劉 磊，汪 濤， 周 振，胡汝翼

（1. 后勤工程學(xué)院 軍事油料應(yīng)用與管理工程系，重慶 4013110； 2. 后勤工程學(xué)院 國家救災(zāi)應(yīng)急裝備工程技術(shù)研究中心，重慶 4013110）

基于層次分析法的汽車燃油經(jīng)濟(jì)性分析

劉 磊1，汪 濤1， 周 振2，胡汝翼1

（1. 后勤工程學(xué)院 軍事油料應(yīng)用與管理工程系，重慶 4013110； 2. 后勤工程學(xué)院 國家救災(zāi)應(yīng)急裝備工程技術(shù)研究中心，重慶 4013110）

汽車是人們出行必不可少的一部分，如何提高燃油經(jīng)濟(jì)性并加以利用，一直是人們關(guān)注的重點。從汽車結(jié)構(gòu)和使用兩方面對燃油經(jīng)濟(jì)性影響因素進(jìn)行定性分析，運用層次分析法進(jìn)行量化研究，得出發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)、整備質(zhì)量和外形是影響因素中較大的結(jié)構(gòu)因素，而駕駛員操作和工作強度在使用因素中占有較大權(quán)重。依據(jù)各影響因素的權(quán)重值，有針對性地提出了提高燃油經(jīng)濟(jì)性的措施。

層次分析法；燃油經(jīng)濟(jì)性；影響因素；措施

自 2000 年以來，中國的汽車工業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展期。2014年底中國汽車保有量達(dá)1.54億輛，私家車突破1億輛，極大地改變了人們的出行，同年我國石油消耗量為5.19億t，進(jìn)口3.08億t，進(jìn)口依賴度高達(dá)59%。汽車的高速增長在方便出行的同時，也導(dǎo)致燃油消耗總量的激增，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。如何以較少的燃油消耗提供足夠的動力需求，歸根到底是由燃油經(jīng)濟(jì)性決定的。燃油經(jīng)濟(jì)性的影響因素較多，分析各影響因素作用原理和大小，有針對性、預(yù)見性地采取措施，對提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性、降低燃油消耗量和減輕環(huán)境污染具有現(xiàn)實意義。

1 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性相關(guān)理論

1.1 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評價指標(biāo)

汽車燃油經(jīng)濟(jì)性是指在保證動力性的前提下，汽車以盡量少的燃油消耗量經(jīng)濟(jì)行駛的能力。在我國燃油經(jīng)濟(jì)性的評價指標(biāo)是百公里燃油消耗量（L/100 km）和百噸公里（千人公里）燃油消耗量（L/（100 t·km）或L/（1 000 p·km）。

1.2 汽車燃油消耗方程式［1］

式中: Q — 燃油消耗量；

ge— 燃油消耗率；

ηt— 機(jī)械傳遞效率；

γ — 燃油密度；

G — 汽車總重量；

f — 滾動阻力；

i — 坡道阻力（ψ=f+i為道路阻力系數(shù)）；

CD— 空氣阻力系數(shù)；

A — 汽車迎風(fēng)面積；

va— 汽車速度；

δ — 旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。

燃油消耗方程較好地反映了燃油消耗量與汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)、使用狀況等因素之間的關(guān)系，為分析燃油消耗影響因素指明了方向。燃油消耗率主要由發(fā)動機(jī)特性決定，隨著發(fā)動機(jī)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速增大先降低后增加，約在80%～90%負(fù)荷、50%～70%轉(zhuǎn)速時最低［2］；動力傳動效率和行駛阻力受汽車結(jié)構(gòu)和使用狀況的影響，汽車總質(zhì)量G、道路阻力系數(shù)ψ、空氣阻力系數(shù)CD，迎風(fēng)面積A，速度va，加速度dv/dt越大，機(jī)械傳遞效率ηt越小，傳遞效率和行駛阻力越大，燃油經(jīng)濟(jì)性越差。本文將“駕駛員-汽車-環(huán)境”作為一個系統(tǒng)整體，從汽車結(jié)構(gòu)和使用兩方面較為全面地分析汽車燃油經(jīng)濟(jì)性。

