整車經(jīng)濟性的提升措施

張珍 劉棟

（1.江淮汽車技術(shù)中心；2.北京汽車研究總院）

為了推進節(jié)能減排，國家實施了1.6 L 及以下節(jié)能環(huán)保汽車推廣政策。要求推廣車輛污染物排放能滿足GB 18352.5—2013《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）》標準中Ⅰ型試驗的限值要求。推廣車輛能達到產(chǎn)品綜合燃油消耗量標準的可以獲得政府補貼。因此對整車經(jīng)濟性能的要求變得越來越高，如何提高整車經(jīng)濟性成了各個整車項目開發(fā)的難題。文章以某款車型為研究對象，分析整車輕量化、低滾阻輪胎和啟停系統(tǒng)對整車經(jīng)濟性的影響情況。

1 整車基本參數(shù)及技術(shù)指標

以某款車型為研究對象，其基本參數(shù)，如表1 所示。

表1 整車基本參數(shù)表

2 整車經(jīng)濟性提升措施

2.1 整車輕量化

汽車行駛是由于發(fā)動機克服整車阻力做功，汽車阻力包括滾動阻力、坡道阻力、空氣阻力和加速阻力，其中滾動阻力、坡道阻力和加速阻力與整車質(zhì)量有直接關(guān)系[1]。汽車行駛方程式為：

式中：Ft——整車驅(qū)動力，N；

m——整車質(zhì)量，kg；

g——重力加速度，9.8 m/s2；

f——輪胎滾動阻力系數(shù)；

i——道路坡度，%；

CD——風阻系數(shù)；

A——整車迎風面積，m2；

ua——車速，km/h；

δ——旋轉(zhuǎn)慣量；

目前，整車研發(fā)過程中整車阻力通常由道路滑行試驗依據(jù)Q/JQ 13000—2010《乘用車道路滑行的試驗方法》測得，分別進行經(jīng)濟性滑行阻力測試和動力性滑行阻力測試[2]。滑行阻力擬合成道路滑行阻力計算系數(shù)為：F0，F(xiàn)1，F(xiàn)2（加速度法）。不同速度下的滑行阻力（F/N）計算公式為[3]：

道路滑行阻力隨質(zhì)量變化（K/N）的計算公式為：

式中：m1——質(zhì)量減少后質(zhì)量，kg；

m2——汽車原質(zhì)量，kg。

質(zhì)量減少后道路滑行阻力為：F滑=F+K。

通過對整車經(jīng)濟性滑行阻力數(shù)據(jù)進行處理，擬合系數(shù)為：F0=135.844，F(xiàn)1=0.320 49，F(xiàn)2=0.039 055。通過cruise 仿真，計算不同整備質(zhì)量下的綜合工況油耗值，如表2 所示。

表2 不同整備質(zhì)量對應(yīng)的油耗值

從表2 中可以看出，通過對汽車質(zhì)量加載不同整備質(zhì)量的試驗值，整車整備質(zhì)量每增加或減少10%，則綜合循環(huán)100 km 油耗增加或減少約3.3%。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化及“以塑帶鋼”等措施，整車整備質(zhì)量由915 kg降低到865 kg，共降低50 kg，綜合工況油耗可以降低0.1 L/100 km。

2.2 更換低滾阻輪胎

整車道路滑行阻力分解圖，如圖1 所示。

更換低滾阻輪胎目的是降低輪胎滾阻，進而降低整車道路滑行阻力。目前輪胎滾動阻力系數(shù)為10.5 N/kN（25 ℃，80 km/h），更換為滾動阻力系數(shù)為8.5 N/kN（25 ℃，80 km/h）的輪胎。更換輪胎后滾動阻力下降19%，通過cruise 仿真計算，更換后綜合循環(huán)工況油耗值由原來的6 L/100 km 下降為5.79 L/100 km。

通過對不同滾阻系數(shù)輪胎進行實車試驗，結(jié)果驗證輪胎滾動阻力系數(shù)每降低10%，油耗降低約0.1 L/100 km。

2.3 增加啟停系統(tǒng)

啟停系統(tǒng)的工作原理為通過控制發(fā)動機在特定條件下怠速工況時停機，停止供油來實現(xiàn)節(jié)油。圖2 示出汽車在一個完整的整車綜合循環(huán)工況（NEDC）啟停系統(tǒng)工作圖。

根據(jù)汽車綜合油耗的測定方法（4 個城區(qū)循環(huán)工況和1 個城郊循環(huán)工況），結(jié)合對啟停系統(tǒng)的標定，對啟停系統(tǒng)發(fā)揮作用的時間和節(jié)油量進行統(tǒng)計和計算。表3～表5 分別示出整個NEDC 工況各怠速區(qū)間段啟停系統(tǒng)起作用狀況。

表3 首個城區(qū)循環(huán)工況啟停系統(tǒng)工作時間 s

表4 第2～4 個城區(qū)循環(huán)工況啟停系統(tǒng)工作時間（每個） s

表5 郊區(qū)循環(huán)工況啟停系統(tǒng)工作時間 s

由表3～表5 計算可得，各循環(huán)工況啟停系統(tǒng)合計起作用時間分別為：首個城區(qū)循環(huán)工況17 s，第2～4 個城區(qū)循環(huán)工況36×3=108 s，郊區(qū)循環(huán)工況34 s。統(tǒng)計整個NEDC 工況啟停系統(tǒng)工作時間為159 s。發(fā)動機怠速油耗為0.6 L/h，一個NEDC 工況行駛路程為11 007 m，因此，進行仿真計算，增加啟停系統(tǒng)后節(jié)油量為：

通過對加裝啟停系統(tǒng)后的汽車進行試驗，整車綜合油耗降低0.22 L/100 km，與仿真計算值（0.24 L/100 km）較為接近。增加啟停系統(tǒng)節(jié)省油耗一般為3%～5%。

3 結(jié)論

文章通過降低整車質(zhì)量、更換低滾阻輪胎和增加啟停系統(tǒng)，保證在不降低汽車其他性能的情況下，提高汽車經(jīng)濟性，降低整車綜合工況油耗共0.53 L/100 km。由于整車整備質(zhì)量降低50 kg，整車動力性也略有提高。另外，整車通過增加高效電子燃油泵、智能發(fā)電機、開發(fā)發(fā)動機熱管理技術(shù)、使用低粘度潤滑油和降低發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速以及怠速油耗等，提高整車綜合油耗效果也很明顯。