基于NEDC工況的發(fā)動(dòng)機(jī)能量利用率分析方法

任平　王波

摘 要：發(fā)動(dòng)機(jī)能量利用率是一種分析和評(píng)價(jià)燃油經(jīng)濟(jì)性匹配水平的方法。首先計(jì)算出NEDC工況試驗(yàn)時(shí)為克服行駛阻力所做的功，再通過(guò)NEDC工況試驗(yàn)得出實(shí)際油耗，并將油耗轉(zhuǎn)化為完全燃燒所釋放的能量。將克服行駛阻力所做功除以完全燃燒釋放的能量便是該車型NEDC工況試驗(yàn)時(shí)的能量利用率。能量利用率可用于判斷開(kāi)發(fā)車型與競(jìng)爭(zhēng)車型經(jīng)濟(jì)性匹配水平的優(yōu)劣，也可用于判斷不同級(jí)別車型經(jīng)濟(jì)性匹配水平的優(yōu)劣。

關(guān)鍵詞：能量利用率；NEDC工況；行駛阻力；油耗；經(jīng)濟(jì)性匹配水平

中圖分類號(hào)：U461.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1005-2550（2014）02-0018-06

汽車工業(yè)發(fā)展至21世紀(jì)以來(lái)，受到越來(lái)越多的挑戰(zhàn)，隨著世界能源緊缺的加劇，油價(jià)的逐年上漲，車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性越來(lái)越成為消費(fèi)者在購(gòu)車時(shí)考慮的重要因素之一。而與此同時(shí)，為應(yīng)對(duì)氣候變化危機(jī)，中國(guó)在國(guó)家層面上也提出了汽車行業(yè)的整體節(jié)能減排目標(biāo)，即到2015年行業(yè)平均油耗達(dá)到6.9 L/100 km，到2020年則更降低到5 L/100 km；

受市場(chǎng)環(huán)境與國(guó)家政策的影響，國(guó)內(nèi)的各家汽車企業(yè)，在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，不得不將車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性放在首要位置加以重視，車輛的經(jīng)濟(jì)性能匹配也朝著更精益、更全面和更符合市場(chǎng)需求的方向發(fā)展。

如今國(guó)內(nèi)的汽車企業(yè)，在評(píng)價(jià)某款開(kāi)發(fā)車型相對(duì)同級(jí)別其他競(jìng)爭(zhēng)車型的燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)劣時(shí)，通常采用NEDC循環(huán)工況油耗來(lái)進(jìn)行對(duì)比分析。然而，由于不同車型其自身物理特性（如整備質(zhì)量、輪胎型號(hào)、行駛阻力等）不同，油耗對(duì)比的結(jié)果并不能代表經(jīng)濟(jì)性匹配水平的高低。本文介紹一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)能量利用率的分析評(píng)價(jià)方法，可以一定程度上排除車輛自身物理特性對(duì)于對(duì)比分析結(jié)果的影響，從而解決上述問(wèn)題。

1 采用發(fā)動(dòng)機(jī)能量利用率的意義

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)能量利用率（后稱能量利用率）是指車輛在行駛某段距離時(shí)為克服行駛過(guò)程中的行駛阻力所做的功占實(shí)際消耗燃油完全燃燒所釋放的能量的比例，其公式如式（1）。能量利用率相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，排除了傳動(dòng)系內(nèi)阻對(duì)于能量損失的影響，可以直接反映出車輛燃油經(jīng)濟(jì)性匹配的水平，這個(gè)比例越高說(shuō)明車輛燃油經(jīng)濟(jì)性匹配的水平越高。

（1）

式中：ηe為能量利用率；Wr為車輛克服行駛阻力所做的功；Qin為車輛消耗燃油完全燃燒所釋放的能量。

車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性主要與以下方面有關(guān)：

（1）性能匹配水平：包括動(dòng)力總成的選型、經(jīng)濟(jì)性開(kāi)發(fā)目標(biāo)的設(shè)定、變速箱速比的匹配、整車各子系統(tǒng)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性影響因素的監(jiān)控等方面，體現(xiàn)了整車經(jīng)濟(jì)性系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)水平；

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)自身的節(jié)油水平：這個(gè)水平主要與發(fā)動(dòng)機(jī)的類型，節(jié)油技術(shù)的應(yīng)用情況，零部件加工工藝與精度，所帶負(fù)載的情況等有關(guān)，體現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)水平；

