高吉強(qiáng)，徐軍輝，梁榮亮，謝東明，郭瑞玲

（中國汽車技術(shù)研究中心，天津　300300）

Gao Jiqiang，Xu Junhui，Liang Rongliang，Xie Dongming，Guo Ruiling

營運(yùn)車輛燃油消耗量測試精度影響因素分析

高吉強(qiáng)，徐軍輝，梁榮亮，謝東明，郭瑞玲

（中國汽車技術(shù)研究中心，天津300300）

Gao Jiqiang，Xu Junhui，Liang Rongliang，Xie Dongming，Guo Ruiling

摘要：文中簡要介紹了營運(yùn)車輛等速燃油消耗量的試驗(yàn)方法和測量原理，并基于標(biāo)準(zhǔn)中對試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性檢驗(yàn)的要求，結(jié)合理論分析和試驗(yàn)研究，從測試系統(tǒng)、氣象條件、測試距離3方面對測試精度的影響因素進(jìn)行了詳盡的分析。

關(guān)鍵詞：道路試驗(yàn)；燃油消耗量；誤差分析

0　引　言

隨著汽車保有總量的不斷增長，汽車燃料消耗在我國石油消耗總量中的比例日益提高，已經(jīng)成為我國新增石油消耗的主體，由此導(dǎo)致的能源和環(huán)境問題日益突出，進(jìn)而影響到我國汽車及其他相關(guān)行業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。

營運(yùn)車輛作為我國客貨運(yùn)輸?shù)闹黧w，在我國車輛保有中占有重要地位，特別是最近幾年隨著道路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，營運(yùn)車輛的保有量持續(xù)增長，并且由于其使用頻率高，燃油消耗量大，所以降低營運(yùn)車輛的燃油消耗量對節(jié)省石油資源、減少國家對進(jìn)口石油的依賴性有重要的意義。交通運(yùn)輸部也發(fā)布了《營運(yùn)客車燃油消耗量限值及測量方法》和《營運(yùn)貨車燃油消耗量限值及測量方法》2項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定了營運(yùn)車輛油耗的試驗(yàn)方法和限值要求。

1　試驗(yàn)條件和方法

試驗(yàn)是在交通部公路交通試驗(yàn)場的性能路面進(jìn)行，路面為清潔、干燥、平整的混凝土路面，試驗(yàn)路長度符合測量需要，試驗(yàn)時(shí)的氣象條件和車輛準(zhǔn)備符合GB/T12534《汽車道路試驗(yàn)方法通則》的要求。試驗(yàn)時(shí)關(guān)閉車窗、駕駛室通風(fēng)口及空調(diào)，只允許為驅(qū)動(dòng)車輛所需的設(shè)備工作。主要的試驗(yàn)設(shè)備有燃料流量計(jì)和速度計(jì)，精度符合試驗(yàn)要求。

試驗(yàn)在車輛滿載和空載2種工況下進(jìn)行，車輛滿載時(shí)，手動(dòng)變速器置于最高擋或次高擋（最高擋不能滿足等速要求時(shí)），自動(dòng)變速器置于前進(jìn)擋。在各規(guī)定試驗(yàn)車速下，保持車輛平穩(wěn)行駛100m后，等速通過500m的試驗(yàn)路，測量車輛通過該路段的時(shí)間和燃油消耗量。車輛空載時(shí)，測量客車次高擋60km/h等速行駛或貨車最高擋或次高擋50km/h等速行駛時(shí)的燃油消耗量。每個(gè)試驗(yàn)車速應(yīng)在測試路段上往返測量2次，試驗(yàn)平均車速與規(guī)定車速之差不得超過2km/h。

