乙醇汽油車整車質量變化對燃油經濟性的影響*

張德生 臧杰

（黑龍江工程學院）

隨著燃油資源的不斷減少，節能在汽車開發的設計階段變得越來越重要。有效節能的技術參數中，汽車質量是一個比較活躍的參數[1]。針對汽車質量對整車燃油經濟性的影響，各汽車研發單位或科研機構都做了很多研究[2]。汽車質量變化對各車型的油耗都有一定影響，文章選擇排量為1.3 L的乙醇汽油車作為基礎車型，因其排量小、油耗低及排放污染少，利于幫助設計人員判斷由于質量變化引起的燃油經濟性各指標值的變化趨勢，從而縮短后續車型開發和制造的生產周期并降低研發成本[3]，有助于達到設計和樣車制定工程的目標和計劃。

1 基于Cruise軟件建立動力傳動系統仿真模型

1.1 建立基礎車型

該乘用車配備排量1.3 L乙醇汽油發動機、5擋機械變速箱，傳動系布置形式是發動機前置前輪驅動，駕駛室只控制加速踏板、變速器、離合器及制動器踏板。根據結構和布置形式建立了整車模塊、駕駛室模塊、發動機模塊、機械式摩擦離合器模塊、機械手動變速箱模塊、主減速器模塊、差速器模塊以及車輪和機械制動器模塊[4-5]。

1.2 基礎車型主要參數

該基礎車型的主要參數，如表1所示。

表1 乙醇汽油發動機整車主要參數

1.3 選擇主減速器類型及傳動比參數

為了研究1.3 L同一動力的基礎車型整車燃油經濟性和整車質量變化，對整車匹配不同主減速器的燃油經濟性影響進行對比分析，根據不同廠家現有車型實際采用主減速器傳動比的情況，選擇了A，B，C 3種車型的主減速器傳動比作為研究參數，分別為：3.789，4.105，4.388，主減速器傳動效率均為 0.97，在Cruise的calculation center下的component calculation下設置3種主減速器的參數[6-7]。

2 行駛任務和計算過程

2.1 行駛工況

Cruise根據汽車試驗和性能分析要求進行燃油經濟性測試，制定了5種燃油經濟性計算任務：1）城市市區工況（UDC）；2）城市市郊工況（EUDC）；3）城市郊區綜合工況（NEDC，也稱新工況或28工況）；4）5擋的90 km/h等速油耗經濟性測試；5）5擋的120 km/h等速油耗經濟性測試[8]。

2.2 計算過程

根據汽車實際情況建立計算模型，針對每個性能指標創建一個分析任務，將整車總質量作為變量得到一維矩陣，進入矩陣計算界面對變量進行設置，質量變化范圍為1 000～1 400 kg，變化步長為25 kg，每種車共16個組合方案，3種車型共有48個組合方案。

2.3 整車質量變化對燃油經濟性指標的影響

分析燃油經濟性主要對循環工況下燃油經濟性和等速油耗燃油經濟性2項內容進行分析。循環工況下燃油經濟性包括UDC，EUDC，NEDC循環工況下100 km油耗；等速油耗燃油經濟性包括5擋的90km/h及120km/h的等速100km油耗。另外，整車質量變化率是指整車計算質量相對基準質量的變化率，100 km油耗變化率是指整車計算質量下油耗相對基礎質量下油耗的變化率。

2.3.1 整車質量變化對UDC循環工況下100 km油耗的影響

不同質量的3種車型在UDC循環工況下100 km油耗結果，如圖1所示；UDC工況100 km油耗變化率與整車質量變化率曲線，如圖2所示。

圖1 UDC工況100 km油耗與整車質量曲線

圖2 UDC工況100 km油耗變化率與整車質量變化率曲線

由圖1可見，車型A和車型B的UDC 100 km油耗相對較低。由圖2可見，UDC 100 km油耗變化率與整車質量變化率成線性關系，擬合圖2中曲線得到：y=0.239 5x，說明整車質量每增加或減小10%，則UDC 100 km油耗隨之增加或減小2.395%。

