对应于整车行驶循环的发动机简化工况点确定方法的研究
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ｃ ｃｅ ａ ｅ ｃ ｌｕ ａ ｅ 。Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｍｉ ｉ ｍ ｉｔｎ ｅ ｓｍｐ ｉ ｃ ｔ ｎ ｐ ｎ ｉ ｌ ，ｔ ｅ ｓ ｌ ｅ ｐ ｒ ｔ ｎ ｐ ｉ ｔ ｏ ｎ ｙ ｌ ｒ ａｃ ｌｔｄ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｎ ｍｕ ｄ ｓａ ｃ ｉ ｌ ｉａ ｉ ｒ ｃｐ ｅ ｈ ｉ ｉ ｄ ｏ ｅ ａ ｉ ｏｎ ｓ ｆｅ — ｆ ｏ ｉ ｍｐ ｆ ｉ ｏ ｇ ｎ ｒ ｂ ａｎ ｄ ｉ ｅ ａｅ ｏ ｔｉ ｅ ．Ｔ ｅ ｈ ｕ ｌｃ ｎ ｕ ｔ ｎ ａ ｈ ｓ ｉ ｌ ｅ ｏ ｎ ｓａ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｄ ｏ ｉ ｌｔ ｄ，ａ ｄ ｔ ｅ ｆ ｅ — ｈ ｎ ｔ ｅ ｆ ｅ ｏ ｓ ｍｐ ｉ ｔ ｅ ｅ ｓｍｐ ｉ ｄ ｐ ｉ ｔ ｒ ａ ｕ ｅ ｒｓｍｕ ａｅ ｏ ｔ ｉ ｆ ｎ ｈ ｕ ｌ ｅ ｃ ｎ ｍｙ ｏ ｅ ｉｌ ｒ ｉ ｇｃ ｃ ｅ ｉ ｐ ｅ ｉｔ ｄ ｏ ｏ ｆ ｈ ｃｅ ｄ ｖｎ ｙ ｌ ｓ ｒ ｄ ｃｅ ．Ｒｅ ｌｖ ｈ ｃｅ ｔｓｓｖ ｒ ｙ ｔ ｅ ｐ ａ ｔ ａｉ ｆ ｈ ｔ ｏ ｎ ｅａ ｃ ｒ ｃ ｖ ｉ ａ ｅ ｉｌ ｅ ｔ ｅ ｉ ｒ ｃｉ ｌ ｙ ｏ ｅ ｍｅ ｈ ｄ ａ ｄ ｔ ｃ ｕ ａ ｙ ｆ ｈ ｃ ｔ ｔ ｈ ｏ ａ ｃ ｌ ｔ ｎ ｐ ｏ ｒ ｍ ｅ ｅ ｏ ｅ ．Ｔ ｒ ｕ ｈ ｔ ｅ ｓ ｒ ｎ ｆｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｕ ｉ ｎ ｒ ｔｓ ｏ ｅ ｆ ｅ ｏ ｓ ｍｐ ｉｎ ａ ｉ ｌ ｅ ｆｃ ｌｕ ａ ｉ ｒ ｇ ａ ｄ ｖ ｌｐ ｄ ｏ ｈ ｏ ｇ ｈ ｏｔ ｇ ｏ ｏ ｔ ｂ ｔ ａ ｅ ｆ ｈ ｌｃ ｎ ｕ ｔ ｔ ｍｐ ｉ ｄ ｉ ｈ ｉ ｏ ｔ ｕ ｏ ｓ ｉ ｆ
１２ 整车行 驶 阻力 向发动机 的平均有效压 力的转化 ．
根据整车道路行驶每一时刻的车速离散求解得
出加 速 度 ； 动摩 擦 消耗 功率 Ｐ 、 滚 空气 阻 力消耗 功 率 Ｐ、 加速 阻力 消耗 功 率 Ｐ 、 动机 有 效 功率 Ｐ 发 和 发 动 机平 均 有效压 力 Ｐｅ ｎ ｉ的计 算 公式 如下 ＿ 。 ６
的发 动机 工况 点数 目众 多 ， 乏实 际分 析 意 义 ， 要 缺 需 提炼 归纳 出对 整车 油耗 贡献 率较 大 的常 用工 况 点来 进行 优化 分析 与试 验验 证 。
６ ｕ ｓｉ ０ ｉ ｏ
１ Ｔｒ
（ ｌ １ ）
式中： 发动机转速 ； ｎ为 “为 车 速 ；。 主 减 速 比 ； ｉ为 ｉ 为变 速器 变 速 比 ；为 车轮 转 动半径 。 ｒ
关键 词 ： 车行 驶循 环 ； 整 发动 机简 化 工况点 ； 离最 短简 化原 理 距
