汽車燃料經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法的改進(jìn)

鄧植譯，謝靜，蒲文先，姚磊

（四川華新現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院應(yīng)用技術(shù)系，四川 成都 610107）

前言

成都市作為一個(gè)擁有千萬(wàn)人口的特大型中心城市，它的道路主要體現(xiàn)為典型的環(huán)形加放射形的道路網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上，本文選取了兩條典型的路線，作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集路線，第一條路線是英國(guó)小鎮(zhèn)至行政學(xué)院，這條路線的選取主要是由于它是成都西區(qū)主要的進(jìn)城通道，車流量較大，西可至溫江區(qū)、郫縣等，東可至龍泉驛區(qū)；第二條路線是天府廣場(chǎng)至理工大學(xué)，選取時(shí)主要考慮到，它不僅連接了天府廣場(chǎng)到火車北站，而且還選取了一段繞城高速，這樣就大大豐富了試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源的可靠性，使得制定出的新標(biāo)準(zhǔn)更具有代表性和實(shí)用性[1]。

由于我國(guó)是采用模擬汽車實(shí)際運(yùn)行工況的方法來(lái)測(cè)量汽車的燃料消耗量，進(jìn)而評(píng)價(jià)汽車燃料經(jīng)濟(jì)性好壞。因此對(duì)選取出的成都市兩條路線分別進(jìn)行了20次道路試驗(yàn)，道路試驗(yàn)均是按照下列所述的試驗(yàn)方法和試驗(yàn)條件進(jìn)行的，并且是在兩個(gè)典型交通時(shí)段 7：00～9：00、11：30～13：30、17：00～20：00進(jìn)行的試驗(yàn)。對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了篩選，刪除了錯(cuò)誤數(shù)據(jù)和小概率數(shù)據(jù)，剩余的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)均符合正態(tài)分布。兩條路線市區(qū)和市郊的怠速時(shí)間占運(yùn)行總時(shí)間的 25.41%和7.9%，加速時(shí)間占運(yùn)行總時(shí)間的 33.62%和 37.27%，減速時(shí)間占運(yùn)行總時(shí)間的30%和26.15%，勻速時(shí)間占運(yùn)行總時(shí)間的10.96%和28.68%。因此，所采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠反映出城市的實(shí)際運(yùn)行狀況，為新標(biāo)準(zhǔn)的制定奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

新標(biāo)準(zhǔn)建立的評(píng)價(jià)試驗(yàn)工況，是將不同工況分類，汽車的整個(gè)行駛過(guò)程分成市區(qū)循環(huán)工況和市郊循環(huán)工況。然后按照不同的工況進(jìn)行細(xì)分，市區(qū)循環(huán)工況可以分為勻速工況、加速工況、減速工況和怠速工況，而勻速工況又是以10km/h為間隔劃分，最后用統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算出不同細(xì)分工況下在整個(gè)汽車行駛工況中的比例，此比例即為各工況下的系數(shù)，從而合成新的標(biāo)準(zhǔn)。本文是在采集和分析了成都市典型路況的汽車運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)工況試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提出了適用于成都市汽車運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)工況的燃料經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法，同時(shí)，提出的評(píng)價(jià)方法為我國(guó)制定合理的燃料經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法提供了參考，只要對(duì)我國(guó)主要城市汽車運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)工況數(shù)據(jù)進(jìn)行大量的統(tǒng)計(jì)和分析工作，就能制定出合理的汽車燃料經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法[2]。

1 成都市路況統(tǒng)計(jì)分析

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，成都市在道路建設(shè)方面成績(jī)顯著，目前市區(qū)已經(jīng)形成以蜀都大道和人民南路為交點(diǎn)—天府廣場(chǎng)為中心，一環(huán)路、二環(huán)路、三環(huán)路和繞城高速公路相環(huán)繞的環(huán)狀放射性道路交通體系。目前，成都市一環(huán)路總長(zhǎng)約19.75公里；二環(huán)路總長(zhǎng)約28.3公里；三環(huán)路總長(zhǎng)約51.42公里；繞城高速約85公里；第二繞城高速約223公里，現(xiàn)已通車。

