商用卡車油耗節省與輕量化之間的相關性研究

陳向靡

摘 要：節能降耗是我國生態文明建設的重要理念，也是車輛設計與生產所關注的焦點，低排放、低油耗的車輛與節約型社會建設相適應，在未來擁有更加廣闊的發展空間。輕量化設計車輛，對降低油耗、節約能源具有重要意義，本文基于此探究商用卡車輕量化和節省油耗之間的關系，利用仿真軟件對某品牌商用卡車進行建模分析，探討輕量化和油耗之間的關系，提出輕量化和油耗關系的評價區間。

關鍵詞：商用卡車 油耗節省 輕量化

Abstract：Energy conservation and consumption reduction is an important concept of China's ecological civilization construction， and it is also the focus of vehicle design and production， and vehicles with low emissions and low fuel consumption are compatible with the construction of an energy-saving society， and have a broader development space in the future. Based on this， this paper explores the relationship between lightweight and fuel saving of commercial trucks， uses simulation software to model and analyze a brand of commercial trucks， discusses the relationship between lightweight and fuel consumption， and proposes an evaluation range for the relationship between lightweight and fuel consumption.

Key words：commercial trucks， fuel savings， lightweight

1 引言

在人口持續增長和新興經濟體人均收入攀升的助推下，世界能源需求持續提高，國際能源署依據當前發展趨勢預測，全球能源體系在未來仍舊難以進入到可持續發展軌道，且在2035年，全球范圍內的能源資源需求量會再次增長30%左右[1]。中國是能源資源需求大國，對于資源的需求極高，平衡資源供給和需求，向來是中國可持續發展戰略的重點內容。在能源資源消耗中，石油是極為關鍵的，尤其在交通出行領域，柴油、汽油等占據全球石油消費的大多數，商用卡車保有量占全部汽車保有量的兩成到三成，耗油量占全部汽車耗油量的七成及以上，在汽車節能降耗領域，商用卡車管理與控制是研究焦點[2]。

2 構建商用卡車模型

2.1 構建卡車模型

使用CRUISE軟件構建商用卡車模型，在模型構建之前首先詳細分析原車型的各個組成結構以及功能情況，將物理模型做簡單化處理。以原車型作為基礎，將所有的子模塊予以明確，清楚劃分功能模塊關系。憑借正確的先后關系連接信號和結構。設置模型的輪胎、主減速器、變速箱和發動機等各類結構的參數值[3]。

按照分析得到的商用卡車布置形式和結構情況，選擇機械手動變速箱模塊（Gear Box）、車型模塊（Vehicle）、發動機模塊（Engine）、控制模塊（Monitor）、單級減速器模塊（Single Ratio）、防滑控制模塊（ASC）、車輪模塊（Wheel）、差速器模塊（Differential）、機械式摩擦離合模塊（Friction Clitch）等等，可使用風扇模塊（Auxiliary）將傳動系統、發動機系統以及其他能源消耗結構取而代之。

按照不同功能模塊和前置前驅相互之間的上下級關系，在CRUISE軟件界面中合理的完成排列，并劃歸到正常的位置中，為商用卡車模型組成提供支持。而后憑借Connect功能正確的連接所有的功能模塊，在進行連接的時候，只憑借物理連接完成即可[4]。

2.2 設置模型參數

按照商用卡車模型的研究訴求，在CRUISE軟件中自行展開車輛的所有功能模塊功能設置。在本次分析中主要探求商用卡車的輕量化情況與油耗量之間的關系，設置模型參數的時候更加從質量角度進行優化處理，當卡車的整體質量出現變動以后，將會影響到車型動力性能。從控制變量的角度出發，把各類影響因素排除之后，只保留商用卡車的質量影響因素，始終保持商用卡車的動力學性能穩定不變[5]。發動機參數情況對動力學性能有直接影響，此時應維系發動機參數固定，將商用卡車各類裝備做出改變的同時，將變速箱速比實施調整，保障動力學性能穩定不動[6]，見表1。

2.3 設置車輛工況

多個國家從上個世紀七十年代以后，基于典型的商用卡車運行情況研究設計出臺多種類型的試驗標準和檢測規范，旨在對車輛正常形式情況做出模擬分析，以保證可對車輛的各項參數和運行舒適度、車輛服務質量等明確的判斷。在布置完成商用車輛所有的部件以后，將車輛爬坡性能（Climbing Performance）分析結果和循環行駛工況（Cycle Run）添加到計算項目（Project）之下的任務文件夾（Task Folder）[7]。我國對商用卡車的油量消耗情況引發試驗辦法，明確指出商用卡車要兼顧經濟性，試驗分析時選擇應用六工況試驗法，試驗數據如表2。

