重型商用車工況法油耗試驗(yàn)淺析

劉亞飛

摘 要：重型商用車工況法油耗是一個(gè)全新的檢測(cè)項(xiàng)目，在國(guó)際上也是一個(gè)比較前沿的課題。以GB/T 27840-2011《重型商用車輛燃料消耗量測(cè)量方法》為基礎(chǔ)，對(duì)重型商用車工況法油耗的試驗(yàn)方法進(jìn)行簡(jiǎn)明扼要的概括和總結(jié)。依托試驗(yàn)積累，對(duì)車輛準(zhǔn)備、阻力及慣量設(shè)定、車輛加載、駕駛員操作等影響因素進(jìn)行分析，并提出合理化建議。

關(guān)鍵詞：重型商用車 工況法 油耗

中圖分類號(hào)：U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）007-024-02

1 前言

近年來，我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展迅猛，繼2009年成為世界第一大汽車產(chǎn)銷國(guó)后，一直穩(wěn)坐頭把交椅，2012年，我國(guó)汽車產(chǎn)銷量更是雙雙突破1900萬輛。隨著環(huán)保節(jié)能的呼聲越來越高，在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面，乘用車及輕型商用車從2001年開始，制定和修訂了一系列標(biāo)準(zhǔn)，在推動(dòng)汽車節(jié)能技術(shù)進(jìn)步方面發(fā)揮了積極的作用。而作為我國(guó)道路運(yùn)輸特別是客貨運(yùn)輸?shù)闹黧w的3.5噸以上的重型商用車，其油耗標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12545.2-2001《商用車輛燃料消耗量試驗(yàn)方法》由于制定年代較早，技術(shù)內(nèi)容較為陳舊，且采用模態(tài)試驗(yàn)工況，已不能適應(yīng)當(dāng)前重型商用車技術(shù)發(fā)展的需要。因此，國(guó)家制定了GB/T 27840-2011《重型商用車輛燃料消耗量測(cè)量方法》，于2012年1月1日正式執(zhí)行。由于重型商用車種類多、質(zhì)量跨度范圍大，滑行試驗(yàn)方法特殊，加上試驗(yàn)使用的重型轉(zhuǎn)鼓價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)從事該項(xiàng)試驗(yàn)的機(jī)構(gòu)并不多，故對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解可能存在誤區(qū)。筆者在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)工況法油耗試驗(yàn)進(jìn)行了簡(jiǎn)明扼要的概括和總結(jié)，對(duì)試驗(yàn)過程的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)分析，供大家參考。

2 車輛試驗(yàn)工況循環(huán)分類

GB/T 27840-2011《重型商用車輛燃料消耗量測(cè)量方法》以世界重型商用車輛瞬態(tài)循環(huán)（WTVC，World Transient Vehicle Cycle）為基礎(chǔ)，調(diào)整加速度和減速度形成的C-WTVC駕駛循環(huán)為試驗(yàn)工況，適用于最大總質(zhì)量超過3500 kg的燃用汽油或柴油的重型商用汽車（僅包含運(yùn)輸類，不包括專用作業(yè)類、全輪驅(qū)動(dòng)類產(chǎn)品），按照用途和使用條件將車輛分為半掛牽引車、自卸汽車、貨車（不含自卸汽車）、城市客車和客車（不含城市客車）五大類，由于車輛特性和使用條件不同，試驗(yàn)工況也不同，在進(jìn)行道路行駛阻力滑行時(shí)初始速度要求也不一致，其差別如表1所示。

