李　猛　馬忠民　賈海慶　郭萬(wàn)超（北京汽車研究總院有限公司　北京　101300）

越野汽車質(zhì)量變化對(duì)油耗的影響

李猛馬忠民賈海慶郭萬(wàn)超
（北京汽車研究總院有限公司北京101300）

摘要：隨著我國(guó)汽車油耗法規(guī)限值的加嚴(yán)，降低汽車油耗成為汽車行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。不可否認(rèn)輕量化是降低整車油耗的一個(gè)手段，但不同類型的車輛對(duì)整車質(zhì)量變化的敏感度不同。將重點(diǎn)研究越野汽車質(zhì)量變化對(duì)油耗的影響，基于目前油耗測(cè)試法規(guī)，通過(guò)仿真分析和試驗(yàn)測(cè)試分析整車質(zhì)量變化對(duì)不同油耗測(cè)試結(jié)果的影響。

關(guān)鍵詞：越野汽車輕量化油耗測(cè)試方法

引言

隨著汽車燃油資源的不斷減少以及環(huán)境的日益惡劣，汽車節(jié)能減排在汽車工業(yè)發(fā)展過(guò)程中變得越來(lái)越重要。有效節(jié)能減排的技術(shù)很多，整車輕量化即是其中的一項(xiàng)，針對(duì)汽車質(zhì)量對(duì)整車油耗的影響，各汽車研發(fā)單位或科研機(jī)構(gòu)都做了很多研究。研究表明，汽車質(zhì)量每減少10%，油耗可降低6%～8%，同時(shí)排放可減少3%～4%[1]；質(zhì)量每減少100 kg，汽車油耗可減少約0.3～0.6L/100 km[2]。

按照我國(guó)汽車類型定義，乘用車主要分為普通乘用車、高級(jí)乘用車、小型乘用車、敞篷車、越野乘用車等類型[3]。汽車質(zhì)量變化對(duì)各車型的油耗都有一定影響，本文重點(diǎn)討論越野乘用車（off-road passengercar）整車質(zhì)量變化對(duì)油耗的影響，越野汽車的主要特點(diǎn)表現(xiàn)為：整車質(zhì)量大，越野性能強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)。

1　試驗(yàn)方法介紹

按照目前乘用車綜合油耗測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求[4]，乘用車綜合工況油耗測(cè)試方法有兩種，一是滑行法，一是慣量法（也叫單點(diǎn)法或查表法）。兩種測(cè)試方法相同點(diǎn)是：試驗(yàn)工況均采用歐洲NEDC循環(huán)工況；不同點(diǎn)是：試驗(yàn)時(shí)，轉(zhuǎn)鼓采用的加載阻力方式不一樣[5]。本文將通過(guò)仿真與試驗(yàn)手段分析越野汽車整車質(zhì)量變化對(duì)滑行法和慣量法測(cè)試油耗的影響。

乘用車綜合油耗測(cè)試工況采用歐洲NEDC循環(huán)工況，包括四個(gè)市區(qū)工況循環(huán)和一個(gè)市郊工況循環(huán)，工況循環(huán)圖如圖1所示。

圖1 NEDC循環(huán)工況圖

1.1慣量法

慣量法測(cè)試綜合油耗輸入轉(zhuǎn)鼓的阻力是根據(jù)車輛不同的基準(zhǔn)質(zhì)量（整備質(zhì)量+100kg）查表得到的，因此又叫查表法或單點(diǎn)法。阻力方程如下：

式中：F為底盤測(cè)功機(jī)吸收的總負(fù)荷，N；a為滾動(dòng)阻力當(dāng)量值，N；b為空氣阻力系數(shù)當(dāng)量值，N/（km·h-1）2；V為車速，km/h。

不同基準(zhǔn)質(zhì)量對(duì)應(yīng)的a、b系數(shù)值見(jiàn)表1

表1 a、b系數(shù)值

1.2滑行法

汽車滑行是指汽車在水平路面且無(wú)風(fēng)的條件下加速至某預(yù)定速度，摘擋并脫開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)，利用汽車的動(dòng)能繼續(xù)行駛的減速運(yùn)動(dòng)[6]。

