中置軸轎運車實際道路工況油耗測試研究

許丹丹 高忠明 高東志 郭 勇 徐軍輝

（中國汽車技術研究中心有限公司 天津 300300）

引言

近年來，隨著GB1589-2016標準的頒布實施，中置軸轎運車（簡稱轎運車）在車輛運輸行業中的應用有了統一的規范和管理要求，同時也對我國整車物流行業健康快速的發展起到了一定的推動作用[1]。中置軸轎運車作為營運車輛的一種特殊車型，車輛構成主要是由具有特殊裝置的牽引貨車和中置軸掛車組成，其主要用于車輛商品的道路運輸或托運[2]。目前轎運車憑借其穩定性好，運輸效率高等優點，已成為車輛運輸行業中的主要車型之一。轎運車作為一種新生車型的出現，國內目前關于其各方面的整車性能研究都比較少，而燃油經濟性作為車輛評價的重要參數，因此研究轎運車基于實際道路的燃油消耗量測試不僅對提高車輛運輸效率，降低運輸成本具有參考價值，而且對企業的車型開發等也具有重要的指導意義。

目前關于重型車油耗的研究，周金應和徐磊等人[3]研究了不同加載方式對轎運車油耗的影響，結果表明：裝載方式不同，轎運車油耗有一定的波動現象，其中實車裝載下的轎運車油耗表現最高；郭瑞玲等人[4]針對不同噸位載貨汽車進行了實際道路的油耗研究，得出車輛總質量與油耗結果具有相應的正比關系，但與百噸公里油耗成反比關系；Hans Jakob Walnum等人[5]通過對重型車在不同載荷、行駛工況、行駛路線及駕駛員等條件下的試驗數據進行分析，得出駕駛習慣對重型車油耗的影響不容忽略；Qin Kongjian等人[6]利用轉轂測功機對垃圾車進行中國典型城市公交循環CCBC（China City Bus Cycle）和全球商用車瞬態循環C-WTVC（World Transient Vehicle Cycle）兩種循環下的油耗測試，結果顯示樣車在CCBC循環下的百公里油耗較C-WTVC循環油耗測量結果偏高。但是，不同形式工況下，轎運車油耗測試研究不足，尤其是車輛比功率對加速油耗的影響研究較少。

本文選用4輛轎運車，在同一道路試驗場中開展了實際道路油耗試驗，分別進行等速工況、加速工況和怠速工況下的油耗特性試驗，分析了車速和比功率對油耗的影響，以及綜合油耗與車輛實際運輸效率的關系。

1 試驗設計與測試方案

1.1 試驗車輛

本試驗選用了4輛轎運車作為測試樣車，車用燃油種類為0#柴油，其行駛里程均在5 000 km以內，樣車的具體參數如表1所示。發動機基本參數如表2所示。其中牽引貨車是具有特殊裝置能夠牽引中置軸掛車或牽引桿掛車的貨車，本試驗中牽引貨車與中置軸掛車組成的列車，稱為汽車列車。試驗中車輛分別在牽引貨車單車狀態下以及汽車列車狀態下進行不同工況的油耗測試實驗。

表1 樣車基本參數t

表2 發動機基本參數

試驗過程中樣車均為滿載狀態，4輛轎運車的加載情況一致，加載方式均采用實車-沙袋-實車方式進行裝載，即牽引貨車上下層第一車位以及掛車上層第一車位均采用實車加載，其他車位采用沙袋代替，直到滿足加載要求[7]。采用這種加載方式可有效模擬樣車實際行駛過程中所受到的空氣阻力[8-9]。

1.2 試驗方案

試驗研究選擇在中汽中心鹽城汽車試驗場對4輛轎運車分別在牽引貨車和汽車列車狀態下開展實際道路油耗測試，測試試驗嚴格按照JT 719-2016《營運貨車燃料消耗量限值及測量方法》標準中規定的試驗要求和試驗方法進行操作[10]。試驗主要用設備選用天津艾特公司生產的油耗儀進行測量。

1.3 試驗方法

試驗中，每輛樣車在牽引貨車和汽車列車狀態下分別進行等速工況、加速工況和怠速工況油耗測試，其中標準對車輛在3種測試工況下的測試要求如表3所示。

表3 油耗測試方法

2 試驗結果分析

試驗將3種工況下的燃料消耗量測量結果的算術平均值作為該工況下的燃料消耗量測定值，并依據GB/T 12545.2的要求對樣車各工況下的測定值進行標準狀態下的參數校正[11]，其中校正過程主要依據公式（1）進行：

