乙醇汽油车整车质量变化对燃油经济性的影响*

张德生 臧杰

（黑龙江工程学院）

随着燃油资源的不断减少，节能在汽车开发的设计阶段变得越来越重要。有效节能的技术参数中，汽车质量是一个比较活跃的参数[1]。针对汽车质量对整车燃油经济性的影响，各汽车研发单位或科研机构都做了很多研究[2]。汽车质量变化对各车型的油耗都有一定影响，文章选择排量为1.3 L的乙醇汽油车作为基础车型，因其排量小、油耗低及排放污染少，利于帮助设计人员判断由于质量变化引起的燃油经济性各指标值的变化趋势，从而缩短后续车型开发和制造的生产周期并降低研发成本[3]，有助于达到设计和样车制定工程的目标和计划。

1 基于Cruise软件建立动力传动系统仿真模型

1.1 建立基础车型

该乘用车配备排量1.3 L乙醇汽油发动机、5挡机械变速箱，传动系布置形式是发动机前置前轮驱动，驾驶室只控制加速踏板、变速器、离合器及制动器踏板。根据结构和布置形式建立了整车模块、驾驶室模块、发动机模块、机械式摩擦离合器模块、机械手动变速箱模块、主减速器模块、差速器模块以及车轮和机械制动器模块[4-5]。

1.2 基础车型主要参数

该基础车型的主要参数，如表1所示。

表1 乙醇汽油发动机整车主要参数

1.3 选择主减速器类型及传动比参数

为了研究1.3 L同一动力的基础车型整车燃油经济性和整车质量变化，对整车匹配不同主减速器的燃油经济性影响进行对比分析，根据不同厂家现有车型实际采用主减速器传动比的情况，选择了A，B，C 3种车型的主减速器传动比作为研究参数，分别为：3.789，4.105，4.388，主减速器传动效率均为 0.97，在Cruise的calculation center下的component calculation下设置3种主减速器的参数[6-7]。

2 行驶任务和计算过程

2.1 行驶工况

Cruise根据汽车试验和性能分析要求进行燃油经济性测试，制定了5种燃油经济性计算任务：1）城市市区工况（UDC）；2）城市市郊工况（EUDC）；3）城市郊区综合工况（NEDC，也称新工况或28工况）；4）5挡的90 km/h等速油耗经济性测试；5）5挡的120 km/h等速油耗经济性测试[8]。

2.2 计算过程

根据汽车实际情况建立计算模型，针对每个性能指标创建一个分析任务，将整车总质量作为变量得到一维矩阵，进入矩阵计算界面对变量进行设置，质量变化范围为1 000～1 400 kg，变化步长为25 kg，每种车共16个组合方案，3种车型共有48个组合方案。

2.3 整车质量变化对燃油经济性指标的影响

分析燃油经济性主要对循环工况下燃油经济性和等速油耗燃油经济性2项内容进行分析。循环工况下燃油经济性包括UDC，EUDC，NEDC循环工况下100 km油耗；等速油耗燃油经济性包括5挡的90km/h及120km/h的等速100km油耗。另外，整车质量变化率是指整车计算质量相对基准质量的变化率，100 km油耗变化率是指整车计算质量下油耗相对基础质量下油耗的变化率。

2.3.1 整车质量变化对UDC循环工况下100 km油耗的影响

不同质量的3种车型在UDC循环工况下100 km油耗结果，如图1所示；UDC工况100 km油耗变化率与整车质量变化率曲线，如图2所示。

图1 UDC工况100 km油耗与整车质量曲线

图2 UDC工况100 km油耗变化率与整车质量变化率曲线

由图1可见，车型A和车型B的UDC 100 km油耗相对较低。由图2可见，UDC 100 km油耗变化率与整车质量变化率成线性关系，拟合图2中曲线得到：y=0.239 5x，说明整车质量每增加或减小10%，则UDC 100 km油耗随之增加或减小2.395%。

