基于Cruise軟件的某國六排放輕卡降燃油耗方案分析

李林林

(上海新動力汽車科技股份有限公司，上海 200438)

0 前言

在國內汽車市場，輕卡是指整車額定滿載質量為1.8～6.0 t的載貨車。某快遞公司購買了1輛某品牌的滿足國六排放標準的輕卡，在使用了一段時間后，發(fā)覺該車的燃油耗偏高。該輕卡的每百公里燃油耗為13.7 L，而競品車輛的燃油耗為每百公里13.0 L。該款品牌輕卡車型是快遞公司在當地購買的第1輛國六輕卡，用戶的駕駛體驗決定了該公司后續(xù)是否批量采購該款車型。因此，當地該品牌輕卡經銷商向提供該款車型發(fā)動機的生產廠家提出了整改意見，要求生產廠家在1個月內提供切實可行的降低燃油耗的方案。

1 降燃油耗方案的選擇

經過現場調研，發(fā)現該快遞公司主要是為客戶提供城市貨物配送服務。該公司配送的貨物質量基本在3.0 t的標準載重范圍內，車輛行駛路況包括平原市區(qū)道路和平原省道，且行駛路況中包含一段坡度為9.00°的小長坡，車速范圍為0～80 km/h。車輛在行駛過程中沒有出現因故障限扭而導致動力不足的現象，車輛也能夠嚴格按照要求定期進行空濾、機油濾和燃油濾的保養(yǎng)。如表1所示，通過實際情況分析，總結了影響輕卡燃油耗的主要因素及其影響程度[1]。

從表1可以看出，影響輕卡燃油耗因素中的車輛行駛線路性質及特點、環(huán)境因素、駕駛員的駕駛習慣、整車狀況及發(fā)動機本體性能等因素是較難改善的，需要從發(fā)動機和整車的匹配合理性這一因素來思考如何有效降低燃油耗。在輕卡降低燃油耗的諸多方法中，有一種方法非常實用，即通過適當降低車輛的后橋速比，實現降低輕卡燃油耗的目標。由于該快遞公司用車的行駛路線主要在平原，且基本工況為標載，車輛不需要很強的爬坡能力。因此，可通過降低后橋速比來降低整車的燃油耗，在降低整車燃油耗的同時，保持發(fā)動機的動力性能。

表1 影響輕卡燃油耗的主要因素及其程度

目前，該品牌輕卡車型的發(fā)動機配裝有3種后橋速比，分別為4.875、4.375和3.909。該快遞公司購買車型的后橋速比配置為4.875。該款車型的基本配置見表2。分析了該款車型降低燃油耗的方法，選擇了其中兩種方案進行試驗驗證。方案1是將原車動力鏈后橋速比由4.875改為4.375；方案2是將原車動力鏈后橋速比4.875改為3.909。

2 Cruise軟件仿真計算

從Cruise模型庫中調取已有的整車后橋速比為4.875的整車動力鏈仿真模型(圖1)。該模型主要由發(fā)動機、離合器、變速箱、后橋、差速器、制動器、輪胎等模塊組成[2]。Cruise模型仿真計算值與整車實際性能試驗值見表3。

表2 整車基本配置

圖1 Cruise模型庫中已有的整車動力鏈仿真模型圖

由表3的數據進行分析，發(fā)現已有的整車動力鏈模型仿真計算理論值與整車實際性能試驗值的偏差最大不超過2.3%，表明了該動力鏈仿真模型具有較高的精度。在已有的Cruise模型中，將后橋速比數值4.875更改為方案1選擇的后橋速比4.375和方案2選擇的后橋速比3.909進行仿真計算。隨后，將原車動力鏈配置與兩種降低燃油耗方案的相關參數進行了對比。

表3 Cruise模型仿真計算值與整車實際性能試驗值

2.1 最大爬坡度對比

將Cruise仿真計算結果分別與方案1和方案2的各檔位最大爬坡度進行了比較。如表4所示，從最大爬坡度對比情況來看，方案1和方案2的各檔位最大爬坡度均比原車動力鏈配置的各檔位最大爬坡度低。方案1中，4檔最大爬坡度為9.59°，意味著車輛在標載的情況下，經過坡度為9.00°的小長坡時，依然可以使用4檔行駛，而不必采用坡道減檔的方式爬坡，這樣可以減輕駕駛員的換檔疲勞，但不會降低車輛的動力性。方案2的 4檔最大爬坡度為8.35°，意味著車輛在標載的情況下，經過坡度為9.00°的小長坡時，要從4檔降為3檔，才能持續(xù)爬坡，該操作會增加駕駛員的換檔疲勞強度，降低車輛的動力性。

