引言

汽车燃油经济性是指汽车在一定行驶条件下，以最小的燃油消耗量完成一定行驶里程的能力。汽车燃油经济性评价指标主要有等速百公里燃油消耗量和汽车综合燃油消耗量，其中汽车综合燃油消耗量又包括市区工况燃油消耗量和市郊工况燃油消耗量。

一、汽车性燃油经济性仿真参数

汽车总质量m/kg	滾动阻力系数 f f f	空气阻力系数 C D C_D CD	迎风正面面积A/ m 2 m_2 m2	滚动半径r/m	旋转质量换算系数 δ δ δ	传动效率 η t η_t ηt	主减速器传动比 i 0 i_0 i0	变速器各挡传动比 i g i_g ig	燃油的密度 р р р
2470	0.012	0.42	2.7	0.835	1.1	0.95	4.1	[4.016,2.318,1.401,1,0.778]	0.7

二、汽车发动机万有特性曲线图

1.MATLAB程序

be1=[222.8,220.4,232.4,228.5,227.8,232.6,248.5,245.9,272.4,329.7];%发动机燃油消耗率赋值
Ttq1=[399.8,354.1,318.5,278.1,236.2,203.6,185.3,157.2,117.2,80.8];%发动机转矩赋值
T1=80:320/9:400;%转换矩阵格式
Be1=interp1(Ttq1,be1,T1,'spline');%n=1400r/min时,采用一维三次样条插值处理
be2=[222.0,221.7,235.4,226.5,230.5,236.8,249.1,276.1,407.9,487.0];
Ttq2=[409.1,365.7,328.3,284.1,243.7,203.2,164.3,123.9,83.5,39.7];
T2=39:371/9:410;
Be2=interp1(Ttq2,be2,T2,'spline');
be3=[226.0,225.3,226.4,233.9,242.1,283.3,253.9,271.4,323.5,468.6];
Ttq3=[408.3,368.3,328.3,289.0,244.4,208.8,167.7,132.1,89.5,46.1];
T3=46:363/9:409;
Be3=interp1(Ttq3,be3,T3,'spline');
be4=[206.5,231.1,231.1,233.0,242.0,244.9,265.0,299.8,398.0,596.8];
Ttq4=[425.6,380.3,332.7,290.9,244.4,205.1,160.2,114.5,68.8,30.7];
T4=30:396/9:426;
Be4=interp1(Ttq4,be4,T4,'spline');
be5=[234.7,259.8,235.5,237.6,242.8,292.3,277.9,308.7,396.2,605.9];
Ttq5=[420.7,379.6,334.6,291.6,244.4,202.8,157.5,116.0,74.1,37.8];
T5=37:384/9:421;
Be5=interp1(Ttq5,be5,T5,'spline');
be6=[174.2,242.2,252.1,287.4,253.6,263.6,290.6,316.8,378.0,518.8];
Ttq6=[404.6,360.5,322.7,283.0,243.3,205.5,162.1,124.7,86.8,52.4];
T6=52:353/9:405;
Be6=interp1(Ttq6,be6,T6,'spline');
be7=[256.9,253.7,253.5,260.0,303.8,280.7,300.6,346.6,435.6,812.9];
Ttq7=[378.0,344.7,310.3,264.3,226.1,186.8,154.2,115.3,76.3,34.1];
T7=34:344/9:378;
Be7=interp1(Ttq7,be7,T7,'spline');
be8=[257.9,295.3,282.4,288.7,301.9,329.7,357.0,475.4,580.3,1080.1];
Ttq8=[315.6,275.5,242.5,210.3,178.5,145.6,118.6,72.6,52.8,22.4];
T8=22:294/9:316;
Be8=interp1(Ttq8,be8,T8,'spline');
Be=[Be1';Be2';Be3';Be4';Be5';Be6';Be7';Be8'];
n=[1400*ones(10,1);1600*ones(10,1);1800*ones(10,1);2000*ones(10,1);2200*ones(10,1);2400*ones(10,1);2600*ones(10,1);2800*ones(10,1)];
Teq=[T1';T2';T3';T4';T5';T6';T7';T8'];
x=[ones(80,1),n,Teq,n.^2,n.*Teq,Teq.^2];%多元线性回归设置
b=regress(Be,x);%多元线性回归函数
[n,Teq]=meshgrid(0:4800,0:600);%生成格点矩阵
be=b(1)+n.*b(2)++Teq*b(3)+n.^2*b(4)+n.*Teq*b(5)+Teq.^2*b(6);%计算燃油消耗率
Pe=Teq.*n/9550;%计算功率
[f,g]=contour(n,Pe,be);%绘制等高线图
clabel(f,g);%给等高线添加标签
xlabel('n/(r/min)');
ylabel('Pe/kW');
title('万有特性曲线图');
legend('燃油消耗率g/(kW*h)');