2 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性影響因素分析

2.1 結(jié)構(gòu)因素

汽車結(jié)構(gòu)包括發(fā)動機(jī)、底盤、整備質(zhì)量和外形、電氣設(shè)備等，其結(jié)構(gòu)類型對汽車燃油經(jīng)濟(jì)性影響程度各異。

2.1.1 發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)

發(fā)動機(jī)是汽車的心臟，其結(jié)構(gòu)極大程度地影響著燃油消耗率，凡是對發(fā)動機(jī)的燃燒過程和熱效率有影響的因素，都影響著汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性［3］。柴油機(jī)熱效率高、熱損失少，而電噴式噴油泵可以實現(xiàn)混合氣濃度、噴油時刻的精準(zhǔn)控制，汽油機(jī)熱效率相對較低，由于工作平穩(wěn)、噪音小，主要用于轎車；與工況任務(wù)相適應(yīng)的發(fā)動機(jī)功率，能夠保證發(fā)動機(jī)較長時間工作在最佳功率范圍，大大降低了燃油消耗率；合理的燃燒室壓縮比能夠保證較高的燃燒溫度和壓力，有利于混合氣充分燃燒，同時避免了壓縮比過大造成發(fā)動機(jī)爆燃、工作粗暴的傾向或壓縮比過小混合不均勻、燃燒不充分的問題；廢氣渦輪增壓器能夠較好地利用發(fā)動機(jī)排除的廢氣來預(yù)熱進(jìn)氣和驅(qū)動壓縮機(jī)工作，降低熱損失、提高進(jìn)氣壓力和溫度、促進(jìn)混合氣的燃燒；增多進(jìn)排氣門數(shù)目、降低進(jìn)排氣門和氣道的阻力，能夠提高充氣效率和空燃比，保證燃燒充分。

2.1.2 底盤結(jié)構(gòu)

底盤是汽車動力傳遞的媒介和載體。其設(shè)計的合理性，直接影響著發(fā)動機(jī)輸出功率傳遞效率和克服行駛阻力所做的功，進(jìn)而影響燃油經(jīng)濟(jì)性［3］。較多的變速器檔位，能夠增大發(fā)動機(jī)以經(jīng)濟(jì)負(fù)荷行駛的概率，降低燃油消耗率。但檔位太多，變速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加駕駛員操作的難度；胎面花紋影響著抓地面積，類型影響輪胎彈性變形和內(nèi)部摩擦，二者都影響輪胎與地面的滾動阻力；分動器能按需分配各軸驅(qū)動力，解決路況較差條件下行駛阻力大的問題。

2.1.3 整備質(zhì)量和外形

汽車行駛中的滾動阻力、坡道阻力和加速阻力與汽車總質(zhì)量成正比，整備質(zhì)量越大，行駛阻力越大，就需要克服更多的外界阻力做功，進(jìn)而增加燃油消耗量；汽車外形是影響空氣阻力的主要因素，流線型的外形設(shè)計，能有效降低空氣阻力系數(shù)［4］，尤其在中高速行駛時，提高燃油經(jīng)濟(jì)性效果顯著［5］。

2.1.4 電氣設(shè)備

電氣設(shè)備中影響燃油經(jīng)濟(jì)性的因素主要是空調(diào)，發(fā)動機(jī)燃油部分熱能用于發(fā)電機(jī)發(fā)電，供給電氣設(shè)備的正常使用，從而降低發(fā)動機(jī)的有效功率輸出。特別是在夏天空調(diào)全開時，電氣設(shè)備會很大程度的增加燃油消耗量，降低燃油經(jīng)濟(jì)性［6］。

2.2 使用因素

2.2.1 汽車的技術(shù)狀況

（1）發(fā)動機(jī)技術(shù)狀況

在發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)定型的前提下，良好的技術(shù)狀況是降低燃油損失、提高熱效率的技術(shù)基礎(chǔ)。發(fā)動機(jī)技術(shù)狀況對燃油經(jīng)濟(jì)性影響較大的因素主要包括汽缸壓力、配氣相位、噴油（點火）提前角等，通過改變進(jìn)排氣量、噴油時機(jī)和數(shù)量，工質(zhì)混合均勻度、燃燒完全情況來影響燃油消耗率。