Ａ Ｓ ｕ ｙ ｏ ｈ ｔｒ ｎ ｔ ｎ ｏ ｉ ｌ ｉｄ Ｅ ｇｎ ｅａ ｉｎ ｔ ｄ ｎ ｔ ｅ Ｄｅｅ ｍｉ ａｉ ｆＳ ｍｐ ｉ ｅ ｎ ｉ ｅ Ｏｐ ｒ ｔ ｏ ｆ ｏ Ｐ ｉｔ ｏ ｒ ｓ ｏ ｄｎ ｏ Ｖｅ ｉｌ ｒｖｎ ｙ ｌ ｏｎ ｓＣ ｒｅ ｐ ｎ ｉｇ ｔ ｈｃｅ Ｄ ｉｉ ｇ Ｃ ｃｅ
原稿 收到 日期为 ２ １ ９月 １日， ００年 修改稿收到 日 为 ２ １ １ 月 １ 期 ００年 １ ５日。
汽
车
工
程
２１ 年 （ ３ ０ １ 第 ３卷 ） ７期 第
机 台架 上进 行 快 速 试 验 验 证 （ 模 拟 计 算 优 化 ） 或 的 微 型 脉谱 。对 简化 后 的工 况 点 的油耗 进 行 实 测 （ 或
滚 动 摩擦 阻力 消耗 功率 ：
Ｐ ＝ｗ ｕ ｌ０ ０ ｆ ／ ０ （） ２
２ 发动机工况点 的分 区与简化
２ １ 距 离最 短分 区简 化方 法 ．
距 离最 短二 维 散 点 数 据 分 区 简 化方 法是 ： 平 对 面 散点 数据 进行 多次 分 区 ， 计算 各分 区聚类 中心 ， 直
排 序 可 以指导 发 动机 开发 过程 中有 侧重 性 地 进行 优
状态 ， 例如车速 、 道路阻力、 空气阻力 、 加速阻力和制
动力 等转 化成 发动 机 的转 速 与 转矩 （ 平 均有 效 压 或 力 ） 确定 每一 时刻 对应 的发 动机 工作状 态 。虽 然整 ， 车道 路行 驶工 况 是 一 条 随 时 问变 化 的连 续 曲线 ， 但
ｐｒｎｃｐｌ ｉ ｉ ｅ
发 动机 工 况 点 的 油耗 对 整 车 油 耗 的 贡 献 率 不 可 预
日 Ｕ吾
知， 使得 发动 机 常 用 工 况 点 的 辨识 非 常 困难 。 目前
汽 车 的道路行 驶 经济性 取 决 于发 动机 实 际运 行 工 况下 的燃 油 消耗 量 … ， 用发 动机 的工 作 属 于 面 车
工况 ， 而发动机设计 与运行参数 的优化很难兼顾全 部工 作 区域 ， 只能 有侧 重地 进行 优 化 ， 因此 根 据对 整
车经 济性 水平 贡 献 率 的大 小 ， 发 动 机 常 用 工 况 点 对
驶阻力通过传动系向发动机转速和转矩输 出点进行
进行辨识 、 简化和排序对发动机前期开发阶段的设 计与运行参数的侧重性优化具有重要意义 。由于整 车道路行驶对应 的发动机运行工况复杂 ， 并且每一
工 况运行 时对 应 的发 动机工 作状 态 离散 成 一个 发 动
机 工况 的二 维 数 组 （ 速 与转 矩 ） Ｎ Ｄ 转 ， Ｅ Ｃ道 路 循 环
汽 车行 驶 动力 由发 动机 输 出 ， 变 速器 、 减 速 经 主 器 输送 至 车轮 ， 根据 它 们 之 间 的关 系 式 可 计 算
ＳａｅＫｙＬ ｂｒｔｙｏ ｄａ ｃｄＤ ｓ ｎａ ｄＭａ ｕａｔｒ ｇ ｏ ｅｉｅＢ ， ｈ ｎｓａ １０ ２ ｔｔ ｅ ａ ｏａｏ ｒ ｆＡ ｖ ｎｅ ｅｉ ｎ ｎｆ ｃ ｉ ｆｒＶｈｃ ｏ Ｃ ａｇｈ ４ ０ ８ ｇ ｕｎ ｌ
