CN104089666B - 汽车等速百公里油耗模拟计算检测方法 - Google Patents

Abstract

汽车等速百公里油耗模拟计算检测方法，无需对所检新车型路试测量油耗，按所属车辆类别新车型路试统计的滚动阻力系数与车速的方程以及空气阻力系数与车速的方程，计算等速点的滚动阻力和空气阻力，估算发动机附件阻力，计算发动机转速与车辆车速之比，可计算得到等速点的发动机输出功率，从所检新车型发动机万有特性曲线上或发动机油耗试验数据，采用插入法，计算得到等速点发动机输出功率、转速对应的发动机油耗率g_i或油耗，从而模拟计算等速点的百公里油耗。

Description

汽车等速百公里油耗模拟计算检测方法

技术领域

汽车等速百公里油耗模拟计算检测方法，是无需路试测量油耗，按所属车辆类别的空气阻力系数方程和滚动阻力系数方程，以所检新车型的相关技术参数计算出该车路试等速百公里油耗的一种检测方法，属于汽车性能检测方法的技术领域。

背景技术

现行技术对新车型等速百公里油耗检测，通常是按JT719-2008《营运货车燃料消耗量限值及测量方法》，车辆满载为总质量，在各个规定车速路试等速测量百公里油耗，然后按不同车速规定的油耗权重系数计算综合百公里油耗，其不足之处在于：(1)车辆满载装卸的操作性不好，货车装载不同尺寸货物会影响空气阻力。(2)车辆路试检测油耗受路面条件、风力等因素影响。(3)路试车辆的行驶阻力、发动机功率和油耗受环境温度、大气压等影响。(4)多车速点往返路试的时间长、费用高。为克服现有技术的不足，采用汽车等速百公里油耗模拟计算检测方法，通过对各种车辆类别的新车型路试后，得到其滚动阻力系数方程和空气阻力系数方程，并作为相同车辆类别不同新车型的共性和相同规律性，按所检新车型的相关技术参数模拟计算出该车路试的等速百公里油耗。

发明内容

试验表明，相同轮胎类别的车辆路面滚动阻力系数f是近似相等，相同车身类别新车型的车身设计也是大同小异，反映了基本相同的现有技术水平，空气阻力系数C_D也近似相等。新车型满载路试等速百公里油耗考核指标是综合百公里油耗，是多个车速点的权重系数百公里油耗值相加，主要反映了车辆技术参数与发动机的匹配情况，在现有技术的设计水平、制造水平、发动机水平基本相同的条件下，新车型综合百公里油耗主要是用于检验车辆整体技术参数设计匹配的节能优化程度，同一车辆类别不同新车型不同设计的滚动阻力系数f和空气阻力系数C_D的差异不大，可忽略该影响因素。可以在一定总质量范围内(货车)或车身长度范围内(客车)，把相同车身类别和相同轮胎类别的车辆划归为相同车辆类别，相同车辆类别的所有新车型的滚动阻力系数方程和空气阻力系数方程都一样，按新车型的相关技术参数，可以模拟路试计算出该新车型路试等速百公里油耗。采用汽车等速百公里油耗模拟计算检测方法，不仅可以对新车型进行事后检验，而且可以对新车型进行事前的设计检验，可以人工计算或计算机编程自动计算，并进行变速箱多挡位计算，方便快捷，从根本上提高汽车燃料经济性的设计水平。各种车辆类别新车型路试步骤如下：

1、可以把轮胎类别划分为三种：斜交胎、子午胎轮胎断面宽度＜8.25in、子午胎轮胎断面宽度≥8.25in，通常客车采用子午胎。

2、客车和铰接客车可以按长度来划分车身类别。

3、货车可以按车身形式来划分车身类别：如低档板车、高档板车、自卸车、牵引车、仓栅车、厢式车、罐车、工程车(如水泥搅拌车)；由于客车车身长度已包含了质量因素，所以无需再划分质量类别，但货车还需再按额定总质量G划分三个质量类别：如G＜10000kg，10000kg≤G＜15000kg，G≥15000kg。按实际情况以不同的轮胎类别、车身类别、质量类别适当组合成不同的车辆类别。

