路林 王青 曹洋 孫立星 武政杰

（天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)研究所 天津 300072）

引言

隨著環(huán)境條件的不斷惡化，燃料資源的日益短缺，機(jī)動(dòng)車燃油經(jīng)濟(jì)性和污染物排放控制已成為當(dāng)前世界性的重要環(huán)保議題[1-2]。摩托車作為道路車輛的一部分，對(duì)其燃油經(jīng)濟(jì)性的控制也顯得尤為重要。

目前，中國(guó)的摩托車燃油消耗標(biāo)準(zhǔn)中，以發(fā)動(dòng)機(jī)排量作為評(píng)價(jià)要素，針對(duì)不同發(fā)動(dòng)機(jī)排量段，給出燃油消耗量限值，對(duì)摩托車的燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行控制[3-4]。但在實(shí)際使用中，存在很多的評(píng)價(jià)要素可以選擇，比如整備質(zhì)量、最大凈功率和比功率等參數(shù)均是反映車輛性能的參數(shù)，對(duì)于這些比較通用及熟知的參數(shù)，是否可以用于或者適合用于摩托車的燃油經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，本文將對(duì)此展開(kāi)分析和討論[5-7]。

基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合摩托車產(chǎn)品的特性，選取發(fā)動(dòng)機(jī)排量、最大凈功率、整備質(zhì)量和比功率4項(xiàng)評(píng)價(jià)要素與燃油消耗量的適用性進(jìn)行比對(duì)和分析，闡明更適用于摩托車燃油消耗量評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)要素。

1 適用性分析

評(píng)價(jià)要素的適用性分析包括以下5個(gè)方面：

1）與燃油消耗量的相關(guān)性；

2）淺顯易懂；

3）開(kāi)發(fā)合理性；

4）開(kāi)發(fā)穩(wěn)定性；

5）標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性。

由于相關(guān)性分析數(shù)據(jù)涉及發(fā)動(dòng)機(jī)排量、最大凈功率、整備質(zhì)量和比功率等參數(shù)，其數(shù)據(jù)范圍跨度較大，選擇平均值油耗量進(jìn)行分析比較困難。所以，本文在進(jìn)行相關(guān)性分析時(shí)，選擇對(duì)數(shù)坐標(biāo)系進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。其對(duì)數(shù)趨勢(shì)線近似線性化，也易于比較和分析。

2 與燃油消耗量的相關(guān)性

本文在進(jìn)行相關(guān)性分析時(shí)，選擇多個(gè)品牌和型號(hào)的國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口摩托車試驗(yàn)數(shù)據(jù)，共計(jì)88個(gè)型號(hào)的車輛參數(shù)和油耗數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)選擇的品牌較廣，車型覆蓋較全，基本上可以反映目前中國(guó)摩托車市場(chǎng)的現(xiàn)狀。

圖1分別給出了發(fā)動(dòng)機(jī)排量、最大凈功率、整備質(zhì)量和比功率與燃油消耗量的相關(guān)性數(shù)據(jù)。從整體上看，各評(píng)價(jià)要素與燃油消耗量均為正相關(guān)關(guān)系，即隨著評(píng)價(jià)要素的增大，燃油消耗量也有增大，但是增大的幅度各不相同。

表1給出了各評(píng)價(jià)要素與燃油消耗量的相關(guān)性系數(shù)，可以看出發(fā)動(dòng)機(jī)排量的相關(guān)性最好，最大凈功率和整備質(zhì)量的相關(guān)性較好，比功率的相關(guān)性一般。較低的相關(guān)性意味著低精度和低合理性。

評(píng)價(jià)要素與燃油消耗量相關(guān)性的優(yōu)劣性比較結(jié)果如下：

發(fā)動(dòng)機(jī)排量＞最大凈功率、整備質(zhì)量＞比功率

圖1 評(píng)價(jià)要素與燃油消耗量的相關(guān)性

表1 評(píng)價(jià)要素與燃油消耗量的相關(guān)性系數(shù)