［ ｂｔ ｃ］ Ｂ ｓｄｏ ｈ ｌ ｔ ｏ ，ｈ ａｅ ｄ ｐｒ ｉ ｏ ｔｏｅｇ ｅ ｏ ｅｐｎ ｉ ｅｉｅ ｒ ｉ Ａ ｓ ａｔ ｒ ａ ｎｖ ｉｅ ｈ ｒ ｔ ｓ ｔｒ ｅ ｔ ｎ ｉ ｓ ｆ ｎｉ ｒ ｓｏｄ ｇｏ ｈ ｌ ｄ ｖ ｇ ｅ ｅ ｃ ｅ ｙ ｅ ｃ ｔ ｅ ｏ ａｏ ｐ ｎ ｎ ｃ ｒ ｎ ｔｖ ｃ ｎ ｉ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ：ｖ ｈ ｃ ｅ ｄ ｉ ｉ ｇ ｃ ｃｅ；ｓ ｐ ｉ ｅ ｎ ｉ ｅ ｏ ｅ ａ ｉ ｎ ｐ ｉ ｔ ；ｍｉ ｉ ｕ ｉｔ ｎ ｅ ｓ ｐ ｉ ｃ ｔ ｎ ｙ ｒ ｓ ｅ ｉ ｌ ｒｖ ｎ ｙ ｌ ｉ ｌ ｄ ｅ ｇｎ ｐ ｒ ｔ ｏｎ ｓ ｍ ｉ ｆ ｏ ｎ ｍ ｍ ｄ ｓａ ｃ ｉ ｌ ａ ｉ ｍ ｉ ｆ ｏ
传递分析 ， 得出整车道路行驶对应 的发动机运行工 况点散点。基于距离最短散点数据简化理论 ， 将散
点简化成几个至十几个 常用工况点 ， 出可在发动 得
国家 ８ ３计划 项 目（０ ８ ａ１ ，０ ８ ａ３ ） 国家科技 支撑计划项 目（０ ９ Ａ １ Ｂ ０ 资 助。 ６ ２０ ａｌ６ ２０ ａ１５ 和 ２０ Ｂ Ｇ ３ ０ ）
化 ， 助 这种 方 式 可在 发 动机 与变 速 器 的早 期 开 发 借 阶段 保证 整 车动 力性 和经 济性 目标 的实现 。
１ 整车运行工况向发动机工况点的转化
１ １ 整车 车速 向发 动机 转速 的转 化 ．
以时问步长较小 （ 常取 １ ） 通 ｓ 的离散 点来代替 连续 曲线具备足够精度 。依此方式 ， 将汽车沿道路行驶
ｅ ｇｎ ｐ ｒｔ ｎ ｐ ｉｔ ，ｔｅｏ ｔ ｚｔ ｎ ｗ ｔ ｒｆｒｎ ｅ ｉ ｈ ａｌ ｔｇ ｆｅ ｇｎ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ａ ｅｇ ｉｅ ． ｎ ｉｅｏ ｅａｉ ｏｎｓ ｈ ｐｉ ａｉ ｉ ｐｅｅｅ ｃ ｎ ｔｅ ｅ ｒ ｓａ ｅ ｏ ｎ ｉｅｄ ｖ ｌｐ ｎ ｎ ｂ ｕｄ ｄ ｏ ｍｉ ｏ ｈ ｙ ｃ
汽 ２１ ０ １年（ ３ ） ７期 第 ３卷 第
车
工
程
２ １ （ ｏ． ３ Ｎ ． ０ １ Ｖ １３ ） ｏ ７
Ａ ｔ ｏｉ ｎ ｉｅｒ ｇ ｕｏ ｔ ｅＥ ｇ ｅｉ ｍ ｖ ｎ ｎ
２ １ １ ０１ １ ６
对 应 于 整 车行 驶循 环 的发 动 机 简 化 工 况 点 确定 方 法 的研 究 术
Ｌｉ ｉ ｇ ｉｇ，ＬｉＹｉ ｇ ｈ ｎ，Ｘｉ ａ ｌｎ ｕ Ｊｎ ｐｎ ｎ ｃｕ ａ Ｘｉｏａ ｇ，Ｆ ｉｎ ｉ ＆ Ｚｈ ｏ Ｚｈ ｃ ａ ｕ Ｊ ａ ｑｎ ａ ｉｈ ｏ
Ｒ ｓ ｒｈＣｎｅｆｒ ｄａ ｃｄＰ ｗ ｒａｎＴｃｎｌ ｙ ｕａ ｎｖｒｉ ； ｅ ａｃ ｅｔ ｏ ｖｎｅ ｏ ｅ ｒｉ ｅｈｏｏ ，Ｈ ｎｎ Ｕ ｉ ｓｙ ｅ ｒ Ａ ｔ ｇ ｅｔ
常用 的商用软件 Ｇ —ｒｅＡ Ｌｃ ｉ 都具有整车道 Ｔｄ ｖ、 Ｖ － ｕｓ ｉ ｒ ｅ 路经济性和动力性 的模拟计算 功能 ， 也具备发动机 工况点使用频率分析的功能， 但发动机常用工况点 简化 分析 的功 能有 所欠 缺 Ｊ 。
本文 中基 于 汽 车整 车运 动学 理 论 ， 车 速 与行 将
的周期 为 １１０ ， １ 作 为时 间步长 离散 得 出 １１０ ８ ｓ以 ｓ ８ 个 发动 机工 况点 （ 速 与 转矩 ） 转 。此 时 ， 以对 每 一 可