2.3.2 整车质量变化对NEDC循环工况下100 km油耗的影响

不同质量的3种车型在NEDC循环工况下100 km油耗结果，如图3所示；NEDC工况100 km油耗变化率与整车质量变化率曲线，如图4所示。

图3 NEDC工况100 km油耗与整车质量曲线

图4 NEDC工况100 km油耗变化率与整车质量变化率曲线

由图3可见，车型A和车型B的NEDC 100 km油耗较低。由图4可见，NEDC100km油耗变化率与整车质量变化率成线性关系，拟合图4中曲线得到：y=0.2925x，表明整车质量每增加或减小10%，则NEDC工况100 km油耗随之增加或减小2.925%。

2.3.3 整车质量变化对EUDC循环工况下100 km油耗的影响

不同质量的3种车型在EUDC循环工况下100 km油耗结果，如图5所示；EUDC工况100 km油耗变化率与整车质量变化率曲线，如图6所示。

图5 EUDC工况100 km油耗与整车质量曲线

图6 EUDC工况100 km油耗变化率与整车质量变化率曲线

由图5可见，3种车型的EUDC 100 km油耗相差不多。由图6可见，EUDC100km油耗变化率与整车质量变化率成线性关系，拟合图6中曲线得到：y=0.3503x，表明整车质量每增加或减小10%，则NEDC工况100 km油耗随之增加或减小3.503%。

2.3.4 整车质量变化对90 km/h等速油耗的影响

进行5挡90 km/h的等速100 km油耗计算，仿真结果，如图7所示；90 km/h等速100 km油耗变化率与整车质量变化率曲线，如图8所示。

图7 90 km/h等速100 km油耗与整车质量曲线

图8 90 km/h等速100 km油耗变化率与整车质量变化率曲线

由图7可见，车型A的90 km/h等速100 km油耗相对较低。由图8可见，90 km/h等速100 km油耗变化率与整车质量变化率成线性关系，拟合图8中曲线得到：y=0.217 3x，表明整车质量每增加或减小10%，则90 km/h等速100 km油耗随之增加或减小2.173%。2.3.5 整车质量变化对120 km/h等速油耗的影响

进行5挡120 km/h的等速100 km油耗计算，仿真结果，如图9所示；120 km/h等速100 km油耗变化率与整车质量变化率曲线，如图10所示。

图9 120 km/h等速100 km油耗与整车质量曲线

图10 120 km/h等速100 km油耗变化率与整车质量变化率曲线

由图9可见，车型A的120 km/h等速100 km油耗相对较低。由图10可见，120 km/h等速100 km油耗变化率与整车质量变化率成线性关系，拟合图10中曲线得到：y=0.175 1x，表明整车质量每增加或减小10%，则120 km/h等速100 km油耗随之增加或减小1.751%。

3 实车试验

从仿真结果及分析可以看出，车型A的燃油经济性相对较好，车型C的燃油经济性相对较差，但汽车设计中不能单纯考虑1个燃油经济性指标，还要考虑包括汽车动力性及排放性等指标在内的综合性指标。选择车型C在道路进行实车测试，使用AVL PLU 401/108油耗仪进行了计量油耗试验，整车质量变化范围选择 1 000（基准质量）～1 400 kg（该车总质量），步长为50 kg。仿真结果与试验数据进行对比，如图11和图12所示，仿真与试验用车的数据基本相符，证明了仿真模型和结果的正确性。

图11 车型C循环工况下100 km油耗仿真与试验结果对比

图12 车型C等速100 km油耗仿真与试验结果对比

4 结论

1）利用Cruise建立了排量1.3 L乙醇汽油发动机乘用车的整车仿真模型，建立了该类型车的燃油经济性仿真任务，主要研究了UDC，EUDC，NEDC循环工况下燃油经济性及等速油耗燃油经济性5项内容与整车质量的关系（均是线性关系），并通过样车试验验证了所建立的理论模型和仿真结果的正确性。

2）从文章指定车型可以得知汽车质量变化对不同循环工况下燃油经济性的影响，整车质量变化10%，会导致循环工况下100 km油耗变化2.39%～3.5%，按工信部公布的该类型车综合油耗为6.7 L/100 km，即汽车质量变化100 kg，油耗变化0.16～0.23 L/100 km；而对于等速油耗的影响，整车质量变化10%，会导致等速100 km油耗变化1.75%～2.17%，即汽车质量变化100 kg，油耗变化0.11～0.14 L/100 km，整车质量变化对等速油耗的影响较小。