重型商用車油耗優化研究

杜輝 蔡錦康 孟令群 江帆

摘 要：采用GT DRIVE軟件，建立整車計算模型，研究了主減速比、變速箱速比、整車滑行阻力、發動機本體油耗四個因素對整車C-WTVC循環油耗的影響。結果顯示，主減速比越大，發動機轉速越高、負荷越低，運行點越遠離發動機經濟區，因此整車循環油耗也越高。變速箱對整車循環油耗的影響較小，主要原因是不同變速箱之間速比的差異并不大。滑行阻力減小，使得整車循環油耗顯著降低（7.2%），說明降低整車滑行阻力是降低整車油耗的重要手段。通過發動機本體油耗使整車循環油耗降低了4.2%，由此可見，提高發動機熱效率也是提高整車經濟性的重要因素。

關鍵詞：商用車;油耗;運行點

中圖分類號：U473 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）14-79-04

Abstract： A vehicle simulation model is established using the GT-Drive software to study fuel consumption of C-WTVC driving cycle under the influence of four factors， including final drive ratio， transmission ratio， vehicle coast down resistance and engine fuel consumption. The simulation results show that the larger the final drive ratio is， the higher the engine speed， the lower the load， and the farther operation points away from the engine economic region， resulting in higher fuel consumption. Gearbox has a small impact on vehicle fuel consumption due to the similarity between gear ratio values of different gearboxes. The vehicle fuel consumption is significantly decreased （by 7.2%） when vehicle coast down resistance coefficient is reduced， indicating that the reduction of vehicle coast down resistance can be an important approach to optimize vehicle fuel consumption. The vehicle fuel consumption can be reduced by 4.2% with smaller engine fuel consumption， therefore decreasing engine fuel consumption is also a good option to improve vehicle fuel economy.

Keywords： Commercial vehicle; Fuel consumption; Operating point

CLC NO.： U473 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）14-79-04

前言

隨著我國經濟的持續發展，汽車工業規模不斷的擴大，能源短缺和環境污染等問題愈發凸顯。重型商用車百公里燃油消耗量高，行駛里程長，已成為目前我國燃油消耗的主體。為了更好地開展商用車的節能減排工作，有必要研究重型商用車油耗的影響因素，找出關鍵參數，指導商用車的開發。

采用GT DRIVE軟件，建立整車動力性經濟性仿真模型，評估傳動系速比、整車行駛阻力等重要因素對整車油耗的影響大小。目前工信部三階段油耗法規對應的整車循環為C-WTVC循環，因此下文中的整車循環油耗均指代整車C-WTVC循環的百公里油耗。

1 整車參數

整車主要參數如表1所示。

2 整車油耗的影響因素研究

影響整車油耗的主要因素有以下幾方面：

主減速比，影響發動機運行點分布，發動機運行點隨著主減速比不同沿著等功率線移動。

變速箱速比，影響發動機運行點分布。發動機運行點隨著各擋速比不同沿著等功率線移動。

換擋策略，影響發動機運行點分布。且變速箱速比、主減速比對整車油耗的影響大小受制于換擋策略的選取。目前計算時主要有三種換擋策略，固定擋位換擋、基于車速的換擋策略以及基于發動機轉速的換擋策略。

整車滑行阻力，包括輪胎滾動阻力、傳動系阻力、空氣阻力。滑行阻力大，需求的發動機功率也大，在相同總速比和換擋策略下，發動機運行點沿著等轉速線移動。

發動機萬有特性油耗水平，影響相同發動機運行點分布下的消耗燃油量。

整車質量對整車行駛阻力和加速阻力有很大的影響，但由于整車質量非可變參數，不作研究。

2.1 主減速比的影響

主減速比對整車油耗的影響原理是改變發動機運行點分布，由于整車消耗的功率不變，發動機運行點將沿著等功率線移動。若主減速比減少，發動機運行點將由高轉速低負荷移動到低轉速高負荷的等功率點，且新的轉速大小取決于速比改變的大小。

