摩托车燃油经济性评价要素的适用性分析

2018-09-05路林王青曹洋孙立星武政杰

小型内燃机与车辆技术 2018年4期

路林王青曹洋孙立星武政杰

（天津大学内燃机研究所天津 300072）

引言

随着环境条件的不断恶化，燃料资源的日益短缺，机动车燃油经济性和污染物排放控制已成为当前世界性的重要环保议题[1-2]。摩托车作为道路车辆的一部分，对其燃油经济性的控制也显得尤为重要。

目前，中国的摩托车燃油消耗标准中，以发动机排量作为评价要素，针对不同发动机排量段，给出燃油消耗量限值，对摩托车的燃油经济性进行控制[3-4]。但在实际使用中，存在很多的评价要素可以选择，比如整备质量、最大净功率和比功率等参数均是反映车辆性能的参数，对于这些比较通用及熟知的参数，是否可以用于或者适合用于摩托车的燃油经济性评价，本文将对此展开分析和讨论[5-7]。

基于试验数据，结合摩托车产品的特性，选取发动机排量、最大净功率、整备质量和比功率4项评价要素与燃油消耗量的适用性进行比对和分析，阐明更适用于摩托车燃油消耗量评价的评价要素。

1 适用性分析

评价要素的适用性分析包括以下5个方面：

1）与燃油消耗量的相关性；

2）浅显易懂；

3）开发合理性；

4）开发稳定性；

5）标准稳定性。

由于相关性分析数据涉及发动机排量、最大净功率、整备质量和比功率等参数，其数据范围跨度较大，选择平均值油耗量进行分析比较困难。所以，本文在进行相关性分析时，选择对数坐标系进行数据分析。其对数趋势线近似线性化，也易于比较和分析。

2 与燃油消耗量的相关性

本文在进行相关性分析时，选择多个品牌和型号的国产和进口摩托车试验数据，共计88个型号的车辆参数和油耗数据。数据选择的品牌较广，车型覆盖较全，基本上可以反映目前中国摩托车市场的现状。

图1分别给出了发动机排量、最大净功率、整备质量和比功率与燃油消耗量的相关性数据。从整体上看，各评价要素与燃油消耗量均为正相关关系，即随着评价要素的增大，燃油消耗量也有增大，但是增大的幅度各不相同。

表1给出了各评价要素与燃油消耗量的相关性系数，可以看出发动机排量的相关性最好，最大净功率和整备质量的相关性较好，比功率的相关性一般。较低的相关性意味着低精度和低合理性。

评价要素与燃油消耗量相关性的优劣性比较结果如下：

发动机排量＞最大净功率、整备质量＞比功率

图1 评价要素与燃油消耗量的相关性

表1 评价要素与燃油消耗量的相关性系数

3 与不同车辆类型的适应性

摩托车的品种繁多，功能齐全，根据型式、用途的不同，对摩托车的分类不尽相同，一般情况下摩托车的分类有2种：

按传动方式不同分为：手动变挡类和自动变挡类。

按使用途径不同分为：商务类（BU）、巡航类（CR）、越野类（OFF）、踏板类（SC）、普通类（STD）和运动类（SS），如图2所示。

不同的车辆类型，其燃油消耗水平不尽相同。在相关性研究中，普适性和合理性在评价要素的选择中则显得尤为重要。

图2 按使用途径分类

3.1 与不同传动方式车辆的适应性

将试验车辆按手动挡与自动挡两类进行划分，其评价要素与燃油消耗量的相关性数据如图3所示。从图中可以看出，不论手动挡还是自动挡摩托车，其整体趋势基本一致，评价要素与燃油消耗量为正相关关系。并且，发动机排量与燃油消耗量的相关性最好，比功率与燃油消耗量的相关性最差。整备质量、最大净功率与燃油消耗量的相关性程度基本一致。选择发动机排量作为评价要素更加合适。

图3 评价要素与不同传动方式车辆的燃油消耗量的相关性

3.2 与不同使用途径车辆的相关性

将试验车辆按商务类（BU）、巡航类（CR）、越野类（OFF）、踏板类（SC）、普通类（STD）和运动类（SS）进行划分，其评价要素与燃油消耗量的相关性数据如图4所示。

当选择发动机排量和整备质量作为评价要素时，其数据点基本均匀分布在整体趋势线的两侧。选择最大净功率和比功率作为评价要素时，巡航类摩托车和普通类摩托车的数据点与整体趋势线的分布较远，且差距较大，巡航类试验车辆的燃油消耗量明显高于整体趋势线。

由于各个类别的试验数据量不同，为了更好地体现评价要素与不同使用途径车辆燃油消耗量的相关性，对上述数据进行离散程度的分析。各类别分别计算离散程度，用于确定每类试验车辆测试数据与其回归线的离散程度，离散程度的计算公式如下：

图4 评价要素与不同使用途径车辆的燃油消耗量的相关性

式中：n为试验数；ei为残差。

图5为评价要素与不同使用途径车辆的燃油消耗量的离散程度。分析结果显示，选择发动机排量作为评价要素时，除普通类摩托车外，其余各类别和其平均离散程度均为最小，证明其相关性最好。而整备质量的离散程度最大，相关性最差。选择发动机排量作为评价要素更加合适。

综合考虑2种车辆分类方式中，评价要素与燃油消耗量相关性程度，其优劣性比较结果如下：

发动机排量＞最大净功率＞整备质量＞比功率

图5 评价要素与不同使用途径车辆的燃油消耗量的离散程度

4 开发合理性

提升车辆燃油经济性的技术方法有很多种，大体可以归纳为以下3方面，燃烧效率提高，轻量化和行驶阻力降低。这3方面的技术改进一定程度会对车辆主要参数产生影响，作为评价要素的最大输出功率、发动机排量、整备质量和比功率的变化情况如表2所示。

从表2可以看出，当车辆发生改进时，比功率能够很好地反映评价要素和油耗变化的趋势。而整备质量在轻量化技术改进中，有相反的趋势，不能很好地体现相关性。

表2 技术开发对评价要素的影响

评价要素在开发合理性的优劣性比较如下：比功率＞最大净功率＞发动机排量＞整备质量

5 开发稳定性

在车辆的总体设计中，首先要按用途和使用性能来择优选择车型和主要的结构尺寸和性能参数。车型确定后，发动机排量也大致框定，即可进行发动机的造型。同时，作为设计主要依据的参数，包括摩托车的主要尺寸、整备质量、整车性能参数等也将初步确定[7]。发动机排量在车辆开发过程中首先确定并不再更改，整备质量和最大输出功率会随着开发流程不断调整和优化，并在开发的最后阶段确定。比功率作为功率和整备质量的计算结果也将在最后阶段确定。所以，评价要素在开发过程中稳定性的优劣性比较如下：

发动机排量＞整备质量、最大净功率、比功率

6 标准稳定性

如前所述，标准和法规中选用了不同的评价要素，用来对应燃油消耗量的限值。

作为标准和法规中衡量燃油消耗量的评价要素，稳定性和准确性尤为重要。本文所列出的4项评价要素中，发动机排量是设计之初确定的，不易变化并且易于准确测量。整备质量的测量会存在一定的误差。最大输出功率会根据测试条件的不同而变化。比功率为计算值，其误差受最大输出功率和行驶质量的影响。所以，评价要素在标准稳定性的优劣性比较如下：

发动机排量＞整备质量＞最大净功率＞比功率