汽车运行适应性分析-汽车运用工程学

1.汽车运行工况

汽车是在一定的道路和交通条件下完成运输任务的。为提高运输生产率，降低运输成本，汽车性能应与运用条件相适应，二者相适应的程度是评价汽车选配和选用是否合理的重要依据之一。为了研究汽车与运行条件的适应性，必须研究汽车在所运行的交通和道路条件下的运行状况。

汽车运行状况通常采用多参数描述，称为汽车运行工况，即汽车在使用条件下，汽车驾驶员以自己的经验、技艺操纵车辆，完成一定任务时，汽车及其各零部件、总成的各种参数变化及技术状态。汽车运行工况的参数包括汽车速度、变速器档位、发动机转速、节气门开度、制动频度、加速度等。在特定的汽车运行工况研究中，还包括发动机曲轴瞬时转速、输出功率、输出转矩、油耗、冷却液温度、各总成润滑油温度、各档位使用频度、离合器结合频度等。汽车运行工况是一个随机过程，受到许多因素的影响，如道路状况、交通流量、气候条件以及汽车自身技术性能的变化等。

汽车运行工况研究包括：汽车运行工况调查和汽车运行工况分析两个方面。汽车运行工况研究常采用测试统计方法和计算机数字仿真方法。

2.汽车运行工况调查

在汽车运行工况研究中，工况调查是首先要进行的工作。通过运行工况调查，掌握在特定的使用条件下，表征汽车运行状况各参数的变化范围和变化规律，为评价车辆的合理运用以及车辆性能、结构能否满足使用要求提供基础资料。

汽车运行工况调查的内容，可根据研究任务的需要而增减。通过对测试数据的统计分析，求得汽车运行工况参数样本的分布规律及其数学特征，进而在无偏性、一致性和有效性的原则下，推断出参数的总体分布和数学特征。

汽车运行工况测试是汽车运行工况调查的重要步骤。通过汽车运行试验及数据处理和统计分析完成运行工况调查。

汽车运行工况调查的主要内容有：选择反映汽车运行状况，具有代表性的路线，并取得道路资料和交通状况的调查数据；同步测取在汽车行驶过程中的车速、发动机转速、油耗、节气门开度及档位使用和变化情况；在调查路线（或路段）内的累积停车次数和累积制动次数等。必要时还要记录交通流情况，如交通量、交通构成等。

在汽车运行试验中，主要使用非电量的电测法，即在测量部位安装将非电量状态参数转换为电信号的传感器，将电信号直接或经放大后传送至测量仪表和记录仪器（如计算机硬盘、磁带机、光线示波器、x-y记录仪），供统计分析使用。

在测试汽车运行工况时，风速、气温、海拔高度等试验条件应符合有关规定，或对测试参数进行修正。汽车运行试验所用车辆必须符合国家标准规定。

运行试验中所做的记录称为汽车运行记录。图16-1为某型载货汽车在某地市区行驶时的运行记录；图16-2为城市公共汽车典型运行工况分布。

汽车运行工况的计算机模拟方法采用数学模型方法，将汽车运行工况看成由汽车动力传动系模型、道路模型、驾驶员模型及交通流干扰模型组成的系统输出。输入有关道路及设施数据、发动机数据、汽车传动系数据、轮胎数据、气温、风速、驾驶员习惯、换档过程时间分布、自由行驶/跟驰行驶/超车行驶的概率，在计算机上模拟汽车的运行，并统计出反映汽车运行状态的各个参数。

图16-1 载货汽车市区行驶运行记录

图16-2 城市公共汽车典型运行工况分布

a）速度分布频谱 b）发动机转速分布 c）加减速度分布(www.xing528.com)

