基于AVL CRUISE的客车经济性仿真分析及验证

2021-04-23可尚基钱晓东

客车技术与研究 2021年2期

可尚基, 钱晓东

(上海申龙客车有限公司，上海 201108)

燃油经济性是汽车的关键指标之一，国家法规也不断提高汽车油耗与排放要求。有着更高要求的C-WTVC循环工况油耗标准GB 30510—2018《重型商用车辆燃料消耗量限值》[1]已于2019年7月1日实施。本文利用AVL CRUISE软件搭建某款旅游客车的燃油经济性仿真模型，将仿真数据与转鼓试验数据进行对比，并对仿真数据进行修正，为后续整车油耗评估、发动机选型及整车动力系统优化奠定基础。

1 建模与仿真

1.1 整车有关参数

整车燃油经济性仿真涉及到的有关参数如下：整车外形尺寸8 045 mm×2 480 mm×3 350 mm，整备质量8 100 kg，总质量11 000 kg，轮胎滚动半径0.454 m，变速器各挡位速比7.03/4.09/2.45/1.50/1.00/0.81/R6.48，主减速比4.1。

特征里程分配：市区/公路/高速=20%/30%/50%。发动机万有特性数据如图1所示。

图1 某款发动机万有特性数据

1.2 模型搭建

根据整车的基本构成，使用CRUISE软件搭建整车模型，输入1.1节的基本参数，连接机械模型[2-5]与电气信号[6-8]，如图2所示。

图2 整车搭建模型

1.3 参数设定

1) 整车行驶阻力依照《车辆产品<公告>技术审查规范性要求汽车部分(2012)版》推荐值[9]，查得车辆滑行阻力系数：A=676，B=5.03，C=0.144。

2) 车辆耗能元件根据冷却风扇、制动单元等附件功耗设定[10]：650 r/min对应功耗1.5 kW，2 200 r/min 对应功耗1.5 kW。

1.4 计算任务的设定

1) 按照GB/T 27840—2011《重型商用车燃料消耗量测量方法》[11]，C-WTVC循环工况(见图3)分为市区、公路、高速三部分，需要分开设置。并按此标准制定C-WTVC循环数据路谱，其速度偏差控制在±3 km/h，完成后将数据导入CRUISE中。

图3 中重型商用车 C-WTVC循环曲线

2) 依据发动机转速与车速的关系式[12]：

ua=0.377rn/(igi0)

(1)

汽车行驶方程Ft=Ff+Fw+Fi+Fj[12]，功率与转矩关系pe=Ttqn/9 550[12]，扭矩富裕率TM=Temax/Te[11],使用常用换挡车速，且采用二挡起步，设定换挡转速。如3挡升4挡时的车速ua设定为25 km/h，变速器3挡速比为2.45，根据式(1)可得发动机升挡前转速为1 467 r/min，由于4挡时变速器速比为1.50，根据式(1)求出发动机升挡后转速为880 r/min。换挡过程需要发动机提供的实时扭矩为438.1 N·m，查询发动机万有特性数据，880 r/min转速下对应的最大扭矩为666 N·m，得出扭矩富裕率为1.52，满足GB/T 27840—2011中规定的1.1倍扭矩富裕率的要求。其他挡位升挡前后的发动机转速计算方法相同，汇总见表1。

1.5 仿真计算

使用Single Calculation模式进行仿真，计算完成后，其结果在messages-result中查取。

表1 设定换挡数据

2 仿真结果分析

2.1 仿真与试验结果对比

提取CRUISE仿真结果后，按照C-WTVC三种工况对应的特征里程分配比例进行加权计算：综合油耗=市区比例×市区油耗+公路比例×公路油耗+高速比例×高速油耗。仿真结果与公司检测中心提供的转鼓油耗实测值对比见表2。

表2 仿真油耗与转鼓油耗对比 L/100 km

从表2可以得知，虽然综合油耗两者相对偏差为-1.7%，但是市区、公路、高速的油耗两者相对偏差为3.42%、-3.99%、-3.41%，偏差值超过3%。

2.2 影响仿真精度的几个重要因素

1) 整车行驶阻力推荐值与实际车辆滑行阻力存在一定偏差。利用汽车滑行试验，测定实车行驶阻力。经检测中心进行客车道路滑行试验，测定其滑行阻力系数：A=691.5，B=6.265，C=0.126。

2) 耗能元件也是影响油耗的一个重要因素，对能耗贡献较大的有冷却系统的风扇能耗。通过对冷却系统水温数据的采集，统计风扇处于工作状态的时间在整个试验运行过程中的占比，计算其能耗值。数据监测打气泵处于非卸荷状态时的工作时间，统计其功耗。实际结果如下：650 r/min对应功耗0.5 kW，1 300 r/min对应功耗0.7 kW，2 200 r/min对应功耗 1 kW。其他附件在试验过程中能耗较小，忽略不计。

3) 从发动机的万有特性图上分析可知，发动机经济燃油区间大致在1 200～1 450 r/min。在适宜的转速区间，较早地切换到高挡位，可以有效提高发动机的负荷率，但可能会造成发动机后备功率不足。因此，换挡模式也是影响仿真精度的一个重要因素。

依照1.4节 2)中的计算方法，结合驾驶员实际操作中的换挡过程，重新设定驾驶员换挡规律，如将3挡升4挡时的车速ua变为23 km/h，按照式(1)，求得发动机升挡前转速变为1 350 r/min，升挡后转速变为821 r/min。换挡过程需要发动机提供的实时扭矩为431.9 N·m，查询发动机万有特性数据，821 r/min转速下对应的最大扭矩为617 N·m，得出扭矩富裕率为1.43，满足GB/T 27840—2011中规定的1.1倍扭矩富裕率的要求[11]。其他挡位设定方法相同，汇总见表3。