（3）發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)：通過(guò)遍布整車各處的傳感器提供的信號(hào)判斷合理的噴油量，電控系統(tǒng)的匹配開(kāi)發(fā)水平高低對(duì)車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要；

（4）發(fā)動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境：包括進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣系統(tǒng)阻力、排氣系統(tǒng)背壓、冷卻系統(tǒng)冷卻能力、發(fā)動(dòng)機(jī)艙熱流場(chǎng)管理、噴油壓力等，體現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)附件的設(shè)計(jì)水平；

（5）能量傳遞過(guò)程的效率：包括變速箱效率、驅(qū)動(dòng)軸傳遞效率、制動(dòng)殘余阻力造成的效率損失、前束阻力造成的效率損失等，體現(xiàn)了整車底盤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平；

（6）整車物理特性：主要是產(chǎn)生行駛阻力的車輛特性，包括迎風(fēng)面積、風(fēng)阻系數(shù)、整備質(zhì)量、輪胎阻力特性等。

以上六方面影響因素中，整車物理特性往往是不受性能匹配開(kāi)發(fā)工程師控制的，它主要受到車型定位、車輛配置、汽車廠家的技術(shù)開(kāi)發(fā)水平等影響。因此，如果將整車物理特性納入到經(jīng)濟(jì)性匹配水平的評(píng)價(jià)范疇中，將不能真實(shí)體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性匹配水平。

如果采用NEDC工況油耗作為經(jīng)濟(jì)性匹配水平的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際就是將整車物理特性考慮在內(nèi)，因?yàn)橛秃氖艿秸囄锢硖匦缘挠绊憽?/p>

如果采用NEDC工況能量利用率作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，其關(guān)系式中分子實(shí)際就是整車行駛阻力的表征，分母是油耗的表征，包含了由于行駛阻力產(chǎn)生的油耗。兩者相除就在一定程度上抵消了整車物理特性的影響，因此更能體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性匹配的水平。

2 相關(guān)分析說(shuō)明

2.1 整車行駛阻力

在進(jìn)行整車燃油經(jīng)濟(jì)性轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)時(shí)，一般采用道路滑行法來(lái)進(jìn)行行駛阻力的加載，這個(gè)阻力對(duì)應(yīng)著經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)的整車質(zhì)量。

車輛在試驗(yàn)場(chǎng)跑道上進(jìn)行滑行試驗(yàn)時(shí)，主要克服空氣阻力、滾動(dòng)阻力、加速阻力和坡度阻力，其中加速阻力只有在車輛加速時(shí)會(huì)產(chǎn)生，坡度阻力只有在車輛爬坡時(shí)會(huì)產(chǎn)生。而車輛在進(jìn)行NEDC工況試驗(yàn)時(shí)，上述四種阻力中，由于沒(méi)有爬坡，因此坡度阻力是沒(méi)有的。

車輛的道路滑行阻力可以認(rèn)為是與車速的一個(gè)二次函數(shù)關(guān)系，即：

Ff=Aν2+Bν+C （2）

式中：A，B，C為滑行阻力系數(shù)。

2.2 NEDC工況試驗(yàn)時(shí)的能量分解路徑

車輛在進(jìn)行NEDC工況試驗(yàn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃油完全燃燒后釋放出的能量，其中很大一部分通過(guò)熱量散失掉，散失的途徑包括熱輻射、熱傳導(dǎo)與熱對(duì)流；另外一部分用于克服發(fā)動(dòng)機(jī)自身內(nèi)部零部件間的阻力，而較小的一部分最終通過(guò)傳動(dòng)系傳遞到驅(qū)動(dòng)輪，用于克服工況行駛時(shí)的行駛阻力，燃油燃燒能量的分解路徑如圖1。

圖1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃油燃燒能量分解路徑

從圖1中可看出，能量利用率就是整車克服空氣阻力、滾動(dòng)阻力和加速阻力所做功占燃燒能量的比例。

2.3 NEDC工況說(shuō)明

NEDC工況中包含城區(qū)15工況與郊區(qū)13工況，一個(gè)NEDC工況由四個(gè)城區(qū)工況與一個(gè)郊區(qū)工況組成，工況曲線如圖2。

