越野汽車質量變化對油耗的影響

李　猛　馬忠民　賈海慶　郭萬超（北京汽車研究總院有限公司　北京　101300）

越野汽車質量變化對油耗的影響

李猛馬忠民賈海慶郭萬超
（北京汽車研究總院有限公司北京101300）

摘要：隨著我國汽車油耗法規限值的加嚴，降低汽車油耗成為汽車行業重點關注的對象。不可否認輕量化是降低整車油耗的一個手段，但不同類型的車輛對整車質量變化的敏感度不同。將重點研究越野汽車質量變化對油耗的影響，基于目前油耗測試法規，通過仿真分析和試驗測試分析整車質量變化對不同油耗測試結果的影響。

關鍵詞：越野汽車輕量化油耗測試方法

引言

隨著汽車燃油資源的不斷減少以及環境的日益惡劣，汽車節能減排在汽車工業發展過程中變得越來越重要。有效節能減排的技術很多，整車輕量化即是其中的一項，針對汽車質量對整車油耗的影響，各汽車研發單位或科研機構都做了很多研究。研究表明，汽車質量每減少10%，油耗可降低6%～8%，同時排放可減少3%～4%[1]；質量每減少100 kg，汽車油耗可減少約0.3～0.6L/100 km[2]。

按照我國汽車類型定義，乘用車主要分為普通乘用車、高級乘用車、小型乘用車、敞篷車、越野乘用車等類型[3]。汽車質量變化對各車型的油耗都有一定影響，本文重點討論越野乘用車（off-road passengercar）整車質量變化對油耗的影響，越野汽車的主要特點表現為：整車質量大，越野性能強，可實現四輪驅動。

1　試驗方法介紹

按照目前乘用車綜合油耗測試標準要求[4]，乘用車綜合工況油耗測試方法有兩種，一是滑行法，一是慣量法（也叫單點法或查表法）。兩種測試方法相同點是：試驗工況均采用歐洲NEDC循環工況；不同點是：試驗時，轉鼓采用的加載阻力方式不一樣[5]。本文將通過仿真與試驗手段分析越野汽車整車質量變化對滑行法和慣量法測試油耗的影響。

乘用車綜合油耗測試工況采用歐洲NEDC循環工況，包括四個市區工況循環和一個市郊工況循環，工況循環圖如圖1所示。

圖1 NEDC循環工況圖

1.1慣量法

慣量法測試綜合油耗輸入轉鼓的阻力是根據車輛不同的基準質量（整備質量+100kg）查表得到的，因此又叫查表法或單點法。阻力方程如下：

式中：F為底盤測功機吸收的總負荷，N；a為滾動阻力當量值，N；b為空氣阻力系數當量值，N/（km·h-1）2；V為車速，km/h。

不同基準質量對應的a、b系數值見表1

表1 a、b系數值

1.2滑行法

汽車滑行是指汽車在水平路面且無風的條件下加速至某預定速度，摘擋并脫開發動機，利用汽車的動能繼續行駛的減速運動[6]。

滑行阻力是使車輛在平直路面上按照要求從固定車速滑行至停止時的所有阻力，也是整車在轉鼓上進行油耗試驗時的目標阻力。這些阻力包括風阻、滾阻以及整車傳動部件的摩擦阻力。阻力方程如下：式中：F為車輛路面滑行時的總阻力，N；A為不隨速度變化的恒定阻力當量值，N；B為隨速度線性變化的阻力當量值，N/（km·h-1）；C為隨速度平方變化的阻力當量值，N/（km·h-1）2；V為車速，km/h。

以上各阻力系數是根據實車在路面上的滑行阻力曲線擬合得到的。

當車輛在測功機上運行時，驅動軸和驅動輪旋轉，道路載荷中的一部分阻力已經存在，不需要測功機模擬。因此，滑行法的轉鼓阻力是整車目標阻力減去車輛一部分內阻，該部分內阻一般都是通過整車在轉鼓上滑行得到的。

2　整車質量變化對油耗的影響

本文基于某越野汽車（MT車型，整備質量1850 kg），通過對整車增加或減少100 kg（約占整備質量的5.4%），進行整車質量變化對油耗影響的分析。分析方法采用仿真與試驗結合的方法。考慮到不同測試方法的差異，將分別用滑行法和慣量法對質量變化的影響進行研究分析。

2.1質量變化對滑行法測試油耗的影響

基于1850 kg的整備質量，通過增加和減少100 kg，制定5個質量狀態進行滑行法綜合油耗仿真分析和試驗驗證。5個質量狀態具體見表2。

表2 5個質量狀態

通過AVLCruise軟件對這一車型建模并完成模型的參數設置，如整車參數、發動機參數、變速器參數主減速比參數及輪胎參數等，還要輸入5個質量狀態下滑行阻力的參數。整車油耗仿真模型搭建見圖2。

