高吉強，徐軍輝，梁榮亮，謝東明，郭瑞玲

（中國汽車技術研究中心，天津　300300）

Gao Jiqiang，Xu Junhui，Liang Rongliang，Xie Dongming，Guo Ruiling

營運車輛燃油消耗量測試精度影響因素分析

高吉強，徐軍輝，梁榮亮，謝東明，郭瑞玲

（中國汽車技術研究中心，天津300300）

Gao Jiqiang，Xu Junhui，Liang Rongliang，Xie Dongming，Guo Ruiling

摘要：文中簡要介紹了營運車輛等速燃油消耗量的試驗方法和測量原理，并基于標準中對試驗結(jié)果重復性檢驗的要求，結(jié)合理論分析和試驗研究，從測試系統(tǒng)、氣象條件、測試距離3方面對測試精度的影響因素進行了詳盡的分析。

關鍵詞：道路試驗；燃油消耗量；誤差分析

0　引　言

隨著汽車保有總量的不斷增長，汽車燃料消耗在我國石油消耗總量中的比例日益提高，已經(jīng)成為我國新增石油消耗的主體，由此導致的能源和環(huán)境問題日益突出，進而影響到我國汽車及其他相關行業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。

營運車輛作為我國客貨運輸?shù)闹黧w，在我國車輛保有中占有重要地位，特別是最近幾年隨著道路運輸?shù)陌l(fā)展，營運車輛的保有量持續(xù)增長，并且由于其使用頻率高，燃油消耗量大，所以降低營運車輛的燃油消耗量對節(jié)省石油資源、減少國家對進口石油的依賴性有重要的意義。交通運輸部也發(fā)布了《營運客車燃油消耗量限值及測量方法》和《營運貨車燃油消耗量限值及測量方法》2項行業(yè)標準，明確規(guī)定了營運車輛油耗的試驗方法和限值要求。

1　試驗條件和方法

試驗是在交通部公路交通試驗場的性能路面進行，路面為清潔、干燥、平整的混凝土路面，試驗路長度符合測量需要，試驗時的氣象條件和車輛準備符合GB/T12534《汽車道路試驗方法通則》的要求。試驗時關閉車窗、駕駛室通風口及空調(diào)，只允許為驅(qū)動車輛所需的設備工作。主要的試驗設備有燃料流量計和速度計，精度符合試驗要求。

試驗在車輛滿載和空載2種工況下進行，車輛滿載時，手動變速器置于最高擋或次高擋（最高擋不能滿足等速要求時），自動變速器置于前進擋。在各規(guī)定試驗車速下，保持車輛平穩(wěn)行駛100m后，等速通過500m的試驗路，測量車輛通過該路段的時間和燃油消耗量。車輛空載時，測量客車次高擋60km/h等速行駛或貨車最高擋或次高擋50km/h等速行駛時的燃油消耗量。每個試驗車速應在測試路段上往返測量2次，試驗平均車速與規(guī)定車速之差不得超過2km/h。

2　試驗測量原理

大部分營運車輛采用的是柴油發(fā)動機，在介紹試驗測量原理前，先了解下柴油機的燃油供給系統(tǒng)。柴油機供油系統(tǒng)由柴油箱、輸油泵、低壓油管、柴油濾清器、噴油泵、高壓油管、噴油器和溢流管等組成，如圖1所示。柴油從柴油箱被輸油泵吸出，并產(chǎn)生一定的壓力，經(jīng)柴油濾清器濾去雜質(zhì)后進入噴油泵，噴油泵將低壓油提高油壓，經(jīng)高壓油管和噴油器將高壓油噴入燃燒室。由于輸油泵的供油量較大，大量多余的燃油經(jīng)噴油泵進油室的一端溢流閥和溢流管流回輸油泵的進口或直接流回柴油箱。噴油器工作間隙泄漏的極少量柴油也經(jīng)回油管流回柴油箱。可以看出，車輛的燃油消耗量是進油管路流量和回油管路流量的差值。試驗時，將進油管路和溢流管路從某處斷開，接入燃油流量計，以此來實時測得車輛的燃油消耗量。將燃油流量計得到的信號傳輸?shù)剿俣扔?，與速度計測得的路程和時間信號相結(jié)合，就可以得到車輛等速行駛百公里燃油消耗量（L/100km）。

3　試驗誤差影響因素分析

3.1試驗結(jié)果的重復性檢驗

等速行駛?cè)加拖牧吭囼灥脑囼灲Y(jié)果要經(jīng)過重復性的檢驗，表1是第95百分位分布的標準差R與重復性次數(shù)n之間的關系。為某個車速下n次試驗結(jié)果中最大燃料消耗量與最小燃料消耗量之差。當

表1　重復性次數(shù)n與標準差R的關系

3.2誤差分析

從表1試驗結(jié)果的重復性檢驗可以看出，同一車速下往返各測量2次時，Qmax要小于平均值的0.063倍，為了滿足這個要求，需要考慮測量過程中的各個影響因素，否則試驗結(jié)果很難滿足重復性檢驗。

