基于大數(shù)據(jù)的實(shí)際道路油耗研究與優(yōu)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(jīng)濟(jì)性是汽車最重要的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，直接關(guān)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(píng)價(jià)汽車的真實(shí)油耗水平并有針對(duì)性地改善用戶的實(shí)際油耗就顯得尤為重要。為了能準(zhǔn)確表征汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，各國(guó)均對(duì)汽車的行駛工況進(jìn)行了研究，如歐洲標(biāo)準(zhǔn)工況NEDC工況、美國(guó)的FTP72工況、FTP75工況、國(guó)際乘用車工況WLTP工況、以及中國(guó)車輛行駛特征研究的中國(guó)工況等，但無(wú)論哪一種工況，均會(huì)存在一些問題不足，具體表現(xiàn)如下：第一，各工況均為理想狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)工況，并未考慮到實(shí)際行駛過程如空調(diào)、轉(zhuǎn)向、坡道、季節(jié)等因素對(duì)油耗帶來(lái)的影響；第二，各標(biāo)準(zhǔn)工況均是針對(duì)同類所有車型設(shè)計(jì)的工況，對(duì)于具體的某一款車型或者某一類車型的油耗表征會(huì)存在偏差。

為了更為準(zhǔn)確地表征車型的實(shí)際油耗水平，本課題對(duì)車輛的實(shí)際道路油耗進(jìn)行了研究?？紤]到實(shí)際道路油耗會(huì)因?yàn)檫吔鐥l件不固定（如天氣、道路狀態(tài)、行駛時(shí)間點(diǎn)、季節(jié)等）導(dǎo)致油耗偏差很大，就需要借助大數(shù)據(jù)平臺(tái)對(duì)實(shí)際道路油耗進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)的實(shí)際道路工況及油耗與大數(shù)據(jù)工況及油耗基本匹配，從而指導(dǎo)項(xiàng)目開發(fā)及實(shí)際道路油耗的優(yōu)化。

1 大數(shù)據(jù)油耗提取與分析

1.1 大數(shù)據(jù)油耗提取

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

圖1 某車型全國(guó)油耗分布圖

1.2 大數(shù)據(jù)油耗分析

從油耗數(shù)據(jù)來(lái)看，全國(guó)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(duì)比不同油耗群體的行駛工況，發(fā)現(xiàn)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(diào)工況偏多是導(dǎo)致油耗偏高的一個(gè)重要因素，要解決這部分用戶群體的油耗需要重點(diǎn)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(duì)比

從高油耗分布的地區(qū)來(lái)看，南方地區(qū)油耗偏高主要是因?yàn)榭照{(diào)使用時(shí)間更長(zhǎng)，北方地區(qū)油耗偏高分析是因?yàn)榈蜏靥鞖猓囕v冷啟動(dòng)時(shí)間更長(zhǎng)，冷啟動(dòng)油耗。本文也將設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案驗(yàn)證相關(guān)結(jié)論并進(jìn)行敏感性分析。

2 油耗優(yōu)化方案制定

從大數(shù)據(jù)分析結(jié)果來(lái)看，對(duì)于高油耗客戶群體的油耗優(yōu)化主要需要從優(yōu)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(duì)具體車型這些因素并不是都能進(jìn)行優(yōu)化，由于成本、周期、技術(shù)可行性的因素，選取了如圖3黑框部分的措施進(jìn)行優(yōu)化。

圖3 怠速油耗影響因素分析圖

對(duì)于南方高油耗區(qū)域的油耗優(yōu)化主要需要考慮優(yōu)化空調(diào)能耗，因此降低空調(diào)壓縮機(jī)排量和增加同軸管不僅對(duì)怠速開空調(diào)有改善，行駛過程中的油耗也會(huì)有改善。對(duì)于北方寒冷地區(qū)油耗優(yōu)化需要從改善低溫冷啟動(dòng)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(qū)的油耗優(yōu)化方案。

3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

怠速工況為穩(wěn)態(tài)工況，怠速油耗優(yōu)化方案的驗(yàn)證也相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要額外的試驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)，直接測(cè)試怠速油耗表現(xiàn)即可。而不同地區(qū)的實(shí)際油耗表現(xiàn)受影響的因素就比較多，邊界條件也難以固定，因此需要設(shè)計(jì)試驗(yàn)路線和試驗(yàn)方案驗(yàn)證車輛的實(shí)際油耗表現(xiàn)和優(yōu)化方案的實(shí)際節(jié)油效果。為了更準(zhǔn)確貼近客戶工況，設(shè)計(jì)了實(shí)際道路油耗工況來(lái)匹配大數(shù)據(jù)工況，實(shí)際道路工況包括兩部分：第一部分：市區(qū)實(shí)際道路工況用于模擬該車型全國(guó)平均油耗，如圖4所示；第二部分：長(zhǎng)距離實(shí)際道路工況用于模擬跨地區(qū)不同環(huán)境條件下的油耗變化趨勢(shì)，如圖5所示。