表4 最大爬坡度對比

2.2 加速時間對比

將Cruise仿真計算結果分別與方案1和方案2的加速時間進行了比較(圖2)。從加速時間對比情況分析，車輛在0～40 km/h起步加速時間、0～80 km/h起步加速時間和次高檔位40～80 km/h加速時間上，方案1比原車動力鏈配置分別增加了0.18 s、1.21 s和3.03 s，方案2比原車動力鏈配置分別增加了0.36 s、2.63 s和7.51 s。因此，方案1基本上不會引起駕駛員對車輛動力性變化的感受，而方案2的動力性降低差異較為明顯，駕駛員有明顯感受。

圖2 加速時間對比

2.3 最高車速對比

將Cruise仿真計算結果分別與方案1和方案2的最高車速進行了比較(圖3)。從最高檔位車速和次高檔位車速對比情況分析，方案1與方案2的最高檔位最高車速、次高檔位最高車速均滿足輕卡的最高檔和最高車速(車速大于110 km/h)的設計要求，以及次高檔最高車速(車速大于90 km/h)的設計要求。

圖3 最高車速比較

2.4 最高檔位等速油耗對比

將Cruise仿真計算結果分別與方案1和方案2在最高檔位等速工況下的每百公里燃油耗進行了比較(圖4)。比較最高檔位等速每百公里燃油耗，車輛在最高檔位分別為50 km/h、60 km/h、70 km/h、80 km/h和90 km/h的等速工況下，方案1比原車動力鏈配置的每百公里燃油耗分別下降了0.13 L、0.16 L、0.21 L、0.25 L和0.34 L；方案2比原車動力鏈配置的每百公里燃油耗分別下降了0.19 L、0.31 L、0.41 L、0.43 L和0.50 L。方案2最高檔位等速每百公里燃油耗下降較大。

圖4 最高檔位等速燃油耗比較

表5 采用方案1的Cruise軟件仿真計算值與整車實際性能試驗值對比

2.5 C-WTVC工況下每百公里綜合燃油耗對比

將Cruise仿真計算結果分別與方案1和方案2在C-WTVC工況下每百公里綜合燃油耗進行了對比(圖5)。從C-WTVC工況下每百公里綜合燃油耗來看，方案1比原車動力鏈配置下降了0.5 L，方案2比原車動力鏈配置下降了0.8 L。

圖5 C-WTVC工況下每百公里綜合燃油耗對比

綜上所述，采用方案1 的車輛在整車標載的情況下，駕駛員使用4檔就可以爬升9°的小長坡，0～40 km/h起步加速時間及在0～80 km/h起步加速時間比原車動力鏈配置只增加了0.18 s和1.21 s，次高檔位40～80 km/h加速時間只增加了3.03 s，最高檔位最高車速和次高檔位最高車速均滿足整車設計要求，車輛動力下降不明顯，最高檔位等速每百公里燃油耗和在C-WTVC工況下的每百公里綜合燃油耗也有所降低。采用方案2的車輛雖然在最高檔位等速每百公里燃油耗和在C-WTVC工況下的每百公里綜合燃油耗方面有較大的下降，但在整車標載的情況下，駕駛員必須從4檔降至3檔才能爬9°的小長坡，相比原車動力鏈配置而言，0～80 km/h起步加速時間增加了2.63 s， 次高檔位40～80 km/h加速時間增加了7.51 s，車輛動力下降較為明顯，影響用戶的用車感受。因此，可采用方案1作為降低整車燃油耗的方案。

3 實際整車性能驗證

根據Cruise軟件仿真計算結果，與整車生產企業(yè)進行了溝通，制造了1輛后橋速比為4.375的試驗樣車，并進行了為期20天的整車駕駛性能標定，然后進行了整車性能試驗。表5示出了采用方案1的Cruise軟件仿真計算值與整車實際性能試驗值的對比情況。

從方案1的Cruise軟件仿真計算值和實際性能試驗值對比來看，其偏差最高不超過1.5%，仿真精度較高。將該快遞公司的國六輕卡車型上的后橋速比由4.875更換成為4.375，并且更新了對應的后橋速比的電子控制單元(ECU)程序。用戶在試駕該車1周后，每百公里燃油耗由原來的13.7 L下降到了13.0 L，得到了用戶的認可，且車輛在行駛過程中未發(fā)生因動力下降造成用戶感到不適的反應。該快遞公司決定繼續(xù)采購該品牌的后橋速比配置為4.375的國六輕卡車型。

4 結語

在輕卡市場發(fā)生用戶對燃油耗抱怨的情況時，需要及時排查并分析相關因素，切實提出解決方案。在線路性質、駕駛員駕駛習慣、外部環(huán)境等因素都無法改變的情況下，可以通過適當降低后橋速比來降低輕卡的燃油耗。

選擇合適速比的后橋來降低燃油耗是一種可行的方案。本文通過選擇整車生產廠家已有的小速比后橋，采用Cruise軟件仿真計算，分析了整車動力性及經濟性的具體變化情況，并通過整車性能試驗對該仿真結果進行了驗證。在實現降低燃油耗目標的同時，該車輛的動力沒有出現明顯地降低。