非动力总成因素对整车油耗灵敏度的优先级分析

张　亮

上海交通大学机械动力工程学院



非动力总成因素对整车油耗灵敏度的优先级分析

张亮

上海交通大学机械动力工程学院

汽车燃油经济性的技术影响因素包括发动机效率，传动系统效率，道路阻力，附件效率，标定控制等多个方面，本文重点分析各非动力总成技术因素，利用正交设计，结合整车仿真模型、实车实验和数理分析等手段，得出各非动力总成因素对乘用车燃油经济性的影响程度，形成对非动力总成因素重要性排序识别，对油耗影响程度的大致关系，指导整车燃油经济性开发成本控制和策略制定。

[Abstract]Automotive fuel economy technology factors including engine efficiency, transmission system efficiency, road resistance, accessory efficiency, calibration control and other aspects, this thesis focuses on the analysis of the non-powertrain factors, the use of orthogonal design, combined with the vehicle simulation model, real vehicle test and mathematical analysis, and other means, to identify the priority of a non-powertrain factors, forecast the technical improvement tendency of the FE factors, provide the fuel economy development guideline for cost control and strategy.

燃油经济性影响因素仿真计算油耗改进正交拟合

(接上期)

有两个水平，其余五个因素设定了三个水平。由于各因素各水平间的组合可以达到数百种，通过穷举因素组合工作量非常巨大，因此要引入正交设计。六因素的组合分析需要用到L18正交列表，按照各要素的水平设计如下。

各因素的水平对应如下表

按照正交表分别进行十八组的仿真计算，结果汇总如下:

表5　各因素的水平对应表

2.2数据分析

2.2.1直观分析计算(极差R)

由上表所求的的极差R可以看到，发动机因素对油耗水平影响最为显著，制动拖滞阻力影响最为微弱，按照主次排序可以得出发动机>转向类型>整车重量>空气动力学阻力系数>轮胎滚动阻力>制动拖滞阻力。

2.2.2方差分析表

先计算各因素所对应的各水平的总值K1j, K2j, K3j及其平方K1j^2,K2j^2,K3j^2， T为各仿真结果的总和。由于需要进行随机误差的分析，下面计算表中除了6项因素外还保留L18正交表中的G列空列作为计算依据。

表6　数据列表

由此可以计算各因素的偏差与自由度

式中 r为各个水平的重复数，

总自由度 df=n-1=18-1=17；

A因素自由度为dfA=2-1=1；

BCDEF自由度为 dfB=dfC=dfD=dfE=dfF=3-1=2;

随机误差自由度dfe=df-dfA-dfB-dfC-dfD-dfE-dfF=6;

基于以上数值做方差分析表：

表7　数据列表

转向系统空气动力学cd制动拖滞阻力扭矩整车重量轮胎滚动阻力发动机型号1422231215223123162313231723213118233212K1j58.21941.079040.737041.349040.818039.0420K2j62.26140.040040.022040.056040.250039.3600K3jNA39.361039.721039.075039.412042.0780K1J6.468777786.846500006.789500006.891500006.803000006.50700000K2J6.917888896.673333336.670333336.676000006.708333336.56000000K3JNA6.56026.62026.51256.56877.0130极差R0.450.290.170.380.230.51

可以看到，除动力总成因素以外，非动力总成因素中A与D均为较显著水平，其他的为次要水平。

通过优化预测，A1B3C3D3E3F1的组合为最佳方案，根据表2.2，水平因子的其具体因素所代表的含义为6.7 L/100 km为这些因素正交组合的均值水平，而最佳组合的油耗值为5.7 L/100 km。

表8　数据列表

表9　方差分析表

表10　数据列表

图7　数据列表

3　总结

本文通过筛选了主要的油耗影响因素进行数学分析，从数理角度得出各因素间的主次关系，给整车油耗优化方向提供了一定的参考。通过汇总分析结论，可以有如下总结：

● 整车驱动系阻力对油耗有着一定影响，如制动拖滞阻力与轮胎滚动阻力。随着设计与技术进步，这些子系统的效率正不断的提高，边际效应逐渐显现，进一步的改进可能面临着多方面整车性能的退化，成本也将大幅上升。另外的边际效应也体现在这些附带因素所带来的油耗改进越来越不明显，本文中的所假设的最小水平仍然是目前行业内领先的水平，但却对油耗的改进非常有限，优先级并不高；

● 对于整车质量与空气动力学，能从车辆根本属性上改善油耗。另外，大幅改进的整车质量与空气动力学性能，将为发动机小型化，小马力化提供

更大的可行空间，整车轻量化和优化空气动力学为降低整车油耗的第二重要性；

● 对于转向系统，传统液压系统的油耗影响明显，改进到电子助力转向系统显得非常紧迫。SGM的车型列表中，在2009年配备EPS的车型数仅占总数的10%左右，到2014年将实现80%以上的覆盖。由于电子助力转向的特性，转向系统对油耗的影响将接近于无，尽管本文分析中显示出转向系统有重要的显著特征，但随着行业应用电子助力转向的不断普及，这一因素在整车油耗中的作用将逐渐消失。

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Study on Non-Powertrain Factor Impact to Fuel Economy Sensitivity

ZhangLiang

SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240

fuel economyfactorsimulationfuel consumption improvementorthogonalfitting

1006-8244(2016)02-041-05

张亮，

U463.212

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