103_乘用车燃油经济性敏感度研究_东风汽车技术中心_王岭

基于乘用车燃油经济性的参数敏感度研究
王岭王军辛力贾志勇田威
东风汽车公司技术中心
摘要：燃油经济性是乘用车重要性能指标之一。

为了在整车概念设计阶段快速、准确、有效的预测整车经济性，本文使用CRUISE软件，通过建立整车仿真模型，以某两款乘用车为例进行经济性仿真，对影响NEDC工况下整车综合油耗的影响因素进行灵敏度分析，其分析结果对改善整车燃油经济性提供了理论依据。

关键词：经济性；仿真；灵敏度
Fuel economy sensitive research of passenger car parameters Abstract: Fuel economy is one of the important performance index of passenger car. In order to change the vehicle concept design phase into fast, accurate and efficient prediction of vehicle economy. In this paper, through establishing the vehicle simulation model and using two passenger car as an example of economic simulation, we analysis the sensitivity of influencing factors of vehicle fuel consumption under the NEDC cycle by CRUISE software. The analysis result provides a theoretical basis to improve the vehicle fuel economy.
Key word: Economy; simulation; sensitivity
1、前言
随着能源需求的日益增长、石油供应的日趋紧张以及国家法规的日益严格，良好的汽车的性能尤其是燃油经济性不仅越来越受到整车厂的关注，更成为吸引消费者的一大亮点。

在进行新车设计或旧车改进时，汽车的燃油经济性不仅与发动机的优劣有关，传动系统的匹配、轮胎的配置、整车外形及整备质量等都是影响整车性能的重要因素。

通过CRUISE 软件可以快速、准确、有效的对整车动力性、经济性进行仿真分析，在设计初期即可给出良好的预测结果，既可有效避免传统试验测试中司机、气候以及道路环境等对汽车性能测试的影响，又可大大降低了开发费用，缩短设计周期。

所以使用仿真软件进行整车性能分析在没有试验样车的产品概念设计阶段尤为重要。

CRUISE仿真软件是一款优秀的整车动力性、经济性、排放性以及制动性能的计算分析软件。

它采用模块化的设计方法，可以对任意结构形式的汽车传动系统进行建模，模拟整车不同状态的运行工况。

在汽车的开发过程中，可以方便灵活的进行发动机、变速器、轮胎的选型、匹配以及整车性能预测等工作。

2、整车仿真模型
2.1 整车仿真模型建立
本文利用CRUISE软件建立整车动力总成模型，以某两款乘用车为例进行经济性仿真分析，为后续改善整车燃油经济性提供一定理论依据。

整车动力总成模型主要包括：车辆模块、发动机模块、离合器模块、变速器模块、主减速器模块、轮胎模块以及驾驶员模块等，各模块之间使用机械连接和信号总线连接。

本文基于CRUISE软件搭建的整车仿真模型如图1所示。

图1 整车仿真分析模型
在进行整车开发或改型时，经常因为各影响因素的变化而需对整车动力性、经济性做多次仿真。

研究各影响因素的灵敏度，可以帮助设计人员判定由这些影响因素引起的经济性的变化趋势和大致范围，从而在后续车型的开发过程中缩短开发时间。

2.2 燃油经济性能指标的选取
汽车的燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量来衡量。

汽车的经济性指标主要包括等速油耗和循环工况油耗，本次分析选取的关键经济性指标NEDC[New Europe Drive Cycle]循环综合油耗。

该循环工况主要包括4个市区循环工况和一个市郊循环工况，时长1180秒，行驶距离11km，如图2所示，NEDC循环工况是目前轻型车通常采用的循环工况。

图2 NEDC循环工况示意图
2.3 计算模型标定
根据基础车型实际情况建立计算模型，针对性能指标创建分析任务，其中行驶阻力采用滑行阻力试验数据进行计算。

将影响整车油耗的各因素作为变量，运行仿真模型得到计算结果。

通过与试验结果进行对比，进一步完善原计算模型，即对整车仿真模型进行标定。

表1为两款车型NEDC循环综合油耗仿真结果与试验结果对比，其误差在允许范围内。

表1 整车经济性仿真试验对标结果
3、影响因素及灵敏度分析
汽车经济性影响因素灵敏度是指某影响因素对整车经济性的影响程度，即单位参数变化率引起的汽车经济性能指标的变化率。

