重型商用车工况法油耗试验浅析

刘亚飞

摘 要：重型商用车工况法油耗是一个全新的检测项目，在国际上也是一个比较前沿的课题。以GB/T 27840-2011《重型商用车辆燃料消耗量测量方法》为基础，对重型商用车工况法油耗的试验方法进行简明扼要的概括和总结。依托试验积累，对车辆准备、阻力及惯量设定、车辆加载、驾驶员操作等影响因素进行分析，并提出合理化建议。

关键词：重型商用车 工况法 油耗

中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）007-024-02

1 前言

近年来，我国汽车工业发展迅猛，继2009年成为世界第一大汽车产销国后，一直稳坐头把交椅，2012年，我国汽车产销量更是双双突破1900万辆。随着环保节能的呼声越来越高，在技术标准方面，乘用车及轻型商用车从2001年开始，制定和修订了一系列标准，在推动汽车节能技术进步方面发挥了积极的作用。而作为我国道路运输特别是客货运输的主体的3.5吨以上的重型商用车，其油耗标准GB/T 12545.2-2001《商用车辆燃料消耗量试验方法》由于制定年代较早，技术内容较为陈旧，且采用模态试验工况，已不能适应当前重型商用车技术发展的需要。因此，国家制定了GB/T 27840-2011《重型商用车辆燃料消耗量测量方法》，于2012年1月1日正式执行。由于重型商用车种类多、质量跨度范围大，滑行试验方法特殊，加上试验使用的重型转鼓价格昂贵，国内从事该项试验的机构并不多，故对标准的理解可能存在误区。笔者在大量试验的基础上，对工况法油耗试验进行了简明扼要的概括和总结，对试验过程的技术要点进行了总结分析，供大家参考。

2 车辆试验工况循环分类

GB/T 27840-2011《重型商用车辆燃料消耗量测量方法》以世界重型商用车辆瞬态循环（WTVC，World Transient Vehicle Cycle）为基础，调整加速度和减速度形成的C-WTVC驾驶循环为试验工况，适用于最大总质量超过3500 kg的燃用汽油或柴油的重型商用汽车（仅包含运输类，不包括专用作业类、全轮驱动类产品），按照用途和使用条件将车辆分为半挂牵引车、自卸汽车、货车（不含自卸汽车）、城市客车和客车（不含城市客车）五大类，由于车辆特性和使用条件不同，试验工况也不同，在进行道路行驶阻力滑行时初始速度要求也不一致，其差别如表1所示。

3 工况循环试验方法确定

GB/T 27840-2011将油耗试验方法分为底盘测功机法和模拟计算法两种。

3.1 底盘测功机法

底盘测功机法是将车辆驱动轮置于试验室的转鼓上，通过道路滑行获得车辆的目标行驶阻力，以此为基础，在底盘测功机进行阻力设定，通过连接油耗仪（质量法或容积法，采用流量计直接对油耗进行测量）或排放分析仪（碳平衡法，对排气中的CO、HC、CO2含量进行测量，计算出油耗值）进行燃料消耗量的测定。该试验方法测试数据可靠、重复性好，适用于基本型车辆，即在同一系族内车辆总质量最大、迎风面积最大、轮胎净负荷半径最小或断面宽度最大、总传动比最大，对于该车型装配的发动机，在同一厂家、同一系族的限制条件下，一般选取功率最大的发动机进行测量。

3.2 模拟计算法

模拟计算法则是以汽车发动机万有特性试验数据为基础，将整车、变速器、轮胎等关键参数输入计算机程序，通过计算机程序模拟试验车辆在C-WTVC 循环下的运行状态，计算试验车辆的燃料消耗量。模拟程序需要输入的整车参数包括车辆类型、整车整备质量、最大设计总质量、最大设计载质量、最大设计牵引质量（仅适用于半挂牵引车）、额定载客人数（含驾驶员）、驱动型式、轴数、轮胎型号等。需要输入的发动机参数包括发动机万有特性、发动机反拖扭矩、发动机外特性扭矩、发动机怠速转速及怠速燃料消耗量、发动机额定转速、发动机最高转速等，发动机参数按GB/T 18297-2001中相关规定进行测定。该试验方法具有数据可靠、重复性好的优点，成本也比较低。需要注意的是，万有特性试验时，应在发动机正常转速范围内、10%负荷至最大扭矩之间尽可能均匀地选取至少81个数据点测定燃料消耗量，准确的发动机Map图是模拟试验法的必要条件。

4 行驶阻力确定

行驶阻力的确定是本标准的重点和难点，无论底盘测功机法还是利用滑行数据进行模拟计算，均需要车辆的行驶阻力试验数据。行驶阻力的测定方法包括滑行能量变化法和等速下扭矩测量法两种。等速下扭矩测量法需要接扭矩仪，该种方法与当量惯量法一样，只是取等速的几个点进行测量，操作可行性不是很好，从行业现状来看，基本上都是采用滑行能量变化法进行测量，本文也只着重讨论滑行能量法试验中需要注意的地方。

（1）滑行地方要求为清洁、干燥、平直的沥青混凝土或混凝土路面；路面长度应满足试验要求，纵向坡度在？.1%以内；无雨、无雾；相对湿度小于95%；大气温度在0℃～40℃之间；在高出路面1.6m处测量的平均风速不大于3m/s，阵风不大于5m/s。符合试验条件的一般为专用汽车道路试验场或机场。

（2）需要对车辆加载，无特殊规定时，应使试验车辆处于最大设计总质量状态，这里需要注意的是对于半挂牵引车，最大设计总质量指列车最大总质量，拖挂的为GB/T 1413-2008第4章规定的1AA型集装箱。其余车辆需要按照GB/T 12534-1990中3.1规定进行装载。各种类型的车辆都需采用迎风面积最大的上装。