3 工況循環(huán)試驗(yàn)方法確定

GB/T 27840-2011將油耗試驗(yàn)方法分為底盤測(cè)功機(jī)法和模擬計(jì)算法兩種。

3.1 底盤測(cè)功機(jī)法

底盤測(cè)功機(jī)法是將車輛驅(qū)動(dòng)輪置于試驗(yàn)室的轉(zhuǎn)鼓上，通過道路滑行獲得車輛的目標(biāo)行駛阻力，以此為基礎(chǔ)，在底盤測(cè)功機(jī)進(jìn)行阻力設(shè)定，通過連接油耗儀（質(zhì)量法或容積法，采用流量計(jì)直接對(duì)油耗進(jìn)行測(cè)量）或排放分析儀（碳平衡法，對(duì)排氣中的CO、HC、CO2含量進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算出油耗值）進(jìn)行燃料消耗量的測(cè)定。該試驗(yàn)方法測(cè)試數(shù)據(jù)可靠、重復(fù)性好，適用于基本型車輛，即在同一系族內(nèi)車輛總質(zhì)量最大、迎風(fēng)面積最大、輪胎凈負(fù)荷半徑最小或斷面寬度最大、總傳動(dòng)比最大，對(duì)于該車型裝配的發(fā)動(dòng)機(jī)，在同一廠家、同一系族的限制條件下，一般選取功率最大的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)量。

3.2 模擬計(jì)算法

模擬計(jì)算法則是以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將整車、變速器、輪胎等關(guān)鍵參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)程序，通過計(jì)算機(jī)程序模擬試驗(yàn)車輛在C-WTVC 循環(huán)下的運(yùn)行狀態(tài)，計(jì)算試驗(yàn)車輛的燃料消耗量。模擬程序需要輸入的整車參數(shù)包括車輛類型、整車整備質(zhì)量、最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量、最大設(shè)計(jì)載質(zhì)量、最大設(shè)計(jì)牽引質(zhì)量（僅適用于半掛牽引車）、額定載客人數(shù)（含駕駛員）、驅(qū)動(dòng)型式、軸數(shù)、輪胎型號(hào)等。需要輸入的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性、發(fā)動(dòng)機(jī)反拖扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)外特性扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速及怠速燃料消耗量、發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速等，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)按GB/T 18297-2001中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行測(cè)定。該試驗(yàn)方法具有數(shù)據(jù)可靠、重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)，成本也比較低。需要注意的是，萬有特性試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)、10%負(fù)荷至最大扭矩之間盡可能均勻地選取至少81個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)測(cè)定燃料消耗量，準(zhǔn)確的發(fā)動(dòng)機(jī)Map圖是模擬試驗(yàn)法的必要條件。

4 行駛阻力確定

行駛阻力的確定是本標(biāo)準(zhǔn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，無論底盤測(cè)功機(jī)法還是利用滑行數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計(jì)算，均需要車輛的行駛阻力試驗(yàn)數(shù)據(jù)。行駛阻力的測(cè)定方法包括滑行能量變化法和等速下扭矩測(cè)量法兩種。等速下扭矩測(cè)量法需要接扭矩儀，該種方法與當(dāng)量慣量法一樣，只是取等速的幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，操作可行性不是很好，從行業(yè)現(xiàn)狀來看，基本上都是采用滑行能量變化法進(jìn)行測(cè)量，本文也只著重討論滑行能量法試驗(yàn)中需要注意的地方。

（1）滑行地方要求為清潔、干燥、平直的瀝青混凝土或混凝土路面；路面長(zhǎng)度應(yīng)滿足試驗(yàn)要求，縱向坡度在？.1%以內(nèi)；無雨、無霧；相對(duì)濕度小于95%；大氣溫度在0℃～40℃之間；在高出路面1.6m處測(cè)量的平均風(fēng)速不大于3m/s，陣風(fēng)不大于5m/s。符合試驗(yàn)條件的一般為專用汽車道路試驗(yàn)場(chǎng)或機(jī)場(chǎng)。

（2）需要對(duì)車輛加載，無特殊規(guī)定時(shí)，應(yīng)使試驗(yàn)車輛處于最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量狀態(tài)，這里需要注意的是對(duì)于半掛牽引車，最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量指列車最大總質(zhì)量，拖掛的為GB/T 1413-2008第4章規(guī)定的1AA型集裝箱。其余車輛需要按照GB/T 12534-1990中3.1規(guī)定進(jìn)行裝載。各種類型的車輛都需采用迎風(fēng)面積最大的上裝。