4、用每种车辆类别至少一台新车型路试，挂上变速箱最高速挡至最高车速后空挡滑行，车辆通常可以为空载，单级主传动，测量每10整数车速点的车辆行驶阻力，得到各个10整数车速点的滚动阻力系数和空气阻力系数，并把全部系数都校正在基准环境状态下，即温度20℃；大气压100kPa下的滚动阻力系数f和空气阻力系数C_D。

5、计算得到滚动阻力系数f与车速的一次方程或二次方程，得到空气阻力系数C_D与车速的一次方程或二次方程。如果同一车辆类别有多台新车型试验则取平均值计算回归方程，车速单位为km/h。

当任何一台新车型需检验路试等速百公里油耗时，按以下具体实施步骤计算检测：

(1)按所检新车型的相关车辆技术参数来确定所属车辆类别和相应公式：车辆型号；车身类别；整备质量m，单位kg；总质量M，单位kg；发动机额定功率P_e/额定转速n_e，单位kW和r/min；变速箱传动比i_g；单级或双级主传动比i₀；轮胎型号规格；车身尺寸：长×宽×高，单位mm；检测车速V_i，单位km/h；空载或满载；前轮距，单位为mm；确定所属的车辆类别以及相应的滚动阻力系数f公式和空气阻力系数C_D公式。

(2)计算所检新车型的滚动阻力，根据车辆类别、整备质量m、总质量M或车身长度、轮胎类别、空载或满载、车速V_i、单级或双级主传动比，按相同车辆类别的f方程计算V_i车速点的滚动阻力系数f_i，计算车辆的滚动阻力F_fi，如为空载、单级主传动，F_fi＝f_i×(m+100)×g；如为空载、双级主传动，F_fi＝K₁×f_i×(m+100)×g；如为满载、单级主传动，F_fi＝K₂×f_i×M×g；如为满载、双级主传动，F_fi＝K₁×K₂×f_i×M×g；其中：k₁为传动结构修正系数，k₁在1～1.04范围内，通常双级主传动结构取中间值，双联驱动桥和轮边减速可取偏大值。k₂为载荷修正系数，k₂在1～1.03范围内；满载客车取偏小值，满载货车取偏大值。g为重力加速度，可取g＝9.81m/s²。

(3)计算所检新车型的空气阻力：根据车辆类别、总质量或车身长度、前轮距、车高、车速，按相同车辆类别的C_D方程计算V_i车速点的空气阻力系数C_Di，计算车辆的空气阻力F_wi＝0.5×C_Di×A×ρ×V₀ ²，车辆迎风面积A＝前轮距×车高×10^-6，单位平方米，空气密度ρ＝1.189N·S²m^-4，车速V₀单位为m/s，V₀ ²＝V_i ²/12.96，V_i单位为km/h。

(4)计算所检新车型的车轮动力半径，根据轮胎型号规格，可得轮胎外径D，单位mm。计算车轮动力半径r_p＝0.5×k₃×D×10^-3，单位米，k₃为轮胎动力半径系数，如为空载时，k₃在0.94～0.96范围内，如为满载时，k₃在0.91～0.94范围内。

(5)计算所检新车型的发动机转速，根据发动机额定转速n_e、变速箱传动比i_g、主传动比i₀，计算该变速箱挡位的n_e对应的额定车速V_e＝0.377×n_e×r_p/(i_g×i₀)，计算该变速箱挡位的发动机转速与车辆车速之比K＝n/V＝(i_g×i₀)/(0.377×r_p)，按车速V_i即可得该挡位对应的发动机转速n_i＝K×V_i，V_i单位为km/h，n_i单位为r/min。

(6)计算所检新车型的发动机附件阻力，设在发动机额定转速n_e时的附件阻功率为k₄×P_e，P_e为发动机额定功率，单位kW，k₄为发动机附件阻力系数，k₄在0.05～0.011范围内，通常乘用车取偏小系数，工程车取偏大系数。计算额定转速n_e时的发动机附件阻力F_ze＝k₄×P_e×3600/V_e，设在发动机转速700r/min时的附件阻力为k₅×F_ze，k₅是怠速发动机附件阻力系数，k₅在0.2～0.4范围内，发动机额定转速n_e偏小时取偏大值，发动机额定转速n_e偏大时取偏小值。可以设定发动机附件阻力F_z与发动机转速或车辆车速是一次方或二次方的方程，从车速V_i可得n_i，从而可计算该车速点的发动机附件阻力F_zi。