圖2 NEDC工況運(yùn)行圖

NEDC工況中，按照行駛狀態(tài)不同，分為六種工況類型：加速工況、等速工況、怠速工況、減速且不斷開(kāi)傳動(dòng)系工況、減速且離合器脫開(kāi)工況和換擋工況。endprint

3 NEDC工況的能量利用率計(jì)算分析

3.1 各類工況做功分析

3.1.1 加速工況

在NEDC工況中，對(duì)加速工況有明確的定義，要求在一個(gè)確定的時(shí)間段使車輛完成從一個(gè)車速到另一個(gè)更高車速的加速過(guò)程；比如在城區(qū)工況的工況2區(qū)間段，要求車輛在4s的時(shí)間內(nèi)，車速由0提升到15 km/h，如圖3所示。

圖3 加速工況分析示意圖

車輛進(jìn)入加速工況時(shí)，克服的主要阻力包括空氣阻力、滾動(dòng)阻力與加速阻力，其中加速阻力為：

（3）

車輛在進(jìn)行加速工況試驗(yàn)時(shí)，受車輛及發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化，其加速度不是恒定的，但是在進(jìn)行理論分析時(shí)，我們可以認(rèn)為車輛是在進(jìn)行勻加速運(yùn)動(dòng)；

把加速過(guò)程分解為若干區(qū)間，如按照車速每增加1 km/h為一個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間車輛所做的功可根據(jù)單位時(shí)間所做的功與行駛時(shí)間之積來(lái)求得。

單位時(shí)間所做功就是某一個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的車輛克服行駛阻力所消耗的功率Pe（此功率為輪邊功率），由下式求得：

（4）

式中：v指某一個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的車速，km/h。

而汽車行駛速度每增加1 km/h所需的時(shí)間（s）為：

（5）

式中：ta為某個(gè)加速區(qū)間段要求的完成時(shí)間；va為該加速區(qū)間段起始車速；vb為該加速區(qū)間段終了車速。

則在某一個(gè)時(shí)間區(qū)間段，車輛克服阻力所做功（k·Wh）為：

（6）

從行駛初速v1加速至v1+1 km/h，車輛所做功（k·Wh）為：

（7）

式中：Pe0為行駛初速v1時(shí)，即t0時(shí)刻的功率，kW；Pe1為行駛初速v1+1 km/h時(shí)，即t1時(shí)刻的功率，kW。

由車速v1+1 km/h再增加1 km/h，車輛所做功（kW·h）為：

（8）

式中：Pe2為行駛初速v1+2 km/h時(shí)，即t2時(shí)刻的功率，kW。

依此，每個(gè)區(qū)間車輛所做功（kW·h）為：

（9）

式中：Pe（n-1），Pen為t（n-1），tn時(shí)刻的功率，kW。

該加速過(guò)程車輛所做的功（k·Wh）為：

（10）

3.1.2 等速工況

車輛在進(jìn)入等速工況行駛時(shí)，克服的主要阻力包括空氣阻力和滾動(dòng)阻力；這兩個(gè)阻力之和就是前述進(jìn)行道路滑行試驗(yàn)時(shí)整車所承受的阻力，由式（2）可以看出，這個(gè)阻力只與車速有關(guān)，車速一定時(shí)，阻力之和是恒定的。

那么某一個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的車輛克服行駛阻力所消耗的功率Pc（kW），由下式求得：

（11）

式中：v指某一個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的車速，km/h。

那么從某個(gè)時(shí)間點(diǎn)t1等速行駛到t2時(shí)，車輛克服阻力所做功（kW·h）為：

（12）

3.1.3 怠速工況

車輛在進(jìn)入怠速工況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系斷開(kāi)，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速噴油主要用于克服發(fā)動(dòng)機(jī)自身內(nèi)阻，并維持發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

怠速工況小時(shí)怠速油耗Qie（L/h）可在試驗(yàn)時(shí)直接測(cè)得，則發(fā)動(dòng)機(jī)從某個(gè)時(shí)間點(diǎn)t1怠速運(yùn)轉(zhuǎn)到t2時(shí)，其耗油量（L）為：

（13）

利用燃油密度與燃油燃燒熱值，可換算出這段時(shí)間發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃油所釋放出的能量（kW·h）為：

（14）

式中：ρ為燃油密度，理論分析時(shí)，推薦汽油取0.725 kg/L，柴油取0.84 kg/L；q為燃油燃燒熱值，理論分析時(shí)，推薦汽油取11.96 kWh/kg，柴油取11.82 kWh/kg。