出汽车道路行驶 每一时刻对应的发动机转速为
ｎ — ＿ 一
： —
—
工况点乘以其油耗率按时间累加得到整车道路行驶 油耗（ 本文 中的全工况计算油耗方法 ）但 由于得 出 ，
刘敬平 ， 李迎春 ， 夏孝 朗， 付建勤， 赵智超
（ 湖南大学先进 动力总成技 术研 究 中心； 汽车车身先进设计制造 重点实验 室， 长沙 ４ ０ ８ ） １０ ２
［ 摘要 ］ 基于汽车理论 ， 计算 出车辆 道路行驶循环对应 的发 动机运行 工况点散点 。根据距离最 短分 区简化 原 理 ， 出发 动机工况 简化点。对这些简化点 的油耗进 行实 测 （ 得 或模 拟计算 ） 预测 车辆道路 行驶工 况下 的燃油经 济 ， 性。实车试验验证 了本方法 的实用性 和所 开发计算程序 的精 度 。通过发 动机工况 简化点 油耗贡献 率的排 序 ， 可指 导发动机早期开发阶段 中有侧重 的优化 。
式 中 ： 为垂 直载 荷 为滚 动阻力 系数 。 厂 空气 阻力 消耗 功率 ： Ｐ ＝Ｃ ４ （ Ｄｏ Ｍ＋ｕ ）／ ０ ２００
密度 ； 为 风速 。 Ｕ
到分区达到最优状态 ， 并计算 出此时各分 区的聚类 中心 ， 而 实现 散点 数据 分 区简化 。 从
如 图 １所示 ， 离 最短 二 维 散 点 数 据 简 化 的具 距 体 步骤 如下 ： （ ）根 据 数据 特点及 简化 精度 要求 对 数 据 区域 １ 进行 第 １次分 区 ， 中有 ２ 图 ５个 数 据 点 ， 简化 目标 以 点数 为 ４举 例 说 明 ， 按横 坐标 进行 第 １ 分 区 ， 为 次 分 １区 、 、 ２区 ３区 和 ４区 ， 则 为 每 区点 数 基 本 相 等 ， 原
１ ３ 整 车运 行 工况 向发动 机 工作点 的转 化 ．
根 据式 （ ）一式 （ ）将 整 车 沿 预设 道路 行 驶 工 ２ ７， 况 （ 如 Ｎ Ｄ Ｆ Ｐ７ 例 Ｅ Ｃ、Ｔ －５等 ） 驶 时 每 一 时 刻 的整 车 行
模拟计算 ）乘 以加权时间， ， 预测整车道路行驶工况
下 的燃油 经济 性 。通过 对 常用工 况 点 的油 耗 贡献 率
１２ 整车行 驶 阻力 向发动机 的平均有效压 力的转化 ．
根据整车道路行驶每一时刻的车速离散求解得
出加 速 度 ； 动摩 擦 消耗 功率 Ｐ 、 滚 空气 阻 力消耗 功 率 Ｐ、 加速 阻力 消耗 功 率 Ｐ 、 动机 有 效 功率 Ｐ 发 和 发 动 机平 均 有效压 力 Ｐｅ ｎ ｉ的计 算 公式 如下 ＿ 。 ６
的发 动机 工况 点数 目众 多 ， 乏实 际分 析 意 义 ， 要 缺 需 提炼 归纳 出对 整车 油耗 贡献 率较 大 的常 用工 况 点来 进行 优化 分析 与试 验验 证 。
６ ｕ ｓｉ ０ ｉ ｏ
１ Ｔｒ
（ ｌ １ ）
式中： 发动机转速 ； ｎ为 “为 车 速 ；。 主 减 速 比 ； ｉ为 ｉ 为变 速器 变 速 比 ；为 车轮 转 动半径 。 ｒ
关键 词 ： 车行 驶循 环 ； 整 发动 机简 化 工况点 ； 离最 短简 化原 理 距