圖4 市區(qū)工況實(shí)際油耗路線

圖5 長(zhǎng)距離實(shí)際油耗行駛路線

為了保證市區(qū)工況能夠模擬全國(guó)的市區(qū)工況狀態(tài)，對(duì)市區(qū)工況進(jìn)行了路譜采集并與大數(shù)據(jù)工況（80km/h以下）進(jìn)行了比對(duì)，通過速度區(qū)間分布對(duì)比，設(shè)計(jì)道路與大數(shù)據(jù)工況基本匹配，如圖6所示：

圖6 設(shè)計(jì)工況與大數(shù)據(jù)工況對(duì)比

長(zhǎng)距離實(shí)際道路工況搭載了格柵封裝驗(yàn)證、啟停驗(yàn)證、附件功耗驗(yàn)證、雪地胎驗(yàn)證、冷啟動(dòng)驗(yàn)證等試驗(yàn)，長(zhǎng)距離實(shí)際道路油耗試驗(yàn)不僅驗(yàn)證了不同地區(qū)的油耗表現(xiàn)，其它油耗的主要影響因素對(duì)實(shí)際油耗的敏感性分析也可以得到相應(yīng)的驗(yàn)證。

4 測(cè)試結(jié)果分析

通過對(duì)怠速油耗優(yōu)化方案的應(yīng)用，開關(guān)空調(diào)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(gè)方面：

軟件方面減小儲(chǔ)備扭矩的節(jié)油效果較為明顯，雖然會(huì)犧牲部分NVH性能，但通過駕駛評(píng)估仍可以接受；

硬件方面空調(diào)降排通過犧牲部分空調(diào)性能改善油耗，增加同軸管和高效發(fā)電機(jī)改善油耗增加了部分成本；

對(duì)比發(fā)現(xiàn)油耗均是以犧牲其它性能或增加成本為代價(jià)，油耗優(yōu)化就是各項(xiàng)性能與成本之間的平衡過程。各項(xiàng)節(jié)油措施節(jié)油效果如圖7所示：

圖7 怠速油耗優(yōu)化前后對(duì)比

優(yōu)化后在南昌進(jìn)行了市區(qū)和高速工況油耗的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果市區(qū)工況油耗優(yōu)化了 0.61L/100km，綜合工況優(yōu)化了0.44L/100km，優(yōu)化效果較明顯，優(yōu)化前后油耗對(duì)比如圖8所示：

圖8 實(shí)際道路油耗優(yōu)化前后對(duì)比

通過長(zhǎng)距離實(shí)際道路油耗驗(yàn)證，得到了油耗主要因素的敏感性分析結(jié)果如圖9所示。其中工況對(duì)實(shí)際道路油耗影響最大，單次影響最高可以達(dá)到10L以上，但客戶的行駛工況往往無(wú)法改變，如北方地區(qū)由于冬季大部分時(shí)間路面存在結(jié)冰現(xiàn)象，行駛平均車速也難以提高，因此油耗優(yōu)化仍需從改善車輛本身的油耗考慮，如低溫地區(qū)匹配雪地胎，減小附件功率、修改啟停策略覆蓋到低溫地區(qū)等。

圖9 油耗主要影響因素敏感性分析

油耗優(yōu)化后，對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行了跟蹤對(duì)比，為了得到更具可比性的數(shù)據(jù)，選擇了該車型與基礎(chǔ)油耗同樣月份（2020年3月）的大數(shù)據(jù)油耗數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。如圖10所示為該車型2020年3月全國(guó)各省的油耗分布情況，相對(duì)于優(yōu)化前，各省的油耗基本都有所改善，全國(guó)綜合平均油耗為 8.99L/100km，相對(duì)于與去年同期降低了約 0.41L/100km，與南昌綜合實(shí)際道路綜合油耗節(jié)油比例基本吻合。

圖10 某車型優(yōu)化后全國(guó)油耗分布圖

5 結(jié)束語(yǔ)

通過大數(shù)據(jù)分離出了高油耗用戶群體和高油耗區(qū)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(yōu)化怠速油耗入手進(jìn)行了優(yōu)化方案研究，再將部分優(yōu)化方案延伸應(yīng)用到高油耗區(qū)域，并通過匹配大數(shù)據(jù)的實(shí)際道路工況進(jìn)行了油耗優(yōu)化驗(yàn)證，最終通過優(yōu)化后的大數(shù)據(jù)收集驗(yàn)證了油耗效果。本文研究的主要結(jié)論如下：

1）怠速工況在實(shí)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(shí)際油耗的主要途徑；

2）實(shí)際道路油耗驗(yàn)證結(jié)果表明，行駛工況對(duì)油耗的影響最大，油耗對(duì)比須基于同樣工況條件進(jìn)行；

3）低溫地區(qū)（-10℃以下）匹配雪地胎的油耗會(huì)更好；

4）油耗優(yōu)化一般都是以犧牲其它性能或成本為代價(jià)的，油耗優(yōu)化實(shí)際就是各項(xiàng)性能與成本的平衡過程。