從式（13）和式（14）可以看出，此工況發(fā)動(dòng)機(jī)所做功與行駛阻力無(wú)關(guān)。

3.1.4 減速且不斷開(kāi)傳動(dòng)系工況

車輛在進(jìn)入減速且不斷開(kāi)傳動(dòng)系工況時(shí)，電控系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)均增加了斷油的控制策略，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速未降低到某一個(gè)較低轉(zhuǎn)速（這個(gè)轉(zhuǎn)速一般在1000 rpm-1400 rpm）之前，均不對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噴油，依靠行駛的車速反拖發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，以此達(dá)到省油的目的。

在NEDC工況中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降到重新噴油轉(zhuǎn)速后的時(shí)間很短，其燃油消耗量很小，基本可以忽略。因此，在進(jìn)行理論分析時(shí)，可以認(rèn)為減速且不斷開(kāi)傳動(dòng)系工況沒(méi)有油耗產(chǎn)生，即發(fā)動(dòng)機(jī)不做功。

3.1.5 減速且離合器脫開(kāi)工況

離合器脫開(kāi)后，發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系斷開(kāi)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)與怠速工況相同，則車輛從某個(gè)時(shí)間點(diǎn)t1減速行駛到t2時(shí)，其耗油量（L）為：

（15）

利用燃油密度與燃油燃燒熱值，可換算出這段時(shí)間發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃油所釋放出的能量（kWh）為：

（16）

從式（15）和式（16）可以看出，此工況發(fā)動(dòng)機(jī)所做功與行駛阻力無(wú)關(guān)。

3.1.6 換擋工況

車輛在換擋時(shí)，需要踩下離合器踏板，此時(shí)離合器脫開(kāi)，發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系斷開(kāi)，理論分析時(shí)認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)與怠速工況相同，則車輛從某個(gè)時(shí)間點(diǎn)t1減速行駛到t2時(shí)，其耗油量（L）為：

（17）

利用燃油密度與燃油燃燒熱值，可換算出這段時(shí)間發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃油所釋放出的能量（kWh）為：

（18）

從式（17）和式（18）可以看出，此工況發(fā)動(dòng)機(jī)所做功與行駛阻力無(wú)關(guān)。

3.2 NEDC工況運(yùn)行統(tǒng)計(jì)分析

從以上每個(gè)工況的做功情況可以看出，在NEDC工況試驗(yàn)時(shí)，克服行駛阻力做功主要是在加速工況和等速工況完成，其他工況或不做功或做功主要用于克服發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)阻以維持發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

下面對(duì)城區(qū)工況和郊區(qū)工況中各工況的做功用時(shí)情況及做功總和進(jìn)行分析。endprint

3.2.1 城市工況

對(duì)城市工況進(jìn)行詳細(xì)分解并統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表1。

表1 城區(qū)工況各工況用時(shí)

由表1可看出，城市工況試驗(yàn)總計(jì)用時(shí)195 s，其中克服行駛阻力做功總計(jì)用時(shí)93 s，克服發(fā)動(dòng)機(jī)自身阻力做功總計(jì)用時(shí)77 s，未做功的時(shí)間是25 s；

將城區(qū)工況中所有加速工況與所有等速工況所做功相加，便是城區(qū)工況克服行駛阻力所做功的總和WUDC（kW·h）。

3.2.2 郊區(qū)工況

對(duì)城市工況進(jìn)行詳細(xì)分解并統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表2。

表2 郊區(qū)工況各工況用時(shí)

由上表可看出，郊區(qū)工況試驗(yàn)總計(jì)用時(shí)400 s，其中克服行駛阻力做功總計(jì)用時(shí)312 s，克服發(fā)動(dòng)機(jī)自身阻力做功總計(jì)用時(shí)56 s，未做功的時(shí)間是32 s。

將郊區(qū)工況中所有加速工況與所有等速工況所做功相加，便是郊區(qū)工況克服行駛阻力所做功的總和WEUDC（kW·h）。

3.3 NEDC工況能量利用率計(jì)算

NEDC工況克服行駛阻力做功之和（kW·h）：

（19）

NEDC工況中，每個(gè)城區(qū)工況行駛距離為1.013 km，郊區(qū)工況行駛距離為6.955 km，總計(jì)行駛距離為11.007 km。試驗(yàn)時(shí)測(cè)得NEDC工況油耗為Qn（L/100km），則行駛完一個(gè)NEDC工況的耗油量（L）為：

