張　亮

上海交通大學(xué)機(jī)械動力工程學(xué)院

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非動力總成因素對整車油耗靈敏度的優(yōu)先級分析

張亮

上海交通大學(xué)機(jī)械動力工程學(xué)院

汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)影響因素包括發(fā)動機(jī)效率，傳動系統(tǒng)效率，道路阻力，附件效率，標(biāo)定控制等多個方面，本文重點分析各非動力總成技術(shù)因素，利用正交設(shè)計，結(jié)合整車仿真模型、實車實驗和數(shù)理分析等手段，得出各非動力總成因素對乘用車燃油經(jīng)濟(jì)性的影響程度，形成對非動力總成因素重要性排序識別，對油耗影響程度的大致關(guān)系，指導(dǎo)整車燃油經(jīng)濟(jì)性開發(fā)成本控制和策略制定。

[Abstract]Automotive fuel economy technology factors including engine efficiency, transmission system efficiency, road resistance, accessory efficiency, calibration control and other aspects, this thesis focuses on the analysis of the non-powertrain factors, the use of orthogonal design, combined with the vehicle simulation model, real vehicle test and mathematical analysis, and other means, to identify the priority of a non-powertrain factors, forecast the technical improvement tendency of the FE factors, provide the fuel economy development guideline for cost control and strategy.

燃油經(jīng)濟(jì)性影響因素仿真計算油耗改進(jìn)正交擬合

(接上期)

有兩個水平，其余五個因素設(shè)定了三個水平。由于各因素各水平間的組合可以達(dá)到數(shù)百種，通過窮舉因素組合工作量非常巨大，因此要引入正交設(shè)計。六因素的組合分析需要用到L18正交列表，按照各要素的水平設(shè)計如下。

各因素的水平對應(yīng)如下表

按照正交表分別進(jìn)行十八組的仿真計算，結(jié)果匯總?cè)缦?

表5　各因素的水平對應(yīng)表

2.2數(shù)據(jù)分析

2.2.1直觀分析計算(極差R)

由上表所求的的極差R可以看到，發(fā)動機(jī)因素對油耗水平影響最為顯著，制動拖滯阻力影響最為微弱，按照主次排序可以得出發(fā)動機(jī)>轉(zhuǎn)向類型>整車重量>空氣動力學(xué)阻力系數(shù)>輪胎滾動阻力>制動拖滯阻力。

2.2.2方差分析表

先計算各因素所對應(yīng)的各水平的總值K1j, K2j, K3j及其平方K1j^2,K2j^2,K3j^2， T為各仿真結(jié)果的總和。由于需要進(jìn)行隨機(jī)誤差的分析，下面計算表中除了6項因素外還保留L18正交表中的G列空列作為計算依據(jù)。

表6　數(shù)據(jù)列表

由此可以計算各因素的偏差與自由度

式中 r為各個水平的重復(fù)數(shù)，

總自由度 df=n-1=18-1=17；

A因素自由度為dfA=2-1=1；

BCDEF自由度為 dfB=dfC=dfD=dfE=dfF=3-1=2;

隨機(jī)誤差自由度dfe=df-dfA-dfB-dfC-dfD-dfE-dfF=6;

基于以上數(shù)值做方差分析表：

表7　數(shù)據(jù)列表

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)空氣動力學(xué)cd制動拖滯阻力扭矩整車重量輪胎滾動阻力發(fā)動機(jī)型號1422231215223123162313231723213118233212K1j58.21941.079040.737041.349040.818039.0420K2j62.26140.040040.022040.056040.250039.3600K3jNA39.361039.721039.075039.412042.0780K1J6.468777786.846500006.789500006.891500006.803000006.50700000K2J6.917888896.673333336.670333336.676000006.708333336.56000000K3JNA6.56026.62026.51256.56877.0130極差R0.450.290.170.380.230.51

可以看到，除動力總成因素以外，非動力總成因素中A與D均為較顯著水平，其他的為次要水平。

通過優(yōu)化預(yù)測，A1B3C3D3E3F1的組合為最佳方案，根據(jù)表2.2，水平因子的其具體因素所代表的含義為6.7 L/100 km為這些因素正交組合的均值水平，而最佳組合的油耗值為5.7 L/100 km。

表8　數(shù)據(jù)列表

表9　方差分析表

表10　數(shù)據(jù)列表

圖7　數(shù)據(jù)列表

3　總結(jié)

本文通過篩選了主要的油耗影響因素進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，從數(shù)理角度得出各因素間的主次關(guān)系，給整車油耗優(yōu)化方向提供了一定的參考。通過匯總分析結(jié)論，可以有如下總結(jié)：

● 整車驅(qū)動系阻力對油耗有著一定影響，如制動拖滯阻力與輪胎滾動阻力。隨著設(shè)計與技術(shù)進(jìn)步，這些子系統(tǒng)的效率正不斷的提高，邊際效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)，進(jìn)一步的改進(jìn)可能面臨著多方面整車性能的退化，成本也將大幅上升。另外的邊際效應(yīng)也體現(xiàn)在這些附帶因素所帶來的油耗改進(jìn)越來越不明顯，本文中的所假設(shè)的最小水平仍然是目前行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的水平，但卻對油耗的改進(jìn)非常有限，優(yōu)先級并不高；

● 對于整車質(zhì)量與空氣動力學(xué)，能從車輛根本屬性上改善油耗。另外，大幅改進(jìn)的整車質(zhì)量與空氣動力學(xué)性能，將為發(fā)動機(jī)小型化，小馬力化提供

更大的可行空間，整車輕量化和優(yōu)化空氣動力學(xué)為降低整車油耗的第二重要性；

● 對于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的油耗影響明顯，改進(jìn)到電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)顯得非常緊迫。SGM的車型列表中，在2009年配備EPS的車型數(shù)僅占總數(shù)的10%左右，到2014年將實現(xiàn)80%以上的覆蓋。由于電子助力轉(zhuǎn)向的特性，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對油耗的影響將接近于無，盡管本文分析中顯示出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有重要的顯著特征，但隨著行業(yè)應(yīng)用電子助力轉(zhuǎn)向的不斷普及，這一因素在整車油耗中的作用將逐漸消失。

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Study on Non-Powertrain Factor Impact to Fuel Economy Sensitivity

ZhangLiang

SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240

fuel economyfactorsimulationfuel consumption improvementorthogonalfitting

1006-8244(2016)02-041-05

張亮，

U463.212

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