根據(jù)以上的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和分析，以及實(shí)際的道路交通狀況調(diào)查，再結(jié)合抽樣理論，得出成都市區(qū)道路總里程為 2431公里，能夠計(jì)算出樣本容量為104公里，其中，快速路37.8公里，占全長(zhǎng)36.35%；主干道55.4公里，占全長(zhǎng)53.27%；次干道10.8公里，占全長(zhǎng)10.38%[3]。

2 汽車行駛工況試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

本文選取了成都汽車行駛工況的兩條具有代表性的路線，兩條路線基本包括了成都市的各類道路，跨越市區(qū)和市郊，并對(duì)汽車行駛路線分別進(jìn)行了20次試驗(yàn)。記錄了車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，即車速、運(yùn)行各工況下的時(shí)間、路程、加速度、減速度等數(shù)據(jù)。

選取的第一條典型路線，途徑英國(guó)風(fēng)情小鎮(zhèn)→婦女兒童醫(yī)院→青羊萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)→蘇坡鄉(xiāng)→西單商場(chǎng)→成溫高架路→清江東路→中醫(yī)附院→人民公園→天府廣場(chǎng)→人南立交橋→二環(huán)路高架路→萬(wàn)年場(chǎng)→多寶寺→十陵立交橋→航天立交橋→成都行政學(xué)院，該路線全長(zhǎng)36.2 km。其中成溫高架路3.8km，二環(huán)高架路長(zhǎng)約7.8km，三環(huán)路長(zhǎng)約5.3 km，市區(qū)道路長(zhǎng)約23.7 km，郊區(qū)道路長(zhǎng)約12.5km，如圖1所示。

圖1 英國(guó)小鎮(zhèn)～行政學(xué)院

選取的第二條典型路線，途徑天府廣場(chǎng)→文殊院→金牛萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)→火車北站→八里橋路→鳳凰立交橋→川陜立交橋→三河場(chǎng)立交橋→繞城高速→螺獅壩立交橋→成都理工大學(xué)，該路線全長(zhǎng)42.6km，其中二環(huán)路長(zhǎng)約2.8km，三環(huán)路長(zhǎng)約3.1 km，繞城高速路長(zhǎng)約15.0 km，市區(qū)道路長(zhǎng)約9.2 km，郊區(qū)道路長(zhǎng)約33.4km，如圖2所示。

圖2 天府廣場(chǎng)～理工大學(xué)

記錄的數(shù)據(jù)中主要包括以下特征值：平均速度（km /h）、平均加速度（m/s2）、平均減速度（m/s2）、怠速時(shí)間比例（%）、加速時(shí)間比例（%）、勻速時(shí)間比例（%）、減速時(shí)間比例（%）、行駛路程（km）、行駛時(shí)間（s）等[4,5]。

3 新標(biāo)準(zhǔn)汽車運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)

新標(biāo)準(zhǔn)汽車運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)是在綜合考慮各方面的影響因素后，分別合成市區(qū)和市郊兩組循環(huán)工況，新標(biāo)準(zhǔn)汽車運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)是由市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)（1部）和市郊運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)（2部）組成，如圖3所示。

圖3 新標(biāo)準(zhǔn)汽車運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)

4 新標(biāo)準(zhǔn)市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)單元分析

圖4 新標(biāo)準(zhǔn)市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)示意圖

表1 新標(biāo)準(zhǔn)市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)

新標(biāo)準(zhǔn)1部是由三個(gè)市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)單元構(gòu)成，每個(gè)市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)單元包含了17個(gè)工況，具體由怠速、加速、減速、勻速、換擋等工況組成，如表1所示。市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)單元反映的是城市中心區(qū)的道路交通狀況，市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)單元的平均車速為 27km/h，最高車速為 60km/h，每個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)單元有效行駛時(shí)間為173s，總計(jì)時(shí)間為519s，每個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)單元當(dāng)量行駛距離為 1.295km，得到的總計(jì)當(dāng)量行駛距離為3.885km，擋位的換擋點(diǎn)分別在15km/h，30km/h，40km/h，最高擋位設(shè)置成四擋，其每次換擋的時(shí)間為2s，換擋穿插在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)過(guò)程中。新標(biāo)準(zhǔn)具體構(gòu)成，如圖4所示。