（20）

則依據(jù)式（1）和式（14）可以計(jì)算出NEDC工況下的能量利用率：

（21）

4 能量利用率的分析應(yīng)用

4.1 競(jìng)爭(zhēng)車型對(duì)比分析

比如某公司要開(kāi)發(fā)一款A(yù)級(jí)車，該車型匹配1.5 L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，整備質(zhì)量為1 205 kg，經(jīng)過(guò)NEDC工況經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)，得到試驗(yàn)結(jié)果是：城市工況油耗為9 L/100km，郊區(qū)工況油耗為6.1 L/100km，綜合工況油耗為7.2 L/100km；

該公司為評(píng)價(jià)該車型燃油經(jīng)濟(jì)性匹配的優(yōu)劣，對(duì)市場(chǎng)上同級(jí)別的八款競(jìng)爭(zhēng)車型進(jìn)行了NEDC工況燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)，結(jié)果如表3。

從開(kāi)發(fā)車型與競(jìng)爭(zhēng)車型的對(duì)比結(jié)果來(lái)看，開(kāi)發(fā)車型油耗在同級(jí)別競(jìng)爭(zhēng)車型中，處于比較省油的位置。但是，由于開(kāi)發(fā)車型發(fā)動(dòng)機(jī)排量相對(duì)較小，整備質(zhì)量相對(duì)較低，其油耗較低并不能代表該車型經(jīng)濟(jì)性匹配水平就好。

為此，采用能量利用率方法進(jìn)行對(duì)比和評(píng)價(jià)，結(jié)果如表4。

從上對(duì)比可看出，雖然開(kāi)發(fā)車型的NEDC工況油耗較低燃油經(jīng)濟(jì)性較好，但其能量利用率在同級(jí)別車型中偏低，說(shuō)明開(kāi)發(fā)車型的經(jīng)濟(jì)性匹配的水平較差，仍需要進(jìn)行優(yōu)化。

4.2 不同級(jí)別車型的性能匹配水平對(duì)比

比如A公司開(kāi)發(fā)了一款A(yù)級(jí)車，匹配1.5 L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，整備質(zhì)量1 205 kg，其NEDC工況綜合油耗為7.2 L/100 km。該公司希望與另一家汽車公司B公司比較其車型的經(jīng)濟(jì)性匹配水平，但A公司只有B公司的一款C級(jí)車可供試驗(yàn)分析，該車匹配3.0 L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，整備質(zhì)量1 700 kg，NEDC工況綜合油耗為10.3 L/100km。

由于兩款車型級(jí)別相差很大，在進(jìn)行NEDC工況試驗(yàn)時(shí)，為克服行駛阻力所做的功差別就很大，因此沒(méi)法直接用綜合油耗來(lái)進(jìn)行比較。

這時(shí)，就可以用能量利用率來(lái)進(jìn)行比較，能量利用率排除了車型物理特性的差別，可以進(jìn)行直觀的對(duì)比。經(jīng)過(guò)分析，A公司的A級(jí)車能量利用率為23.8%，B公司的C級(jí)車能量利用率為21.2%，可以說(shuō)明A公司的車型經(jīng)濟(jì)性匹配水平更高。

5 結(jié)論

（1）能量利用率的評(píng)價(jià)方法排除了車輛自身物理特性（重量、阻力等）對(duì)于整車油耗的影響，體現(xiàn)了整車經(jīng)濟(jì)性能的匹配水平；

（2）通過(guò)對(duì)NEDC工況中各類工況的做功分析，可以得出在NEDC工況中克服行駛阻力做功之和，除以所消耗燃油（通過(guò)試驗(yàn)得到）完全燃燒釋放的能量，便可求得在NEDC工況試驗(yàn)中的能量利用率；

（3）汽車企業(yè)在進(jìn)行競(jìng)品分析時(shí)，采用能量利用率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以排除車輛自身物理特性對(duì)于評(píng)價(jià)結(jié)果的影響；在進(jìn)行不同級(jí)別車型性能匹配水平對(duì)比時(shí)，采用能量利用率可以排除不同級(jí)別車型的差異而進(jìn)行直觀的對(duì)比。因此，其實(shí)際應(yīng)用是比較廣泛的。

參考文獻(xiàn)：

[1]余志生.汽車?yán)碚揫M].第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000，10.