（3）按車輛制造廠規(guī)定對(duì)輪胎氣壓進(jìn)行檢查，符合規(guī)定后在試驗(yàn)路段上以中高速行駛不少于40分鐘進(jìn)行熱車。試驗(yàn)時(shí)關(guān)閉車窗和駕駛室通風(fēng)口，按表1將車輛加速至規(guī)定的初始車速（V）以上5～10 km/h，將變速器置于“空檔”位置進(jìn)行滑行直至車速小于15km/h。如車輛性能和場(chǎng)地條件允許，應(yīng)在盡可能高的車速下滑行；如試驗(yàn)中無法達(dá)到表中規(guī)定車速，則在車輛所能達(dá)到的最高車速下滑行；如因試驗(yàn)道路長(zhǎng)度限制無法一次完成滑行試驗(yàn)，可采用分段滑行法。測(cè)量車輛從V+ V減速至V- V所需時(shí)間（正反方向）， V≤5km/h，計(jì)算其平均值。重復(fù)上述試驗(yàn)不少于3次（即滑行試驗(yàn)總數(shù)不少于4次）。滑行時(shí)間平均值需滿足統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確度p的要求，p=·，在30～70 km/h ≤4%，其他速度點(diǎn) ≤5%，如不能滿足要求，則增加試驗(yàn)次數(shù)直至滿足統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確度要求。

（4）將求得的滑行平均時(shí)間進(jìn)行道路等速功率P計(jì)算，P=，需要注意的是要校正至基準(zhǔn)狀態(tài)。即乘以校正系數(shù)K，K=，具體符號(hào)定義見標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

對(duì)于模擬計(jì)算法，標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定可以采用經(jīng)驗(yàn)公式，通過滾動(dòng)阻力計(jì)算公式Ff=M譯譮和空氣阻力計(jì)算公式FW=進(jìn)行擬合，得出阻力系數(shù)。

5 試驗(yàn)影響因素、存在問題及對(duì)策

重型商用車工況法油耗試驗(yàn)是個(gè)全新的項(xiàng)目，開展試驗(yàn)工作時(shí)間較短，為了保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，筆者認(rèn)為需要從車輛準(zhǔn)備、阻力及慣量設(shè)定、車輛加載、駕駛員操作等方面入手，認(rèn)真檢查、嚴(yán)格控制。

5.1 車輛準(zhǔn)備

樣車需先確認(rèn)機(jī)械狀態(tài)是否正常，是否經(jīng)過2500 km到10000 km的磨合，良好的技術(shù)狀態(tài)才能體現(xiàn)車輛真實(shí)的油耗，這些可通過駕駛操作完成。其次需要確認(rèn)輪胎型號(hào)和氣壓，如果車型可以裝配幾種不同規(guī)格的輪胎，則從中選擇滾動(dòng)阻力最大的廠定原裝輪胎，按廠家規(guī)定對(duì)輪胎進(jìn)行充氣。輪胎花紋深度應(yīng)為初始花紋深度的90%～50%，也可采用與車輛同時(shí)磨合過的新輪胎。這些檢查很關(guān)鍵，看似不重要，但卻是后續(xù)工作開展的基礎(chǔ)，若不認(rèn)真把關(guān)，會(huì)造成最終試驗(yàn)結(jié)果不理想，也不準(zhǔn)確。

5.2 阻力及慣量設(shè)定

在道路阻力滑行過程中，應(yīng)盡可能選擇道路條件相對(duì)較好的同一車道進(jìn)行往返測(cè)試，可以避免由此造成的不確定度，提高重復(fù)性。盡管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最少往返四次就可以完成試驗(yàn)，但事實(shí)上，由于道路試驗(yàn)條件復(fù)雜，影響因素較多，測(cè)量次數(shù)盡可能多，提高試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確度。

