越野汽车质量变化对油耗的影响

李　猛　马忠民　贾海庆　郭万超（北京汽车研究总院有限公司　北京　101300）

越野汽车质量变化对油耗的影响

李猛马忠民贾海庆郭万超
（北京汽车研究总院有限公司北京101300）

摘要：随着我国汽车油耗法规限值的加严，降低汽车油耗成为汽车行业重点关注的对象。不可否认轻量化是降低整车油耗的一个手段，但不同类型的车辆对整车质量变化的敏感度不同。将重点研究越野汽车质量变化对油耗的影响，基于目前油耗测试法规，通过仿真分析和试验测试分析整车质量变化对不同油耗测试结果的影响。

关键词：越野汽车轻量化油耗测试方法

引言

随着汽车燃油资源的不断减少以及环境的日益恶劣，汽车节能减排在汽车工业发展过程中变得越来越重要。有效节能减排的技术很多，整车轻量化即是其中的一项，针对汽车质量对整车油耗的影响，各汽车研发单位或科研机构都做了很多研究。研究表明，汽车质量每减少10%，油耗可降低6%～8%，同时排放可减少3%～4%[1]；质量每减少100 kg，汽车油耗可减少约0.3～0.6L/100 km[2]。

按照我国汽车类型定义，乘用车主要分为普通乘用车、高级乘用车、小型乘用车、敞篷车、越野乘用车等类型[3]。汽车质量变化对各车型的油耗都有一定影响，本文重点讨论越野乘用车（off-road passengercar）整车质量变化对油耗的影响，越野汽车的主要特点表现为：整车质量大，越野性能强，可实现四轮驱动。

1　试验方法介绍

按照目前乘用车综合油耗测试标准要求[4]，乘用车综合工况油耗测试方法有两种，一是滑行法，一是惯量法（也叫单点法或查表法）。两种测试方法相同点是：试验工况均采用欧洲NEDC循环工况；不同点是：试验时，转鼓采用的加载阻力方式不一样[5]。本文将通过仿真与试验手段分析越野汽车整车质量变化对滑行法和惯量法测试油耗的影响。

乘用车综合油耗测试工况采用欧洲NEDC循环工况，包括四个市区工况循环和一个市郊工况循环，工况循环图如图1所示。

图1 NEDC循环工况图

1.1惯量法

惯量法测试综合油耗输入转鼓的阻力是根据车辆不同的基准质量（整备质量+100kg）查表得到的，因此又叫查表法或单点法。阻力方程如下：

式中：F为底盘测功机吸收的总负荷，N；a为滚动阻力当量值，N；b为空气阻力系数当量值，N/（km·h-1）2；V为车速，km/h。

不同基准质量对应的a、b系数值见表1

表1 a、b系数值

1.2滑行法

汽车滑行是指汽车在水平路面且无风的条件下加速至某预定速度，摘挡并脱开发动机，利用汽车的动能继续行驶的减速运动[6]。

滑行阻力是使车辆在平直路面上按照要求从固定车速滑行至停止时的所有阻力，也是整车在转鼓上进行油耗试验时的目标阻力。这些阻力包括风阻、滚阻以及整车传动部件的摩擦阻力。阻力方程如下：式中：F为车辆路面滑行时的总阻力，N；A为不随速度变化的恒定阻力当量值，N；B为随速度线性变化的阻力当量值，N/（km·h-1）；C为随速度平方变化的阻力当量值，N/（km·h-1）2；V为车速，km/h。

以上各阻力系数是根据实车在路面上的滑行阻力曲线拟合得到的。

当车辆在测功机上运行时，驱动轴和驱动轮旋转，道路载荷中的一部分阻力已经存在，不需要测功机模拟。因此，滑行法的转鼓阻力是整车目标阻力减去车辆一部分内阻，该部分内阻一般都是通过整车在转鼓上滑行得到的。

2　整车质量变化对油耗的影响

本文基于某越野汽车（MT车型，整备质量1850 kg），通过对整车增加或减少100 kg（约占整备质量的5.4%），进行整车质量变化对油耗影响的分析。分析方法采用仿真与试验结合的方法。考虑到不同测试方法的差异，将分别用滑行法和惯量法对质量变化的影响进行研究分析。

2.1质量变化对滑行法测试油耗的影响

基于1850 kg的整备质量，通过增加和减少100 kg，制定5个质量状态进行滑行法综合油耗仿真分析和试验验证。5个质量状态具体见表2。

表2 5个质量状态

通过AVLCruise软件对这一车型建模并完成模型的参数设置，如整车参数、发动机参数、变速器参数主减速比参数及轮胎参数等，还要输入5个质量状态下滑行阻力的参数。整车油耗仿真模型搭建见图2。

