汽车燃料经济性评价方法的改进

邓植译，谢静，蒲文先，姚磊

（四川华新现代职业学院应用技术系，四川 成都 610107）

前言

成都市作为一个拥有千万人口的特大型中心城市，它的道路主要体现为典型的环形加放射形的道路网络。在此基础上，本文选取了两条典型的路线，作为试验数据采集路线，第一条路线是英国小镇至行政学院，这条路线的选取主要是由于它是成都西区主要的进城通道，车流量较大，西可至温江区、郫县等，东可至龙泉驿区；第二条路线是天府广场至理工大学，选取时主要考虑到，它不仅连接了天府广场到火车北站，而且还选取了一段绕城高速，这样就大大丰富了试验数据来源的可靠性，使得制定出的新标准更具有代表性和实用性[1]。

由于我国是采用模拟汽车实际运行工况的方法来测量汽车的燃料消耗量，进而评价汽车燃料经济性好坏。因此对选取出的成都市两条路线分别进行了20次道路试验，道路试验均是按照下列所述的试验方法和试验条件进行的，并且是在两个典型交通时段 7：00～9：00、11：30～13：30、17：00～20：00进行的试验。对所采集的数据进行了筛选，删除了错误数据和小概率数据，剩余的数据经过检验均符合正态分布。两条路线市区和市郊的怠速时间占运行总时间的 25.41%和7.9%，加速时间占运行总时间的 33.62%和 37.27%，减速时间占运行总时间的30%和26.15%，匀速时间占运行总时间的10.96%和28.68%。因此，所采集的试验数据能够反映出城市的实际运行状况，为新标准的制定奠定了数据基础。

新标准建立的评价试验工况，是将不同工况分类，汽车的整个行驶过程分成市区循环工况和市郊循环工况。然后按照不同的工况进行细分，市区循环工况可以分为匀速工况、加速工况、减速工况和怠速工况，而匀速工况又是以10km/h为间隔划分，最后用统计方法计算出不同细分工况下在整个汽车行驶工况中的比例，此比例即为各工况下的系数，从而合成新的标准。本文是在采集和分析了成都市典型路况的汽车运转循环工况试验数据的基础上，提出了适用于成都市汽车运转循环工况的燃料经济性评价方法，同时，提出的评价方法为我国制定合理的燃料经济性评价方法提供了参考，只要对我国主要城市汽车运转循环工况数据进行大量的统计和分析工作，就能制定出合理的汽车燃料经济性评价方法[2]。

1 成都市路况统计分析

经过几十年的发展，成都市在道路建设方面成绩显著，目前市区已经形成以蜀都大道和人民南路为交点—天府广场为中心，一环路、二环路、三环路和绕城高速公路相环绕的环状放射性道路交通体系。目前，成都市一环路总长约19.75公里；二环路总长约28.3公里；三环路总长约51.42公里；绕城高速约85公里；第二绕城高速约223公里，现已通车。

根据以上的统计数据和分析，以及实际的道路交通状况调查，再结合抽样理论，得出成都市区道路总里程为 2431公里，能够计算出样本容量为104公里，其中，快速路37.8公里，占全长36.35%；主干道55.4公里，占全长53.27%；次干道10.8公里，占全长10.38%[3]。

2 汽车行驶工况试验数据统计

本文选取了成都汽车行驶工况的两条具有代表性的路线，两条路线基本包括了成都市的各类道路，跨越市区和市郊，并对汽车行驶路线分别进行了20次试验。记录了车辆运行数据，即车速、运行各工况下的时间、路程、加速度、减速度等数据。

选取的第一条典型路线，途径英国风情小镇→妇女儿童医院→青羊万达广场→苏坡乡→西单商场→成温高架路→清江东路→中医附院→人民公园→天府广场→人南立交桥→二环路高架路→万年场→多宝寺→十陵立交桥→航天立交桥→成都行政学院，该路线全长36.2 km。其中成温高架路3.8km，二环高架路长约7.8km，三环路长约5.3 km，市区道路长约23.7 km，郊区道路长约12.5km，如图1所示。

图1 英国小镇～行政学院

选取的第二条典型路线，途径天府广场→文殊院→金牛万达广场→火车北站→八里桥路→凤凰立交桥→川陕立交桥→三河场立交桥→绕城高速→螺狮坝立交桥→成都理工大学，该路线全长42.6km，其中二环路长约2.8km，三环路长约3.1 km，绕城高速路长约15.0 km，市区道路长约9.2 km，郊区道路长约33.4km，如图2所示。