（2）底盤技術(shù)狀況

底盤技術(shù)狀況直接影響著傳動效率和行駛阻力，其因素主要包括離合器、變速器、分動器、傳動軸、差速器，輪胎，制動轂、摩擦片等部件技術(shù)狀況。任何部件工作不正常或功效降低，如零部件發(fā)熱、發(fā)響、變形、丟失，自由行程、游動間隙增大，輪胎氣壓降低等，都會導(dǎo)致燃傳遞效率降低，行駛阻力增大，燃油經(jīng)濟(jì)性變差。

2.2.2 駕駛員操作

駕駛員是汽車的操作主體，在駕駛汽車從啟動到熄火的過程中，能否正確、及時、熟練地操作，是駕駛水平的重要體現(xiàn)，更是影響燃油經(jīng)濟(jì)性的操作因素所在。

冷啟動時，潤滑條件差、運動機(jī)件磨損加劇，發(fā)動機(jī)啟動困難，對汽車進(jìn)行預(yù)熱能減少多次啟動造成的燃油損失；起步要正確控制油門、離合器，避免汽車熄火或怠速過久造成的燃油浪費；起步后，盡快換入高速檔，避免低檔高速“猛沖”或高檔低速“硬撐”而導(dǎo)致的發(fā)動機(jī)工作不穩(wěn)定，混合氣燃燒不充分、燃油浪費嚴(yán)重，合理的檔位選擇有利于經(jīng)濟(jì)時速的發(fā)揮，快速更換檔位能夠減少換擋過程中的空轉(zhuǎn)油耗［7］；充分利用加速滑行提高發(fā)動機(jī)負(fù)荷率、減速滑行降低摩擦損失，坡道滑行行駛慣性利用高的優(yōu)勢來提高燃油經(jīng)濟(jì)性［8］；減少踩踏油門和制動的次數(shù)，保持經(jīng)濟(jì)車速的穩(wěn)定性，避免亂加油、油門不穩(wěn)，制動過頻、過早、過重等不良操作所造成的燃油損失；熄火前怠速運轉(zhuǎn)幾分鐘，待發(fā)動機(jī)溫度降低后再熄火，以避免粘缸、開裂等機(jī)件磨損造成燃油經(jīng)濟(jì)性變差的可能性。

2.2.3 行駛環(huán)境

道路的地形、路況、通行能力影響汽車行駛阻力、經(jīng)濟(jì)速度和駕駛員技術(shù)水平的發(fā)揮，較差的道路條件還導(dǎo)致技術(shù)狀況變差；溫度影響汽車燃油、附油的性能，導(dǎo)致車輛技術(shù)狀況和性能穩(wěn)定性變差；海拔影響著發(fā)動機(jī)的性能發(fā)揮，同時因海拔升高溫度會逐漸降低；雨雪風(fēng)等天氣影響汽車行駛阻力，限制車輛行駛速度和載荷大小。

2.2.4 工作強度

工作強度包括速度和載荷、拖掛，從不同側(cè)面不同程度地影響汽車的燃油消耗率和行駛阻力，對燃油經(jīng)濟(jì)性影響很大。

當(dāng)發(fā)動機(jī)功率一定時，經(jīng)濟(jì)速度能夠促使可燃混合氣燃燒充分，熱損失減少，發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，有效避免了速度低，燃油消耗率大，速度高，空氣阻力飆升的“兩頭高”問題；合適的載荷和拖掛有利于提高發(fā)動機(jī)負(fù)荷率，降低燃油消耗率，并提高質(zhì)量利用系數(shù)，降低百噸燃油消耗量［9］。

