第三章汽车使用经济性

第三章汽车使用经济性汽车使用经济性，是指汽车完成单位运输量所支付的最少费用的一种使用性能。它是评价汽车营运经济效果的综合性指标。统计资料表明，我国营运汽车的平均运输成本中，汽车运行材料费（燃料费及轮胎费）所占比率最大，达40％以上。其消耗和节约的研究，对提高汽车使用经济性具有重要作用。本章将从汽车运行材料的合理性作用方面来讨论汽车使用经济性。第一节汽车燃料经济性在当前和今后相当长的一段时期，汽车燃料仍将以石油产品为主。例如，西欧工业发达国家交通运输消耗石油产品的34～45％；美国交通运输部门消耗国内石油产品的52％；我国交通运输和邮电通讯业消耗的石油产品约占总量的16％，每年消耗的汽油占其总消耗量的36％，柴油占27％。2000年中国进口石油7600万吨，接近1GDP。据预测2010年我国石油缺口高达1.6亿吨以上。此外，由于汽车运输的油耗占汽车运输成本的20％以上(见表3-1)。根据我国公路法的规定，公路养路费用将采取征收燃油附加费用的办法，燃料成本会大幅度增加。据统计，平均燃料费增加37.5%～44.5％，甚至高达60％以上。节约燃料就意味着汽车运输成本的降低，经济效益的提高。显而易见，研究汽车燃料经济性对汽车节能的意义重大，例如，同1970年相比，1993年美国汽车平均油耗下降了33％。为此，世界各国都把降低汽车能耗作为一项基本国策，并成为汽车制造和交通运输领域的重要课题。某运输公司汽车货运成本组成表3-1汽车吨位10t载货汽车24t载货汽车成本类型固定折旧利息车辆税保险费可变折旧燃料轮胎维修润滑剂驾驶员工资及花费日常管理成本元229531000018000100000285713500100002500600016729％17.97.814.07.8022.32.77.81.94.713.0元02250037500184203250460714204004080017001500049908％0.07.512.56.220.36.813.60.65.016.7共计128253100.0299446100.0一、汽车燃料经济性的评价指标汽车燃料经济性，是指汽车以最少的燃料消耗完成单位运输工作量的能力。汽车发动机燃料经济性通常用有效燃料消耗率ge或有效效率ηe评价。但它们均不能反映发动机在具体汽车上的功率利用情况及行驶条件的影响。所以，它们不能直接用于评价汽车燃料经济性。为了评价汽车的燃料经济性，常选取单位行程的燃料消耗量（L/100km）或单位运输工作的燃料消耗量（L/100tkm、L/tpkm）作为评价指标。前者用于比较相同容量的汽车燃料经济性，也可用于分析不同部件(如发动机、传动系等)装在同一种汽车上对汽车燃料经济性的影响；后者常用于比较和评价不同容载量的汽车燃料经济性。其数值越大，汽车的经济性越差。汽车燃料经济性也可用汽车消耗单位量燃料所经过的行程km/L作为评价指标，称为汽车经济性因数。例如，美国采用每加仑燃料能行驶的英里数，即MPG或mile/usgal。其数值越大，汽车的燃料经济性越好。由于汽车在使用过程中，载荷和道路条件对汽车燃料的消耗影响很大，也可采用燃料消耗量Q(单位为L/100km)与有效载荷Ge(单位：t)之间的关系曲线，评价在不同道路条件下汽车燃料经济性，称之为平均燃料运行消耗特性。二、汽车燃料经济性试验方法汽车燃料经济性试验方法可根据对各种使用因素的控制程度分为不加以控制的路上试验、控制的道路试验、道路循环试验(包括等油耗、加速、制动油耗等)、在汽车底盘测功器(即转鼓试验台)上的循环试验。表3-2列出了影响汽车燃料经济性的使用因素。影响汽车燃料经济性的使用因素表3-2行驶道路城市、市郊、一般公路、高速公路交通情况道路上行人、车辆构成及车辆密集程度驾驶习惯平均车速、加速度及制动减速度，阻风门的使用情况周围环境气温、风、雨、雪等对表3-2所列的各个因素都不加以控制的试验，称为“不控制的道路试验”。