5個質量狀態下的滑行阻力是整車在試驗場按照法規要求進行滑行試驗后得到的5組不同的阻力曲線，見圖3。

在整車其它參數不變的情況下，僅改變模型中整車的阻力參數，進行滑行法油耗仿真分析后，得到5組不同的整車油耗結果，如表3所示。

表3 整車油耗結果

圖2　整車油耗仿真模型

圖3　整車滑行阻力曲線

通過仿真分析得到整車質量變化100kg,滑行法綜合油耗變化約0.2L/100km。

仿真分析的同時，根據五組不同的整車滑行阻力曲線在轉鼓上進行滑行法測試綜合油耗。試驗前首先通過預處理，標定出5個質量狀態下轉鼓加載阻力，五組不同的滑行阻力曲線和轉鼓加載阻力曲線如圖4所示。為了盡量降低試驗誤差，每種質量狀態進行兩次綜合測試，根據此五組不同的滑行阻力曲線測試的整車綜合油耗結果如表4所示。

通過試驗驗證，整車質量變化100 kg,滑行法綜合油耗變化0.1～0.2L/100 km。

仿真分析與試驗驗證基本吻合。實車試驗時存在人員、設備、環境等因素的影響，是不可避免的，因此試驗結果與仿真分析存在一定偏差。

圖4　整車滑行目標阻力與轉轂加載阻力

表4　整車綜合油耗結果

2.2質量變化對慣量法測試油耗的影響

慣量法測試綜合油耗時，轉鼓的加載阻力與整車基準質量有關，如表1中所示，如果整車基準質量在同一質量段，轉鼓的加載阻力也是同一值。綜合油耗的結果也不會有太大變化。因此，本文重點討論整車質量變化后整車基準質量處于不同質量段的情況下，油耗的變化。

基于1850 kg的整備質量，通過增加和減少100 kg,制定3個質量狀態進行慣量法綜合油耗仿真分析和試驗驗證。3個質量狀態參數及對應的轉鼓加載阻力系數值見表5。

3個質量狀態對應的轉鼓加載阻力如圖5所示。

在整車其它參數不變的情況下，只改變模型中整車的阻力參數，進行慣量法油耗仿真分析，得到3組不同的整車油耗結果，如表6所示。

表5　轉鼓加載阻力系數值

利用圖5所示的3種阻力對轉鼓加載后分別進行慣量法綜合油耗測試，每個狀態測試三次,得到綜合油耗結果如表7所示。

圖5　慣量法轉轂加載阻力

表6整車油耗結果

表7 綜合油耗結果

通過仿真分析和試驗驗證，整車質量變化100kg,整車慣量法綜合油耗變化約0.3L/100km。

3　結論

本文通過以上對越野車型整車仿真分析和試驗測試整車質量變化對油耗的影響，可得到如下結論：

1）對于滑行法測試綜合油耗，整車質量每變化100 kg，整車綜合油耗變化0.1～0.2 L/100 km。

2）對于查表法測試綜合油耗，整車質量變化超出了同一質量段，相鄰質量段之間的整車綜合油耗變化為0.3 L/100 km。

參考文獻

1馬鳴圖，路洪洲，李志剛.論轎車白車身輕量化的表征參量和評價方法[J].汽車工程，2009，31（5）：403-406，439

2陸剛.低碳節能的新材料碳纖維使汽車進入輕量化新時代[J].橡塑資料利用，2011（6）：19-23

3全國汽車標準化技術委員會.GB/T 3730.1-2001汽車和掛車類型的術語和定義[S].北京：中國標準出版社，2012

4全國汽車標準化技術委員會.GB 18352.5-2013輕型汽車污染物排放限值及測量方法[S].北京：中國標準出版社，2013

5鄭賀悅，陸紅雨，戴春蓓，等.實驗室內車輛油耗測量影響因素研究[J].汽車工程，2004，26（3）：279-282

6余志生.汽車理論[M].北京：清華大學出版社，2000 （

中圖分類號：U467.4+98

文獻標識碼：A

文章編號：2095-8234（2015）05-0044-04

收稿日期：2015-07-21）

作者簡介：李猛（1985-），男，工程師，碩士研究生，主要從事整車動力性、經濟性能開發。

The InfluenceofO ff-Road VehicleW eight Change on the FuelConsum ption

LiM eng,M a Zhongm in,Jia Haiqing,GuoWanchao
Beijing Automotive Technology Center(Beijing,101300,China)

Abstract：As the country's automobile fuel consumption regulations limit tightened,reduction of automobile fuel consumption becomes the objectof focus on automotive industry.There is no denying that lightweighting is ameans to reduce vehicle fuel consumption,but the sensitivity of the different types of vehicles to the vehicle weight change is different.This article will focus on studying the effect of off-road vehicle weight change on the fuel consumption.Based on the fuel consumption test regulations,the influence of vehicle weight change on different fuel consumption test methods is analyzed through the simulation and testing.

Keywords：Off-road vehicle,Lightweighting,Fuel consumption,Testmethod