張德生 臧杰

（黑龍江工程學院）

隨著燃油資源的不斷減少，節(jié)能在汽車開發(fā)的設計階段變得越來越重要。有效節(jié)能的技術參數(shù)中，汽車質量是一個比較活躍的參數(shù)[1]。針對汽車質量對整車燃油經(jīng)濟性的影響，各汽車研發(fā)單位或科研機構都做了很多研究[2]。汽車質量變化對各車型的油耗都有一定影響，文章選擇排量為1.3 L的乙醇汽油車作為基礎車型，因其排量小、油耗低及排放污染少，利于幫助設計人員判斷由于質量變化引起的燃油經(jīng)濟性各指標值的變化趨勢，從而縮短后續(xù)車型開發(fā)和制造的生產周期并降低研發(fā)成本[3]，有助于達到設計和樣車制定工程的目標和計劃。

1 基于Cruise軟件建立動力傳動系統(tǒng)仿真模型

1.1 建立基礎車型

該乘用車配備排量1.3 L乙醇汽油發(fā)動機、5擋機械變速箱，傳動系布置形式是發(fā)動機前置前輪驅動，駕駛室只控制加速踏板、變速器、離合器及制動器踏板。根據(jù)結構和布置形式建立了整車模塊、駕駛室模塊、發(fā)動機模塊、機械式摩擦離合器模塊、機械手動變速箱模塊、主減速器模塊、差速器模塊以及車輪和機械制動器模塊[4-5]。

1.2 基礎車型主要參數(shù)

該基礎車型的主要參數(shù)，如表1所示。

表1 乙醇汽油發(fā)動機整車主要參數(shù)

1.3 選擇主減速器類型及傳動比參數(shù)

為了研究1.3 L同一動力的基礎車型整車燃油經(jīng)濟性和整車質量變化，對整車匹配不同主減速器的燃油經(jīng)濟性影響進行對比分析，根據(jù)不同廠家現(xiàn)有車型實際采用主減速器傳動比的情況，選擇了A，B，C 3種車型的主減速器傳動比作為研究參數(shù)，分別為：3.789，4.105，4.388，主減速器傳動效率均為 0.97，在Cruise的calculation center下的component calculation下設置3種主減速器的參數(shù)[6-7]。

2 行駛任務和計算過程

2.1 行駛工況

Cruise根據(jù)汽車試驗和性能分析要求進行燃油經(jīng)濟性測試，制定了5種燃油經(jīng)濟性計算任務：1）城市市區(qū)工況（UDC）；2）城市市郊工況（EUDC）；3）城市郊區(qū)綜合工況（NEDC，也稱新工況或28工況）；4）5擋的90 km/h等速油耗經(jīng)濟性測試；5）5擋的120 km/h等速油耗經(jīng)濟性測試[8]。

2.2 計算過程

根據(jù)汽車實際情況建立計算模型，針對每個性能指標創(chuàng)建一個分析任務，將整車總質量作為變量得到一維矩陣，進入矩陣計算界面對變量進行設置，質量變化范圍為1 000～1 400 kg，變化步長為25 kg，每種車共16個組合方案，3種車型共有48個組合方案。

2.3 整車質量變化對燃油經(jīng)濟性指標的影響

分析燃油經(jīng)濟性主要對循環(huán)工況下燃油經(jīng)濟性和等速油耗燃油經(jīng)濟性2項內容進行分析。循環(huán)工況下燃油經(jīng)濟性包括UDC，EUDC，NEDC循環(huán)工況下100 km油耗；等速油耗燃油經(jīng)濟性包括5擋的90km/h及120km/h的等速100km油耗。另外，整車質量變化率是指整車計算質量相對基準質量的變化率，100 km油耗變化率是指整車計算質量下油耗相對基礎質量下油耗的變化率。

2.3.1 整車質量變化對UDC循環(huán)工況下100 km油耗的影響

不同質量的3種車型在UDC循環(huán)工況下100 km油耗結果，如圖1所示；UDC工況100 km油耗變化率與整車質量變化率曲線，如圖2所示。

圖1 UDC工況100 km油耗與整車質量曲線

圖2 UDC工況100 km油耗變化率與整車質量變化率曲線

由圖1可見，車型A和車型B的UDC 100 km油耗相對較低。由圖2可見，UDC 100 km油耗變化率與整車質量變化率成線性關系，擬合圖2中曲線得到：y=0.239 5x，說明整車質量每增加或減小10%，則UDC 100 km油耗隨之增加或減小2.395%。