5 新標(biāo)準(zhǔn)市郊運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)單元分析

圖5 新標(biāo)準(zhǔn)市郊運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)示意圖

表2 新標(biāo)準(zhǔn)市郊運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)

新標(biāo)準(zhǔn)的市郊運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)只由一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)單元構(gòu)成，如表2所示。即2部運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)，共有15個(gè)工況，包括了怠速、空擋減速、換擋、加速、勻速、減速等工況，市郊運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)單元反映的是城市近郊的道路情況，市郊運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)單元的平均車速為59km/h，最高車速為120km/h，最低車速為40km/h，運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)單元的有效行駛時(shí)間為200s，每個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)理論行駛距離為 3.282km，最大加速度為 1.39m/s2，最大減速度為-1.19m/s2，最高的擋位為五擋，其每次換擋的時(shí)間為2s，換擋穿插在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)過(guò)程中，市郊運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)具體的構(gòu)成，如圖5所示。

6 汽車燃料經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法的制定

車輛在實(shí)際的駕駛過(guò)程中，是由很多的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)構(gòu)成的，各個(gè)地方由于天氣、季節(jié)、地理環(huán)境不一樣，行駛的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)也有很大的差異，但總結(jié)起來(lái)主要是由勻速、加速、減速、怠速等循環(huán)工況組成。

最后可以計(jì)算出汽車的其它循環(huán)工況在整個(gè)循環(huán)工況中的比例，如表3所示。

表3 汽車整個(gè)循環(huán)工況比例統(tǒng)計(jì)

根據(jù)上面的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可以推算出新標(biāo)準(zhǔn)整個(gè)循環(huán)工況過(guò)程中汽車百公里燃料消耗量計(jì)算的表達(dá)式為：

式中：Pi—各工況在整個(gè)循環(huán)工況中所占比例；Fi—各工況的百公里燃料消耗量（L）；β1、β2、…、β7—分別是20～30km/h、30～40km/h、50～60km/h、70～80km/h、80～90km/h、90～100km/h、110～120km/h各速度段在整個(gè)循環(huán)工況中所占比例；β8、β9、β10—分別是-0.1～-0.5m/s2、-0.5～-1.0 m/s2、-1.0～-1.5 m/s2各減速度段在整個(gè)循環(huán)工況中所占比例；β11、β12、β13—分別是 0.1～0.5m/s2、0.5～1.0 m/s2、1.0～1.5 m/s2各加速度段在整個(gè)循環(huán)工況中所占比例；β14—怠速在整個(gè)循環(huán)工況中所占比例。

7 結(jié)論

該標(biāo)準(zhǔn)可按照國(guó)內(nèi)典型城市汽車行駛工況的大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果，對(duì)汽車燃料消耗量在不同車速和加速工況的運(yùn)行比例進(jìn)行加權(quán)，計(jì)算出汽車總的燃料消耗量。

不同速度和加速工況的燃料消耗量可按碳平衡法試驗(yàn)和計(jì)算，為了簡(jiǎn)化，也可直接按發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性曲線估算[6]。

[1] 余柳燕.汽車燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)方法與評(píng)價(jià)體系[M].武漢理工大學(xué),2008.5.

[2] 姜艷.成都市城市交通可持續(xù)發(fā)展研究[M].西南交通大學(xué) 2013.11.

[3] 藺宏良.西安市交通環(huán)境轎車行駛工況與燃油消耗研究[D].長(zhǎng)安大學(xué),2013.12.

[4] 劉希玲,丁焰.我國(guó)城市汽車行駛工況調(diào)查研究[J].環(huán)境科學(xué)研究.2000(01):23-27.

[5] 張全,靳文舟.大城市公交車行駛工況研究中的實(shí)驗(yàn)路線選擇[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2005 (01):59-62.

[6] 王波.碳平衡法測(cè)量汽油車燃油消耗量的試驗(yàn)研究[M].長(zhǎng)安大學(xué),2006.5.