在试验条件中，对被试车辆的维护、调整规范及所用燃料、润滑材料的规格都有明确的规定。由于各种使用因素的随机变化，要获得分散度很小的数据较难。为此，必须用相当数量的汽车(车队)进行长距离(10000km～16000km)的试验，方能获得可信度较高的统计数据。由此可见，这种试验反映了车辆类型、道路条件、交通量、装载质量以及气候等因素对汽车燃料消耗的影响。它可用于全面评价汽车使用燃料经济性，是一种非常接近实际情况的试验。但这种试验持续时间很长，试验费用巨大，一般不被采用。过去我国汽车运输企业采用的“使用油耗试验”就是一种“不控制的道路试验”。即在某地区的某汽车运输部门中，把试验车辆投入实际使用，在运行中认真记录汽车行驶里程与油耗量，最后确定平均油耗量。这种试验结果能较好地反映车队的实际情况，但难以真正做到准确地测量，同时也浪费时间。因此，它适合车型单一的运输企业使用。在道路试验中测量油耗时，若维持表3-2中的一个或几个因素不变，则称作“控制的道路试验”。例如，我国海南试验站进行的汽车质量检查试验规定，应在一般路面、恶劣路面和山区公路上测量百公里油耗，并对一些试验路线作了有较明确规定。如指定在海口市秀英港以南，海榆中线3km处入口、9km处出口，一条通往石山乡，全长18km的便道为试车的恶劣路面；海榆中线北起毛阳南至通什，总长25km的山道为试车的山区公路；而对一般路面，则仅指海南岛上较好的平原公路，未明确规定路段。这就是一种“控制的道路试验”。国外是在汽车试验场的专用试验道路上进行类似的油耗试验。汽车完全按规定的车速－时间规范进行的道路试验方法被称为“道路循环试验”。实验规范中规定了换档时刻、制动时间、速度、加速度、制动减速度等数值。等速行驶油耗试验和怠速油耗试验是这类试验中两种最简单的循环试验方法。等速行驶百公里油耗试验是一种在我国广泛采用的最简单的道路循环试验。试验规范规定，试验在纵坡不大于0.3％的混凝土、沥青道路，要求路面干燥、平坦、清洁、测量路段长度500m，两端可方便地使汽车调头。气温0℃～35℃，气压740mmHg～770mmHg，相对温度50％～95％，风速小于3m/s。汽车技术状况良好，试验前，汽车必须充分预热，使发动机出水温度80℃～90℃，变速器及驱动桥润滑油温度不低于50℃。试验时，汽车用最高档等速行驶，从车速20km/h开始，以车速10km/h的整倍数，直至该档最高车速的80％，至少测定5点。通过500m测量段，测定耗油量和时间，每种车速往返试验各两次，两次试验之间的时间间隔(包括使车速达到预定的稳定车速所需的助跑时间)应尽可能地缩短，以保持稳定的热状况。往返共四次试验结果的油耗量差值不应超过±5％，取四次试验结果的平均值为等速行驶的耗油量。等速行驶燃料经济性不能全面考核汽车运行燃料经济性，它只能作为一种相对比较性的指标。因为等速燃料经济性试验缺乏有关动力性要求的检验指标，容易造成试验汽车的动力性要求与燃料经济性匹配不合理的现象；此外，等速行驶燃料经济性不能反映汽车实际行驶中频繁出现的加速、减速等非稳定行驶工况。我国针对载货汽车、城市公共汽车和乘用车提出了相应的燃料经济性试验规范。载货汽车“六工况燃料测试循环”、城市公共客车四工况（GB/T12545.2-2001）方法见表3-2至表3-3和图3-1、图3-2和图3-3。试验过程是，用仪器记录行程－车速－时间曲线，检查试验参数。在每个试验单元中，车辆终速度偏差应小于±3.0km/h，其它工况速度偏差±1.5km/h，要求控制六工况的总行驶误差小于±1.5s。完成一个单元试验后，尽可能迅速地调头，从相反方向重复试验。累计进行四个单元试验，将此六工况循环或四工况循环的累计耗油量折算成算术平均百公里耗油量测定值。“乘用车城市底盘测功机试验运转循环”（GB12545.1-2001）方法见表3-4至表和图3-3。距离测量准确度应为0.3%，时间测量的准确度为0.2S，燃料测量精度±2％，燃料测量装置的进出口压力和温度变化不得超出10％和±5℃，环境温度应为5℃～35℃，大气压力应为91kPa~104kPa。