不同海拔对轻型货车加速油耗的影响分析

摘要：在高原地区对轻型货车进行实际道路加速性能试验，通过在1 271 m和3 250进行加速性能和油耗试验，分析了不同海拔条件下对加速性能和加速油耗的影响。结果表明：在超车加速60～80 km/h空载试验中，海拔3 250 m的加速时间和加速距离比1 271 m空载分别缩短16.4%和16.8%；对于轻型货车在60～80 km/h车速条件下，高海拔加速性能较好于低海拔，加速油耗则略高。

关键词：高海拔；轻型汽车；动力性；经济性

中图分类号：U461.3 收稿日期：2024-10-31

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.12.022

1 前言

我国地势西高东低，呈三级阶梯状，海拔超过2 000 m以上的地区占全国总面积的33%，全国海拔最高的省会城市拉萨海拔3 600 m[1]。本文选取1 271 m和3 250 m两个海拔进行试验，海拔相差2 000 m，能较好覆盖我国高原主要人口区，且海拔落差大，试验数据对比性好。

在高海拔环境下，空气密度减小，海拔升高引起大气压力、空气密度、含氧量等下降，从而影响发动机进气量减少，导致发动机燃烧恶化，发动机输出功率下降。同时海拔增加汽车空气阻力也会发生变化。

王玉伟等[2]利用环境仓进行的油耗试验中发现，虽然海拔增高，空气稀薄导致发动机燃烧恶化，动力下降，但由于滑行阻力随着海拔上升而下降，油耗没有上升，还略有降低。白朝谷等[3]分别在不同海拔进行等速油耗试验，分析不同海拔对油耗的影响，发现车速60 km/h以下时，高海拔等速油耗比低海拔略高，车速大于60 km/h则低海拔等速油耗更大。刘胜吉等[4]发现随着海拔增加，柴油机经济性变差，最低比油耗工况略有减小，在大负荷时恶化严重，在小负荷时变化较小。

影响高原动力和经济性还与空气阻力有较大关系，郭晓年[5]通过在不同拔高度和环境参数下，对试验车辆进行了滑行试验，研究表明各个车速下的滑行阻力均随海拔升高而逐渐降低，并且高速段下降幅度要明显大于低速段，这与空气密度变化对空气阻力的影响程度在高速段更加强烈有关。而在高速段滑行阻力中，则是空气阻力占比大。

但大多进行等速油耗或不同海拔下的怠速经济性试验，大多数在环境仓内进行试验，较少分析不同海拔下的实际道路加速性能试验和加速中的经济性，通过对加速阶段的动力性和经济性分析，可以更好地提出高原山地条件下的节油策略。

2 试验设备和方案

2.1 试验车辆与设备

试验车辆选取在云南运输较为常见1.7 t的N1类小货车，试验车辆已磨合且状态良好，车辆主要设备如表1。使用VBOX采集车速和加速度，利用油耗仪采集油耗数据，数据采集设备主要参数如表2所示。该型货车的迎风面积和空气阻力系数分别是2.61 m2和0.55，分别是一般小轿车的1.6倍左右和1.8倍左右。因在公开道路进行试验，利用高精度陀螺仪对测试路段进行了海拔和距离的数据收集，计算道路坡度值符合GB/T 12545.1—2008《汽车燃料消耗量试验方法第一部分：乘用车燃料消耗量试验方法》在任意两点之间的纵向坡度不应该超过±2%的要求。道路为沥青路面，道路干净整洁，风速小于3 m/s，试验地点坡度和气压如表3所示。

2.2 试验方法

因在公开道路进行试验，高速试验风险较高，汽车加速性能试验依据GB/T 12543—2009《汽车加速性能试验方法》进行超车加速试验，选择60～80 km/h的车速进行试验，挡位选择直接挡，车速在58～60 km/h等速行驶至少2 s，当车速达到60 km/h时开始记录，全油门加速至80 km/h。选择为消除风向、路面坡度等因素对试验结果的影响，同一车速往返为一次，进行三次试验。

为更直观地对数据进行分析，将不同车速在一次试验中进行。通过在1 271 m建水和3 250 m的香格里拉进行超车加速试验，分析不同海拔对轻型小货车的经济性和动力性的影响。驾驶员均为一人进行试验操作。因在不同地点进行试验，原地起步加速试验在不同换挡时机导致整体数据会有较大的波动，而超车加速试验，挡位固定，全油门加速，数据一致性较好。

2.3 试验数据处理

在常规数据处理中，将车辆匀速段的距离的油耗进行累加，再计算往返数据取平均数得到一趟的平均油耗，满足试验重复性要求，将三组数据得到后再取平均值。如图1距离-速度、油耗曲线所示，驾驶员驾驶时是存在有一定波动，但对于油耗而言波动值会较大。因此对数据进行重新分析，将加速段数据全部集中，建立速度油耗关系如图2所示，可以较为直观地分析出，随着车速增加油耗逐渐增加的趋势，且油耗整体离散的程度也逐渐增加。在图中可以明显看到，在60～80 km/h的加速过程中，油耗呈现线性增长，且加速油耗明显高于匀速油耗。