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原稿 收到 日期为 ２ １ ９月 １日， ００年 修改稿收到 日 为 ２ １ １ 月 １ 期 ００年 １ ５日。
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车
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２１ 年 （ ３ ０ １ 第 ３卷 ） ７期 第
机 台架 上进 行 快 速 试 验 验 证 （ 模 拟 计 算 优 化 ） 或 的 微 型 脉谱 。对 简化 后 的工 况 点 的油耗 进 行 实 测 （ 或
滚 动 摩擦 阻力 消耗 功率 ：
Ｐ ＝ｗ ｕ ｌ０ ０ ｆ ／ ０ （） ２
２ 发动机工况点 的分 区与简化
２ １ 距 离最 短分 区简 化方 法 ．
距 离最 短二 维 散 点 数 据 分 区 简 化方 法是 ： 平 对 面 散点 数据 进行 多次 分 区 ， 计算 各分 区聚类 中心 ， 直
排 序 可 以指导 发 动机 开发 过程 中有 侧重 性 地 进行 优
状态 ， 例如车速 、 道路阻力、 空气阻力 、 加速阻力和制
动力 等转 化成 发动 机 的转 速 与 转矩 （ 平 均有 效 压 或 力 ） 确定 每一 时刻 对应 的发 动机 工作状 态 。虽 然整 ， 车道 路行 驶工 况 是 一 条 随 时 问变 化 的连 续 曲线 ， 但
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发 动机 工 况 点 的 油耗 对 整 车 油 耗 的 贡 献 率 不 可 预
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知， 使得 发动 机 常 用 工 况 点 的 辨识 非 常 困难 。 目前
汽 车 的道路行 驶 经济性 取 决 于发 动机 实 际运 行 工 况下 的燃 油 消耗 量 … ， 用发 动机 的工 作 属 于 面 车
工况 ， 而发动机设计 与运行参数 的优化很难兼顾全 部工 作 区域 ， 只能 有侧 重地 进行 优 化 ， 因此 根 据对 整
车经 济性 水平 贡 献 率 的大 小 ， 发 动 机 常 用 工 况 点 对
驶阻力通过传动系向发动机转速和转矩输 出点进行
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工 况运行 时对 应 的发 动机工 作状 态 离散 成 一个 发 动
机 工况 的二 维 数 组 （ 速 与转 矩 ） Ｎ Ｄ 转 ， Ｅ Ｃ道 路 循 环
汽 车行 驶 动力 由发 动机 输 出 ， 变 速器 、 减 速 经 主 器 输送 至 车轮 ， 根据 它 们 之 间 的关 系 式 可 计 算
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化 ， 助 这种 方 式 可在 发 动机 与变 速 器 的早 期 开 发 借 阶段 保证 整 车动 力性 和经 济性 目标 的实现 。
１ 整车运行工况向发动机工况点的转化
１ １ 整车 车速 向发 动机 转速 的转 化 ．