圖1為不同主減速比大小下整車油耗的計算結果。結果顯示，主減速比對整車C-WTVC循環的影響很大，主減速比越高，油耗越高。其中主減速比由4.33增加至5.375，油耗從12.83L/100km增加至13.36，增幅4.1%。因此主減速比也是影響油耗的重要因素。考慮到主減速比還影響整車動力性，3.73的速比過小，因此不推薦3.73的主減速比方案，而采用4.33的主減速比方案。

圖2是主減速比分別為4.33和5.375時，發動機運行點分布情況，可以明顯看到，主減速比為4.33時，發動機運行點更偏向低速，負荷也更高;而主減速比為5.375時，發動機更偏向高速，負荷也更低。負荷更高，運行點更靠近高效區，這是主減速比4.33的整車循環油耗更好的原因。

2.2 變速箱的影響

變速箱速比和主減速比對整車循環油耗的影響都是使到發動機運行點沿著等轉速線移動，因此兩者有相似之處。兩者的主要不同點在于，變速箱速比的變化幅度相對較小，主減速比的變化幅度大一些，因此主減速比的影響更大;另一方面，變速箱擋位數多，可以更精確的控制發動機運行點的分布情況。選取三組不同變速箱，評估變速箱對整車循環油耗的影響，其中變速箱1為原機變速箱。三組變速箱速比如圖3所示。

不同變速箱的整車循環油耗計算結果如圖4所示。可見，變速箱對整車油耗的影響約1%，相對較小。主要原因是三組變速箱4-6擋速比相同，只有1-3擋速比不同，且速比的差異幅度并不大。由于更改變速箱比更改主減速器更加復雜，而更改主減速器的效果更好，因此保持原有的變速箱不變。

2.3 滑行阻力的影響

選取兩組實車滑行阻力作為對比，如圖5所示。參考2車輛阻力明顯小于參考1車輛，不同車速下阻力差異達到200N以上。由于滑行阻力的大小直接決定了驅動功率的需求，可以預見，參考2阻力的整車循環油耗要低。

兩組滑行阻力的整車循環油耗計算結果如下圖所示。采用參考2阻力，整車油耗比參考1阻力低0.93L/100km，降幅7.2%。從發動機運行點分布圖也可以明顯看出，采用參考2阻力時發動機運行的負荷較低，因此整車循環油耗較好。需要說明的是，在此處發動機運行負荷較低導致整車循環油耗好的原因是，發動機消耗的總功率降低，導致總的燃油消耗量降低。在對比主減速比（變速箱）的影響時，發動機消耗的總功率相同，發動機運行在小負荷區域時的比油耗大，導致總的燃油消耗量增加，這與滑行阻力的影響是不同的。

由于整車滑行阻力對整車循環油耗的影響十分巨大，因此車企應當通過減小傳統系統阻力、優化整車風阻等方法減小滑行阻力，提升整車經濟性。

2.4 發動機本體油耗的影響

發動機本體比油耗也是影響整車循環油耗的重要因素。因此，根據整車C-WTVC循環發動機的運行點分布情況，結合原機油耗水平，通過標定優化了發動機局部區域的油耗，如圖8所示，針對200Nm以下的區域進行了發動機本體油耗的優化。

采用優化后的發動機油耗萬有特性計算整車循環油耗，結果如圖9所示。可以看出，整車油耗降低了0.5L/100km，降幅4.2%。由此可見，發動機本體油耗也是影響整車循環油耗重要因素。

3 結論

（1）主減速比越大，整車循環油耗越高。主減速比為5.375時的整車循環油耗相對主減4.33時增加了4.1%。

（2）變速箱對整車循環油耗的影響相對較小。

（3）采用參考2車輛滑行阻力系數，整車循環油耗比參考1車輛降低7.2%。因此應當著重研究降低整車阻力方法，以進一步降低整車油耗。

（4）通過優化發動機本體油耗，整車循環油耗降低了7%。

參考文獻

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