中置轴轿运车实际道路工况油耗测试研究

许丹丹 高忠明 高东志 郭 勇 徐军辉

（中国汽车技术研究中心有限公司 天津 300300）

引言

近年来，随着GB1589-2016标准的颁布实施，中置轴轿运车（简称轿运车）在车辆运输行业中的应用有了统一的规范和管理要求，同时也对我国整车物流行业健康快速的发展起到了一定的推动作用[1]。中置轴轿运车作为营运车辆的一种特殊车型，车辆构成主要是由具有特殊装置的牵引货车和中置轴挂车组成，其主要用于车辆商品的道路运输或托运[2]。目前轿运车凭借其稳定性好，运输效率高等优点，已成为车辆运输行业中的主要车型之一。轿运车作为一种新生车型的出现，国内目前关于其各方面的整车性能研究都比较少，而燃油经济性作为车辆评价的重要参数，因此研究轿运车基于实际道路的燃油消耗量测试不仅对提高车辆运输效率，降低运输成本具有参考价值，而且对企业的车型开发等也具有重要的指导意义。

目前关于重型车油耗的研究，周金应和徐磊等人[3]研究了不同加载方式对轿运车油耗的影响，结果表明：装载方式不同，轿运车油耗有一定的波动现象，其中实车装载下的轿运车油耗表现最高；郭瑞玲等人[4]针对不同吨位载货汽车进行了实际道路的油耗研究，得出车辆总质量与油耗结果具有相应的正比关系，但与百吨公里油耗成反比关系；Hans Jakob Walnum等人[5]通过对重型车在不同载荷、行驶工况、行驶路线及驾驶员等条件下的试验数据进行分析，得出驾驶习惯对重型车油耗的影响不容忽略；Qin Kongjian等人[6]利用转毂测功机对垃圾车进行中国典型城市公交循环CCBC（China City Bus Cycle）和全球商用车瞬态循环C-WTVC（World Transient Vehicle Cycle）两种循环下的油耗测试，结果显示样车在CCBC循环下的百公里油耗较C-WTVC循环油耗测量结果偏高。但是，不同形式工况下，轿运车油耗测试研究不足，尤其是车辆比功率对加速油耗的影响研究较少。

本文选用4辆轿运车，在同一道路试验场中开展了实际道路油耗试验，分别进行等速工况、加速工况和怠速工况下的油耗特性试验，分析了车速和比功率对油耗的影响，以及综合油耗与车辆实际运输效率的关系。

1 试验设计与测试方案

1.1 试验车辆

本试验选用了4辆轿运车作为测试样车，车用燃油种类为0#柴油，其行驶里程均在5 000 km以内，样车的具体参数如表1所示。发动机基本参数如表2所示。其中牵引货车是具有特殊装置能够牵引中置轴挂车或牵引杆挂车的货车，本试验中牵引货车与中置轴挂车组成的列车，称为汽车列车。试验中车辆分别在牵引货车单车状态下以及汽车列车状态下进行不同工况的油耗测试实验。

表1 样车基本参数t

表2 发动机基本参数

试验过程中样车均为满载状态，4辆轿运车的加载情况一致，加载方式均采用实车-沙袋-实车方式进行装载，即牵引货车上下层第一车位以及挂车上层第一车位均采用实车加载，其他车位采用沙袋代替，直到满足加载要求[7]。采用这种加载方式可有效模拟样车实际行驶过程中所受到的空气阻力[8-9]。

1.2 试验方案

试验研究选择在中汽中心盐城汽车试验场对4辆轿运车分别在牵引货车和汽车列车状态下开展实际道路油耗测试，测试试验严格按照JT 719-2016《营运货车燃料消耗量限值及测量方法》标准中规定的试验要求和试验方法进行操作[10]。试验主要用设备选用天津艾特公司生产的油耗仪进行测量。

1.3 试验方法

试验中，每辆样车在牵引货车和汽车列车状态下分别进行等速工况、加速工况和怠速工况油耗测试，其中标准对车辆在3种测试工况下的测试要求如表3所示。

表3 油耗测试方法

2 试验结果分析

试验将3种工况下的燃料消耗量测量结果的算术平均值作为该工况下的燃料消耗量测定值，并依据GB/T 12545.2的要求对样车各工况下的测定值进行标准状态下的参数校正[11]，其中校正过程主要依据公式（1）进行：