为更好地分析车辆在加速时的油耗，一方面选择使用较为传统的平均油耗记录方法分析整体加速油耗，另一方面数据按照0.1 s采集一组数据，选择建立速度-油耗对应曲线关系，从微观角度来分析不同海拔对加速时经济性的影响。

3 海拔对加速油耗的影响

表4是不同海拔下60～80 km/h超车加速油耗表，海拔3250m空载的加速时间和加速距离比1 271 m空载分别缩短16.4%和16.8%，海拔3 250 m空载最大油耗和总油耗比1 271 m空载增加了3.6%和9.2%。1 271 m满载比3 250 m空载的加速时间和加速距离比分别增加了60.1%和63.8%，满载导致输出功率下降，动力性能明显下降。在同海拔下，1 271 m时满载的加速时间、加速距离和总油耗均比空载增加34.5%、35.8%和48.2%，满载对油耗有较大的影响。

图3是超车加速60～80 km/h车速瞬时油耗图，车速在60～68 km/h时，整体油耗较为离散，1 271 m空载瞬时油耗最低，1 271 m满载和3 250 m空载的瞬时油耗大体相差较小，在车速68 km/h后三者瞬时油耗一致性高，且均随车速增加瞬时油耗呈现线性增加。图4是加速60～80 km/h时间-车速图，车速在60～68 km/h时，3 250 m空载加速度最小，1 271 m空载和1 271 m满载整体加速度相差较小，在车速68 km/h后，3 250 m空载加速度略大于1 271 m空载，认为是在高原空气阻力的减小导致。

郭晓年[5]研究发现，当温度相近时，整车的等速油耗表现为随海拔升高而逐渐降低，其原因可能有两点：a.发动机在高海拔时，其燃油消耗率的部分负荷特性要优于低海拔；b.海拔上升使得汽车行驶阻力下降，从而降低了油耗。徐小六[6]研究发现，温度变化不大时，随着海拔的升高，滑行阻力下降，且高速段的下降幅度更大，车速为120 km/h运行在海拔3 030 m、20 °C环境下时的滑行阻力较运行在0 m海拔、20 °C环境下的滑行阻力下降幅度达21.8%。根据汽车理论空气阻力曲线，当汽车时速达到80 km时，空气阻力约占总阻力的50，对于小货车迎风面积更大，空气阻力会更高。‌‌

从图4中可以发现，三者均有较好的线性关系，且高海拔试验的加速度显著高于低海拔，在车速靠近80 km/h时，图4三者开始有明显差异，图3则在末端瞬时油耗值接近一致，认为是在中高车速时，一方面空气阻力下降明显，另一方面发动机在中低负荷时受到海拔影响较小导致。而在超车加速中，高海拔油耗略高于低海拔，由图3可以发现主要差异在于车辆全油门加速初期，在全油门加速初期，自然吸气进气迟滞，导致前期油耗离散高，在稳定后高原对中低工况影响较小。

对于在高原的轻型车，带涡轮增压的车辆在加速前期，可以增加进气量，从而提高经济性，且高原加速性能更好。

4 结语

海拔对轻型货车加速经济性有较大影响，因此在高原对轻型货车进行实际道路试验，结果表明：

a.在超车加速60～80 km/h空载试验中，因小型货车对空气阻力更敏感，导致海拔3 250 m的加速时间和加速距离比1 271 m空载分别缩短16.4%和16.8%。

b.对于轻型货车在60～80 km/h加速试验，低海拔加速油耗优于高海拔。

参考文献：

[1]姜壁刚，何超，王艳艳，等.高原山区道路坡度对机动车比功率和气态排放物的影响[J].科学技术与工程，2023，23（15）：6647-6653.

[2]王玉伟，刘乐，赵伟，等.轻型汽油车海拔环境排放和油耗特性的研究[J].汽车科技，2014，（03）：48-52.

[3]白朝谷，李春波，陆海，等.不同海拔对轻型汽车油耗的影响[J].专用汽车，2023（10）：81-84.

[4]刘胜吉，陈勇，王建，等.不同海拔高度下自然吸气柴油机经济性及热效率研究[J].内燃机工程，2016，37（6）：20-25+30.

[5]郭晓年.高海拔下轻型汽油车油耗及排放特性研究[D].北京：北京理工大学，2017.

[6]徐小六.高海拔条件下轻型柴油车油耗及排放特性研究[D].北京：北京理工大学，2018.

作者简介：

韩飞，男，1986年生，工程师，研究方向为整车测试技术。