汽車燃料經濟性評價方法的改進

鄧植譯，謝靜，蒲文先，姚磊

（四川華新現代職業學院應用技術系，四川 成都 610107）

前言

成都市作為一個擁有千萬人口的特大型中心城市，它的道路主要體現為典型的環形加放射形的道路網絡。在此基礎上，本文選取了兩條典型的路線，作為試驗數據采集路線，第一條路線是英國小鎮至行政學院，這條路線的選取主要是由于它是成都西區主要的進城通道，車流量較大，西可至溫江區、郫縣等，東可至龍泉驛區；第二條路線是天府廣場至理工大學，選取時主要考慮到，它不僅連接了天府廣場到火車北站，而且還選取了一段繞城高速，這樣就大大豐富了試驗數據來源的可靠性，使得制定出的新標準更具有代表性和實用性[1]。

由于我國是采用模擬汽車實際運行工況的方法來測量汽車的燃料消耗量，進而評價汽車燃料經濟性好壞。因此對選取出的成都市兩條路線分別進行了20次道路試驗，道路試驗均是按照下列所述的試驗方法和試驗條件進行的，并且是在兩個典型交通時段 7：00～9：00、11：30～13：30、17：00～20：00進行的試驗。對所采集的數據進行了篩選，刪除了錯誤數據和小概率數據，剩余的數據經過檢驗均符合正態分布。兩條路線市區和市郊的怠速時間占運行總時間的 25.41%和7.9%，加速時間占運行總時間的 33.62%和 37.27%，減速時間占運行總時間的30%和26.15%，勻速時間占運行總時間的10.96%和28.68%。因此，所采集的試驗數據能夠反映出城市的實際運行狀況，為新標準的制定奠定了數據基礎。

新標準建立的評價試驗工況，是將不同工況分類，汽車的整個行駛過程分成市區循環工況和市郊循環工況。然后按照不同的工況進行細分，市區循環工況可以分為勻速工況、加速工況、減速工況和怠速工況，而勻速工況又是以10km/h為間隔劃分，最后用統計方法計算出不同細分工況下在整個汽車行駛工況中的比例，此比例即為各工況下的系數，從而合成新的標準。本文是在采集和分析了成都市典型路況的汽車運轉循環工況試驗數據的基礎上，提出了適用于成都市汽車運轉循環工況的燃料經濟性評價方法，同時，提出的評價方法為我國制定合理的燃料經濟性評價方法提供了參考，只要對我國主要城市汽車運轉循環工況數據進行大量的統計和分析工作，就能制定出合理的汽車燃料經濟性評價方法[2]。

1 成都市路況統計分析

經過幾十年的發展，成都市在道路建設方面成績顯著，目前市區已經形成以蜀都大道和人民南路為交點—天府廣場為中心，一環路、二環路、三環路和繞城高速公路相環繞的環狀放射性道路交通體系。目前，成都市一環路總長約19.75公里；二環路總長約28.3公里；三環路總長約51.42公里；繞城高速約85公里；第二繞城高速約223公里，現已通車。

根據以上的統計數據和分析，以及實際的道路交通狀況調查，再結合抽樣理論，得出成都市區道路總里程為 2431公里，能夠計算出樣本容量為104公里，其中，快速路37.8公里，占全長36.35%；主干道55.4公里，占全長53.27%；次干道10.8公里，占全長10.38%[3]。

2 汽車行駛工況試驗數據統計

本文選取了成都汽車行駛工況的兩條具有代表性的路線，兩條路線基本包括了成都市的各類道路，跨越市區和市郊，并對汽車行駛路線分別進行了20次試驗。記錄了車輛運行數據，即車速、運行各工況下的時間、路程、加速度、減速度等數據。

選取的第一條典型路線，途徑英國風情小鎮→婦女兒童醫院→青羊萬達廣場→蘇坡鄉→西單商場→成溫高架路→清江東路→中醫附院→人民公園→天府廣場→人南立交橋→二環路高架路→萬年場→多寶寺→十陵立交橋→航天立交橋→成都行政學院，該路線全長36.2 km。其中成溫高架路3.8km，二環高架路長約7.8km，三環路長約5.3 km，市區道路長約23.7 km，郊區道路長約12.5km，如圖1所示。

圖1 英國小鎮～行政學院

選取的第二條典型路線，途徑天府廣場→文殊院→金牛萬達廣場→火車北站→八里橋路→鳳凰立交橋→川陜立交橋→三河場立交橋→繞城高速→螺獅壩立交橋→成都理工大學，該路線全長42.6km，其中二環路長約2.8km，三環路長約3.1 km，繞城高速路長約15.0 km，市區道路長約9.2 km，郊區道路長約33.4km，如圖2所示。

