温泉，徐月云，张广秀

（中国汽车技术研究中心，天津 30000）

实际条件下轻型汽车整车及发动机运行特征研究

温泉，徐月云，张广秀

（中国汽车技术研究中心，天津 30000）

采集了济南市6辆不同排量轻型汽车一个月正常行驶条件下的数据，分析了车辆实际通勤工况的基本特征，比较了不同排量下轻型汽车的整车及发动机工况差异。结果表明：济南市车辆通勤工况的怠速比例约为27%，平均车速为25km/h；发动机的运行区间主要集中在转速为600~1000r/min，扭矩百分比在10%~20%之间，但是随着排量的增大，发动机的低转速比例升高，增压发动机的低转速比例同样升高；研究的成果可以为基于实际条件的车型开发提供技术支持。

实际运行；整车；发动机；工况

前言

汽车行驶工况是汽车行业一项重要的基础标准，是汽车产品（包括新能源汽车）开发过程中的重要设计输入，是汽车各项性能指标标定优化时的主要基准，也是进行排放和油耗认证的基础。目前我国在进行轻型汽车排放和油耗认证时，使用的是欧洲的行驶工况（NEDC）。NEDC是一种稳态工况，包括市内（ECE，1部)、市郊（EUDC，2部）。其中，1部从0~780秒，为市区部分，由4个连续的循环构成；2部从781~1180秒，为市郊部分。市区部分通过低速、低负荷及低排气温度等反映了城市的驾驶情况，全长4.052km，时长780秒，最大车速 50km/h，平均车速 19km/h。市郊部分也就是EUDC循环，较市区部分车速更高。市郊部分全长6.955km，时长400秒，最大车速120km/h，平均车速62.6km/h）。文献1-3[1-3]分别研究了天津、宁波、合肥和重庆等城市的汽车行驶工况，研究发现：上述城市的轻型车行驶工况与NEDC工况的特征差异较大，并且给出了各城市行驶工况的改进建议；上述研究还表明不同车辆在同一车流中反应出来的速度特征是一致的，与车辆参数配置并无关系。但是在同一车流中，不同车辆发动机运行工况是否一致，利用单一整车工况是否能够控制不同车辆发动机整个运行范围内的排放和油耗却鲜有报道。

本文在济南市选择6辆不同排量、不同进气方式的车辆，车辆按照实际使用特征进行使用，分别采集一个月的行驶工况数据，并对其运行工况特征进行分析，比较不同排量、不同进气方式车辆发动机的运行特征差异，从而为制定更加有效控制车辆全工况内排放和油耗工况和基于实际条件下的车辆开发及技术选择提供技术支持。

1 试验设计

1.1 试验车辆

选择6辆轻型汽车，排量覆盖范围为1.5L至2.4L。其中，还包括两辆同为2.0L排量车辆，进气方式分别为自然吸气和双增压。车辆具体信息见表1。

表1 选择车辆参数

1.2 试验设备

试验系统由两部分组成，车载数据采集终端和数据管理平台。车载数据采集终端将采集信息按照统一的数据协议编排，并通过GPRS网络实时发送到工况数据管理系统。车载数据采集终端的数据来源包括两部分，GPS和车载诊断系统（OBD）。采集流程如图1所示。采集参数见表2。

图1 数据采集示意

表2 采集参数

1.3 试验规划

使用自主驾驶法采集车辆的行驶工况数据。自主驾驶法，即不规划道路，自由驾驶，保证驾驶区域覆盖济南市整个区域，以充分反映实际道路情况下的汽车行驶工况特征。采集时间为7月1日至7月31日，共收集数据约为90万条（秒），各车辆运行里程如表3所示。