(7)计算所检新车型的发动机输出功率：车辆等速行驶时，发动机输出功率与车辆整个系统的阻功率之和相等达到平衡，在车速V_i的发动机输出功率P_ti＝(F_fi+F_wi+F_zi)×V_i/3600，单位kW。

(8)采用插入法，从所检新车型的发动机万有特性曲线上的发动机转速、功率、油耗率或者发动机油耗试验数据得到n_i和P_ti对应的油耗率g_i或油耗，g_i单位为克/千瓦小时。

(9)计算每小时的油耗Q＝P_ti×g_i，单位为克/小时，根据燃料种类和标准规定的基准状态燃油密度ρ₁，换算成该车速点等速路试的百公里油耗Q_bi＝100×Q×10^-3/(V_i×ρ₁)，单位为升/100公里。

(10)计算机可以按以上检测方法编程，登录所检新车型的相关技术参数，可自动计算V_i、n_i、P_ti，从发动机万有特性曲线上人工确定对应的g_i或把发动机油耗试验数据输入计算机，计算机自动计算出Q_bi。

汽车等速百公里油耗模拟计算检测方法，无需路试测量油耗，是根据所检新车型的相关技术参数，模拟计算所检新车型路试等速百公里油耗的检测方法，其主要技术特征在于：以所检新车型的相关技术参数确定其所属的车辆类别，按所属车辆类别新车型路试统计的滚动阻力系数f与车速的方程以及空气阻力系数C_D与车速的方程，计算所检新车型V_i车速点的滚动阻力系数f_i和空气阻力系数C_Di；设定发动机附件阻力与发动机转速或车辆车速的方程，根据轮胎型号得到轮胎动力半径，计算发动机转速与车辆车速之比K，可得V_i车速点对应的发动机转速n_i＝K×V_i，V_i单位为km/h，n_i单位为r/min；计算得到所检新车型在V_i车速点的滚动阻力F_fi、空气阻力F_wi和发动机附件阻力F_zi，阻力的单位为N，从而可得V_i车速点的发动机输出功率P_ti＝(F_fi+F_wi+F_zi)×V_i/3600，P_ti的单位为kW；从所检新车型发动机万有特性曲线上对应的发动机转速、功率、油耗率曲线或发动机油耗试验数据，采用插入法，计算得到V_i、n_i和P_ti对应的发动机油耗率g_i或油耗，g_i的单位是克/千瓦小时；计算每小时的油耗Q＝P_ti×g_i，单位是克/小时，根据燃料种类和标准规定的燃油密度ρ₁，单位为千克/升，换算成V_i车速点等速的路试百公里油耗Q_bi＝100×Q×10^-3/(V_i×ρ₁)，单位为升/100千米，无需所检新车型等速路试测量油耗，可以人工或计算机模拟计算出所检新车型路试在V_i车速点等速的百公里油耗。汽车等速百公里油耗模拟计算检测方法具有以下技术优点：

a、按每种车辆类别不同的路试公式分类计算，提高了模拟计算的准确性，而且车辆类别的数量不多，路试工作量也不大，也可无需满载试验，操作性良好。

b、如果每种车辆类别新车型空载路试，可以消除货车装载货物尺寸对空气阻力系数的影响，从而保证新车型车能设计油耗检测和评价的统一性。由于大多数路试新车型是单级主传动，考虑到双级主传动、双联驱动桥、轮边减速机构的阻力相对偏大，而且满载的滚动阻力系数也相对偏大，采用大于等于1的k₁和k₂修正系数可提高模拟计算的准确性。

c、由于同一车轮空载和满载的变形不同，动力半径r_p也略有不同，设定不同的轮胎动力半径系数k₃符合实际情况。引入系数K，可以准确地把车速换算成对应的发动机转速，既方便计算发动机附件阻力，也方便从发动机万有特性曲线中确定和计算g_i。

