汽车运行工况

1.2　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。为了提高汽车运输生产率，降低运输成本，必须研究汽车在所运行的交通和道路条件下的运行状况。

为了研究汽车与运行条件的适应性，通常采用多参数描述汽车运行状况，并称之为汽车运行工况。即汽车在使用条件下，汽车驾驶员以其自己的经验、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、变速器挡位、发动机转速、节气门开度、制动频度等。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、各挡使用频度、离合器结合频度等。

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。

运行工况的研究常采用测试统计方法和计算机数字仿真方法。

1.2.1　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，表征汽车运行状况的各参数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试验后的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;同步测取汽车行驶中的车速、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，将信号直接或经放大后传送至测量仪表和记录器(如磁带机、光线示波器、x－y记录仪或计算机硬盘)，供统计分析使用。

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系统的输出。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、换挡过程时间分布、自由行驶或跟车行驶或超车行驶的概率，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。

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试验规范，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1－6为某型载货汽车在某地市区行驶时的运行记录，图1－7为某公共汽车运行工况的统计分布。

图1－6　载货汽车在市区行驶的过行记录

图1－7　公共汽车运行的速度记录

在汽车运行试验中得到的试验数据必须经处理后，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)或磁带的不同，数据的处理方法也不同。对于纸带记录必须用手工处理。因为这种记录和处理方法精度差，工作量大，目前已经很少使用。磁带记录数据信息量大，可在计算机上进行处理，数据精度高，结果准确，是现在普遍使用的方法。在汽车运行记录中的速度、转速、油门开度、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。

速度模拟量数据处理的基本步骤为:模拟量速度曲线的离散化，即根据香农(Shannon)采样定理确定取样间隔Δt;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运行工况样本的一些分布特征，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挡位使用情况，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。

1.2.2　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。并结合汽车的结构特点，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、道路性质与状况、交通状况、气候条件和驾驶员技术水平等。因此，汽车常用工况也随时间和行车路线变化。我国汽车运行速度有如下特点:

(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，一般具有正态分布的特征，其常用正态概率纸法检验。公路运行车速分布多为具有偏态特征的近似威布尔分布，通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而略有差异。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，并与汽车动力性和平顺性有密切关系。

(3)常用车速偏低，反映出车辆动力利用率不高，将造成车辆使用效率下降。它表明，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放在努力改善常用车速下的燃料经济性。

(4)按时间统计，公路行驶车辆的高挡利用率可达到92%～96%，低挡只占1%～2%。市区运行，低挡利用时间略有增加。

(5)公共汽车因运行方式所决定，空挡的用时间约占50%，而最高挡的利用率明显低于公路行驶，其他各挡的利用率高于公路行驶。

因此，城市行驶车辆的低速挡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，要重视改善公共车辆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。

(6)据统计分析，汽车行驶的道路条件越好，功率利用率越低。油门开度经常处于20%～40%，发动机功率利用率约60%。在汽车运行中，发动机转速处于不稳定工况，油耗比稳定工况高。

汽车的运行工况在外界条件不变的条件下，还会因自身的装载或拖载质量的改变发生变化。汽车拖挂运行试验表明，当拖载量增加时，将导致汽车运行中换挡次数增加，直接挡使用的时间相对减少，油门开度加大，发动机功率利用率增加。

在同样的使用条件下，即使同类汽车，完成同样的运输任务，但是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;每百吨千米或每百车千米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。