3 商用卡車基本情況分析

3.1 設置循環行駛工況

設置商用卡車工況的時候選擇六工況模態，負荷（Load State）選擇滿載（full）狀態，將六工況試驗數據取代模型文件夾Project Date目錄下的Cycle Run，如圖1所示。

3.2 設置分析爬坡性能

根據圖2商用卡車爬坡性能設置界面的顯示，爬坡的時候選擇的項目為原地起步（starting form rest），并且不將輪胎滑移（without slip）的現象納入考慮范圍內。道路模型和駕駛員都選擇“標準”選項，設置仿真模式為“stationary”[8]。換擋和最大爬坡度之間并不存在直接關系，在設置的時候可以不用對換擋情況做出考慮。負荷（Load State）項目欄選擇“滿載（full）”[9]。

3.3 選擇可輕量化質量范圍

在商用卡車銷售市場上，載貨車輛大多為4*2驅動，6L-7L排量。市場銷售量最好的幾類商用卡車型號為“長春解放”的“J6L”和“J6G”、“東風”的“天錦KR系列”和“青島解放”的“JK6”[10]。三種類型的商用卡車各類參數值如下表3所示。

在表3中的四種類型的商用卡車，包含了市場上質量最小的車型和質量最大的車型，以實際情況作為依據，在輕量化范圍選擇的時候，結果為1000kg。經過六工況循環試驗得到，上述四種類型的商用卡車燃油消耗值為每100千米消耗25.31L，最大的爬坡度為42.31%。在商用卡車整車模塊參數調整的時候，需要將“Cross Weight”項目的參數值和“Curb Weight”均降低100kg。

4 計算分析燃油消耗量

燃油消耗量計算的時候，只需要將數據信息錄入到軟件中，在軟件的計算中心（Caculation Center）點擊運算選項，就會對錄入的數據參數展開準確的計算，同時還能夠在結果管理器（Result Manager）中自動存儲結果。輸出的計算結果如圖3所示。

根據圖3裝備輕量化與總質量參數圖，在整車模塊當中的“Cross Weight”項目的參數值和“Curb Weight”參數值均縮小100kg，此時的整備質量結果為7880kg，總質量結果為18000kg。對軟件輸出的結果再次展開適當性的優化與調整，在經過調試以后得到的結果如下：

在圖4質量參數修改之后的計算結果圖中，商用卡車爬坡的最大值為44.51%，在進行試驗分析的時候，為了確保得到的結果能夠與之前的42.31%保持相同，需要將其他的參數值做出修改調整，由此以保證商用卡車的動力性能不會在試驗中出現變動，穩定動力性能。在本文的分析和研究期間，需要從變速器的參數角度著手，將變速器的速比做出合理化的調整與適配，將原來的變速器速比參數值逐漸降低，通過持續不斷的調試，一直到爬坡的最大值為42.31%既可。以100kg作為梯度，將整備質量和總體質量值逐漸縮小，對主減速器速比的結果做出調試，從而保證商用卡車的最大爬坡度保持穩定，同時還可以將燃油的消耗量降到最低[11]。

根據表4商用卡車輕量化以后的對應燃油消耗值的結果得知，當商用卡車的整車重量下降100kg的時候，燃油消耗值的平均下降值為0.12L，由此可見，整車的質量情況與油耗量之間存在著正比關系，即當整車的質量下降，油耗量也會隨之下降。但是整車質量下降的幅度和油耗量降低的幅度之間所表現出來的對應關系并不完全一致。對這種類型的問題展開分析，發現商用卡車與普通家用汽車是有所不同的，商用卡車主要是用于運輸貨物，為了滿足貨物運輸需求，不能過量的輕量化處理，所以導致控制商用卡車質量以降低油耗的效果顯著的低于家用汽車。除此之外，在進行試驗測試的時候選擇應用的是六工況循環法，這種方法對試驗的結果也有一定程度的影響?？偠灾逃每ㄜ嚨暮挠土亢唾|量之間存在著必然的聯系，通過輕量化處理商用卡車以后，可使得商用卡車的裝載質量利用系數提高，實現良好的社會效益。

5 結語

在低碳環保的理念影響下，汽車行業亟待轉型升級，將節能減排作為汽車設計與制作的關鍵。通過本文的研究發現，想要提高車輛的節能減排能力，可利用輕量化處理的方案，我國商用卡車在整備質量相比較于國外的商用卡車而言，平均重量較高，在后續的車輛設計與研發階段，要尤其關注輕量化的重要性，商用卡車的整車重量下降100kg的時候，燃油消耗值的平均下降值為0.12L，且污染排放量也會隨之下降，在保護環境的同時，也可以維護車主的經濟利益。

參考文獻：

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