d、可以对新车型进行事后的油耗检验，也可以对新车型进行事前设计的检验，能大大提高设计效率。不仅可以快捷地按标准对变速箱最高速挡的油耗进行准确的模拟计算检验，也可以快捷地对次高速挡及其它挡位准确模拟计算检验，还可以加上其它耗能装置如空调等的消耗功率进行模拟计算油耗，从而把汽车节能设计提高到一个新水平，也为不同挡位不同车速的节能驾驶操作提供指导。

e、车辆等速行驶的发动机功率是稳态功率，发动机万有特性曲线的功率也是稳态功率，路试负荷和发动机功率都是统一在基准环境状态下的功率，不受路试环境状态的影响，保证了油耗检测的准确性、统一性和可比性。

f、大大降低了新车型等速检验百公里油耗的费用，可集中统一模拟计算，提高检验的规范性和权威性，也有利于准确检测和评价在用车等速百公里油耗。

具体实施方式

按JT711-2008《营运客车燃料油耗量限值及测量方法》，以一台11米长的大型客车新车型计算满载各车速点的百公里油耗和综合百公里油耗为例，来说明汽车等速百公里油耗模拟计算检测方法的具体实施方式。

1、所检新车型相关技术参数；总质量15500kg，发动机额定功率/转速为177kW/2300r/min，燃料为柴油，最高变速箱第6挡传动比i_g为0.740，单级主传动比为4.875，轮胎型号为11.00R22.5，轮胎类别为子午胎断面宽度大于8.25in，车身尺寸长×宽×高为11270mm×2490mm×3520mm，检测车速V_i为70km/h，前轮距为2020mm，计算满载路试百公里油耗。以相同车辆类别的f方程和C_D方程来计算70km/h车速点的滚动阻力系数f₇₀和空气阻力系数C_D70，符号中的角标70代表70km/h车速点的参数。

2、计算车辆的滚动阻力系数和滚动阻力，按滚动阻力系数与车速一次方程f＝0.00468+0.000024×V，计算70km/h的滚动阻力系数f₇₀＝0.00636，车辆为满载、单级主传动，取载荷修正系数k₂＝1.02，滚动阻力F_f70＝k₂×f_i×M×g＝1.02×0.00636×15500×9.81＝986.4N.

3、计算车辆的空气阻力系数和空气阻力：按空气阻力系数与车速二次方程C_D＝1.2238-0.0101V+0.0000525V²，计算70km/h的空气阻力系数C_D70＝0.77405，迎风面积A＝2020×3520×10^-6＝7.1104m²，V₀ ²＝70²/12.96＝378.086，空气阻力F_w70＝0.5×C_D70×A×ρ×V₀ ²＝0.5×0.77405×7.1104×1.189×378.086＝1237.1N。

4、轮胎型号11.00R22.5的轮胎宽度279mm，外径D为1065mm，满载路试取轮胎动力半径系数k₃＝0.93，轮胎断面宽度279/25.4＝10.98in＞8.25in，轮胎动力半径r_p＝0.5×0.93×1065×10^-3＝0.4952m。

5、计算额定车速V_e＝0.377×n_e×r_p/(i_g×i₀)＝0.377×2300×0.495/(0.740×4.875)＝119.02km/h；计算该挡位的发动机转速与车辆车速之比K＝n/V＝(i_g×i₀)/(0.377×r_p)＝(0.740×4.875)/(0.377×0.495)＝19.323，70km/h对应发动机转速n₇₀＝K×V_i＝19.323×70＝1353r/min。

6、计算发动机附件阻力：设发动机附件阻力系数k₄＝0.08，怠速发动机附件阻力系数k₅＝0.3，设发动机附件阻力是转速的一次方，附件阻力直线斜率tgB＝(1-0.3)×F_ze/(n_e-700)，n_i转速点的发动机附件阻力F_zi＝0.3×F_ze+(n_i-700)×tgB，额定转速n_e时的发动机附件阻力F_ze＝k₄×P_e×3600/V_e＝0.08×177×3600/119.02＝428.3N，70km/h对应发动机转速1353的发动机附件阻力F_z70＝0.3×428.3+(1353-700)×(1.0-0.3)×428.3/(2300-700)＝250.8N。