3 與不同車輛類型的適應(yīng)性

摩托車的品種繁多，功能齊全，根據(jù)型式、用途的不同，對(duì)摩托車的分類不盡相同，一般情況下摩托車的分類有2種：

按傳動(dòng)方式不同分為：手動(dòng)變擋類和自動(dòng)變擋類。

按使用途徑不同分為：商務(wù)類（BU）、巡航類（CR）、越野類（OFF）、踏板類（SC）、普通類（STD）和運(yùn)動(dòng)類（SS），如圖2所示。

不同的車輛類型，其燃油消耗水平不盡相同。在相關(guān)性研究中，普適性和合理性在評(píng)價(jià)要素的選擇中則顯得尤為重要。

圖2 按使用途徑分類

3.1 與不同傳動(dòng)方式車輛的適應(yīng)性

將試驗(yàn)車輛按手動(dòng)擋與自動(dòng)擋兩類進(jìn)行劃分，其評(píng)價(jià)要素與燃油消耗量的相關(guān)性數(shù)據(jù)如圖3所示。從圖中可以看出，不論手動(dòng)擋還是自動(dòng)擋摩托車，其整體趨勢(shì)基本一致，評(píng)價(jià)要素與燃油消耗量為正相關(guān)關(guān)系。并且，發(fā)動(dòng)機(jī)排量與燃油消耗量的相關(guān)性最好，比功率與燃油消耗量的相關(guān)性最差。整備質(zhì)量、最大凈功率與燃油消耗量的相關(guān)性程度基本一致。選擇發(fā)動(dòng)機(jī)排量作為評(píng)價(jià)要素更加合適。

圖3 評(píng)價(jià)要素與不同傳動(dòng)方式車輛的燃油消耗量的相關(guān)性

3.2 與不同使用途徑車輛的相關(guān)性

將試驗(yàn)車輛按商務(wù)類（BU）、巡航類（CR）、越野類（OFF）、踏板類（SC）、普通類（STD）和運(yùn)動(dòng)類（SS）進(jìn)行劃分，其評(píng)價(jià)要素與燃油消耗量的相關(guān)性數(shù)據(jù)如圖4所示。

當(dāng)選擇發(fā)動(dòng)機(jī)排量和整備質(zhì)量作為評(píng)價(jià)要素時(shí)，其數(shù)據(jù)點(diǎn)基本均勻分布在整體趨勢(shì)線的兩側(cè)。選擇最大凈功率和比功率作為評(píng)價(jià)要素時(shí)，巡航類摩托車和普通類摩托車的數(shù)據(jù)點(diǎn)與整體趨勢(shì)線的分布較遠(yuǎn)，且差距較大，巡航類試驗(yàn)車輛的燃油消耗量明顯高于整體趨勢(shì)線。

由于各個(gè)類別的試驗(yàn)數(shù)據(jù)量不同，為了更好地體現(xiàn)評(píng)價(jià)要素與不同使用途徑車輛燃油消耗量的相關(guān)性，對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行離散程度的分析。各類別分別計(jì)算離散程度，用于確定每類試驗(yàn)車輛測(cè)試數(shù)據(jù)與其回歸線的離散程度，離散程度的計(jì)算公式如下：

圖4 評(píng)價(jià)要素與不同使用途徑車輛的燃油消耗量的相關(guān)性

式中：n為試驗(yàn)數(shù)；ei為殘差。

圖5為評(píng)價(jià)要素與不同使用途徑車輛的燃油消耗量的離散程度。分析結(jié)果顯示，選擇發(fā)動(dòng)機(jī)排量作為評(píng)價(jià)要素時(shí)，除普通類摩托車外，其余各類別和其平均離散程度均為最小，證明其相關(guān)性最好。而整備質(zhì)量的離散程度最大，相關(guān)性最差。選擇發(fā)動(dòng)機(jī)排量作為評(píng)價(jià)要素更加合適。