[2]彭莫，刁增祥.汽車動(dòng)力系統(tǒng)計(jì)算匹配及評(píng)價(jià)[M].第1版，北京：北京理工大學(xué)出版社，2009，11.endprint

3.2.1 城市工況

對(duì)城市工況進(jìn)行詳細(xì)分解并統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表1。

表1 城區(qū)工況各工況用時(shí)

由表1可看出，城市工況試驗(yàn)總計(jì)用時(shí)195 s，其中克服行駛阻力做功總計(jì)用時(shí)93 s，克服發(fā)動(dòng)機(jī)自身阻力做功總計(jì)用時(shí)77 s，未做功的時(shí)間是25 s；

將城區(qū)工況中所有加速工況與所有等速工況所做功相加，便是城區(qū)工況克服行駛阻力所做功的總和WUDC（kW·h）。

3.2.2 郊區(qū)工況

對(duì)城市工況進(jìn)行詳細(xì)分解并統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表2。

表2 郊區(qū)工況各工況用時(shí)

由上表可看出，郊區(qū)工況試驗(yàn)總計(jì)用時(shí)400 s，其中克服行駛阻力做功總計(jì)用時(shí)312 s，克服發(fā)動(dòng)機(jī)自身阻力做功總計(jì)用時(shí)56 s，未做功的時(shí)間是32 s。

將郊區(qū)工況中所有加速工況與所有等速工況所做功相加，便是郊區(qū)工況克服行駛阻力所做功的總和WEUDC（kW·h）。

3.3 NEDC工況能量利用率計(jì)算

NEDC工況克服行駛阻力做功之和（kW·h）：

（19）

NEDC工況中，每個(gè)城區(qū)工況行駛距離為1.013 km，郊區(qū)工況行駛距離為6.955 km，總計(jì)行駛距離為11.007 km。試驗(yàn)時(shí)測(cè)得NEDC工況油耗為Qn（L/100km），則行駛完一個(gè)NEDC工況的耗油量（L）為：

（20）

則依據(jù)式（1）和式（14）可以計(jì)算出NEDC工況下的能量利用率：

（21）

4 能量利用率的分析應(yīng)用

4.1 競(jìng)爭(zhēng)車型對(duì)比分析

比如某公司要開(kāi)發(fā)一款A(yù)級(jí)車，該車型匹配1.5 L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，整備質(zhì)量為1 205 kg，經(jīng)過(guò)NEDC工況經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)，得到試驗(yàn)結(jié)果是：城市工況油耗為9 L/100km，郊區(qū)工況油耗為6.1 L/100km，綜合工況油耗為7.2 L/100km；

該公司為評(píng)價(jià)該車型燃油經(jīng)濟(jì)性匹配的優(yōu)劣，對(duì)市場(chǎng)上同級(jí)別的八款競(jìng)爭(zhēng)車型進(jìn)行了NEDC工況燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)，結(jié)果如表3。

從開(kāi)發(fā)車型與競(jìng)爭(zhēng)車型的對(duì)比結(jié)果來(lái)看，開(kāi)發(fā)車型油耗在同級(jí)別競(jìng)爭(zhēng)車型中，處于比較省油的位置。但是，由于開(kāi)發(fā)車型發(fā)動(dòng)機(jī)排量相對(duì)較小，整備質(zhì)量相對(duì)較低，其油耗較低并不能代表該車型經(jīng)濟(jì)性匹配水平就好。

為此，采用能量利用率方法進(jìn)行對(duì)比和評(píng)價(jià)，結(jié)果如表4。

從上對(duì)比可看出，雖然開(kāi)發(fā)車型的NEDC工況油耗較低燃油經(jīng)濟(jì)性較好，但其能量利用率在同級(jí)別車型中偏低，說(shuō)明開(kāi)發(fā)車型的經(jīng)濟(jì)性匹配的水平較差，仍需要進(jìn)行優(yōu)化。

