营运车辆燃油消耗量测试精度影响因素分析

高吉强，徐军辉，梁荣亮，谢东明，郭瑞玲

（中国汽车技术研究中心，天津　300300）

Gao Jiqiang，Xu Junhui，Liang Rongliang，Xie Dongming，Guo Ruiling

营运车辆燃油消耗量测试精度影响因素分析

高吉强，徐军辉，梁荣亮，谢东明，郭瑞玲

（中国汽车技术研究中心，天津300300）

Gao Jiqiang，Xu Junhui，Liang Rongliang，Xie Dongming，Guo Ruiling

摘要：文中简要介绍了营运车辆等速燃油消耗量的试验方法和测量原理，并基于标准中对试验结果重复性检验的要求，结合理论分析和试验研究，从测试系统、气象条件、测试距离3方面对测试精度的影响因素进行了详尽的分析。

关键词：道路试验；燃油消耗量；误差分析

0　引　言

随着汽车保有总量的不断增长，汽车燃料消耗在我国石油消耗总量中的比例日益提高，已经成为我国新增石油消耗的主体，由此导致的能源和环境问题日益突出，进而影响到我国汽车及其他相关行业的可持续健康发展。

营运车辆作为我国客货运输的主体，在我国车辆保有中占有重要地位，特别是最近几年随着道路运输的发展，营运车辆的保有量持续增长，并且由于其使用频率高，燃油消耗量大，所以降低营运车辆的燃油消耗量对节省石油资源、减少国家对进口石油的依赖性有重要的意义。交通运输部也发布了《营运客车燃油消耗量限值及测量方法》和《营运货车燃油消耗量限值及测量方法》2项行业标准，明确规定了营运车辆油耗的试验方法和限值要求。

1　试验条件和方法

试验是在交通部公路交通试验场的性能路面进行，路面为清洁、干燥、平整的混凝土路面，试验路长度符合测量需要，试验时的气象条件和车辆准备符合GB/T12534《汽车道路试验方法通则》的要求。试验时关闭车窗、驾驶室通风口及空调，只允许为驱动车辆所需的设备工作。主要的试验设备有燃料流量计和速度计，精度符合试验要求。

试验在车辆满载和空载2种工况下进行，车辆满载时，手动变速器置于最高挡或次高挡（最高挡不能满足等速要求时），自动变速器置于前进挡。在各规定试验车速下，保持车辆平稳行驶100m后，等速通过500m的试验路，测量车辆通过该路段的时间和燃油消耗量。车辆空载时，测量客车次高挡60km/h等速行驶或货车最高挡或次高挡50km/h等速行驶时的燃油消耗量。每个试验车速应在测试路段上往返测量2次，试验平均车速与规定车速之差不得超过2km/h。

2　试验测量原理

大部分营运车辆采用的是柴油发动机，在介绍试验测量原理前，先了解下柴油机的燃油供给系统。柴油机供油系统由柴油箱、输油泵、低压油管、柴油滤清器、喷油泵、高压油管、喷油器和溢流管等组成，如图1所示。柴油从柴油箱被输油泵吸出，并产生一定的压力，经柴油滤清器滤去杂质后进入喷油泵，喷油泵将低压油提高油压，经高压油管和喷油器将高压油喷入燃烧室。由于输油泵的供油量较大，大量多余的燃油经喷油泵进油室的一端溢流阀和溢流管流回输油泵的进口或直接流回柴油箱。喷油器工作间隙泄漏的极少量柴油也经回油管流回柴油箱。可以看出，车辆的燃油消耗量是进油管路流量和回油管路流量的差值。试验时，将进油管路和溢流管路从某处断开，接入燃油流量计，以此来实时测得车辆的燃油消耗量。将燃油流量计得到的信号传输到速度计，与速度计测得的路程和时间信号相结合，就可以得到车辆等速行驶百公里燃油消耗量（L/100km）。

3　试验误差影响因素分析

3.1试验结果的重复性检验

等速行驶燃油消耗量试验的试验结果要经过重复性的检验，表1是第95百分位分布的标准差R与重复性次数n之间的关系。为某个车速下n次试验结果中最大燃料消耗量与最小燃料消耗量之差。当

表1　重复性次数n与标准差R的关系

3.2误差分析

从表1试验结果的重复性检验可以看出，同一车速下往返各测量2次时，Qmax要小于平均值的0.063倍，为了满足这个要求，需要考虑测量过程中的各个影响因素，否则试验结果很难满足重复性检验。