以时问步长较小 （ 常取 １ ） 通 ｓ 的离散 点来代替 连续 曲线具备足够精度 。依此方式 ， 将汽车沿道路行驶
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对 应 于 整 车行 驶循 环 的发 动 机 简 化 工 况 点 确定 方 法 的研 究 术
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常用 的商用软件 Ｇ —ｒｅＡ Ｌｃ ｉ 都具有整车道 Ｔｄ ｖ、 Ｖ － ｕｓ ｉ ｒ ｅ 路经济性和动力性 的模拟计算 功能 ， 也具备发动机 工况点使用频率分析的功能， 但发动机常用工况点 简化 分析 的功 能有 所欠 缺 Ｊ 。
本文 中基 于 汽 车整 车运 动学 理 论 ， 车 速 与行 将
的周期 为 １１０ ， １ 作 为时 间步长 离散 得 出 １１０ ８ ｓ以 ｓ ８ 个 发动 机工 况点 （ 速 与 转矩 ） 转 。此 时 ， 以对 每 一 可
出汽车道路行驶 每一时刻对应的发动机转速为
ｎ — ＿ 一
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工况点乘以其油耗率按时间累加得到整车道路行驶 油耗（ 本文 中的全工况计算油耗方法 ）但 由于得 出 ，
刘敬平 ， 李迎春 ， 夏孝 朗， 付建勤， 赵智超
（ 湖南大学先进 动力总成技 术研 究 中心； 汽车车身先进设计制造 重点实验 室， 长沙 ４ ０ ８ ） １０ ２
［ 摘要 ］ 基于汽车理论 ， 计算 出车辆 道路行驶循环对应 的发 动机运行 工况点散点 。根据距离最 短分 区简化 原 理 ， 出发 动机工况 简化点。对这些简化点 的油耗进 行实 测 （ 得 或模 拟计算 ） 预测 车辆道路 行驶工 况下 的燃油经 济 ， 性。实车试验验证 了本方法 的实用性 和所 开发计算程序 的精 度 。通过发 动机工况 简化点 油耗贡献 率的排 序 ， 可指 导发动机早期开发阶段 中有侧重 的优化 。
式 中 ： 为垂 直载 荷 为滚 动阻力 系数 。 厂 空气 阻力 消耗 功率 ： Ｐ ＝Ｃ ４ （ Ｄｏ Ｍ＋ｕ ）／ ０ ２００
密度 ； 为 风速 。 Ｕ
到分区达到最优状态 ， 并计算 出此时各分 区的聚类 中心 ， 而 实现 散点 数据 分 区简化 。 从
如 图 １所示 ， 离 最短 二 维 散 点 数 据 简 化 的具 距 体 步骤 如下 ： （ ）根 据 数据 特点及 简化 精度 要求 对 数 据 区域 １ 进行 第 １次分 区 ， 中有 ２ 图 ５个 数 据 点 ， 简化 目标 以 点数 为 ４举 例 说 明 ， 按横 坐标 进行 第 １ 分 区 ， 为 次 分 １区 、 、 ２区 ３区 和 ４区 ， 则 为 每 区点 数 基 本 相 等 ， 原
１ ３ 整 车运 行 工况 向发动 机 工作点 的转 化 ．
根 据式 （ ）一式 （ ）将 整 车 沿 预设 道路 行 驶 工 ２ ７， 况 （ 如 Ｎ Ｄ Ｆ Ｐ７ 例 Ｅ Ｃ、Ｔ －５等 ） 驶 时 每 一 时 刻 的整 车 行
模拟计算 ）乘 以加权时间， ， 预测整车道路行驶工况
下 的燃油 经济 性 。通过 对 常用工 况 点 的油 耗 贡献 率