2.3.2 整車質量變化對NEDC循環(huán)工況下100 km油耗的影響

不同質量的3種車型在NEDC循環(huán)工況下100 km油耗結果，如圖3所示；NEDC工況100 km油耗變化率與整車質量變化率曲線，如圖4所示。

圖3 NEDC工況100 km油耗與整車質量曲線

圖4 NEDC工況100 km油耗變化率與整車質量變化率曲線

由圖3可見，車型A和車型B的NEDC 100 km油耗較低。由圖4可見，NEDC100km油耗變化率與整車質量變化率成線性關系，擬合圖4中曲線得到：y=0.2925x，表明整車質量每增加或減小10%，則NEDC工況100 km油耗隨之增加或減小2.925%。

2.3.3 整車質量變化對EUDC循環(huán)工況下100 km油耗的影響

不同質量的3種車型在EUDC循環(huán)工況下100 km油耗結果，如圖5所示；EUDC工況100 km油耗變化率與整車質量變化率曲線，如圖6所示。

圖5 EUDC工況100 km油耗與整車質量曲線

圖6 EUDC工況100 km油耗變化率與整車質量變化率曲線

由圖5可見，3種車型的EUDC 100 km油耗相差不多。由圖6可見，EUDC100km油耗變化率與整車質量變化率成線性關系，擬合圖6中曲線得到：y=0.3503x，表明整車質量每增加或減小10%，則NEDC工況100 km油耗隨之增加或減小3.503%。

2.3.4 整車質量變化對90 km/h等速油耗的影響

進行5擋90 km/h的等速100 km油耗計算，仿真結果，如圖7所示；90 km/h等速100 km油耗變化率與整車質量變化率曲線，如圖8所示。

圖7 90 km/h等速100 km油耗與整車質量曲線

圖8 90 km/h等速100 km油耗變化率與整車質量變化率曲線

由圖7可見，車型A的90 km/h等速100 km油耗相對較低。由圖8可見，90 km/h等速100 km油耗變化率與整車質量變化率成線性關系，擬合圖8中曲線得到：y=0.217 3x，表明整車質量每增加或減小10%，則90 km/h等速100 km油耗隨之增加或減小2.173%。2.3.5 整車質量變化對120 km/h等速油耗的影響

進行5擋120 km/h的等速100 km油耗計算，仿真結果，如圖9所示；120 km/h等速100 km油耗變化率與整車質量變化率曲線，如圖10所示。

圖9 120 km/h等速100 km油耗與整車質量曲線

圖10 120 km/h等速100 km油耗變化率與整車質量變化率曲線

由圖9可見，車型A的120 km/h等速100 km油耗相對較低。由圖10可見，120 km/h等速100 km油耗變化率與整車質量變化率成線性關系，擬合圖10中曲線得到：y=0.175 1x，表明整車質量每增加或減小10%，則120 km/h等速100 km油耗隨之增加或減小1.751%。

3 實車試驗

從仿真結果及分析可以看出，車型A的燃油經(jīng)濟性相對較好，車型C的燃油經(jīng)濟性相對較差，但汽車設計中不能單純考慮1個燃油經(jīng)濟性指標，還要考慮包括汽車動力性及排放性等指標在內的綜合性指標。選擇車型C在道路進行實車測試，使用AVL PLU 401/108油耗儀進行了計量油耗試驗，整車質量變化范圍選擇 1 000（基準質量）～1 400 kg（該車總質量），步長為50 kg。仿真結果與試驗數(shù)據(jù)進行對比，如圖11和圖12所示，仿真與試驗用車的數(shù)據(jù)基本相符，證明了仿真模型和結果的正確性。

圖11 車型C循環(huán)工況下100 km油耗仿真與試驗結果對比

圖12 車型C等速100 km油耗仿真與試驗結果對比

4 結論

1）利用Cruise建立了排量1.3 L乙醇汽油發(fā)動機乘用車的整車仿真模型，建立了該類型車的燃油經(jīng)濟性仿真任務，主要研究了UDC，EUDC，NEDC循環(huán)工況下燃油經(jīng)濟性及等速油耗燃油經(jīng)濟性5項內容與整車質量的關系（均是線性關系），并通過樣車試驗驗證了所建立的理論模型和仿真結果的正確性。

2）從文章指定車型可以得知汽車質量變化對不同循環(huán)工況下燃油經(jīng)濟性的影響，整車質量變化10%，會導致循環(huán)工況下100 km油耗變化2.39%～3.5%，按工信部公布的該類型車綜合油耗為6.7 L/100 km，即汽車質量變化100 kg，油耗變化0.16～0.23 L/100 km；而對于等速油耗的影響，整車質量變化10%，會導致等速100 km油耗變化1.75%～2.17%，即汽車質量變化100 kg，油耗變化0.11～0.14 L/100 km，整車質量變化對等速油耗的影響較小。