基于大數據的實際道路油耗研究與優化

高少俊，顏溯，段龍楊，黃炯

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330001）

引言

燃油經濟性是汽車最重要的性能評價指標之一，直接關系到了客戶用車的使用成本，是影響汽車銷售的重要因素，如何評價汽車的真實油耗水平并有針對性地改善用戶的實際油耗就顯得尤為重要。為了能準確表征汽車的燃油經濟性，各國均對汽車的行駛工況進行了研究，如歐洲標準工況NEDC工況、美國的FTP72工況、FTP75工況、國際乘用車工況WLTP工況、以及中國車輛行駛特征研究的中國工況等，但無論哪一種工況，均會存在一些問題不足，具體表現如下：第一，各工況均為理想狀態下的標準工況，并未考慮到實際行駛過程如空調、轉向、坡道、季節等因素對油耗帶來的影響；第二，各標準工況均是針對同類所有車型設計的工況，對于具體的某一款車型或者某一類車型的油耗表征會存在偏差。

為了更為準確地表征車型的實際油耗水平，本課題對車輛的實際道路油耗進行了研究。考慮到實際道路油耗會因為邊界條件不固定（如天氣、道路狀態、行駛時間點、季節等）導致油耗偏差很大，就需要借助大數據平臺對實際道路油耗進行設計，保證設計的實際道路工況及油耗與大數據工況及油耗基本匹配，從而指導項目開發及實際道路油耗的優化。

1 大數據油耗提取與分析

1.1 大數據油耗提取

通過TBOX大數據平臺可以獲取車型在不同地區的油耗分布情況，如圖1所示為本課題研究車型在全國各省 2019年3月份的油耗分布情況。從油耗分布情況來看，東北寒冷地區、南方高溫地區、西南山區的油耗較高，中部平原地區和西北車輛密度較小地區的油耗較好。

圖1 某車型全國油耗分布圖

1.2 大數據油耗分析

從油耗數據來看，全國總體平均油耗為：9.4L/100km；最低平均油耗為：6.5L/100km；最高平均油耗為：12.2L/100 km。對比不同油耗群體的行駛工況，發現高油耗群體的怠速工況和低速工況占比很大，怠速工況尤其是怠速開空調工況偏多是導致油耗偏高的一個重要因素，要解決這部分用戶群體的油耗需要重點考慮降低車輛自身的怠速油耗。

圖2 不同油耗群體行駛車速對比

從高油耗分布的地區來看，南方地區油耗偏高主要是因為空調使用時間更長，北方地區油耗偏高分析是因為低溫天氣，車輛冷啟動時間更長，冷啟動油耗。本文也將設計試驗方案驗證相關結論并進行敏感性分析。

2 油耗優化方案制定

從大數據分析結果來看，對于高油耗客戶群體的油耗優化主要需要從優化怠速油耗入手。怠速油耗的影響因素較多，包括硬件及軟件等因素，如圖3所示，但針對具體車型這些因素并不是都能進行優化，由于成本、周期、技術可行性的因素，選取了如圖3黑框部分的措施進行優化。

圖3 怠速油耗影響因素分析圖

對于南方高油耗區域的油耗優化主要需要考慮優化空調能耗，因此降低空調壓縮機排量和增加同軸管不僅對怠速開空調有改善，行駛過程中的油耗也會有改善。對于北方寒冷地區油耗優化需要從改善低溫冷啟動和低溫行駛阻力等方面入手，因此需要增加了格柵封裝及雪地胎等方案作為低溫地區的油耗優化方案。

3 試驗方案設計

怠速工況為穩態工況，怠速油耗優化方案的驗證也相對簡單，不需要額外的試驗的方案設計，直接測試怠速油耗表現即可。而不同地區的實際油耗表現受影響的因素就比較多，邊界條件也難以固定，因此需要設計試驗路線和試驗方案驗證車輛的實際油耗表現和優化方案的實際節油效果。為了更準確貼近客戶工況，設計了實際道路油耗工況來匹配大數據工況，實際道路工況包括兩部分：第一部分：市區實際道路工況用于模擬該車型全國平均油耗，如圖4所示；第二部分：長距離實際道路工況用于模擬跨地區不同環境條件下的油耗變化趨勢，如圖5所示。

