非動(dòng)力總成因素對(duì)整車油耗靈敏度的優(yōu)先級(jí)分析

張　亮

上海交通大學(xué)機(jī)械動(dòng)力工程學(xué)院

?

非動(dòng)力總成因素對(duì)整車油耗靈敏度的優(yōu)先級(jí)分析

張亮

上海交通大學(xué)機(jī)械動(dòng)力工程學(xué)院

汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)影響因素包括發(fā)動(dòng)機(jī)效率，傳動(dòng)系統(tǒng)效率，道路阻力，附件效率，標(biāo)定控制等多個(gè)方面，本文重點(diǎn)分析各非動(dòng)力總成技術(shù)因素，利用正交設(shè)計(jì)，結(jié)合整車仿真模型、實(shí)車實(shí)驗(yàn)和數(shù)理分析等手段，得出各非動(dòng)力總成因素對(duì)乘用車燃油經(jīng)濟(jì)性的影響程度，形成對(duì)非動(dòng)力總成因素重要性排序識(shí)別，對(duì)油耗影響程度的大致關(guān)系，指導(dǎo)整車燃油經(jīng)濟(jì)性開發(fā)成本控制和策略制定。

[Abstract]Automotive fuel economy technology factors including engine efficiency, transmission system efficiency, road resistance, accessory efficiency, calibration control and other aspects, this thesis focuses on the analysis of the non-powertrain factors, the use of orthogonal design, combined with the vehicle simulation model, real vehicle test and mathematical analysis, and other means, to identify the priority of a non-powertrain factors, forecast the technical improvement tendency of the FE factors, provide the fuel economy development guideline for cost control and strategy.

燃油經(jīng)濟(jì)性影響因素仿真計(jì)算油耗改進(jìn)正交擬合

(接上期)

有兩個(gè)水平，其余五個(gè)因素設(shè)定了三個(gè)水平。由于各因素各水平間的組合可以達(dá)到數(shù)百種，通過窮舉因素組合工作量非常巨大，因此要引入正交設(shè)計(jì)。六因素的組合分析需要用到L18正交列表，按照各要素的水平設(shè)計(jì)如下。

各因素的水平對(duì)應(yīng)如下表

按照正交表分別進(jìn)行十八組的仿真計(jì)算，結(jié)果匯總?cè)缦?

表5　各因素的水平對(duì)應(yīng)表

2.2數(shù)據(jù)分析

2.2.1直觀分析計(jì)算(極差R)

由上表所求的的極差R可以看到，發(fā)動(dòng)機(jī)因素對(duì)油耗水平影響最為顯著，制動(dòng)拖滯阻力影響最為微弱，按照主次排序可以得出發(fā)動(dòng)機(jī)>轉(zhuǎn)向類型>整車重量>空氣動(dòng)力學(xué)阻力系數(shù)>輪胎滾動(dòng)阻力>制動(dòng)拖滯阻力。

2.2.2方差分析表

先計(jì)算各因素所對(duì)應(yīng)的各水平的總值K1j, K2j, K3j及其平方K1j^2,K2j^2,K3j^2， T為各仿真結(jié)果的總和。由于需要進(jìn)行隨機(jī)誤差的分析，下面計(jì)算表中除了6項(xiàng)因素外還保留L18正交表中的G列空列作為計(jì)算依據(jù)。

表6　數(shù)據(jù)列表

由此可以計(jì)算各因素的偏差與自由度

式中 r為各個(gè)水平的重復(fù)數(shù)，

總自由度 df=n-1=18-1=17；

A因素自由度為dfA=2-1=1；

BCDEF自由度為 dfB=dfC=dfD=dfE=dfF=3-1=2;

隨機(jī)誤差自由度dfe=df-dfA-dfB-dfC-dfD-dfE-dfF=6;

基于以上數(shù)值做方差分析表：

表7　數(shù)據(jù)列表

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)空氣動(dòng)力學(xué)cd制動(dòng)拖滯阻力扭矩整車重量輪胎滾動(dòng)阻力發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)1422231215223123162313231723213118233212K1j58.21941.079040.737041.349040.818039.0420K2j62.26140.040040.022040.056040.250039.3600K3jNA39.361039.721039.075039.412042.0780K1J6.468777786.846500006.789500006.891500006.803000006.50700000K2J6.917888896.673333336.670333336.676000006.708333336.56000000K3JNA6.56026.62026.51256.56877.0130極差R0.450.290.170.380.230.51

