某分時四驅越野車關鍵系統能耗分析

（北京北汽越野車研究院有限公司 北京 101300）

引言

越野車又稱Off Road 車輛，一般具備質量大，越野能力強，四驅（分時、適時或全時）行駛幾個顯著特點，也正因為這些特點，造成越野車的另一個突出特點：油耗高。影響整車油耗大小的主要因素包括整車質量及尺寸、發動機本身的能耗水平以及關鍵系統能耗損失。

本文重點研究一款分時四驅越野車各關鍵系統的能耗，一般整車能量流分析工作是通過仿真分析的方法進行[1],本文將介紹通過試驗手段分析整車在不同工況下的關鍵系統的能耗情況，結果更準確。根據實測結果可以指導后期仿真分析模型的優化，并為實際車型開發提出有效的能耗優化建議。

1 測試方案介紹

1.1 能量流基本理論

一般情況下，車輛在平直路面行駛時，整車阻力主要包括滾阻、風阻以及加速阻力[2]，嚴格來說，還應包括傳動系統內阻，尤其對于四驅車型，傳動鏈比較長，整車傳動系統內阻的研究就顯得更為重要。

從整車能量管理角度，燃油燃燒產生的能量消耗主要包括發動機自身能耗[3]冷卻系統及散熱系統能耗、傳動系統能耗以及車輛用來行駛的阻力能耗[4]。

1.2 傳動系統傳感器布置方案

為保證各系統能準確地反映在實車狀態下的真實能耗，各系統能耗測試均在整車狀態下測試，通過在傳動系統不同位置布置轉矩傳感器，測試不同部位的實時轉矩，結合設備測試的實時轉速，最終計算出不同部位的能耗，整車傳動系統轉矩傳感器布置方案如圖1 所示。

圖1 傳動系統傳感器布置方案

其中，▲表示發動機轉矩傳感器，用于測試發動機在整車狀態下實際的飛輪端轉矩；●表示傳動軸轉矩傳感器，用于測試前后傳動軸及前驅動半軸在整車狀態下實際的轉矩；◆表示輪端轉矩傳感器，用于測試4 個車輪輪端的實際的轉矩。

1.3 冷卻系統傳感器布置方案

冷卻系統能耗是通過在冷卻系統中安裝流量傳感器、壓力傳感器以及溫度傳感器，檢測主要管路的冷卻液變化參數，通過計算得到冷卻系統的能耗，即熱損耗。整車冷卻系統相關傳感器布置方案如圖2所示。

圖2 冷卻系統傳感器布置方案

其中，◆表示流量傳感器，用于測試不同冷卻管路的流量變化；■表示溫度傳感器，用于測試不同冷卻管路的溫度變化；●表示壓力傳感器，用于測試不同冷卻管路的壓力變化。

此外，在發動機排氣歧管布置溫度傳感器以及流量傳感器，用來測試發動機的排氣能耗損失。試驗過程中，同時監測電機及電池的電流和電壓，用來測試低壓電器負載能耗。

1.4 測試工況及測試內容

按照以上測試方案，結合車型實際行駛工況及油耗法規工況，測試以下工況的傳動系統能耗。

1.4.1 滑行工況此工況是整車在實際道路的平直路面車速從130km/h～0 空擋滑行的測試工況。

1.4.2 NEDC 工況

此工況是當前乘用車綜合油耗測試工況，包括4個市區工況和一個市郊工況，工況運行總時間為1 180 s，累計總里程11 km[5]，工況循環圖如圖3 所示。

1.4.3 WLTC 工況

此工況是當前乘用車國六排放測試工況，包括低速段、中速段、高速段和超高速段4 部分組成，工況運行總時間為1 800 s,累計總里程約23 km[6],工況循環圖如圖4 所示。

圖3 NEDC 工況循環圖

圖4 WLTC 工況循環圖

2 測試結果

2.1 滑行工況整車及系統能耗

整車滑行工況主要研究整車傳動系統能耗，按照傳感器的布置方案，整車滑行阻力包括風阻、滾阻、變速器+分動器阻力、后橋阻力、前傳+前差速器阻力、前半軸+前輪轂阻力以及制動拖滯阻力，各系統能耗如圖5 所示。