在試驗(yàn)結(jié)果取值上，受輕型汽車滑行試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)影響，對(duì)車速段的取值都是順序排列，而GB/T 27840-2011規(guī)定的為交叉取值，因此非常容易造成誤解。以自卸汽車為例，取 V=5 km/h，由于自卸汽車規(guī)定的起始車速為75 km/h，即75 km/h對(duì)應(yīng)的為80～70 km/h之間滑行的時(shí)間，而70 km/h對(duì)應(yīng)的為75～65 km/h之間滑行的時(shí)間，后面的依次類推。而現(xiàn)在輕型車常規(guī)取值都是按順序取值，如80～70 km/h（對(duì)應(yīng)車速75 km/h），70～60 km/h（對(duì)應(yīng)車速65 km/h）等，而且國(guó)內(nèi)大部分底盤測(cè)功機(jī)自帶的計(jì)算軟件都只能按順序取值的方式進(jìn)行擬合，這樣會(huì)使兩者的擬合數(shù)值有一定的出入；另外一個(gè)比較容易忽略的地方就是對(duì)測(cè)量結(jié)果的修正，因?yàn)橥ㄟ^滑行能量法在試驗(yàn)場(chǎng)可以獲得滑行時(shí)間，通過滑行時(shí)間計(jì)算阻力和功率，進(jìn)而擬合得到滑行系數(shù)。由于測(cè)得的滑行阻力最終是用于車輛在底盤測(cè)功機(jī)的再現(xiàn)，在底盤測(cè)功機(jī)上輸入滑行時(shí)間和車輛質(zhì)量（慣量）就可得到滑行系數(shù)，而國(guó)內(nèi)大部分底盤測(cè)功機(jī)自帶的計(jì)算軟件都不帶修正功能。因此，阻力系數(shù)需要通過最小二乘法擬合得到。

由于國(guó)內(nèi)外都沒有重型車相關(guān)的當(dāng)量慣量推薦數(shù)值，故底盤測(cè)功機(jī)的當(dāng)量慣量是根據(jù)車輛最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量及非驅(qū)動(dòng)輪的等效平動(dòng)慣量確定。在設(shè)定非驅(qū)動(dòng)輪當(dāng)量慣量時(shí)，可以根據(jù)非驅(qū)動(dòng)輪質(zhì)量占最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量的比重進(jìn)行確定，也可以取推薦的車輛最大總質(zhì)量的1.5%進(jìn)行設(shè)定。

5.3 車輛加載

試驗(yàn)時(shí)，車輛載荷狀態(tài)需要保證試驗(yàn)過程中不打滑，只要不出現(xiàn)明顯影響測(cè)量結(jié)果的打滑現(xiàn)象，可以不加載。但對(duì)于半掛牽引車，由于其最大總質(zhì)量為列車總質(zhì)量，而在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)是不加拖掛的，因此必須對(duì)其進(jìn)行加載，加載位置垂直于鞍座。加載方式可以在其鞍座上方加鐵塊，或通過加載裝置從底部進(jìn)行加載。

5.4 駕駛員操作

由于GB/T 27840-2011并未規(guī)定C-WTVC循環(huán)的換擋時(shí)機(jī)，因此，駕駛員操作對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響很大。需要遵循的是根據(jù)車輛特點(diǎn)選擇相應(yīng)檔位，當(dāng)車輛在某一較高檔位下不能達(dá)到C-WTVC 規(guī)定車速且速度偏差超過規(guī)定值時(shí)，降低一檔繼續(xù)試驗(yàn)，并在車輛重新進(jìn)入能使用較高檔位行駛的勻速狀態(tài)時(shí)再次換入較高檔位進(jìn)行試驗(yàn)，換檔過程應(yīng)迅速平穩(wěn)。加速時(shí)若達(dá)不到到C-WTVC 循環(huán)要求的加速度或試驗(yàn)車速時(shí)，需將加速踏板完全踩到底。減速時(shí)則需要完全放開加速踏板，離合器接合，直至試驗(yàn)車速降至該檔位最低穩(wěn)定車速時(shí)再分離離合器、降檔或停車，若不能達(dá)到C-WTVC 循環(huán)規(guī)定減速度時(shí)，踩下制動(dòng)踏板直至車輛運(yùn)行狀態(tài)回到C-WTVC 循環(huán)規(guī)定偏差范圍內(nèi)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB/T 27840-2011 重型商用車輛燃料消耗量測(cè)量方法[S].