2　試驗(yàn)測量原理

大部分營運(yùn)車輛采用的是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，在介紹試驗(yàn)測量原理前，先了解下柴油機(jī)的燃油供給系統(tǒng)。柴油機(jī)供油系統(tǒng)由柴油箱、輸油泵、低壓油管、柴油濾清器、噴油泵、高壓油管、噴油器和溢流管等組成，如圖1所示。柴油從柴油箱被輸油泵吸出，并產(chǎn)生一定的壓力，經(jīng)柴油濾清器濾去雜質(zhì)后進(jìn)入噴油泵，噴油泵將低壓油提高油壓，經(jīng)高壓油管和噴油器將高壓油噴入燃燒室。由于輸油泵的供油量較大，大量多余的燃油經(jīng)噴油泵進(jìn)油室的一端溢流閥和溢流管流回輸油泵的進(jìn)口或直接流回柴油箱。噴油器工作間隙泄漏的極少量柴油也經(jīng)回油管流回柴油箱?？梢钥闯觯囕v的燃油消耗量是進(jìn)油管路流量和回油管路流量的差值。試驗(yàn)時(shí)，將進(jìn)油管路和溢流管路從某處斷開，接入燃油流量計(jì)，以此來實(shí)時(shí)測得車輛的燃油消耗量。將燃油流量計(jì)得到的信號傳輸?shù)剿俣扔?jì)，與速度計(jì)測得的路程和時(shí)間信號相結(jié)合，就可以得到車輛等速行駛百公里燃油消耗量（L/100km）。

3　試驗(yàn)誤差影響因素分析

3.1試驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性檢驗(yàn)

等速行駛?cè)加拖牧吭囼?yàn)的試驗(yàn)結(jié)果要經(jīng)過重復(fù)性的檢驗(yàn)，表1是第95百分位分布的標(biāo)準(zhǔn)差R與重復(fù)性次數(shù)n之間的關(guān)系。為某個(gè)車速下n次試驗(yàn)結(jié)果中最大燃料消耗量與最小燃料消耗量之差。當(dāng)

表1　重復(fù)性次數(shù)n與標(biāo)準(zhǔn)差R的關(guān)系

3.2誤差分析

從表1試驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性檢驗(yàn)可以看出，同一車速下往返各測量2次時(shí)，Qmax要小于平均值的0.063倍，為了滿足這個(gè)要求，需要考慮測量過程中的各個(gè)影響因素，否則試驗(yàn)結(jié)果很難滿足重復(fù)性檢驗(yàn)。

3.2.1測試系統(tǒng)的影響因素

油耗測量是通過斷開原燃油供給系的進(jìn)回油管路測得進(jìn)油流量和回油流量，以二者的差值來確定燃油消耗量。測試系統(tǒng)接入之后，破壞了原有的壓力平衡，所以為了保證測量的準(zhǔn)確性，需要調(diào)節(jié)進(jìn)回油管路的壓力，以保證測試系統(tǒng)進(jìn)回油管路的壓力與接入前系統(tǒng)的壓力大致相等。若測試系統(tǒng)接入后壓力變化較大，可能導(dǎo)致測量結(jié)果誤差較大，甚至無法完成測試，所以調(diào)壓對保證油耗測量的準(zhǔn)確性有重要意義。

在接入測試儀器的過程中，必然會(huì)有空氣進(jìn)入輸油管路，這些空氣的存在會(huì)影響測量的結(jié)果，導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)一致性較差，達(dá)不到測試要求，所以試驗(yàn)前要首先排凈管路中的空氣。對于有排氣系統(tǒng)的流量計(jì)可以將其放到排氣擋，充分排氣后再進(jìn)行測量。沒有排氣系統(tǒng)的流量計(jì)可通過手動(dòng)排氣或者通過起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)使燃油回路多次循環(huán)來達(dá)到排氣的目的。

燃油供給系中各個(gè)管路的壓力各不相同，燃油管的內(nèi)徑受燃油壓力的影響會(huì)產(chǎn)生變化。當(dāng)燃油壓力升高時(shí)，燃油管由于內(nèi)徑增大可以儲(chǔ)存更多的燃油，傳感器測量的這部分燃油實(shí)際上是未燃燒的。所以管路壓力的變化對燃油管內(nèi)徑的影響會(huì)對測量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。要減弱管路壓力對測量結(jié)果的影響，就需要在測量過程中使用盡量短的測量管路，同時(shí)選用膨脹率較低的燃油管。