3.2.1測試系統(tǒng)的影響因素

油耗測量是通過斷開原燃油供給系的進回油管路測得進油流量和回油流量，以二者的差值來確定燃油消耗量。測試系統(tǒng)接入之后，破壞了原有的壓力平衡，所以為了保證測量的準確性，需要調(diào)節(jié)進回油管路的壓力，以保證測試系統(tǒng)進回油管路的壓力與接入前系統(tǒng)的壓力大致相等。若測試系統(tǒng)接入后壓力變化較大，可能導致測量結(jié)果誤差較大，甚至無法完成測試，所以調(diào)壓對保證油耗測量的準確性有重要意義。

在接入測試儀器的過程中，必然會有空氣進入輸油管路，這些空氣的存在會影響測量的結(jié)果，導致測試數(shù)據(jù)一致性較差，達不到測試要求，所以試驗前要首先排凈管路中的空氣。對于有排氣系統(tǒng)的流量計可以將其放到排氣擋，充分排氣后再進行測量。沒有排氣系統(tǒng)的流量計可通過手動排氣或者通過起動發(fā)動機使燃油回路多次循環(huán)來達到排氣的目的。

燃油供給系中各個管路的壓力各不相同，燃油管的內(nèi)徑受燃油壓力的影響會產(chǎn)生變化。當燃油壓力升高時，燃油管由于內(nèi)徑增大可以儲存更多的燃油，傳感器測量的這部分燃油實際上是未燃燒的。所以管路壓力的變化對燃油管內(nèi)徑的影響會對測量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。要減弱管路壓力對測量結(jié)果的影響，就需要在測量過程中使用盡量短的測量管路，同時選用膨脹率較低的燃油管。

3.2.2氣象條件的影響

油耗測試過程中，試驗的氣象條件對測試結(jié)果也有明顯的影響，主要體現(xiàn)在試驗溫度、氣壓、風速等方面，在最后的結(jié)果處理中對溫度和氣壓的影響都進行了修正，因此重點研究風速對測試結(jié)果的影響。

汽車在水平道路上勻速行駛時，行駛阻力主要是來自地面的滾動阻力Ff和來自空氣的空氣阻力Fw。風速對試驗結(jié)果的影響主要是通過影響空氣阻力實現(xiàn)的，空氣阻力的計算如式（1）所示。由于營運車輛自身結(jié)構(gòu)的特點，其空氣阻力系數(shù)CD和迎風面積A都比較大，空氣阻力與行駛速度的2次方成正比，克服空氣阻力所需的功率是行駛速度的3次函數(shù)。汽車在60km/h勻速行駛時，假如風速是3m/s，逆風行駛時的空氣阻力較無風時增加39％，在油耗測試過程中，若同時考慮順風和迎風的影響，空氣阻力的差距會更大，直接影響發(fā)動機的輸出功率，進而影響油耗測量的一致性。以某國產(chǎn)客車在風速為3.3m/s情況下試驗結(jié)果為例，從表2中可以看出，由于風速的影響，各個車速下的標準偏差都較大，很難滿足重復性檢驗的要求，測量結(jié)果的精度大打折扣。

式中，CD為空氣阻力系數(shù)；A為迎風面積；為行駛速度。

表2　某客車等速燃油消耗量試驗數(shù)據(jù)

3.2.3測試距離的影響

油耗測量對測量結(jié)果的一致性要求較高，當測量結(jié)果的重復性達不到要求時，需要增加測量次數(shù)。在實際油耗測試過程中，對流量的測量并非取整個過程中流量的總值，而是按照一定的采樣頻率實時采樣后取平均值。延長測量時間可以增加樣本的容量，有利于保證測量結(jié)果的一致性。試驗過程中，要求測量的車速范圍較廣，選用相同的測試長度時，高速時的測量時間相對短，樣本容量低容易導致數(shù)據(jù)比較離散。選取2輛營運客車進行試驗，擋位采用最高擋，試驗車速從50km/h到100km/h，以10km/h的間隔均勻選取車速，同一車速往返測試2次，測試路段長度分別為500m和1000m。試驗結(jié)束后，為了檢驗數(shù)據(jù)的一致性，分別計算各個車速下4次試驗結(jié)果的標準偏差，結(jié)果如圖2和圖3所示。

可以看出，當增加測試路段長度后，各個車速下測試結(jié)果的標準偏差都有不同程度的降低，說明數(shù)據(jù)的一致性變好了，結(jié)果更加趨向于真實值，提高了油耗測量的準確性，也更容易達到重復性檢驗的要求。

4　結(jié)論

從以上的分析可以看出，在等速燃油消耗量道路試驗測試過程中，測試系統(tǒng)、氣象條件以及測試距離對測試精度都有較大的影響，在滿足標準要求的基礎上，還要嚴格控制測試系統(tǒng)的壓力和排氣，盡量在風速較小的環(huán)境下進行測試，必要的時候通過增加測試距離來延長采樣時間，以此來提高油耗測試的準確性，滿足測試結(jié)果重復性檢驗的要求。

參考文獻

[1]GB/T12545.2，商用車輛燃料消耗量試驗方法[S].

[2]GB/T12534，汽車道路試驗方法通則[S].

[3]JT711—2008，營運客車燃料消耗量限值及測量方法[S].

[4]JT719—2008，營運貨燃料消耗量限值及測量方法[S].

[5]余志生.汽車理論[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[6]吳光強.汽車理論[M]．北京：人民交通出版社，2007.

收稿日期：2015-06-22

文章編號：1002-4581（2015）05-0006-03

中圖分類號：U467.4+98

文獻標志碼：A

DOI：10.14175/j.issn.1002-4581.2015.05.002