許丹丹 高忠明 高東志 郭 勇 徐軍輝

（中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司 天津 300300）

引言

近年來，隨著GB1589-2016標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施，中置軸轎運(yùn)車（簡(jiǎn)稱轎運(yùn)車）在車輛運(yùn)輸行業(yè)中的應(yīng)用有了統(tǒng)一的規(guī)范和管理要求，同時(shí)也對(duì)我國(guó)整車物流行業(yè)健康快速的發(fā)展起到了一定的推動(dòng)作用[1]。中置軸轎運(yùn)車作為營(yíng)運(yùn)車輛的一種特殊車型，車輛構(gòu)成主要是由具有特殊裝置的牽引貨車和中置軸掛車組成，其主要用于車輛商品的道路運(yùn)輸或托運(yùn)[2]。目前轎運(yùn)車憑借其穩(wěn)定性好，運(yùn)輸效率高等優(yōu)點(diǎn)，已成為車輛運(yùn)輸行業(yè)中的主要車型之一。轎運(yùn)車作為一種新生車型的出現(xiàn)，國(guó)內(nèi)目前關(guān)于其各方面的整車性能研究都比較少，而燃油經(jīng)濟(jì)性作為車輛評(píng)價(jià)的重要參數(shù)，因此研究轎運(yùn)車基于實(shí)際道路的燃油消耗量測(cè)試不僅對(duì)提高車輛運(yùn)輸效率，降低運(yùn)輸成本具有參考價(jià)值，而且對(duì)企業(yè)的車型開發(fā)等也具有重要的指導(dǎo)意義。

目前關(guān)于重型車油耗的研究，周金應(yīng)和徐磊等人[3]研究了不同加載方式對(duì)轎運(yùn)車油耗的影響，結(jié)果表明：裝載方式不同，轎運(yùn)車油耗有一定的波動(dòng)現(xiàn)象，其中實(shí)車裝載下的轎運(yùn)車油耗表現(xiàn)最高；郭瑞玲等人[4]針對(duì)不同噸位載貨汽車進(jìn)行了實(shí)際道路的油耗研究，得出車輛總質(zhì)量與油耗結(jié)果具有相應(yīng)的正比關(guān)系，但與百噸公里油耗成反比關(guān)系；Hans Jakob Walnum等人[5]通過對(duì)重型車在不同載荷、行駛工況、行駛路線及駕駛員等條件下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出駕駛習(xí)慣對(duì)重型車油耗的影響不容忽略；Qin Kongjian等人[6]利用轉(zhuǎn)轂測(cè)功機(jī)對(duì)垃圾車進(jìn)行中國(guó)典型城市公交循環(huán)CCBC（China City Bus Cycle）和全球商用車瞬態(tài)循環(huán)C-WTVC（World Transient Vehicle Cycle）兩種循環(huán)下的油耗測(cè)試，結(jié)果顯示樣車在CCBC循環(huán)下的百公里油耗較C-WTVC循環(huán)油耗測(cè)量結(jié)果偏高。但是，不同形式工況下，轎運(yùn)車油耗測(cè)試研究不足，尤其是車輛比功率對(duì)加速油耗的影響研究較少。

本文選用4輛轎運(yùn)車，在同一道路試驗(yàn)場(chǎng)中開展了實(shí)際道路油耗試驗(yàn)，分別進(jìn)行等速工況、加速工況和怠速工況下的油耗特性試驗(yàn)，分析了車速和比功率對(duì)油耗的影響，以及綜合油耗與車輛實(shí)際運(yùn)輸效率的關(guān)系。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與測(cè)試方案

1.1 試驗(yàn)車輛

本試驗(yàn)選用了4輛轎運(yùn)車作為測(cè)試樣車，車用燃油種類為0#柴油，其行駛里程均在5 000 km以內(nèi)，樣車的具體參數(shù)如表1所示。發(fā)動(dòng)機(jī)基本參數(shù)如表2所示。其中牽引貨車是具有特殊裝置能夠牽引中置軸掛車或牽引桿掛車的貨車，本試驗(yàn)中牽引貨車與中置軸掛車組成的列車，稱為汽車列車。試驗(yàn)中車輛分別在牽引貨車單車狀態(tài)下以及汽車列車狀態(tài)下進(jìn)行不同工況的油耗測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

表1 樣車基本參數(shù)t

表2 發(fā)動(dòng)機(jī)基本參數(shù)