圖4 市區工況實際油耗路線

圖5 長距離實際油耗行駛路線

為了保證市區工況能夠模擬全國的市區工況狀態，對市區工況進行了路譜采集并與大數據工況（80km/h以下）進行了比對，通過速度區間分布對比，設計道路與大數據工況基本匹配，如圖6所示：

圖6 設計工況與大數據工況對比

長距離實際道路工況搭載了格柵封裝驗證、啟停驗證、附件功耗驗證、雪地胎驗證、冷啟動驗證等試驗，長距離實際道路油耗試驗不僅驗證了不同地區的油耗表現，其它油耗的主要影響因素對實際油耗的敏感性分析也可以得到相應的驗證。

4 測試結果分析

通過對怠速油耗優化方案的應用，開關空調的怠速油耗都有較為明顯的改善，主要包括軟件和硬件兩個方面：

軟件方面減小儲備扭矩的節油效果較為明顯，雖然會犧牲部分NVH性能，但通過駕駛評估仍可以接受；

硬件方面空調降排通過犧牲部分空調性能改善油耗，增加同軸管和高效發電機改善油耗增加了部分成本；

對比發現油耗均是以犧牲其它性能或增加成本為代價，油耗優化就是各項性能與成本之間的平衡過程。各項節油措施節油效果如圖7所示：

圖7 怠速油耗優化前后對比

優化后在南昌進行了市區和高速工況油耗的測試，測試結果市區工況油耗優化了 0.61L/100km，綜合工況優化了0.44L/100km，優化效果較明顯，優化前后油耗對比如圖8所示：

圖8 實際道路油耗優化前后對比

通過長距離實際道路油耗驗證，得到了油耗主要因素的敏感性分析結果如圖9所示。其中工況對實際道路油耗影響最大，單次影響最高可以達到10L以上，但客戶的行駛工況往往無法改變，如北方地區由于冬季大部分時間路面存在結冰現象，行駛平均車速也難以提高，因此油耗優化仍需從改善車輛本身的油耗考慮，如低溫地區匹配雪地胎，減小附件功率、修改啟停策略覆蓋到低溫地區等。

圖9 油耗主要影響因素敏感性分析

油耗優化后，對大數據進行了跟蹤對比，為了得到更具可比性的數據，選擇了該車型與基礎油耗同樣月份（2020年3月）的大數據油耗數據進行對比。如圖10所示為該車型2020年3月全國各省的油耗分布情況，相對于優化前，各省的油耗基本都有所改善，全國綜合平均油耗為 8.99L/100km，相對于與去年同期降低了約 0.41L/100km，與南昌綜合實際道路綜合油耗節油比例基本吻合。

圖10 某車型優化后全國油耗分布圖

5 結束語

通過大數據分離出了高油耗用戶群體和高油耗區域。怠速占比高是高油耗用戶群體油耗偏高的 主要原因，本文從優化怠速油耗入手進行了優化方案研究，再將部分優化方案延伸應用到高油耗區域，并通過匹配大數據的實際道路工況進行了油耗優化驗證，最終通過優化后的大數據收集驗證了油耗效果。本文研究的主要結論如下：

1）怠速工況在實際行駛工況中占比較高，改善怠速油耗是降低高油耗用戶實際油耗的主要途徑；

2）實際道路油耗驗證結果表明，行駛工況對油耗的影響最大，油耗對比須基于同樣工況條件進行；

3）低溫地區（-10℃以下）匹配雪地胎的油耗會更好；

4）油耗優化一般都是以犧牲其它性能或成本為代價的，油耗優化實際就是各項性能與成本的平衡過程。