滑行阻力是使車輛在平直路面上按照要求從固定車速滑行至停止時(shí)的所有阻力，也是整車在轉(zhuǎn)鼓上進(jìn)行油耗試驗(yàn)時(shí)的目標(biāo)阻力。這些阻力包括風(fēng)阻、滾阻以及整車傳動(dòng)部件的摩擦阻力。阻力方程如下：式中：F為車輛路面滑行時(shí)的總阻力，N；A為不隨速度變化的恒定阻力當(dāng)量值，N；B為隨速度線性變化的阻力當(dāng)量值，N/（km·h-1）；C為隨速度平方變化的阻力當(dāng)量值，N/（km·h-1）2；V為車速，km/h。

以上各阻力系數(shù)是根據(jù)實(shí)車在路面上的滑行阻力曲線擬合得到的。

當(dāng)車輛在測(cè)功機(jī)上運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)，道路載荷中的一部分阻力已經(jīng)存在，不需要測(cè)功機(jī)模擬。因此，滑行法的轉(zhuǎn)鼓阻力是整車目標(biāo)阻力減去車輛一部分內(nèi)阻，該部分內(nèi)阻一般都是通過(guò)整車在轉(zhuǎn)鼓上滑行得到的。

2　整車質(zhì)量變化對(duì)油耗的影響

本文基于某越野汽車（MT車型，整備質(zhì)量1850 kg），通過(guò)對(duì)整車增加或減少100 kg（約占整備質(zhì)量的5.4%），進(jìn)行整車質(zhì)量變化對(duì)油耗影響的分析。分析方法采用仿真與試驗(yàn)結(jié)合的方法。考慮到不同測(cè)試方法的差異，將分別用滑行法和慣量法對(duì)質(zhì)量變化的影響進(jìn)行研究分析。

2.1質(zhì)量變化對(duì)滑行法測(cè)試油耗的影響

基于1850 kg的整備質(zhì)量，通過(guò)增加和減少100 kg，制定5個(gè)質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行滑行法綜合油耗仿真分析和試驗(yàn)驗(yàn)證。5個(gè)質(zhì)量狀態(tài)具體見(jiàn)表2。

表2 5個(gè)質(zhì)量狀態(tài)

通過(guò)AVLCruise軟件對(duì)這一車型建模并完成模型的參數(shù)設(shè)置，如整車參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、變速器參數(shù)主減速比參數(shù)及輪胎參數(shù)等，還要輸入5個(gè)質(zhì)量狀態(tài)下滑行阻力的參數(shù)。整車油耗仿真模型搭建見(jiàn)圖2。

5個(gè)質(zhì)量狀態(tài)下的滑行阻力是整車在試驗(yàn)場(chǎng)按照法規(guī)要求進(jìn)行滑行試驗(yàn)后得到的5組不同的阻力曲線，見(jiàn)圖3。

在整車其它參數(shù)不變的情況下，僅改變模型中整車的阻力參數(shù)，進(jìn)行滑行法油耗仿真分析后，得到5組不同的整車油耗結(jié)果，如表3所示。

表3 整車油耗結(jié)果

圖2　整車油耗仿真模型

圖3　整車滑行阻力曲線

通過(guò)仿真分析得到整車質(zhì)量變化100kg,滑行法綜合油耗變化約0.2L/100km。

仿真分析的同時(shí)，根據(jù)五組不同的整車滑行阻力曲線在轉(zhuǎn)鼓上進(jìn)行滑行法測(cè)試綜合油耗。試驗(yàn)前首先通過(guò)預(yù)處理，標(biāo)定出5個(gè)質(zhì)量狀態(tài)下轉(zhuǎn)鼓加載阻力，五組不同的滑行阻力曲線和轉(zhuǎn)鼓加載阻力曲線如圖4所示。為了盡量降低試驗(yàn)誤差，每種質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行兩次綜合測(cè)試，根據(jù)此五組不同的滑行阻力曲線測(cè)試的整車綜合油耗結(jié)果如表4所示。

通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，整車質(zhì)量變化100 kg,滑行法綜合油耗變化0.1～0.2L/100 km。

仿真分析與試驗(yàn)驗(yàn)證基本吻合。實(shí)車試驗(yàn)時(shí)存在人員、設(shè)備、環(huán)境等因素的影響，是不可避免的，因此試驗(yàn)結(jié)果與仿真分析存在一定偏差。