圖5 滑行工況各系統能耗

試驗測得，整車130 km/h～0 的整車滑行工況中，風阻能耗占比39%，滾阻能耗占比35%，變速器及分動器能耗占比9%，后橋能耗占比5%，前半軸+前輪轂能耗占比6%，前傳+前差速器能耗占比4%，制動拖滯能耗占比2%。

通過對此款分時四驅整車滑行阻力進行測試，得出此車型整車阻力特點如下：

1）整車風阻和滾阻占整車阻力的74%，傳動系統內阻占整車阻力的26%；

2）整個傳動系統因前傳動軸、前主減差速器、前半軸及前輪轂帶來的阻力能耗占整車阻力能耗的10%；

2.2 等速工況整車系統能耗

整車等速行駛工況中，各系統能耗如圖6 所示。

圖6 等速工況各系統能耗

等速行駛過程中，隨著車速增加，傳動系統能耗占比降低，滾阻能耗降低，風阻能耗增加，車速在55 km/h 以下時，整車滾阻能耗大于整車風阻能耗；車速在55 km/h 時，風阻與滾阻帶來的能耗相當，隨著車速的繼續增加，風阻的能耗占比越來越大。

2.3 NEDC 工況測試結果

整車在環境艙內，按照法規要求，測得NEDC 工況中各系統能耗如圖7 所示。

試驗測得，整個NEDC 工況中，發動機排氣能耗損失占28.6%，發動機熱輻射能耗占比39.6%，發動機自身摩擦能耗占比3.9%，發動機電器附件能耗占比1.3%,發動機實際飛輪端有效輸出能量只有26.6%。從發動機飛輪端到車輪端，變速器+分動器能耗占比5.3%，車橋及輪轂能耗占比3.6%。最終，NEDC 工況中，實際傳遞到車輪端用來驅動車輛前進的有效能量只占總燃油的17.7%。

圖7 NEDC 工況各系統能耗

2.4 WLTC 工況測試結果

整車在環境艙內，按照法規要求，測得WLTC工況中各系統能耗如圖8 所示。

圖8 WLTC 工況各系統能耗

試驗測得，整個WLTC 工況中，發動機排氣能耗損失占29.6%，發動機熱輻射能耗占比39.5%，發動機自身摩擦能耗占比2.9%，發動機電器附件能耗占比0.9%,發動機實際飛輪端有效輸出能量只有27.1%。從發動機飛輪端到車輪端，變速器+分動器能耗占比3.9%，車橋及輪轂能耗占比3.0%。最終，WLTC 工況中，實際傳遞到車輪端，用來驅動車輛前進的有效能量只占總燃油的20.2%。

通過對此款分時四驅整車NEDC 工況和WLTC工況能耗進行測試，得出此類車型在NEDC 工況和WLTC 工況中的能耗特點如下：

1）兩個工況中，實際傳遞到車輪端，用來驅動車輛前進的有效能耗只有17%～20%。

2）WLTC 工況雖然比NEDC 工況劇烈，但WLTC工況實際傳遞到車輪端的有效能耗比NEDC 工況多2.5%，主要原因是WLTC 工況更多地利用了發動機的高效區域。

3 結論

通過對一款分時四驅越野車進行不同工況下的整車阻力及關鍵系統能耗測試，得到整車關鍵系統在不同工況下的能耗損失，為整車能量管理開發提供了有利的數據支撐，結合以上測試分析結果提出以下幾個方面的結論和建議：

1）分時四驅車型，一般通常工作在兩驅（后驅）模式，此時，前傳動軸到前驅動半軸因從動車輪（前車輪）反拖帶來的能耗損失明顯，應采用有效措施降低此部分的能耗損失。

2）車輛在高速行駛時，風阻是主要的能耗源頭，提升整車高速油耗最有效的方案就是降低整車風阻。

3）此類車型在WLTC 工況和NEDC 工況中，WLTC工況的能量利用率更高。