2.3.2 整車質量變化對NEDC循環工況下100 km油耗的影響

不同質量的3種車型在NEDC循環工況下100 km油耗結果，如圖3所示；NEDC工況100 km油耗變化率與整車質量變化率曲線，如圖4所示。

圖3 NEDC工況100 km油耗與整車質量曲線

圖4 NEDC工況100 km油耗變化率與整車質量變化率曲線

由圖3可見，車型A和車型B的NEDC 100 km油耗較低。由圖4可見，NEDC100km油耗變化率與整車質量變化率成線性關系，擬合圖4中曲線得到：y=0.2925x，表明整車質量每增加或減小10%，則NEDC工況100 km油耗隨之增加或減小2.925%。

2.3.3 整車質量變化對EUDC循環工況下100 km油耗的影響

不同質量的3種車型在EUDC循環工況下100 km油耗結果，如圖5所示；EUDC工況100 km油耗變化率與整車質量變化率曲線，如圖6所示。

圖5 EUDC工況100 km油耗與整車質量曲線

圖6 EUDC工況100 km油耗變化率與整車質量變化率曲線

由圖5可見，3種車型的EUDC 100 km油耗相差不多。由圖6可見，EUDC100km油耗變化率與整車質量變化率成線性關系，擬合圖6中曲線得到：y=0.3503x，表明整車質量每增加或減小10%，則NEDC工況100 km油耗隨之增加或減小3.503%。

2.3.4 整車質量變化對90 km/h等速油耗的影響

進行5擋90 km/h的等速100 km油耗計算，仿真結果，如圖7所示；90 km/h等速100 km油耗變化率與整車質量變化率曲線，如圖8所示。

圖7 90 km/h等速100 km油耗與整車質量曲線

圖8 90 km/h等速100 km油耗變化率與整車質量變化率曲線

由圖7可見，車型A的90 km/h等速100 km油耗相對較低。由圖8可見，90 km/h等速100 km油耗變化率與整車質量變化率成線性關系，擬合圖8中曲線得到：y=0.217 3x，表明整車質量每增加或減小10%，則90 km/h等速100 km油耗隨之增加或減小2.173%。2.3.5 整車質量變化對120 km/h等速油耗的影響

進行5擋120 km/h的等速100 km油耗計算，仿真結果，如圖9所示；120 km/h等速100 km油耗變化率與整車質量變化率曲線，如圖10所示。

圖9 120 km/h等速100 km油耗與整車質量曲線

圖10 120 km/h等速100 km油耗變化率與整車質量變化率曲線

由圖9可見，車型A的120 km/h等速100 km油耗相對較低。由圖10可見，120 km/h等速100 km油耗變化率與整車質量變化率成線性關系，擬合圖10中曲線得到：y=0.175 1x，表明整車質量每增加或減小10%，則120 km/h等速100 km油耗隨之增加或減小1.751%。

3 實車試驗

從仿真結果及分析可以看出，車型A的燃油經濟性相對較好，車型C的燃油經濟性相對較差，但汽車設計中不能單純考慮1個燃油經濟性指標，還要考慮包括汽車動力性及排放性等指標在內的綜合性指標。選擇車型C在道路進行實車測試，使用AVL PLU 401/108油耗儀進行了計量油耗試驗，整車質量變化范圍選擇 1 000（基準質量）～1 400 kg（該車總質量），步長為50 kg。仿真結果與試驗數據進行對比，如圖11和圖12所示，仿真與試驗用車的數據基本相符，證明了仿真模型和結果的正確性。

圖11 車型C循環工況下100 km油耗仿真與試驗結果對比

圖12 車型C等速100 km油耗仿真與試驗結果對比

4 結論

1）利用Cruise建立了排量1.3 L乙醇汽油發動機乘用車的整車仿真模型，建立了該類型車的燃油經濟性仿真任務，主要研究了UDC，EUDC，NEDC循環工況下燃油經濟性及等速油耗燃油經濟性5項內容與整車質量的關系（均是線性關系），并通過樣車試驗驗證了所建立的理論模型和仿真結果的正確性。

2）從文章指定車型可以得知汽車質量變化對不同循環工況下燃油經濟性的影響，整車質量變化10%，會導致循環工況下100 km油耗變化2.39%～3.5%，按工信部公布的該類型車綜合油耗為6.7 L/100 km，即汽車質量變化100 kg，油耗變化0.16～0.23 L/100 km；而對于等速油耗的影響，整車質量變化10%，會導致等速100 km油耗變化1.75%～2.17%，即汽車質量變化100 kg，油耗變化0.11～0.14 L/100 km，整車質量變化對等速油耗的影響較小。