圖4　整車滑行目標(biāo)阻力與轉(zhuǎn)轂加載阻力

表4　整車綜合油耗結(jié)果

2.2質(zhì)量變化對(duì)慣量法測(cè)試油耗的影響

慣量法測(cè)試綜合油耗時(shí)，轉(zhuǎn)鼓的加載阻力與整車基準(zhǔn)質(zhì)量有關(guān)，如表1中所示，如果整車基準(zhǔn)質(zhì)量在同一質(zhì)量段，轉(zhuǎn)鼓的加載阻力也是同一值。綜合油耗的結(jié)果也不會(huì)有太大變化。因此，本文重點(diǎn)討論整車質(zhì)量變化后整車基準(zhǔn)質(zhì)量處于不同質(zhì)量段的情況下，油耗的變化。

基于1850 kg的整備質(zhì)量，通過(guò)增加和減少100 kg,制定3個(gè)質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行慣量法綜合油耗仿真分析和試驗(yàn)驗(yàn)證。3個(gè)質(zhì)量狀態(tài)參數(shù)及對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)鼓加載阻力系數(shù)值見(jiàn)表5。

3個(gè)質(zhì)量狀態(tài)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)鼓加載阻力如圖5所示。

在整車其它參數(shù)不變的情況下，只改變模型中整車的阻力參數(shù)，進(jìn)行慣量法油耗仿真分析，得到3組不同的整車油耗結(jié)果，如表6所示。

表5　轉(zhuǎn)鼓加載阻力系數(shù)值

利用圖5所示的3種阻力對(duì)轉(zhuǎn)鼓加載后分別進(jìn)行慣量法綜合油耗測(cè)試，每個(gè)狀態(tài)測(cè)試三次,得到綜合油耗結(jié)果如表7所示。

圖5　慣量法轉(zhuǎn)轂加載阻力

表6整車油耗結(jié)果

表7 綜合油耗結(jié)果

通過(guò)仿真分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，整車質(zhì)量變化100kg,整車慣量法綜合油耗變化約0.3L/100km。

3　結(jié)論

本文通過(guò)以上對(duì)越野車型整車仿真分析和試驗(yàn)測(cè)試整車質(zhì)量變化對(duì)油耗的影響，可得到如下結(jié)論：

1）對(duì)于滑行法測(cè)試綜合油耗，整車質(zhì)量每變化100 kg，整車綜合油耗變化0.1～0.2 L/100 km。

2）對(duì)于查表法測(cè)試綜合油耗，整車質(zhì)量變化超出了同一質(zhì)量段，相鄰質(zhì)量段之間的整車綜合油耗變化為0.3 L/100 km。

參考文獻(xiàn)

1馬鳴圖，路洪洲，李志剛.論轎車白車身輕量化的表征參量和評(píng)價(jià)方法[J].汽車工程，2009，31（5）：403-406，439

2陸剛.低碳節(jié)能的新材料碳纖維使汽車進(jìn)入輕量化新時(shí)代[J].橡塑資料利用，2011（6）：19-23

3全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 3730.1-2001汽車和掛車類型的術(shù)語(yǔ)和定義[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012

4全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB 18352.5-2013輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013

5鄭賀悅，陸紅雨，戴春蓓，等.實(shí)驗(yàn)室內(nèi)車輛油耗測(cè)量影響因素研究[J].汽車工程，2004，26（3）：279-282

6余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：清華大學(xué)出版社，2000 （

中圖分類號(hào)：U467.4+98

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-8234（2015）05-0044-04

收稿日期：2015-07-21）

作者簡(jiǎn)介：李猛（1985-），男，工程師，碩士研究生，主要從事整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性能開(kāi)發(fā)。

The InfluenceofO ff-Road VehicleW eight Change on the FuelConsum ption

LiM eng,M a Zhongm in,Jia Haiqing,GuoWanchao
Beijing Automotive Technology Center(Beijing,101300,China)

Abstract：As the country's automobile fuel consumption regulations limit tightened,reduction of automobile fuel consumption becomes the objectof focus on automotive industry.There is no denying that lightweighting is ameans to reduce vehicle fuel consumption,but the sensitivity of the different types of vehicles to the vehicle weight change is different.This article will focus on studying the effect of off-road vehicle weight change on the fuel consumption.Based on the fuel consumption test regulations,the influence of vehicle weight change on different fuel consumption test methods is analyzed through the simulation and testing.

Keywords：Off-road vehicle,Lightweighting,Fuel consumption,Testmethod