六工况循环试验参数表表3-3工况行程m时间s累计行程m车速km/h加速度m/s2112511.312540－217514.030040～500.2325018.055050－425016.380050～600.17525015.0105060－630021.6135060～400.26城市客车和双层客车四工况循环试验参数表3－4工况序号运转状态km/h行程m累积行程m时间Min变速器档位及换挡车速km/h档位换档车速10~25换档加速5.55.55.6II～III6~824.5308.8III～IV13~15508011.8IV～V19~217015011.4V22512027017.2V3(30)25～40160430(20.9)17.7V4减速行驶270700空档注：1对于5档以上变速器采用II挡起步，按表中规定循环试验；对于4挡变速器I档起步，将IV挡代替表中V档，其他依次代替，则按表中规定试验循环进行。2括号内数字适用于铰接式客车及双层客车。乘用车十五工况循环试验参数表3－5工况运转次序加速度2/Sm速度hkm/每次时间累计时间S手动变速器使用档位运转/S工况/S11怠速－－1111116sPM1)十5s)11K22加速1.040→154415133等速－158823144等速—0.6915→102152515减速,离合器脱开—0.9210→03281K56怠速－－21214916sPM十5s1K67加速0.830→1512125418换档56－9加速0.9415→32612710等速－322424852811减速—0.7532→1081193212减速离合器脱开—0.9210→03962K913怠速－－212111716sPM十5s1K1014怠速0.830→152626122115换档124－16加速0.6215→35133217换档135－18加速0.6235→5014331119等速50121215531220等速0.5250→358816331321等速－35131317631422换档－－121217823减速—0.8632→10185224减速离合器脱开—0.9210→01882K1525怠速－－771957sPM1)PM指变速器在空档，离合器接合。2)1K(或2K)指变速器挂1档(或2档)，离合器脱开。3)如车辆装备自动变速器，驾驶员可根据工况自行选择合适的档位。美国机动车工程师协会(SAE)曾推荐了四种道路循环，见图3-4及表3-6。道路循环试验在一定程度上反映了汽车实际行驶工况。它具有数据重复性好，使用仪器简单，花费时间少，消耗低等优点。所以，现有使用这类方法的很多。在汽车底盘测功器上进行汽车燃料经济性测量是汽车制造商和汽车检验认证机构常用的室内试验方法。这种试验能借助底盘测功器模拟汽车行驶阻力与加速时惯性阻力等道路上的行驶工况。所以，可以按照很复杂的循环规范对汽车进行室内试验。若试验间的气温也能控制，则室内汽车测功器就能控制主要使用因素。SAE道路循环试验规范表3-6行驶循环城市城郊州际州际开始试验条件试验地点长度，m行驶时间,min平均车速,hkm/最高车速,hkm/最大加速度，2/Sm定速时间,％加速时间,％减速时间,％怠速时间,％每英里停车次数热,车试验道32197.724.948.22.158.311.317.413.04.0热车试验道83697.666.196.62.175.211.310.53.00.4热车试验道75645.189.096.60.361.819.119.100热车试验道75644.0113.5120.70.351.524.324.200图3-5是美国环保局(EPA)CVS-C行驶循环(UDDS循环)的速度-时间关系曲线。整个循环行驶时间为22.87min，行程12km，平均车速31.4km/h，最高车速90.9km/h。它是根据美国洛杉矶市中心的交通情况拟定的，包括了一系列