7、计算发动机输出功率P_t70＝(F_f70+F_w70+F_z70)×V₇₀/3600＝(986.4+1237.1+250.8)×70/3600＝48.11kW。

8、采用插入法计算油耗率，从车辆发动机万有特性曲线上的发动机转速、功率、油耗率曲线上，计算得到发动机转速为1353r/min、功率48.11kW相对应点的油耗率g₇₀为217克/千瓦小时。

9、计算该车速每小时的油耗Q＝48.11×217＝10440克/小时，按标准GB/T18566-2011《道路运输车辆燃料消耗量检测评价方法》规定，取柴油密度为0.838kg/L，70km/h车速的百公里油耗Q_b70＝100×Q×10^-3/(V_i×ρ₁)＝100×10440×10^-3/(70×0.838)＝17.80L/100km。

10、计算机可以自动计算，例如：登录所检新车型的相关技术参数，当登录车辆型号四个数字中第1个数号为6时，可自动确定为客车，按JT711-2008，自动计算(40、50、60、70、80、90、100)km/h车速对应的发动机输出功率P_ti和发动机转速n_i，见下表：

人工采用插入法计算，从车辆发动机万有特性曲线上计算对应的油耗率g_i后输入表格中的g_i行内，计算机自动计算出Q_bi，并按JT711-2008规定的权重系数自动计算出高级客车或者中级及普通级客车的综合百公里油耗，而且自动评价合格与否。

汽车等速百公里油耗模拟计算检测方法，具有检验准确、操作性好、方便快捷的优点，不受路试环境状态的影响，检测的统一性和可比性良好。

Claims (1)

1.汽车等速百公里油耗模拟计算检测方法，所检新车型无需路试测量油耗，是根据所检新车型的相关技术参数，模拟计算路试等速百公里油耗的检测方法，其特征在于：在货车一定总质量范围内或客车一定车身长度范围内，把相同车身类别和相同轮胎类别的车辆划归为相同车辆类别，相同车辆类别的所有新车型的滚动阻力系数方程和空气阻力系数方程都一样，每种车辆类别至少用一台新车型路试，挂挡行驶至最高车速后空挡滑行，得到各车速点的滚动阻力系数和空气阻力系数，并把全部系数都校正在基准环境状态下，计算滚动阻力系数f与车速的一次方程或二次方程，计算空气阻力系数C_D与车速的一次方程或二次方程；以所检新车型的轮胎类别、车身类别、质量类别相关技术参数确定其所属的车辆类别，按所属车辆类别新车型路试统计的滚动阻力系数f与车速的方程以及空气阻力系数C_D与车速的方程，计算V_i车速点的滚动阻力系数f_i和空气阻力系数C_Di；根据轮胎型号得到轮胎动力半径，计算发动机转速与车辆车速之比K，可得V_i车速点对应的发动机转速n_i＝K×V_i，V_i单位为km/h，n_i单位为r/min，以发动机额定转速时的附件阻功率和怠速发动机附件阻力系数，设定发动机附件阻力与发动机转速或车辆车速的方程，计算V_i车速点的发动机附件阻力F_zi；计算在V_i车速点的滚动阻力F_fi、空气阻力F_wi和发动机附件阻力F_zi，阻力的单位为N，从而可得V_i车速点的发动机输出功率P_ti＝(F_fi+F_wi+F_zi)×V_i/3600，P_ti的单位为kW；从发动机万有特性曲线上，采用插入法计算得到V_i、n_i和P_ti对应的发动机油耗率g_i，g_i的单位是克/千瓦小时；计算每小时的油耗Q＝P_ti×g_i，单位是克/小时，根据基准状态燃油密度ρ₁，单位为千克/升，计算V_i车速点等速的路试百公里油耗Q_bi＝100×Q×10^-3/(V_i×ρ₁)，单位为升/100千米，可以人工或计算机模拟计算。