式中：Q校正和Q實測均為百公里油耗值，單位為L/100km；其中C1為環境溫度校正系數，C2為環境壓力校正系數，C3為燃油密度校正系數。

2.1 等速工況油耗分析

圖1、圖2所示為牽引貨車與汽車列車在不同車速下的等速油耗分析結果。2種分析結果均顯示，隨車速增加，相應車速下的等速油耗呈不斷上升趨勢，主要原因是發動機牽引車輛在 40、50、60、70、80 km/h車速下勻速行駛時，行駛車速越高，車輛所受的空氣阻力越大，發動機克服阻力做功越多，油耗升高。而蘆笙等人研究的輕型車基于平均車速的實際道路油耗測試，通過分析車輛實際道路油耗因子與平均車速的相關性，發現車輛在0～80 km/h的車速范圍內行駛時，實際道路油耗因子隨平均車速的上升逐漸下降[12]。因此與輕型車相比，重型車實際道路油耗與車速成正相關性的試驗結果說明，由于車身流線以及車輛結構等因素與輕型車有很大差異，導致重型車實際道路油耗結果受空氣阻力等因素的影響較輕型車偏大，因此本試驗中牽引貨車與汽車列車的等速工況油耗隨車速的增加均呈現逐漸升高的變化趨勢。

圖1 牽引貨車等速油耗特性曲線

圖2 汽車列車等速油耗特性曲線

2.2 加速工況油耗分析

車輛比功率是發動機最大功率與車輛總質量之比，是衡量車輛動力性的指標之一。本文關于車輛的加速工況，其油耗數據分析采用最小二乘法的數據擬合方法將車輛比功率與車輛加速工況油耗進行擬合得出了圖3、圖4所示的數據擬合曲線。結果顯示牽引貨車與汽車列車的加速工況油耗整體變化趨勢均表現為油耗隨比功率的增加而增加，即說明車輛加速工況油耗與車輛比功率呈正相關性。

圖3 牽引貨車加速油耗變化曲線

圖4 汽車列車加速油耗變化曲線

對比分析2種試驗結果可知，同一樣車的汽車列車比牽引貨車的油耗升高了僅4%左右，而比功率卻下降了45%左右，這說明車輛牽引中置軸掛車后對車輛的經濟性影響較小，而對動力性影響較大。

2.3 怠速工況油耗分析

怠速工況下，發動機空轉不對外輸出做功，并且怠速試驗過程中，車輛的門窗以及空調等設備關閉，車輛負載為0，因此怠速油耗大小不受車重、阻力及駕駛習慣等參數影響，而只與發動機本身相關。結合表2中發動機的怠速轉速與圖5所示的怠速油耗分析結果可知，由于牽引貨車與汽車列車的發動機配置相同，因此2種試驗狀態下的怠速油耗測試結果相差較小，油耗偏差均在±5%以內。

圖5 怠速工況油耗分析結果

2.4 綜合油耗分析

車輛單位貨物周轉量綜合燃油消耗量是交通部門用來衡量車輛運輸效率的重要參數，其計算公式主要依據式（2）和式（3）進行：

式中：Q為車輛綜合燃料消耗量，L/100km；Qu為等速工況油耗，L/100 km；vui為第i個等速工況點，km/h；kui為第 i個車速下的等速權重系數；ku、ka、kl分別為等速工況、加速工況和怠速工況燃油消耗量權重系數；Qa為加速工況油耗，L/100 km；Sa為加速工況平均距離，m；Ta為加速工況平均加速時間，s；Ql為怠速工況油耗，L/100 km；Q′為單位貨物周轉量綜合燃油消耗量，L/（t·100 km）；M為車輛額定載質量，kg。

圖6中4輛轎運車的綜合油耗結果顯示，牽引貨車與汽車列車的綜合油耗結果相差較大，為消除車輛裝載質量對綜合油耗結果的影響差異，本研究引用單位貨物周轉量綜合燃油消耗量Q′對試驗樣車的運輸效率和燃油經濟性進行綜合評價，分析結果如圖7所示。對比圖6和圖7的分析結果發現，雖然汽車列車的綜合油耗與牽引貨車相比高出15%～35%，但平均到每噸貨物的油耗量卻下降了40%～50%，即表明車輛綜合油耗上升的比例小于其車重增加的比例，因此說明中置軸轎運車在汽車列車狀態下的車輛運輸效率比牽引貨車狀態下的運輸效率更高，燃油經濟性更好。

圖6 綜合油耗結果

圖7 單位貨物周轉量綜合燃油消耗量結果

3 結論

對中置軸轎運車在等速工況、加速工況及怠速工況下分別進行了實際道路油耗測試，分析了轎運車在牽引貨車與汽車列車狀態下的油耗結果差異，并得出如下結論：

1）等速工況下，轎運車無論在牽引貨車單車狀態還是在列車狀態下，由于受空氣阻力的影響，其等速百公里綜合燃油消耗量隨行駛車速的增加均表現不斷升高的趨勢。

2）轎運車加速工況油耗隨車輛比功率的增加而增加，與牽引貨車相比，汽車列車的比功率下降了約45%，油耗僅升高了約4%，即說明牽引貨車牽引中置軸掛車后對車輛的動力性影響較大，而對車輛經濟性影響較小。

3）汽車列車與牽引貨車相比，雖然其綜合油耗升高了15%～35%，但平均到每噸貨物上的油耗卻下降了40%～50%，因此表明轎運車在汽車列車狀態下的運輸效率更高，燃油經濟性更好。