3.2.2氣象條件的影響

油耗測試過程中，試驗(yàn)的氣象條件對測試結(jié)果也有明顯的影響，主要體現(xiàn)在試驗(yàn)溫度、氣壓、風(fēng)速等方面，在最后的結(jié)果處理中對溫度和氣壓的影響都進(jìn)行了修正，因此重點(diǎn)研究風(fēng)速對測試結(jié)果的影響。

汽車在水平道路上勻速行駛時(shí)，行駛阻力主要是來自地面的滾動(dòng)阻力Ff和來自空氣的空氣阻力Fw。風(fēng)速對試驗(yàn)結(jié)果的影響主要是通過影響空氣阻力實(shí)現(xiàn)的，空氣阻力的計(jì)算如式（1）所示。由于營運(yùn)車輛自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，其空氣阻力系數(shù)CD和迎風(fēng)面積A都比較大，空氣阻力與行駛速度的2次方成正比，克服空氣阻力所需的功率是行駛速度的3次函數(shù)。汽車在60km/h勻速行駛時(shí)，假如風(fēng)速是3m/s，逆風(fēng)行駛時(shí)的空氣阻力較無風(fēng)時(shí)增加39％，在油耗測試過程中，若同時(shí)考慮順風(fēng)和迎風(fēng)的影響，空氣阻力的差距會(huì)更大，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，進(jìn)而影響油耗測量的一致性。以某國產(chǎn)客車在風(fēng)速為3.3m/s情況下試驗(yàn)結(jié)果為例，從表2中可以看出，由于風(fēng)速的影響，各個(gè)車速下的標(biāo)準(zhǔn)偏差都較大，很難滿足重復(fù)性檢驗(yàn)的要求，測量結(jié)果的精度大打折扣。

式中，CD為空氣阻力系數(shù)；A為迎風(fēng)面積；為行駛速度。

表2　某客車等速燃油消耗量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2.3測試距離的影響

油耗測量對測量結(jié)果的一致性要求較高，當(dāng)測量結(jié)果的重復(fù)性達(dá)不到要求時(shí)，需要增加測量次數(shù)。在實(shí)際油耗測試過程中，對流量的測量并非取整個(gè)過程中流量的總值，而是按照一定的采樣頻率實(shí)時(shí)采樣后取平均值。延長測量時(shí)間可以增加樣本的容量，有利于保證測量結(jié)果的一致性。試驗(yàn)過程中，要求測量的車速范圍較廣，選用相同的測試長度時(shí)，高速時(shí)的測量時(shí)間相對短，樣本容量低容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)比較離散。選取2輛營運(yùn)客車進(jìn)行試驗(yàn)，擋位采用最高擋，試驗(yàn)車速從50km/h到100km/h，以10km/h的間隔均勻選取車速，同一車速往返測試2次，測試路段長度分別為500m和1000m。試驗(yàn)結(jié)束后，為了檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性，分別計(jì)算各個(gè)車速下4次試驗(yàn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果如圖2和圖3所示。

可以看出，當(dāng)增加測試路段長度后，各個(gè)車速下測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差都有不同程度的降低，說明數(shù)據(jù)的一致性變好了，結(jié)果更加趨向于真實(shí)值，提高了油耗測量的準(zhǔn)確性，也更容易達(dá)到重復(fù)性檢驗(yàn)的要求。

4　結(jié)論

從以上的分析可以看出，在等速燃油消耗量道路試驗(yàn)測試過程中，測試系統(tǒng)、氣象條件以及測試距離對測試精度都有較大的影響，在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上，還要嚴(yán)格控制測試系統(tǒng)的壓力和排氣，盡量在風(fēng)速較小的環(huán)境下進(jìn)行測試，必要的時(shí)候通過增加測試距離來延長采樣時(shí)間，以此來提高油耗測試的準(zhǔn)確性，滿足測試結(jié)果重復(fù)性檢驗(yàn)的要求。

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收稿日期：2015-06-22

文章編號：1002-4581（2015）05-0006-03

中圖分類號：U467.4+98

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.14175/j.issn.1002-4581.2015.05.002