圖2 天府廣場～理工大學

記錄的數據中主要包括以下特征值：平均速度（km /h）、平均加速度（m/s2）、平均減速度（m/s2）、怠速時間比例（%）、加速時間比例（%）、勻速時間比例（%）、減速時間比例（%）、行駛路程（km）、行駛時間（s）等[4,5]。

3 新標準汽車運轉循環

新標準汽車運轉循環是在綜合考慮各方面的影響因素后，分別合成市區和市郊兩組循環工況，新標準汽車運轉循環是由市區運轉循環（1部）和市郊運轉循環（2部）組成，如圖3所示。

圖3 新標準汽車運轉循環

4 新標準市區運轉循環單元分析

新標準1部是由三個市區運轉循環單元構成，每個市區運轉循環單元包含了17個工況，具體由怠速、加速、減速、勻速、換擋等工況組成，如表1所示。市區運轉循環單元反映的是城市中心區的道路交通狀況，市區運轉循環單元的平均車速為 27km/h，最高車速為 60km/h，每個運轉循環單元有效行駛時間為173s，總計時間為519s，每個運轉循環單元當量行駛距離為 1.295km，得到的總計當量行駛距離為3.885km，擋位的換擋點分別在15km/h，30km/h，40km/h，最高擋位設置成四擋，其每次換擋的時間為2s，換擋穿插在整個運轉循環過程中。新標準具體構成，如圖4所示。

圖4 新標準市區運轉循環示意圖

表1 新標準市區運轉循環

5 新標準市郊運轉循環單元分析

新標準的市郊運轉循環只由一個運轉循環單元構成，如表2所示。即2部運轉循環，共有15個工況，包括了怠速、空擋減速、換擋、加速、勻速、減速等工況，市郊運轉循環單元反映的是城市近郊的道路情況，市郊運轉循環單元的平均車速為59km/h，最高車速為120km/h，最低車速為40km/h，運轉循環單元的有效行駛時間為200s，每個運轉循環理論行駛距離為 3.282km，最大加速度為 1.39m/s2，最大減速度為-1.19m/s2，最高的擋位為五擋，其每次換擋的時間為2s，換擋穿插在整個運轉循環過程中，市郊運轉循環具體的構成，如圖5所示。

圖5 新標準市郊運轉循環示意圖

表2 新標準市郊運轉循環

6 汽車燃料經濟性評價方法的制定

車輛在實際的駕駛過程中，是由很多的運轉循環構成的，各個地方由于天氣、季節、地理環境不一樣，行駛的運轉循環也有很大的差異，但總結起來主要是由勻速、加速、減速、怠速等循環工況組成。

最后可以計算出汽車的其它循環工況在整個循環工況中的比例，如表3所示。

表3 汽車整個循環工況比例統計

根據上面的統計數據，可以推算出新標準整個循環工況過程中汽車百公里燃料消耗量計算的表達式為：

式中：Pi—各工況在整個循環工況中所占比例；Fi—各工況的百公里燃料消耗量（L）；β1、β2、…、β7—分別是20～30km/h、30～40km/h、50～60km/h、70～80km/h、80～90km/h、90～100km/h、110～120km/h各速度段在整個循環工況中所占比例；β8、β9、β10—分別是-0.1～-0.5m/s2、-0.5～-1.0 m/s2、-1.0～-1.5 m/s2各減速度段在整個循環工況中所占比例；β11、β12、β13—分別是 0.1～0.5m/s2、0.5～1.0 m/s2、1.0～1.5 m/s2各加速度段在整個循環工況中所占比例；β14—怠速在整個循環工況中所占比例。

7 結論

該標準可按照國內典型城市汽車行駛工況的大量統計數據結果，對汽車燃料消耗量在不同車速和加速工況的運行比例進行加權，計算出汽車總的燃料消耗量。

不同速度和加速工況的燃料消耗量可按碳平衡法試驗和計算，為了簡化，也可直接按發動機萬有特性曲線估算[6]。

[1] 余柳燕.汽車燃油經濟性試驗方法與評價體系[M].武漢理工大學,2008.5.

[2] 姜艷.成都市城市交通可持續發展研究[M].西南交通大學2013.11.

[3] 藺宏良.西安市交通環境轎車行駛工況與燃油消耗研究[D].長安大學,2013.12.

[4] 劉希玲,丁焰.我國城市汽車行駛工況調查研究[J].環境科學研究.2000(01):23-27.

[5] 張全,靳文舟.大城市公交車行駛工況研究中的實驗路線選擇[J].華南理工大學學報(自然科學版).2005 (01):59-62.

[6] 王波.碳平衡法測量汽油車燃油消耗量的試驗研究[M].長安大學,2006.5.