3.2.1测试系统的影响因素

油耗测量是通过断开原燃油供给系的进回油管路测得进油流量和回油流量，以二者的差值来确定燃油消耗量。测试系统接入之后，破坏了原有的压力平衡，所以为了保证测量的准确性，需要调节进回油管路的压力，以保证测试系统进回油管路的压力与接入前系统的压力大致相等。若测试系统接入后压力变化较大，可能导致测量结果误差较大，甚至无法完成测试，所以调压对保证油耗测量的准确性有重要意义。

在接入测试仪器的过程中，必然会有空气进入输油管路，这些空气的存在会影响测量的结果，导致测试数据一致性较差，达不到测试要求，所以试验前要首先排净管路中的空气。对于有排气系统的流量计可以将其放到排气挡，充分排气后再进行测量。没有排气系统的流量计可通过手动排气或者通过起动发动机使燃油回路多次循环来达到排气的目的。

燃油供给系中各个管路的压力各不相同，燃油管的内径受燃油压力的影响会产生变化。当燃油压力升高时，燃油管由于内径增大可以储存更多的燃油，传感器测量的这部分燃油实际上是未燃烧的。所以管路压力的变化对燃油管内径的影响会对测量结果产生一定的影响。要减弱管路压力对测量结果的影响，就需要在测量过程中使用尽量短的测量管路，同时选用膨胀率较低的燃油管。

3.2.2气象条件的影响

油耗测试过程中，试验的气象条件对测试结果也有明显的影响，主要体现在试验温度、气压、风速等方面，在最后的结果处理中对温度和气压的影响都进行了修正，因此重点研究风速对测试结果的影响。

汽车在水平道路上匀速行驶时，行驶阻力主要是来自地面的滚动阻力Ff和来自空气的空气阻力Fw。风速对试验结果的影响主要是通过影响空气阻力实现的，空气阻力的计算如式（1）所示。由于营运车辆自身结构的特点，其空气阻力系数CD和迎风面积A都比较大，空气阻力与行驶速度的2次方成正比，克服空气阻力所需的功率是行驶速度的3次函数。汽车在60km/h匀速行驶时，假如风速是3m/s，逆风行驶时的空气阻力较无风时增加39％，在油耗测试过程中，若同时考虑顺风和迎风的影响，空气阻力的差距会更大，直接影响发动机的输出功率，进而影响油耗测量的一致性。以某国产客车在风速为3.3m/s情况下试验结果为例，从表2中可以看出，由于风速的影响，各个车速下的标准偏差都较大，很难满足重复性检验的要求，测量结果的精度大打折扣。

式中，CD为空气阻力系数；A为迎风面积；为行驶速度。

表2　某客车等速燃油消耗量试验数据

3.2.3测试距离的影响

油耗测量对测量结果的一致性要求较高，当测量结果的重复性达不到要求时，需要增加测量次数。在实际油耗测试过程中，对流量的测量并非取整个过程中流量的总值，而是按照一定的采样频率实时采样后取平均值。延长测量时间可以增加样本的容量，有利于保证测量结果的一致性。试验过程中，要求测量的车速范围较广，选用相同的测试长度时，高速时的测量时间相对短，样本容量低容易导致数据比较离散。选取2辆营运客车进行试验，挡位采用最高挡，试验车速从50km/h到100km/h，以10km/h的间隔均匀选取车速，同一车速往返测试2次，测试路段长度分别为500m和1000m。试验结束后，为了检验数据的一致性，分别计算各个车速下4次试验结果的标准偏差，结果如图2和图3所示。

可以看出，当增加测试路段长度后，各个车速下测试结果的标准偏差都有不同程度的降低，说明数据的一致性变好了，结果更加趋向于真实值，提高了油耗测量的准确性，也更容易达到重复性检验的要求。

4　结论

从以上的分析可以看出，在等速燃油消耗量道路试验测试过程中，测试系统、气象条件以及测试距离对测试精度都有较大的影响，在满足标准要求的基础上，还要严格控制测试系统的压力和排气，尽量在风速较小的环境下进行测试，必要的时候通过增加测试距离来延长采样时间，以此来提高油耗测试的准确性，满足测试结果重复性检验的要求。

参考文献

[1]GB/T12545.2，商用车辆燃料消耗量试验方法[S].

[2]GB/T12534，汽车道路试验方法通则[S].

[3]JT711—2008，营运客车燃料消耗量限值及测量方法[S].

[4]JT719—2008，营运货燃料消耗量限值及测量方法[S].

[5]余志生.汽车理论[M]．北京：机械工业出版社，2002.

[6]吴光强.汽车理论[M]．北京：人民交通出版社，2007.

收稿日期：2015-06-22

文章编号：1002-4581（2015）05-0006-03

中图分类号：U467.4+98

文献标志码：A

DOI：10.14175/j.issn.1002-4581.2015.05.002