試驗(yàn)過程中樣車均為滿載狀態(tài)，4輛轎運(yùn)車的加載情況一致，加載方式均采用實(shí)車-沙袋-實(shí)車方式進(jìn)行裝載，即牽引貨車上下層第一車位以及掛車上層第一車位均采用實(shí)車加載，其他車位采用沙袋代替，直到滿足加載要求[7]。采用這種加載方式可有效模擬樣車實(shí)際行駛過程中所受到的空氣阻力[8-9]。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)研究選擇在中汽中心鹽城汽車試驗(yàn)場(chǎng)對(duì)4輛轎運(yùn)車分別在牽引貨車和汽車列車狀態(tài)下開展實(shí)際道路油耗測(cè)試，測(cè)試試驗(yàn)嚴(yán)格按照J(rèn)T 719-2016《營(yíng)運(yùn)貨車燃料消耗量限值及測(cè)量方法》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)要求和試驗(yàn)方法進(jìn)行操作[10]。試驗(yàn)主要用設(shè)備選用天津艾特公司生產(chǎn)的油耗儀進(jìn)行測(cè)量。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)中，每輛樣車在牽引貨車和汽車列車狀態(tài)下分別進(jìn)行等速工況、加速工況和怠速工況油耗測(cè)試，其中標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車輛在3種測(cè)試工況下的測(cè)試要求如表3所示。

表3 油耗測(cè)試方法

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)將3種工況下的燃料消耗量測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值作為該工況下的燃料消耗量測(cè)定值，并依據(jù)GB/T 12545.2的要求對(duì)樣車各工況下的測(cè)定值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的參數(shù)校正[11]，其中校正過程主要依據(jù)公式（1）進(jìn)行：

式中：Q校正和Q實(shí)測(cè)均為百公里油耗值，單位為L(zhǎng)/100km；其中C1為環(huán)境溫度校正系數(shù)，C2為環(huán)境壓力校正系數(shù)，C3為燃油密度校正系數(shù)。

2.1 等速工況油耗分析

圖1、圖2所示為牽引貨車與汽車列車在不同車速下的等速油耗分析結(jié)果。2種分析結(jié)果均顯示，隨車速增加，相應(yīng)車速下的等速油耗呈不斷上升趨勢(shì)，主要原因是發(fā)動(dòng)機(jī)牽引車輛在 40、50、60、70、80 km/h車速下勻速行駛時(shí)，行駛車速越高，車輛所受的空氣阻力越大，發(fā)動(dòng)機(jī)克服阻力做功越多，油耗升高。而蘆笙等人研究的輕型車基于平均車速的實(shí)際道路油耗測(cè)試，通過分析車輛實(shí)際道路油耗因子與平均車速的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)車輛在0～80 km/h的車速范圍內(nèi)行駛時(shí)，實(shí)際道路油耗因子隨平均車速的上升逐漸下降[12]。因此與輕型車相比，重型車實(shí)際道路油耗與車速成正相關(guān)性的試驗(yàn)結(jié)果說明，由于車身流線以及車輛結(jié)構(gòu)等因素與輕型車有很大差異，導(dǎo)致重型車實(shí)際道路油耗結(jié)果受空氣阻力等因素的影響較輕型車偏大，因此本試驗(yàn)中牽引貨車與汽車列車的等速工況油耗隨車速的增加均呈現(xiàn)逐漸升高的變化趨勢(shì)。

圖1 牽引貨車等速油耗特性曲線

圖2 汽車列車等速油耗特性曲線

2.2 加速工況油耗分析

車輛比功率是發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率與車輛總質(zhì)量之比，是衡量車輛動(dòng)力性的指標(biāo)之一。本文關(guān)于車輛的加速工況，其油耗數(shù)據(jù)分析采用最小二乘法的數(shù)據(jù)擬合方法將車輛比功率與車輛加速工況油耗進(jìn)行擬合得出了圖3、圖4所示的數(shù)據(jù)擬合曲線。結(jié)果顯示牽引貨車與汽車列車的加速工況油耗整體變化趨勢(shì)均表現(xiàn)為油耗隨比功率的增加而增加，即說明車輛加速工況油耗與車輛比功率呈正相關(guān)性。