整车经济性的主要因素有发动机、传动系统（变速器及主减速器）、整车整备质量、整车外形（迎风面积及风阻系数）以及轮胎的匹配等。

本文主要讨论发动机万有特性、整车整备质量、整车风阻系数以及传动系统传动系数等影响因素对经济性的影响，计算时假定车辆附着良好。

3.1 整备质量变化对NEDC油耗的影响
车重也是影响整车油耗的一个重要原因。

小而轻的微型轿车与又大又重的豪华型轿车相比油耗大幅降低的一个重要原因就是因为整车质量的减小。

由于整车质量的减小可以在汽车行驶时降低其滚动阻力、加速阻力以及坡度阻力。

图3 整备质量对应NEDC 综合油耗的敏感度
图3给出了两款车型各个整备质量对应的NEDC 油耗，图3横坐标为计算整备质量相对基础质量的变化率，纵坐标为NEDC 油耗计算质量相对基础质量的变化率。

由图3可见NEDC 油耗的变化率同质量的变化率基本成线性关系，并且随着整备质量的增加，NEDC 油耗的变化率梯度变小，分别拟合图3中2条曲线得到：
A 车型：1
10.286Y X =*
B 车型：220.320Y X =*
式中1Y 、2Y 分别表示A 、B 两款车型的NEDC 油耗变化率，1X 、2X 表示整备质量变化率，不同车型的变化率虽然不同但是变化趋势一致，可见，同一配置的车型，其整备质量减少10%，则NEDC 综合油耗可随之节油2.5%-3.5%。

3.2 空气阻力系数对NEDC 油耗的影响
汽车空气阻力系数，即CD 值是影响整车油耗的一个重要因素，不同车身形状具有不同的CD 值，随着车速的升高，CD 值对整车油耗的影响将越明显。

图4 空气阻力系数对应NEDC 综合油耗的敏感度
由图4可看出，优化风阻系数是节约燃油的一个有效途径。

NEDC 综合油耗变化率随风阻系数变化率成线性关系，拟合图4中曲线可得到：
A 车型：1
10.135Y X =*
B 车型：220.147Y X =*
式中1Y 、2Y 表示NEDC 油耗变化率，1X 、2X 表示风阻系数变化率，即随着风阻系数每优化10%，综合油耗降低约1%-2%。

3.3 滚动阻力系数对NEDC 油耗的影响
滚动阻力系数是影响整车阻力的重要因素，特别是低速工作，是整车阻力的主要来源，导致该因素成为油耗的重要影响因素，不同轮胎有不同的滚动阻力系数，随着该系数的变化加大，整车油耗的影响将越明显。

图5 滚动阻力系数对应NEDC 综合油耗的敏感度
由图5可看出，降低滚动阻力系数系数是改善燃油经济性的一个有效途径。

NEDC 综合油耗变化率随滚动阻力系数变化率成线性关系，拟合图5中曲线可得到：
A 车型：1
10.166Y X =*
B 车型：220.192Y X =*
式中1Y 、2Y 表示NEDC 油耗变化率，1X 、2X 表示滚动阻力系数变化率，即随着滚动阻力系数每降低10%，综合油耗降低约1%-2%。

3.4 整车滑行阻力对NEDC 油耗的影响
整车滑行阻力对NEDC 循环油耗的影响如图6所示。

图6 整车滑行阻力对应NEDC 综合油耗的敏感度
由图6可看出，整车滑行阻力对NEDC 油耗的影响很大，NEDC 综合油耗变化率随整车滑行阻力变化率基本成反比关系，拟合图6中曲线可得到：
A 车型：1
10.316Y X =*
B 车型：220.323Y X =*
式中1Y 、2Y 表示NEDC 油耗变化率，1X 、2X 表示整车滑行阻力变化率，即随着整车滑行阻力每优化10%，综合油耗降低约3%-4%。

4、结论
从上面分析可以看出，对于NEDC 循环工况，通过优化整车质量、降低风阻系数、降低滚动阻力系数、优化整车滑行阻力等方法等可以降低NEDC 循环百公里油耗。

根据灵敏度对这些影响因素进行排序，如下表2所示。

表2 不同影响因素对NEDC 综合油耗的敏感度
5、总结
在整车开发概念设计阶段或改型阶段，使用仿真软件对整车进行动力性经济性模型分析发挥了越来越重要的作用。

本文通过使用CRUISE 整车仿真软件，建立整车动力总成模型，以某两款乘用车作为实例进行了仿真，并与该车试验结果进行对比，仿真试验一致性好，说明该方法的正确性。

同时，通过对汽车经济性影响因素及其灵敏度进行分析，得出各影响因素相关灵敏度，进而在后期可以有针对性的对某些参数进行优化，以达到改善汽车燃油经济性的目的。

参考文献
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