可以看到，除動(dòng)力總成因素以外，非動(dòng)力總成因素中A與D均為較顯著水平，其他的為次要水平。

通過優(yōu)化預(yù)測(cè)，A1B3C3D3E3F1的組合為最佳方案，根據(jù)表2.2，水平因子的其具體因素所代表的含義為6.7 L/100 km為這些因素正交組合的均值水平，而最佳組合的油耗值為5.7 L/100 km。

表8　數(shù)據(jù)列表

表9　方差分析表

表10　數(shù)據(jù)列表

圖7　數(shù)據(jù)列表

3　總結(jié)

本文通過篩選了主要的油耗影響因素進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，從數(shù)理角度得出各因素間的主次關(guān)系，給整車油耗優(yōu)化方向提供了一定的參考。通過匯總分析結(jié)論，可以有如下總結(jié)：

● 整車驅(qū)動(dòng)系阻力對(duì)油耗有著一定影響，如制動(dòng)拖滯阻力與輪胎滾動(dòng)阻力。隨著設(shè)計(jì)與技術(shù)進(jìn)步，這些子系統(tǒng)的效率正不斷的提高，邊際效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)，進(jìn)一步的改進(jìn)可能面臨著多方面整車性能的退化，成本也將大幅上升。另外的邊際效應(yīng)也體現(xiàn)在這些附帶因素所帶來的油耗改進(jìn)越來越不明顯，本文中的所假設(shè)的最小水平仍然是目前行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的水平，但卻對(duì)油耗的改進(jìn)非常有限，優(yōu)先級(jí)并不高；

● 對(duì)于整車質(zhì)量與空氣動(dòng)力學(xué)，能從車輛根本屬性上改善油耗。另外，大幅改進(jìn)的整車質(zhì)量與空氣動(dòng)力學(xué)性能，將為發(fā)動(dòng)機(jī)小型化，小馬力化提供

更大的可行空間，整車輕量化和優(yōu)化空氣動(dòng)力學(xué)為降低整車油耗的第二重要性；

● 對(duì)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的油耗影響明顯，改進(jìn)到電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)顯得非常緊迫。SGM的車型列表中，在2009年配備EPS的車型數(shù)僅占總數(shù)的10%左右，到2014年將實(shí)現(xiàn)80%以上的覆蓋。由于電子助力轉(zhuǎn)向的特性，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)油耗的影響將接近于無，盡管本文分析中顯示出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有重要的顯著特征，但隨著行業(yè)應(yīng)用電子助力轉(zhuǎn)向的不斷普及，這一因素在整車油耗中的作用將逐漸消失。

[1]李紅偉，孫炳光，輪胎滾動(dòng)阻力分析測(cè)試，北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院，北京；

[2]昃強(qiáng) 劉鵬，汽車空氣動(dòng)力學(xué)仿真，長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)研究院CAE部 071000；

[3]謝剛，陳曉松，制動(dòng)鉗總成拖滯力矩六西格瑪項(xiàng)目, 天合汽車集團(tuán)(TRW Automotive Holdings Corp.)

[4]GB/T19233, 輕型汽車燃料消耗量試驗(yàn)方法;

[5]邵偉棟, 君越混合動(dòng)力轎車燃油經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力性研究, 上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，2008年12月；

[6]騰海英，祝國(guó)強(qiáng)，黃平，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)例分析，第二軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部數(shù)理教研室，上海200433)；

[7]孔春花，在用乘用車燃油經(jīng)濟(jì)性分析研究，Research on Fuel Economy Analysis of the Used Passenger Car, 2007年10月

[8]余志生， 汽車?yán)碚?第二版)，北京，清華大學(xué)出版社，2003.6

[9]美國(guó)能源部二氧化碳信息分析中心(CDIAC), 全球二氧化碳排放量統(tǒng)計(jì)；

[10]莊仲達(dá)，白二朋，影響汽車油耗的因素及降低油耗的對(duì)策， 北京林業(yè)大學(xué)，北京；

[11]范例，司利增，影響汽車油耗的因素分析[J]， 農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備，2010(04).

Study on Non-Powertrain Factor Impact to Fuel Economy Sensitivity

ZhangLiang

SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240

fuel economyfactorsimulationfuel consumption improvementorthogonalfitting

1006-8244(2016)02-041-05

張亮，

U463.212

B