3 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性影響因素評價

3.1 評價的原則

評價是對事物的解讀，力求客觀準(zhǔn)確反映事物之間的作用機(jī)理和緊密程度。汽車燃油經(jīng)濟(jì)性影響因素評價指標(biāo)體系，應(yīng)較好地反映各影響因素與燃油經(jīng)濟(jì)性之間的直接或間接關(guān)系、緊密與疏遠(yuǎn)的聯(lián)系。故應(yīng)遵循以下原則：

4.根據(jù)串聯(lián)、并聯(lián)電路電流的特點，判斷流過各分電阻的電流變化。根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點，即：串聯(lián)電路中，電流處處相等；在并聯(lián)電路中，總電流等于各分電流之和。以此為依據(jù)來判斷流過各分電阻的電流變化。

（1）因果關(guān)系原則：指標(biāo)反映的評價對象與汽車燃油經(jīng)濟(jì)性互為因果關(guān)系；

（2）可檢驗性原則：評價結(jié)果應(yīng)經(jīng)得起定性分析與定量檢驗，符合燃油消耗規(guī)律；

（3）求同存異原則：評價體系一旦確定，各因素的作用權(quán)重就相對固定，但汽車燃油經(jīng)濟(jì)性影響因素復(fù)雜，各行說法不一，但總體一致。

基于上述原則，確定的汽車燃油經(jīng)濟(jì)性影響因素評價指標(biāo)如圖1。

圖1 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性評價指標(biāo)Fig.1 Evaluation Index of Fuel Economy

表1 9分位比例法Table 1 9 split ratio method

3.2.1 確定判斷矩陣

根據(jù)Saaty推薦的9分位比例法，如表1，確定判斷矩陣。

（1）汽車結(jié)構(gòu)因素分析

第一層級

?

3.2 各要素權(quán)重的確立及分析

本文主要采用主觀賦權(quán)法，通過專家打分對汽車燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合判斷。

第二層級

發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)

底盤結(jié)構(gòu)

整備質(zhì)量與外形

（2）汽車使用因素分析

第一層級

發(fā)動機(jī)技術(shù)狀況

第二層級

技術(shù)狀況

駕駛員操作

環(huán)境

工作強度

3.2.2 求解權(quán)重

運用Matlab編程，得各矩陣的最大特征值和對應(yīng)的歸一化特征向量，表2所示。

表2 矩陣的最大特征值和對應(yīng)的歸一化特征向量Table 2 Maximum characteristic value of matrix and normalization feature vector

3.2.3 一致性檢驗

按如下步驟計算，結(jié)果匯總于表4：

①一致性指標(biāo)CI

式中：λmax— 最大特征值；

n — 判斷矩陣的階數(shù)。

②一致性比例CR

式中：RI — 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，按表2查取。

當(dāng)CR＜0.1時，認(rèn)為判斷矩陣的一致性可以接受（表3）。

表3 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)Table 3 Average randomness consistency metrics

表4 一致性檢驗結(jié)果Table 4 Check result of consistency

所有矩陣的CR皆小于0.1，一致性可以接受，所以表2所對應(yīng)的歸一化特征矩陣即為同一層各因素對于上一層某因素相對重要性的排序權(quán)重。

由表2可知，在汽車結(jié)構(gòu)因素中，發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)、整備質(zhì)量和外形是汽車結(jié)構(gòu)中對燃油經(jīng)濟(jì)性影響較大的因素，而發(fā)動機(jī)類型、變速器檔位、汽車整備質(zhì)量分別是發(fā)動機(jī)、底盤、整備質(zhì)量和外形中影響相對較大的因素；在汽車使用因素中，駕駛員操作和工作強度對燃油經(jīng)濟(jì)性影響較大，而發(fā)動機(jī)技術(shù)狀況、檔位、道路、速度分別是汽車技術(shù)狀況、駕駛員操作、環(huán)境和工作強度中影響相對較大的因素。

4 提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的措施

結(jié)構(gòu)因素是影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的內(nèi)因，很大程度影響著燃油經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)劣，為有目的性、有針對性地設(shè)計、購買汽車提供了導(dǎo)向；使用因素是影響燃油經(jīng)濟(jì)性的外因，影響著汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的發(fā)揮，為維護(hù)保養(yǎng)、技術(shù)操作、安排出行提供了參考。雖然汽車的結(jié)構(gòu)對燃油經(jīng)濟(jì)性影響程度很大，但一旦汽車定型、購買后，結(jié)構(gòu)影響因素基本無法改變，那么我們只能對使用因素發(fā)揮主觀能動性，故應(yīng)從以下幾方面提高燃油經(jīng)濟(jì)性。