綜合考慮2種車輛分類方式中，評(píng)價(jià)要素與燃油消耗量相關(guān)性程度，其優(yōu)劣性比較結(jié)果如下：

發(fā)動(dòng)機(jī)排量＞最大凈功率＞整備質(zhì)量＞比功率

圖5 評(píng)價(jià)要素與不同使用途徑車輛的燃油消耗量的離散程度

4 開(kāi)發(fā)合理性

提升車輛燃油經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)方法有很多種，大體可以歸納為以下3方面，燃燒效率提高，輕量化和行駛阻力降低。這3方面的技術(shù)改進(jìn)一定程度會(huì)對(duì)車輛主要參數(shù)產(chǎn)生影響，作為評(píng)價(jià)要素的最大輸出功率、發(fā)動(dòng)機(jī)排量、整備質(zhì)量和比功率的變化情況如表2所示。

從表2可以看出，當(dāng)車輛發(fā)生改進(jìn)時(shí)，比功率能夠很好地反映評(píng)價(jià)要素和油耗變化的趨勢(shì)。而整備質(zhì)量在輕量化技術(shù)改進(jìn)中，有相反的趨勢(shì)，不能很好地體現(xiàn)相關(guān)性。

表2 技術(shù)開(kāi)發(fā)對(duì)評(píng)價(jià)要素的影響

評(píng)價(jià)要素在開(kāi)發(fā)合理性的優(yōu)劣性比較如下：比功率＞最大凈功率＞發(fā)動(dòng)機(jī)排量＞整備質(zhì)量

5 開(kāi)發(fā)穩(wěn)定性

在車輛的總體設(shè)計(jì)中，首先要按用途和使用性能來(lái)?yè)駜?yōu)選擇車型和主要的結(jié)構(gòu)尺寸和性能參數(shù)。車型確定后，發(fā)動(dòng)機(jī)排量也大致框定，即可進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的造型。同時(shí)，作為設(shè)計(jì)主要依據(jù)的參數(shù)，包括摩托車的主要尺寸、整備質(zhì)量、整車性能參數(shù)等也將初步確定[7]。發(fā)動(dòng)機(jī)排量在車輛開(kāi)發(fā)過(guò)程中首先確定并不再更改，整備質(zhì)量和最大輸出功率會(huì)隨著開(kāi)發(fā)流程不斷調(diào)整和優(yōu)化，并在開(kāi)發(fā)的最后階段確定。比功率作為功率和整備質(zhì)量的計(jì)算結(jié)果也將在最后階段確定。所以，評(píng)價(jià)要素在開(kāi)發(fā)過(guò)程中穩(wěn)定性的優(yōu)劣性比較如下：

發(fā)動(dòng)機(jī)排量＞整備質(zhì)量、最大凈功率、比功率

6 標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性

如前所述，標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)中選用了不同的評(píng)價(jià)要素，用來(lái)對(duì)應(yīng)燃油消耗量的限值。

作為標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)中衡量燃油消耗量的評(píng)價(jià)要素，穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性尤為重要。本文所列出的4項(xiàng)評(píng)價(jià)要素中，發(fā)動(dòng)機(jī)排量是設(shè)計(jì)之初確定的，不易變化并且易于準(zhǔn)確測(cè)量。整備質(zhì)量的測(cè)量會(huì)存在一定的誤差。最大輸出功率會(huì)根據(jù)測(cè)試條件的不同而變化。比功率為計(jì)算值，其誤差受最大輸出功率和行駛質(zhì)量的影響。所以，評(píng)價(jià)要素在標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性的優(yōu)劣性比較如下：

發(fā)動(dòng)機(jī)排量＞整備質(zhì)量＞最大凈功率＞比功率

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上比對(duì)和分析發(fā)現(xiàn)，在4項(xiàng)評(píng)價(jià)要素中，發(fā)動(dòng)機(jī)排量與摩托車燃油消耗量的相關(guān)性更好，同時(shí)也具備更好的適用性。對(duì)于摩托車來(lái)說(shuō)，選擇發(fā)動(dòng)機(jī)排量作為燃油消耗量的評(píng)價(jià)要素，根據(jù)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)排量給出不同的燃油消耗量限值，反映摩托車的燃油經(jīng)濟(jì)性更為合理和準(zhǔn)確。