表3 各车辆运行里程统计 单位：km

2 试验结果分析

2.1 整车运行特征分析

本文分析了济南市行驶工况的13个特征参数包括：平均速度、四种工况（怠速、加速、减速和匀速）和速度分布比例（以0为起点，以10km/h为间隔，共八个区间）等，参数具体定义参见文献1。图2车辆平均速度的计算结果。从中可以发现，采集车辆的平均速度约为25km/h，不同车辆的平均速度有差异，车辆4平均车速最高约为28km/h，车辆2平均车速最低约为22km/h。图3为不同车辆怠速、加速、减速和匀速四种工况的时间比例特征，从中可以发现，采集车辆的平均怠速时间比例约为 27%，主要集中在 24%~29%之间，加速比例集中在 19%~24%之间，减速比例集中在23%~27%之间，差异不大。图4为采集车辆的速度分布，采集车辆的速度主要集中在 50km/h以下，不同车辆的速度区间分布与综合的速度区间分布的变化趋势大体一致。

根据上述结果并结合车辆本身配置可以发现，车辆在实际运行时，运行特征主要与运行环境和交通状况相关。是否可以通过调查车辆运行特征构建典型工况就可以完全控制车辆的排放和油耗水平呢？不同配置车辆在宏观运行特征基本一致的前提下，发动机的运行特征是否一致？下文将分析不同排量的车辆实际运行时发动机运行特征的差异，以及相同排量不同进气方式车辆发动机的运行特征。

图2 不同车辆平均速度

图3 不同车辆四种工况分布

图4 不同车辆的速度分布

2.2 发动机运行特征分析

2.2.1 不同排量发动机运行特征比较

由文献4可知，目前法规用发动机工况是通过发动机转速和发动机扭矩进行表征。本文重点分析了不同排量发动机实际运行时的转速和扭矩百分比的分布特征。其中，图5为1.5L车辆的运行特征，图6为 2.0L车辆的运行特征，图 7为2.4L车辆的运行特征。从图5可以发现，1.5L排量的车辆，发动机转速分布在 600~2000r/min，扭矩百分比主要在 30%以下，发动机运行主要区间集中在转速为600~1000r/min，扭矩百分比在10%~20%之间。图6和图7分别为排量2.0L和2.4L车辆发动机的运行特征，分布趋势变化与1.5L车辆的变化趋势基本一致，主要运行区间集中在发动机转速为600~1000r/min，扭矩百分比为10%~20%之间。

图5 车辆5发动机运行特征

图6 车辆3发动机运行特征

图7 车辆2发动机运行特征

对比上述不同排量的车辆的发动机运行特征发现：车辆实际运行时发动机主要运行区间基本一致，发动机运行区间主要集中在600~1000r/min，扭矩百分比在10%~20%之间，但是随着排量的增大，该区间内的占比越来越高，1.5L车辆在该区间的比例约为5%，2.0L车辆的比例约为10%，而2.4L排量车辆的比例则高达15%。另外，对比三辆采集车辆的运行特征发现：1.5L排量车辆的在1000r/min以上的转速出现的比例比另外两辆测试车辆高出很多，呈现了三峰状，在1500~2000r/min扭矩在10%~20%区间内占比约为3%，而转速在1500~2000r/min，扭矩百分比在20%~30%，同样出现尖峰，占比也约为 3%；2.0L排量车辆，呈现双峰状，未出现转速在 1500~2000r/min，扭矩百分比在 20%~30%区间的尖峰；2.4L与上述两辆车辆相比，只有一个尖峰，即转速在1000~2000r/min，扭矩百分比在10%~20%的运行区间。上述结果说明随着排量的增大，发动机的主要运行转速区间向低转速集中，造成上述现象的主要原因为：车辆实际运行时，受交通环境的影响，不同配置车辆宏观运行速度特征相差不大，但是不同排量车辆在相同功率的需求下，车辆排量越小，需要发动机的运行转速越高。