5个质量状态下的滑行阻力是整车在试验场按照法规要求进行滑行试验后得到的5组不同的阻力曲线，见图3。

在整车其它参数不变的情况下，仅改变模型中整车的阻力参数，进行滑行法油耗仿真分析后，得到5组不同的整车油耗结果，如表3所示。

表3 整车油耗结果

图2　整车油耗仿真模型

图3　整车滑行阻力曲线

通过仿真分析得到整车质量变化100kg,滑行法综合油耗变化约0.2L/100km。

仿真分析的同时，根据五组不同的整车滑行阻力曲线在转鼓上进行滑行法测试综合油耗。试验前首先通过预处理，标定出5个质量状态下转鼓加载阻力，五组不同的滑行阻力曲线和转鼓加载阻力曲线如图4所示。为了尽量降低试验误差，每种质量状态进行两次综合测试，根据此五组不同的滑行阻力曲线测试的整车综合油耗结果如表4所示。

通过试验验证，整车质量变化100 kg,滑行法综合油耗变化0.1～0.2L/100 km。

仿真分析与试验验证基本吻合。实车试验时存在人员、设备、环境等因素的影响，是不可避免的，因此试验结果与仿真分析存在一定偏差。

图4　整车滑行目标阻力与转毂加载阻力

表4　整车综合油耗结果

2.2质量变化对惯量法测试油耗的影响

惯量法测试综合油耗时，转鼓的加载阻力与整车基准质量有关，如表1中所示，如果整车基准质量在同一质量段，转鼓的加载阻力也是同一值。综合油耗的结果也不会有太大变化。因此，本文重点讨论整车质量变化后整车基准质量处于不同质量段的情况下，油耗的变化。

基于1850 kg的整备质量，通过增加和减少100 kg,制定3个质量状态进行惯量法综合油耗仿真分析和试验验证。3个质量状态参数及对应的转鼓加载阻力系数值见表5。

3个质量状态对应的转鼓加载阻力如图5所示。

在整车其它参数不变的情况下，只改变模型中整车的阻力参数，进行惯量法油耗仿真分析，得到3组不同的整车油耗结果，如表6所示。

表5　转鼓加载阻力系数值

利用图5所示的3种阻力对转鼓加载后分别进行惯量法综合油耗测试，每个状态测试三次,得到综合油耗结果如表7所示。

图5　惯量法转毂加载阻力

表6整车油耗结果

表7 综合油耗结果

通过仿真分析和试验验证，整车质量变化100kg,整车惯量法综合油耗变化约0.3L/100km。

3　结论

本文通过以上对越野车型整车仿真分析和试验测试整车质量变化对油耗的影响，可得到如下结论：

1）对于滑行法测试综合油耗，整车质量每变化100 kg，整车综合油耗变化0.1～0.2 L/100 km。

2）对于查表法测试综合油耗，整车质量变化超出了同一质量段，相邻质量段之间的整车综合油耗变化为0.3 L/100 km。

参考文献

1马鸣图，路洪洲，李志刚.论轿车白车身轻量化的表征参量和评价方法[J].汽车工程，2009，31（5）：403-406，439

2陆刚.低碳节能的新材料碳纤维使汽车进入轻量化新时代[J].橡塑资料利用，2011（6）：19-23

3全国汽车标准化技术委员会.GB/T 3730.1-2001汽车和挂车类型的术语和定义[S].北京：中国标准出版社，2012

4全国汽车标准化技术委员会.GB 18352.5-2013轻型汽车污染物排放限值及测量方法[S].北京：中国标准出版社，2013

5郑贺悦，陆红雨，戴春蓓，等.实验室内车辆油耗测量影响因素研究[J].汽车工程，2004，26（3）：279-282

6余志生.汽车理论[M].北京：清华大学出版社，2000 （

中图分类号：U467.4+98

文献标识码：A

文章编号：2095-8234（2015）05-0044-04

收稿日期：2015-07-21）

作者简介：李猛（1985-），男，工程师，硕士研究生，主要从事整车动力性、经济性能开发。

The InfluenceofO ff-Road VehicleW eight Change on the FuelConsum ption

LiM eng,M a Zhongm in,Jia Haiqing,GuoWanchao
Beijing Automotive Technology Center(Beijing,101300,China)

Abstract：As the country's automobile fuel consumption regulations limit tightened,reduction of automobile fuel consumption becomes the objectof focus on automotive industry.There is no denying that lightweighting is ameans to reduce vehicle fuel consumption,but the sensitivity of the different types of vehicles to the vehicle weight change is different.This article will focus on studying the effect of off-road vehicle weight change on the fuel consumption.Based on the fuel consumption test regulations,the influence of vehicle weight change on different fuel consumption test methods is analyzed through the simulation and testing.

Keywords：Off-road vehicle,Lightweighting,Fuel consumption,Testmethod