圖3 牽引貨車加速油耗變化曲線

圖4 汽車列車加速油耗變化曲線

對(duì)比分析2種試驗(yàn)結(jié)果可知，同一樣車的汽車列車比牽引貨車的油耗升高了僅4%左右，而比功率卻下降了45%左右，這說明車輛牽引中置軸掛車后對(duì)車輛的經(jīng)濟(jì)性影響較小，而對(duì)動(dòng)力性影響較大。

2.3 怠速工況油耗分析

怠速工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)不對(duì)外輸出做功，并且怠速試驗(yàn)過程中，車輛的門窗以及空調(diào)等設(shè)備關(guān)閉，車輛負(fù)載為0，因此怠速油耗大小不受車重、阻力及駕駛習(xí)慣等參數(shù)影響，而只與發(fā)動(dòng)機(jī)本身相關(guān)。結(jié)合表2中發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速與圖5所示的怠速油耗分析結(jié)果可知，由于牽引貨車與汽車列車的發(fā)動(dòng)機(jī)配置相同，因此2種試驗(yàn)狀態(tài)下的怠速油耗測(cè)試結(jié)果相差較小，油耗偏差均在±5%以內(nèi)。

圖5 怠速工況油耗分析結(jié)果

2.4 綜合油耗分析

車輛單位貨物周轉(zhuǎn)量綜合燃油消耗量是交通部門用來衡量車輛運(yùn)輸效率的重要參數(shù)，其計(jì)算公式主要依據(jù)式（2）和式（3）進(jìn)行：

式中：Q為車輛綜合燃料消耗量，L/100km；Qu為等速工況油耗，L/100 km；vui為第i個(gè)等速工況點(diǎn)，km/h；kui為第 i個(gè)車速下的等速權(quán)重系數(shù)；ku、ka、kl分別為等速工況、加速工況和怠速工況燃油消耗量權(quán)重系數(shù)；Qa為加速工況油耗，L/100 km；Sa為加速工況平均距離，m；Ta為加速工況平均加速時(shí)間，s；Ql為怠速工況油耗，L/100 km；Q′為單位貨物周轉(zhuǎn)量綜合燃油消耗量，L/（t·100 km）；M為車輛額定載質(zhì)量，kg。

圖6中4輛轎運(yùn)車的綜合油耗結(jié)果顯示，牽引貨車與汽車列車的綜合油耗結(jié)果相差較大，為消除車輛裝載質(zhì)量對(duì)綜合油耗結(jié)果的影響差異，本研究引用單位貨物周轉(zhuǎn)量綜合燃油消耗量Q′對(duì)試驗(yàn)樣車的運(yùn)輸效率和燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，分析結(jié)果如圖7所示。對(duì)比圖6和圖7的分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然汽車列車的綜合油耗與牽引貨車相比高出15%～35%，但平均到每噸貨物的油耗量卻下降了40%～50%，即表明車輛綜合油耗上升的比例小于其車重增加的比例，因此說明中置軸轎運(yùn)車在汽車列車狀態(tài)下的車輛運(yùn)輸效率比牽引貨車狀態(tài)下的運(yùn)輸效率更高，燃油經(jīng)濟(jì)性更好。

圖6 綜合油耗結(jié)果

圖7 單位貨物周轉(zhuǎn)量綜合燃油消耗量結(jié)果

3 結(jié)論

對(duì)中置軸轎運(yùn)車在等速工況、加速工況及怠速工況下分別進(jìn)行了實(shí)際道路油耗測(cè)試，分析了轎運(yùn)車在牽引貨車與汽車列車狀態(tài)下的油耗結(jié)果差異，并得出如下結(jié)論：

1）等速工況下，轎運(yùn)車無論在牽引貨車單車狀態(tài)還是在列車狀態(tài)下，由于受空氣阻力的影響，其等速百公里綜合燃油消耗量隨行駛車速的增加均表現(xiàn)不斷升高的趨勢(shì)。

2）轎運(yùn)車加速工況油耗隨車輛比功率的增加而增加，與牽引貨車相比，汽車列車的比功率下降了約45%，油耗僅升高了約4%，即說明牽引貨車牽引中置軸掛車后對(duì)車輛的動(dòng)力性影響較大，而對(duì)車輛經(jīng)濟(jì)性影響較小。

3）汽車列車與牽引貨車相比，雖然其綜合油耗升高了15%～35%，但平均到每噸貨物上的油耗卻下降了40%～50%，因此表明轎運(yùn)車在汽車列車狀態(tài)下的運(yùn)輸效率更高，燃油經(jīng)濟(jì)性更好。