4.1 加強維護(hù)保養(yǎng)

汽車的維護(hù)保養(yǎng)主要是清潔、緊定、潤滑、調(diào)整、補充、檢修。采用望聞問切的方式，做好出車前檢查，行車中關(guān)注和出車后保養(yǎng)。定期檢查輪胎氣壓、車輪定位、“三濾”，重點檢修發(fā)動機(jī)、傳動系、制動系，對發(fā)現(xiàn)的問題及時排除，確保車容整潔、車況良好。

4.2 提高駕駛技術(shù)

“活到老，學(xué)到老”。駕駛員應(yīng)細(xì)心觀察同行操作“秘訣”、虛心傾聽老師傅處理情況“要領(lǐng)”。重點注重啟動、起步、滑行、油門、檔位和速度的把控。做到預(yù)熱升溫、平穩(wěn)起步、輕踩油門、迅速換擋、合理滑行、怠速熄火，盡量利用直接檔經(jīng)濟(jì)速度平穩(wěn)行駛，減少怠速、加油、制動等的時間和次數(shù)。結(jié)合駕駛操作，不斷練習(xí)、勤加總結(jié)、善于運用，在實踐中熟練掌握降低燃油消耗的操作方法。

4.3 選擇出行時機(jī)和路線

在出車不是很緊急的情況下，減少空車、單人、風(fēng)雨、嚴(yán)寒酷熱天氣出行次數(shù)、壓縮行駛時間，避開山區(qū)搓板路、鄉(xiāng)鎮(zhèn)泥濘路、城市上下班高峰期和重要節(jié)假日高速路堵車的情況。如果條件允許，盡量合并任務(wù)，選擇道路平坦、天氣良好時機(jī)出車。

［1］閆大建.汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚?［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2008-03.

［2］胡亞楠. 發(fā)動機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性影響因素分析［J］.沈陽理工大學(xué)學(xué)報，2014，2（1）：66-69.

［3］陳海濤.汽車結(jié)構(gòu)因素對燃油經(jīng)濟(jì)性的影響［J］.公路與汽運，2006，4（2）：1-4.

［4］王登峰，鄧陽慶，劉延林，趙北.汽車使用諸因素對燃油經(jīng)濟(jì)性的影響分析與試驗研究［J］.公路交通科技，2008，8（8）150-153.

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［8］莫持標(biāo). 提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的措施［J］.機(jī)電工程技術(shù)2011（40）:150-152.

［9］李紅.淺談提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的幾點措施［J］.長三角，2010（4）：121.

Research Fuel Economy of Automobile Based on Analytic Hierarchy Process

LIU Lei1， WANG Tao1， ZHOU Zhen2， HU Ru-yi1
（1. Department of Military POL Application and Management Engineering， Logistical Engineering University， Chongqing 4013110；2. Engineering and Technological Research Center of National Disaster Relief Equipment， Logistical Engineering University，Chongqing 4013110）

Automobile is necessity of our trip， how to improve fuel economy and make full use of it are emphases of our focus. In this article， the influence factors were qualitatively analyzed， analytic hierarchy process was used to quantitatively study each factors and get the conclusion as follows： engine structure， outfit mass and contour are heavier structure factors， simultaneously driver's operation and working intensity are heavier using factors. Based on the weight vale of each factors， measures to improve fuel economy were put forward.

Analytic hierarchy process； Fuel economy； Influence factor； Measure

TE 624

A

1671-0460（2015）12-2851-05

2015-12-03

劉磊（1984-），男，湖北襄陽人，碩士研究生，2010年畢業(yè)于軍事交通學(xué)院汽車指揮專業(yè)，研究方向：油料勤務(wù)。E-mail：1852626056@qq.com。