3.运行工况调查数据处理

在汽车运行试验中得到的试验数据经处理后，才能得到汽车运行工况的统计特征和分布。根据记录介质为纸带（光线示波器）或存储介质（磁带、硬盘）的不同，数据的处理方法也不同。因纸带记录只能用手工处理，工作量大，结果精度差，已淘汰。磁带记录数据信息量大，可采用计算机进行处理，数据精度高，结果准确。目前，一般采用计算机硬盘存储。在汽车运行记录中的汽车速度、发动机曲轴转速、节气门开度、曲轴转矩等模拟量曲线需要进行数字化处理，然后才能进行分布及统计特征分析。

汽车运行工况测试参数样本中的模拟量，如速度的数字化处理是非常重要的。速度模拟量处理的基本前提是：将速度时间曲线离散化。其步骤为：确定采样间隔Δt（s）；判别并剔除异常数据；求均值；求频率分布并绘制频率分布图。

通过频率分布图可了解汽车运行工况测试样本的分布特征。例如，数据的密集位置、离散程度以及分布的大体情况等。

这样，就可对汽车运行工况记录中的档位使用情况，发动机转速变化情况及节气门开度变化情况等进行数据处理。在汽车运行工况调查中，当有特殊要求时，除了要按需增加测量参数之外，在数据处理时，还可进行数学特征计算、区间估计和分布检验，以便对运行工况进行定量分析。

4.汽车运行工况分析

汽车运行工况数据主要用于确定汽车的常用工况及其特征，并结合汽车的结构性能，评价汽车常用工况的合理性及其影响因素。

汽车运行中经常出现的工况称为常用工况。汽车行驶的影响因素很多，如车辆性能、道路状况、交通状况、气候条件和驾驶员技术水平等。因此，汽车的常用工况也随时间和行车路线变化。

汽车运行速度分布特征具有如下特点：

1）车速分布具有统计规律。市区运行车速分布是多种随机因素综合作用的结果，多数具有正态分布的特征。公路运行的车速分布多为具有偏态特征的近似威布尔分布，常用威布尔概率纸法检验。

2）交通流密度是常用车速的分布范围和均值的重要影响因素。市区运行条件下，车速均值多在20～30km/h，因各个城市交通状况不同而差异很大。市区车辆的平均车速受车辆本身结构和动力性能的影响不大。公路运行时，高速运行工况概率可达到50%以上。公路行驶车速主要受交通安全限制，并与汽车的动力性和平顺性有关。

3）常用车速偏低，反映出车辆动力利用率不高，造成车辆使用效率下降。常用车速也是油耗量最多的行驶工况，汽车节约燃料的重点应着眼于努力改善常用车速下的燃料经济性。

4）按时间统计，公路行驶车辆的高档利用率可达到92%～96%，低档只占4%～8%。市区运行，低档利用时间略有增加；公共汽车由运行方式所决定，空档的利用时间约占50%，而最高档的利用率明显低于公路行驶，其他各档的利用率高于公路行驶。因此，城市行驶车辆的低速档齿轮和离合器片磨损高于公路行驶车辆。由于连续起步、加速、等速、滑行，应重视改善公共汽车发动机过渡工况的燃料经济性，并注意改善驾驶操作条件和提高驾驶技术。

5）汽车行驶的道路条件越好，功率利用率越低。节气门开度经常处于20%～40%，发动机功率利用率约60%。在汽车运行中，发动机的转速处于不稳定工况，油耗比稳定工况高。

汽车运行工况在外界条件不变的情况下，还会因自身的装载或拖载质量的改变发生变化。试验表明，当拖载量增加时，将导致汽车运行中换档次数增加，直接档使用时间相对减少，节气门开度加大，发动机功率利用率增大。

在同样的使用条件下，即使同类汽车，完成同样的运输任务，但运行的效果却有很大差异；如果车型不同，则差异会更大。例如，是否保证货物完好、旅客舒适；车辆运输能力是否得到充分利用；每百吨公里或每百车公里的平均油耗量的高低；是否安全行驶；车辆是否正常磨损，有无过度磨损和早期损坏等。