2.2.2 不同进气方式发动机特征比较

选择了同为2.0排量发动机，但是进气方式不同的两辆车进行分析。2.0L自然吸气发动机运行特征见图6，图8为2.0L增压发动机的运行特征，该发动机为双增压技术，即同时配置了机械增压和涡轮增加。对比2.0自然吸气与2.0增压的车辆发动机的运行特征可以发现，增压发动机的主要运行区间与其他测试车辆主要运行区间基本一致，主要集中在1000~2000r/min之间，扭矩百分比在10%~20%之间。但是与非增压发动机相比，带增压的车辆的发动机运行特征在低转速去更为集中，与2.4L发动机运行特征接近。造成上述现象的原因为：在相同转速下，增压发动机能够输出的功率更大，为此，在相同功率的需求下，增压发动机的转速更低。

图8 2.0增压发动机运行特征

通过上述分析还发现，车辆在实际使用时，主要运行工况为通勤工况，运行转速较低，双增压技术能够发挥作用，但是仅仅采用涡轮增压技术是否能够达到应有的效果值得商榷。车辆在实际通勤使用时，发动机主要运行转速范围约占到发动机最大转速的 1/3（一般发动机最大转速约为 7000r/min以上），而通过车辆测试结果可以看出，其余转速范围发动机仍然能够覆盖，只是占比较小，因此只制定一条具有代表性的通勤工况，将无法在全工况范围控制车辆的排放和油耗水平，也无法完全反应车辆实际运行状况，因此制定包含不同用途的工况体系，通过调查给予每个工况不同权重，是一个可以考虑的建议。

3 总结

采集了济南市6辆不同排量轻型汽车为期一个月的车辆行驶数据，分析了车辆的实际通勤工况的基本特征，比较了不同排量下轻型汽车的整车及发动机工况差异。结果表明：济南市车辆通勤工况的怠速比例约为 27%，平均车速为25km/h，车辆实际行驶时，宏观速度特征只与交通环境相关，与车辆配置相关性不大。但是通过对不同排量的车辆以及增压非增压车辆发动机的运行特征（发动机转速—扭矩百分比的联合分布）的分析发现，在宏观速度特征基本一致的前提下，不同车辆的发动机运行特征相差较大，随着排量的增大，发动机低转速的比例越来越高；增压非增压对发动机的运行特征也有很大影响，增压发动机实际运行工况下的低转速比例比自然吸气发动机高出很多。

目前只有单一工况的法规体系并不能全负荷范围内控制车辆的油耗和排放，如果基于仅仅制定一条法规曲线，将会造成发动机的大部分工况点未得到有效控制，制定包含不同运行工况（通勤、低速和高速等）特征工况体系，将有利于全负荷范围内的控制车辆油耗和排放。

[1] 张富兴.城市车辆行驶工况的研究[D].武汉：武汉理工大学,2005.

[2] 杨延相等.天津市道路汽车行驶工况的研究[J].汽车工程,2002,03：201-204.

[3] 王岐东等.中国城市机动车行驶工况研究[J]. 环境污染与防治,2007,10:745-748.

[4] GB 17691-2005.车用压燃式、气体点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国III、IV、V阶段）[S].北京：中国标准出版社,2005.

The Research on the Cycle Characteristic of Light Duty Vehicle and Engine on Real World Condition

Wen Quan, Xu Yueyun, Zhang Guangxiu
( China Automotive Technology and Research Center, Tianjin 300300 )

In this research, we chose 6 light cars with different emission degrees in city Jinan and operated them according to their original customer habits. During a period of 3 months, we managed to get necessary data collected.These data are used to analysis essential features of the practical light car commute cycle in Jinan. We also compared car and engine conditions under different emission degrees. Here's the brief result: idle rate of commute cycle in Jinan is about 27%, average speed is about 25km/h; engine interval mainly concentrates at 600~1000r/min, torque rate is between 10% and 20%, however, low rotate speed rates of both engine and supercharged engine increase along with emission degree; through our research, technical support is available for vehicle development base on practical conditions.

on real world; whole vehicle; engine; cycle

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)12-111-04

U467 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)12-111-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.037

温泉，就职于中国汽车技术研究中心。