图2 天府广场～理工大学

记录的数据中主要包括以下特征值：平均速度（km /h）、平均加速度（m/s2）、平均减速度（m/s2）、怠速时间比例（%）、加速时间比例（%）、匀速时间比例（%）、减速时间比例（%）、行驶路程（km）、行驶时间（s）等[4,5]。

3 新标准汽车运转循环

新标准汽车运转循环是在综合考虑各方面的影响因素后，分别合成市区和市郊两组循环工况，新标准汽车运转循环是由市区运转循环（1部）和市郊运转循环（2部）组成，如图3所示。

图3 新标准汽车运转循环

4 新标准市区运转循环单元分析

图4 新标准市区运转循环示意图

表1 新标准市区运转循环

新标准1部是由三个市区运转循环单元构成，每个市区运转循环单元包含了17个工况，具体由怠速、加速、减速、匀速、换挡等工况组成，如表1所示。市区运转循环单元反映的是城市中心区的道路交通状况，市区运转循环单元的平均车速为 27km/h，最高车速为 60km/h，每个运转循环单元有效行驶时间为173s，总计时间为519s，每个运转循环单元当量行驶距离为 1.295km，得到的总计当量行驶距离为3.885km，挡位的换挡点分别在15km/h，30km/h，40km/h，最高挡位设置成四挡，其每次换挡的时间为2s，换挡穿插在整个运转循环过程中。新标准具体构成，如图4所示。

5 新标准市郊运转循环单元分析

图5 新标准市郊运转循环示意图

表2 新标准市郊运转循环

新标准的市郊运转循环只由一个运转循环单元构成，如表2所示。即2部运转循环，共有15个工况，包括了怠速、空挡减速、换挡、加速、匀速、减速等工况，市郊运转循环单元反映的是城市近郊的道路情况，市郊运转循环单元的平均车速为59km/h，最高车速为120km/h，最低车速为40km/h，运转循环单元的有效行驶时间为200s，每个运转循环理论行驶距离为 3.282km，最大加速度为 1.39m/s2，最大减速度为-1.19m/s2，最高的挡位为五挡，其每次换挡的时间为2s，换挡穿插在整个运转循环过程中，市郊运转循环具体的构成，如图5所示。

6 汽车燃料经济性评价方法的制定

车辆在实际的驾驶过程中，是由很多的运转循环构成的，各个地方由于天气、季节、地理环境不一样，行驶的运转循环也有很大的差异，但总结起来主要是由匀速、加速、减速、怠速等循环工况组成。

最后可以计算出汽车的其它循环工况在整个循环工况中的比例，如表3所示。

表3 汽车整个循环工况比例统计

根据上面的统计数据，可以推算出新标准整个循环工况过程中汽车百公里燃料消耗量计算的表达式为：

式中：Pi—各工况在整个循环工况中所占比例；Fi—各工况的百公里燃料消耗量（L）；β1、β2、…、β7—分别是20～30km/h、30～40km/h、50～60km/h、70～80km/h、80～90km/h、90～100km/h、110～120km/h各速度段在整个循环工况中所占比例；β8、β9、β10—分别是-0.1～-0.5m/s2、-0.5～-1.0 m/s2、-1.0～-1.5 m/s2各减速度段在整个循环工况中所占比例；β11、β12、β13—分别是 0.1～0.5m/s2、0.5～1.0 m/s2、1.0～1.5 m/s2各加速度段在整个循环工况中所占比例；β14—怠速在整个循环工况中所占比例。

7 结论

该标准可按照国内典型城市汽车行驶工况的大量统计数据结果，对汽车燃料消耗量在不同车速和加速工况的运行比例进行加权，计算出汽车总的燃料消耗量。

不同速度和加速工况的燃料消耗量可按碳平衡法试验和计算，为了简化，也可直接按发动机万有特性曲线估算[6]。

[1] 余柳燕.汽车燃油经济性试验方法与评价体系[M].武汉理工大学,2008.5.

[2] 姜艳.成都市城市交通可持续发展研究[M].西南交通大学 2013.11.

[3] 蔺宏良.西安市交通环境轿车行驶工况与燃油消耗研究[D].长安大学,2013.12.

[4] 刘希玲,丁焰.我国城市汽车行驶工况调查研究[J].环境科学研究.2000(01):23-27.

[5] 张全,靳文舟.大城市公交车行驶工况研究中的实验路线选择[J].华南理工大学学报(自然科学版).2005 (01):59-62.

[6] 王波.碳平衡法测量汽油车燃油消耗量的试验研究[M].长安大学,2006.5.