（3）按车辆制造厂规定对轮胎气压进行检查，符合规定后在试验路段上以中高速行驶不少于40分钟进行热车。试验时关闭车窗和驾驶室通风口，按表1将车辆加速至规定的初始车速（V）以上5～10 km/h，将变速器置于“空档”位置进行滑行直至车速小于15km/h。如车辆性能和场地条件允许，应在尽可能高的车速下滑行；如试验中无法达到表中规定车速，则在车辆所能达到的最高车速下滑行；如因试验道路长度限制无法一次完成滑行试验，可采用分段滑行法。测量车辆从V+ V减速至V- V所需时间（正反方向）， V≤5km/h，计算其平均值。重复上述试验不少于3次（即滑行试验总数不少于4次）。滑行时间平均值需满足统计准确度p的要求，p=·，在30～70 km/h ≤4%，其他速度点 ≤5%，如不能满足要求，则增加试验次数直至满足统计准确度要求。

（4）将求得的滑行平均时间进行道路等速功率P计算，P=，需要注意的是要校正至基准状态。即乘以校正系数K，K=，具体符号定义见标准规定。

对于模拟计算法，标准还规定可以采用经验公式，通过滚动阻力计算公式Ff=M譯譮和空气阻力计算公式FW=进行拟合，得出阻力系数。

5 试验影响因素、存在问题及对策

重型商用车工况法油耗试验是个全新的项目，开展试验工作时间较短，为了保证试验结果的准确性，笔者认为需要从车辆准备、阻力及惯量设定、车辆加载、驾驶员操作等方面入手，认真检查、严格控制。

5.1 车辆准备

样车需先确认机械状态是否正常，是否经过2500 km到10000 km的磨合，良好的技术状态才能体现车辆真实的油耗，这些可通过驾驶操作完成。其次需要确认轮胎型号和气压，如果车型可以装配几种不同规格的轮胎，则从中选择滚动阻力最大的厂定原装轮胎，按厂家规定对轮胎进行充气。轮胎花纹深度应为初始花纹深度的90%～50%，也可采用与车辆同时磨合过的新轮胎。这些检查很关键，看似不重要，但却是后续工作开展的基础，若不认真把关，会造成最终试验结果不理想，也不准确。

5.2 阻力及惯量设定

在道路阻力滑行过程中，应尽可能选择道路条件相对较好的同一车道进行往返测试，可以避免由此造成的不确定度，提高重复性。尽管标准规定最少往返四次就可以完成试验，但事实上，由于道路试验条件复杂，影响因素较多，测量次数尽可能多，提高试验结果统计准确度。

在试验结果取值上，受轻型汽车滑行试验标准影响，对车速段的取值都是顺序排列，而GB/T 27840-2011规定的为交叉取值，因此非常容易造成误解。以自卸汽车为例，取 V=5 km/h，由于自卸汽车规定的起始车速为75 km/h，即75 km/h对应的为80～70 km/h之间滑行的时间，而70 km/h对应的为75～65 km/h之间滑行的时间，后面的依次类推。而现在轻型车常规取值都是按顺序取值，如80～70 km/h（对应车速75 km/h），70～60 km/h（对应车速65 km/h）等，而且国内大部分底盘测功机自带的计算软件都只能按顺序取值的方式进行拟合，这样会使两者的拟合数值有一定的出入；另外一个比较容易忽略的地方就是对测量结果的修正，因为通过滑行能量法在试验场可以获得滑行时间，通过滑行时间计算阻力和功率，进而拟合得到滑行系数。由于测得的滑行阻力最终是用于车辆在底盘测功机的再现，在底盘测功机上输入滑行时间和车辆质量（惯量）就可得到滑行系数，而国内大部分底盘测功机自带的计算软件都不带修正功能。因此，阻力系数需要通过最小二乘法拟合得到。

由于国内外都没有重型车相关的当量惯量推荐数值，故底盘测功机的当量惯量是根据车辆最大设计总质量及非驱动轮的等效平动惯量确定。在设定非驱动轮当量惯量时，可以根据非驱动轮质量占最大设计总质量的比重进行确定，也可以取推荐的车辆最大总质量的1.5%进行设定。

5.3 车辆加载

试验时，车辆载荷状态需要保证试验过程中不打滑，只要不出现明显影响测量结果的打滑现象，可以不加载。但对于半挂牵引车，由于其最大总质量为列车总质量，而在转鼓试验是不加拖挂的，因此必须对其进行加载，加载位置垂直于鞍座。加载方式可以在其鞍座上方加铁块，或通过加载装置从底部进行加载。

5.4 驾驶员操作

由于GB/T 27840-2011并未规定C-WTVC循环的换挡时机，因此，驾驶员操作对试验结果影响很大。需要遵循的是根据车辆特点选择相应档位，当车辆在某一较高档位下不能达到C-WTVC 规定车速且速度偏差超过规定值时，降低一档继续试验，并在车辆重新进入能使用较高档位行驶的匀速状态时再次换入较高档位进行试验，换档过程应迅速平稳。加速时若达不到到C-WTVC 循环要求的加速度或试验车速时，需将加速踏板完全踩到底。减速时则需要完全放开加速踏板，离合器接合，直至试验车速降至该档位最低稳定车速时再分离离合器、降档或停车，若不能达到C-WTVC 循环规定减速度时，踩下制动踏板直至车辆运行状态回到C-WTVC 循环规定偏差范围内。

参考文献：

[1] 国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会. GB/T 27840-2011 重型商用车辆燃料消耗量测量方法[S].