式中：Q校正和Q实测均为百公里油耗值，单位为L/100km；其中C1为环境温度校正系数，C2为环境压力校正系数，C3为燃油密度校正系数。

2.1 等速工况油耗分析

图1、图2所示为牵引货车与汽车列车在不同车速下的等速油耗分析结果。2种分析结果均显示，随车速增加，相应车速下的等速油耗呈不断上升趋势，主要原因是发动机牵引车辆在 40、50、60、70、80 km/h车速下匀速行驶时，行驶车速越高，车辆所受的空气阻力越大，发动机克服阻力做功越多，油耗升高。而芦笙等人研究的轻型车基于平均车速的实际道路油耗测试，通过分析车辆实际道路油耗因子与平均车速的相关性，发现车辆在0～80 km/h的车速范围内行驶时，实际道路油耗因子随平均车速的上升逐渐下降[12]。因此与轻型车相比，重型车实际道路油耗与车速成正相关性的试验结果说明，由于车身流线以及车辆结构等因素与轻型车有很大差异，导致重型车实际道路油耗结果受空气阻力等因素的影响较轻型车偏大，因此本试验中牵引货车与汽车列车的等速工况油耗随车速的增加均呈现逐渐升高的变化趋势。

图1 牵引货车等速油耗特性曲线

图2 汽车列车等速油耗特性曲线

2.2 加速工况油耗分析

车辆比功率是发动机最大功率与车辆总质量之比，是衡量车辆动力性的指标之一。本文关于车辆的加速工况，其油耗数据分析采用最小二乘法的数据拟合方法将车辆比功率与车辆加速工况油耗进行拟合得出了图3、图4所示的数据拟合曲线。结果显示牵引货车与汽车列车的加速工况油耗整体变化趋势均表现为油耗随比功率的增加而增加，即说明车辆加速工况油耗与车辆比功率呈正相关性。

图3 牵引货车加速油耗变化曲线

图4 汽车列车加速油耗变化曲线

对比分析2种试验结果可知，同一样车的汽车列车比牵引货车的油耗升高了仅4%左右，而比功率却下降了45%左右，这说明车辆牵引中置轴挂车后对车辆的经济性影响较小，而对动力性影响较大。

2.3 怠速工况油耗分析

怠速工况下，发动机空转不对外输出做功，并且怠速试验过程中，车辆的门窗以及空调等设备关闭，车辆负载为0，因此怠速油耗大小不受车重、阻力及驾驶习惯等参数影响，而只与发动机本身相关。结合表2中发动机的怠速转速与图5所示的怠速油耗分析结果可知，由于牵引货车与汽车列车的发动机配置相同，因此2种试验状态下的怠速油耗测试结果相差较小，油耗偏差均在±5%以内。

图5 怠速工况油耗分析结果

2.4 综合油耗分析

车辆单位货物周转量综合燃油消耗量是交通部门用来衡量车辆运输效率的重要参数，其计算公式主要依据式（2）和式（3）进行：

式中：Q为车辆综合燃料消耗量，L/100km；Qu为等速工况油耗，L/100 km；vui为第i个等速工况点，km/h；kui为第 i个车速下的等速权重系数；ku、ka、kl分别为等速工况、加速工况和怠速工况燃油消耗量权重系数；Qa为加速工况油耗，L/100 km；Sa为加速工况平均距离，m；Ta为加速工况平均加速时间，s；Ql为怠速工况油耗，L/100 km；Q′为单位货物周转量综合燃油消耗量，L/（t·100 km）；M为车辆额定载质量，kg。

图6中4辆轿运车的综合油耗结果显示，牵引货车与汽车列车的综合油耗结果相差较大，为消除车辆装载质量对综合油耗结果的影响差异，本研究引用单位货物周转量综合燃油消耗量Q′对试验样车的运输效率和燃油经济性进行综合评价，分析结果如图7所示。对比图6和图7的分析结果发现，虽然汽车列车的综合油耗与牵引货车相比高出15%～35%，但平均到每吨货物的油耗量却下降了40%～50%，即表明车辆综合油耗上升的比例小于其车重增加的比例，因此说明中置轴轿运车在汽车列车状态下的车辆运输效率比牵引货车状态下的运输效率更高，燃油经济性更好。

图6 综合油耗结果

图7 单位货物周转量综合燃油消耗量结果

3 结论

对中置轴轿运车在等速工况、加速工况及怠速工况下分别进行了实际道路油耗测试，分析了轿运车在牵引货车与汽车列车状态下的油耗结果差异，并得出如下结论：

1）等速工况下，轿运车无论在牵引货车单车状态还是在列车状态下，由于受空气阻力的影响，其等速百公里综合燃油消耗量随行驶车速的增加均表现不断升高的趋势。

2）轿运车加速工况油耗随车辆比功率的增加而增加，与牵引货车相比，汽车列车的比功率下降了约45%，油耗仅升高了约4%，即说明牵引货车牵引中置轴挂车后对车辆的动力性影响较大，而对车辆经济性影响较小。

3）汽车列车与牵引货车相比，虽然其综合油耗升高了15%～35%，但平均到每吨货物上的油耗却下降了40%～50%，因此表明轿运车在汽车列车状态下的运输效率更高，燃油经济性更好。