4.2 不同級(jí)別車型的性能匹配水平對(duì)比

比如A公司開(kāi)發(fā)了一款A(yù)級(jí)車，匹配1.5 L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，整備質(zhì)量1 205 kg，其NEDC工況綜合油耗為7.2 L/100 km。該公司希望與另一家汽車公司B公司比較其車型的經(jīng)濟(jì)性匹配水平，但A公司只有B公司的一款C級(jí)車可供試驗(yàn)分析，該車匹配3.0 L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，整備質(zhì)量1 700 kg，NEDC工況綜合油耗為10.3 L/100km。

由于兩款車型級(jí)別相差很大，在進(jìn)行NEDC工況試驗(yàn)時(shí)，為克服行駛阻力所做的功差別就很大，因此沒(méi)法直接用綜合油耗來(lái)進(jìn)行比較。

這時(shí)，就可以用能量利用率來(lái)進(jìn)行比較，能量利用率排除了車型物理特性的差別，可以進(jìn)行直觀的對(duì)比。經(jīng)過(guò)分析，A公司的A級(jí)車能量利用率為23.8%，B公司的C級(jí)車能量利用率為21.2%，可以說(shuō)明A公司的車型經(jīng)濟(jì)性匹配水平更高。

5 結(jié)論

（1）能量利用率的評(píng)價(jià)方法排除了車輛自身物理特性（重量、阻力等）對(duì)于整車油耗的影響，體現(xiàn)了整車經(jīng)濟(jì)性能的匹配水平；

（2）通過(guò)對(duì)NEDC工況中各類工況的做功分析，可以得出在NEDC工況中克服行駛阻力做功之和，除以所消耗燃油（通過(guò)試驗(yàn)得到）完全燃燒釋放的能量，便可求得在NEDC工況試驗(yàn)中的能量利用率；

（3）汽車企業(yè)在進(jìn)行競(jìng)品分析時(shí)，采用能量利用率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以排除車輛自身物理特性對(duì)于評(píng)價(jià)結(jié)果的影響；在進(jìn)行不同級(jí)別車型性能匹配水平對(duì)比時(shí)，采用能量利用率可以排除不同級(jí)別車型的差異而進(jìn)行直觀的對(duì)比。因此，其實(shí)際應(yīng)用是比較廣泛的。

參考文獻(xiàn)：

[1]余志生.汽車?yán)碚揫M].第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000，10.

[2]彭莫，刁增祥.汽車動(dòng)力系統(tǒng)計(jì)算匹配及評(píng)價(jià)[M].第1版，北京：北京理工大學(xué)出版社，2009，11.endprint

3.2.1 城市工況

對(duì)城市工況進(jìn)行詳細(xì)分解并統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表1。

表1 城區(qū)工況各工況用時(shí)

由表1可看出，城市工況試驗(yàn)總計(jì)用時(shí)195 s，其中克服行駛阻力做功總計(jì)用時(shí)93 s，克服發(fā)動(dòng)機(jī)自身阻力做功總計(jì)用時(shí)77 s，未做功的時(shí)間是25 s；

將城區(qū)工況中所有加速工況與所有等速工況所做功相加，便是城區(qū)工況克服行駛阻力所做功的總和WUDC（kW·h）。

3.2.2 郊區(qū)工況

對(duì)城市工況進(jìn)行詳細(xì)分解并統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表2。

表2 郊區(qū)工況各工況用時(shí)

由上表可看出，郊區(qū)工況試驗(yàn)總計(jì)用時(shí)400 s，其中克服行駛阻力做功總計(jì)用時(shí)312 s，克服發(fā)動(dòng)機(jī)自身阻力做功總計(jì)用時(shí)56 s，未做功的時(shí)間是32 s。

將郊區(qū)工況中所有加速工況與所有等速工況所做功相加，便是郊區(qū)工況克服行駛阻力所做功的總和WEUDC（kW·h）。

3.3 NEDC工況能量利用率計(jì)算

NEDC工況克服行駛阻力做功之和（kW·h）：

（19）

NEDC工況中，每個(gè)城區(qū)工況行駛距離為1.013 km，郊區(qū)工況行駛距離為6.955 km，總計(jì)行駛距離為11.007 km。試驗(yàn)時(shí)測(cè)得NEDC工況油耗為Qn（L/100km），則行駛完一個(gè)NEDC工況的耗油量（L）為：

