432s）三個部分，總計1800s（見圖1）。實際測試時不同車型和設(shè)計總質(zhì)量按不同的特征里程分配系數(shù)進(jìn)行對應(yīng)循環(huán)的試驗及油耗計算（詳見GB/T 27840，在此不做詳細(xì)闡述）。

圖1 C-WTVC循環(huán)

3 C-WTVC工況分析

對于C-WTVC工況的基礎(chǔ)指標(biāo)統(tǒng)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(xì)節(jié)進(jìn)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(yīng)用意義，且最終都關(guān)系到經(jīng)濟(jì)性測試結(jié)果的優(yōu)劣。我們通過進(jìn)行不同車速段（不同車速時刻對應(yīng)的）不同加速度的時間點數(shù)來進(jìn)行分析，即速度-加速度頻次統(tǒng)計，定義為SAFD。首先通過式（2）求取整個循環(huán)對應(yīng)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(yīng)的車速

S：時間秒

然后劃分車速區(qū)間、加速度區(qū)間，篩選a＞0的數(shù)據(jù)并按對應(yīng)車速、加速度區(qū)間進(jìn)行時間點數(shù)統(tǒng)計，車速統(tǒng)計見表1，車速-加速度統(tǒng)計見表2-表4。表格中車速單位為km/h，加速度單位m/s2，統(tǒng)計數(shù)據(jù)為工況1800個數(shù)據(jù)中滿足對應(yīng)條件的數(shù)據(jù)點個數(shù)。

表1 車速統(tǒng)計

表2 市區(qū)循環(huán)車速-加速度統(tǒng)計

表3 公路循環(huán)車速-加速度統(tǒng)計

表4 高速循環(huán)車速-加速度統(tǒng)計

根據(jù)以上統(tǒng)計結(jié)果，以市區(qū)循環(huán)表1、表2為例，我們可見，其900s的工況中處于加速狀態(tài)的時間點數(shù)占434s，車速主要分布在50km/h以下。0km/h-10km/h區(qū)間加速度0.5m/s2-0.7m/s2占比大，10km/h-20km/h區(qū)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(jīng)濟(jì)性要求（高的發(fā)動機(jī)負(fù)荷率）的最佳配置或檔位，實現(xiàn)降低油耗的目的。同理，其他車速區(qū)間、其他循環(huán)通過表1-表4也都可以得到對應(yīng)的占比較大的加速區(qū)間，進(jìn)行動力配置和檔位的研究工作。

車輛減速過程中發(fā)動機(jī)燃料消耗極少（甚至不消耗），所以燃油汽車可不進(jìn)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(jī)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(jìn)行相應(yīng)統(tǒng)計，有利于進(jìn)行電機(jī)、電池的選型及能量回收策略優(yōu)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(zhì)量

a：為減速時減速度數(shù)值的大?。ú粠Х枺?/p>

令：

λ定義為能量回收因子。為了保證工況統(tǒng)計分析的普遍性（不受車輛質(zhì)量、滾動阻力、風(fēng)阻不同的影響），對制動能量的分析就變?yōu)閷δ芰炕厥找蜃应说姆治觥?/p>

篩選a＜0的減速片段，根據(jù)式（4）計算各時間點的λ值，然后統(tǒng)計不同車速區(qū)間的λ值特征，結(jié)果如表5所示。

表5 能量回收因子統(tǒng)計

4 結(jié)語

C-WTVC循環(huán)是目前商用車（含混合動力、純電動）商用車經(jīng)濟(jì)性測試的標(biāo)準(zhǔn)測試循環(huán)。本文對循環(huán)的加速片段進(jìn)行了車速-加速度時間點數(shù)分布統(tǒng)計，對減速片段定義了能量回收因子，進(jìn)行了車速-能量回收因子特征值（最大值、最小值、平均值）統(tǒng)計。兩種統(tǒng)計數(shù)據(jù)分別對動力總成優(yōu)化、和混合動力、純電動車輛的開發(fā)具有應(yīng)用意義。

[1] 余志生.汽車?yán)碚?5版.北京:機(jī)械工業(yè)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(shù)/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(shù)/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