（20）

則依據(jù)式（1）和式（14）可以計(jì)算出NEDC工況下的能量利用率：

（21）

4 能量利用率的分析應(yīng)用

4.1 競(jìng)爭(zhēng)車型對(duì)比分析

比如某公司要開(kāi)發(fā)一款A(yù)級(jí)車，該車型匹配1.5 L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，整備質(zhì)量為1 205 kg，經(jīng)過(guò)NEDC工況經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)，得到試驗(yàn)結(jié)果是：城市工況油耗為9 L/100km，郊區(qū)工況油耗為6.1 L/100km，綜合工況油耗為7.2 L/100km；

該公司為評(píng)價(jià)該車型燃油經(jīng)濟(jì)性匹配的優(yōu)劣，對(duì)市場(chǎng)上同級(jí)別的八款競(jìng)爭(zhēng)車型進(jìn)行了NEDC工況燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)，結(jié)果如表3。

從開(kāi)發(fā)車型與競(jìng)爭(zhēng)車型的對(duì)比結(jié)果來(lái)看，開(kāi)發(fā)車型油耗在同級(jí)別競(jìng)爭(zhēng)車型中，處于比較省油的位置。但是，由于開(kāi)發(fā)車型發(fā)動(dòng)機(jī)排量相對(duì)較小，整備質(zhì)量相對(duì)較低，其油耗較低并不能代表該車型經(jīng)濟(jì)性匹配水平就好。

為此，采用能量利用率方法進(jìn)行對(duì)比和評(píng)價(jià)，結(jié)果如表4。

從上對(duì)比可看出，雖然開(kāi)發(fā)車型的NEDC工況油耗較低燃油經(jīng)濟(jì)性較好，但其能量利用率在同級(jí)別車型中偏低，說(shuō)明開(kāi)發(fā)車型的經(jīng)濟(jì)性匹配的水平較差，仍需要進(jìn)行優(yōu)化。

4.2 不同級(jí)別車型的性能匹配水平對(duì)比

比如A公司開(kāi)發(fā)了一款A(yù)級(jí)車，匹配1.5 L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，整備質(zhì)量1 205 kg，其NEDC工況綜合油耗為7.2 L/100 km。該公司希望與另一家汽車公司B公司比較其車型的經(jīng)濟(jì)性匹配水平，但A公司只有B公司的一款C級(jí)車可供試驗(yàn)分析，該車匹配3.0 L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，整備質(zhì)量1 700 kg，NEDC工況綜合油耗為10.3 L/100km。

由于兩款車型級(jí)別相差很大，在進(jìn)行NEDC工況試驗(yàn)時(shí)，為克服行駛阻力所做的功差別就很大，因此沒(méi)法直接用綜合油耗來(lái)進(jìn)行比較。

這時(shí)，就可以用能量利用率來(lái)進(jìn)行比較，能量利用率排除了車型物理特性的差別，可以進(jìn)行直觀的對(duì)比。經(jīng)過(guò)分析，A公司的A級(jí)車能量利用率為23.8%，B公司的C級(jí)車能量利用率為21.2%，可以說(shuō)明A公司的車型經(jīng)濟(jì)性匹配水平更高。

5 結(jié)論

（1）能量利用率的評(píng)價(jià)方法排除了車輛自身物理特性（重量、阻力等）對(duì)于整車油耗的影響，體現(xiàn)了整車經(jīng)濟(jì)性能的匹配水平；

（2）通過(guò)對(duì)NEDC工況中各類工況的做功分析，可以得出在NEDC工況中克服行駛阻力做功之和，除以所消耗燃油（通過(guò)試驗(yàn)得到）完全燃燒釋放的能量，便可求得在NEDC工況試驗(yàn)中的能量利用率；

（3）汽車企業(yè)在進(jìn)行競(jìng)品分析時(shí)，采用能量利用率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以排除車輛自身物理特性對(duì)于評(píng)價(jià)結(jié)果的影響；在進(jìn)行不同級(jí)別車型性能匹配水平對(duì)比時(shí)，采用能量利用率可以排除不同級(jí)別車型的差異而進(jìn)行直觀的對(duì)比。因此，其實(shí)際應(yīng)用是比較廣泛的。

參考文獻(xiàn)：

[1]余志生.汽車?yán)碚揫M].第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000，10.

[2]彭莫，刁增祥.汽車動(dòng)力系統(tǒng)計(jì)算匹配及評(píng)價(jià)[M].第1版，北京：北京理工大學(xué)出版社，2009，11.endprint