2.运行结果

三、预测汽车等速百公里燃油消耗量

1.等速百公里燃油消耗量

1.1 MATLAB程序

m=2470;%质量
R=0.358;%滚动半径
nt=0.95;%传动效率
CD=0.42;%空气阻力系数
A=2.7;%迎风面积
f=0.012;%滚动阻力系数
g=9.8;%重力加速度
dt=1.1;%旋转质量换算系数
p=0.7;%燃油的密度
u=input('请输入最高档车速（60~140）：');%输入车速
ne=[1400*ones(1,10),1600*ones(1,10),1800*ones(1,10),2000*ones(1,10),2200*ones(1,10),2400*ones(1,10),2600*ones(1,10),2800*ones(1,10)]';
%发动机转速赋值
Teq=[399.8,354.1,318.5,278.1,236.2,203.6,185.3,157.2,117.2,80.8,409.1,365.7,328.3,284.1,243.7,203.2,164.3,123.9,83.5,39.7,408.3,368.3,328.3,289,244.4,208.8,167.7,132.2,89.5,46.1,425.6,380.3,332.7,290.9,244.4,205.1,160.2,114.5,68.8,30.7,420.7,379.6,334.6,291.6,244.4,202.8,157.5,116,74.1,37.8,404.6,360.5 322.7,283,243.3,205.5,162.1,124.7,86.8,52.4,378,344.7,310.3,264.3,226.1,186.8,154.2,115.3,76.3,34.1,315.6,275.5,242.5,210.3,178.5,145.6,118.6,72.6,52.8,22.4]';
%发动机转矩赋值
be=[222.8,220.4,232.4,228.5,227.8,232.6,248.5,245.9,272.4,329.7,222,221.7,235.4,226.5,230.5,236.8,249.1,276.1,407.9,487,226,225.3,226.4,233.9,242.1,283.3,253.9,271.4,323.5,468.6,206.5,231.1,231.1,233,242,244.9,265,299.8,398,596.8,234.7,259.8,235.5,237.6,242.8,292.3,277.9,308.7,396.2,605.9,174.2,242.2,252.1,287.4,253.6,264.6,290.6,316.8,378,518.8,256.9,253.7,253.5,260,303.8,280.7,300.6,346.6,435.6,812.9,257.9,295.3,282.4,288.7,301.9,329.7,357,475.4,580.3,1080.1]';
%发动机燃油消耗率赋值
x=[ones(80,1),ne,Teq,ne.^2,ne.*Teq,Teq.^2,ne.^3,ne.^2.*Teq,ne.*Teq.^2,Teq.^3];%多元线性回归设置
b=regress(be,x);%多元线性回归函数
ne1=linspace(1400,4000,200);%定义转速范围
Teq1=linspace(0,600,200);%定义转矩范围
[X,Y]=meshgrid(ne1,Teq1);%生成二维网格矩阵
be1=b(1)*ones(200,200)+b(2)*X+b(3)*Y+b(4)*X.^2+b(5)*X.*Y+b(6)*Y.^2+b(7)*X.^3+b(8)*X.^2.*Y+b(9)*X.*Y.^2+b(10)*Y.^3;
%计算燃油消耗率
Pe1=Teq1.*ne1/9550;%计算功率
it=0.778*4.1;%计算最高档传动比
Pe=(m*g*f*u/3600+CD*A*u^3/76140)/nt;%计算匀速行驶所需功率
n=u*it/(0.377*R);%计算发动机转速
Be=interp2(Pe1,ne1,be1,Pe,n);%二维插值法得到燃油消耗率
Qs=Pe*Be/1.02/p/g/u;%计算百公里燃油消耗量
fprintf('最高档等速百公里燃油消耗量Qs = %.2f L/100km\n',Qs);%输出等速百公里燃油消耗量

1.2 运行结果

2.等速百公里燃油消耗量曲线图

2.1 MATLAB程序

u=60:10:140;
Qs=[13.90,9.97,7.69,7.06,7.94,9.82,11.78,12.29,9.17];
plot(u,Qs);
values=spcrv([[u(1) u u(end)];[Qs(1) Qs Qs(end)]],3);%曲线圆滑过渡设置
plot(values(1,:),values(2,:));
xlabel('车速/(km/h)');
ylabel('燃油消耗量/(L/100km)');

2.2 运行结果

四、采用NEDC工况预测汽车综合燃油消耗量

1.加速部分MATLAB程序

function[Qa]=jiasu(a,u1,u2)
m=2470;%质量
R=0.358;%滚动半径
nt=0.95;%传动效率
CD=0.42;%空气阻力系数
A=2.7;%迎风面积
f=0.012;%滚动阻力系数
i0=4.1;%主减速器传动比
ig=[4.016,2.318,1.401,1,0.778];%各档位的变速器传动比
g=9.8;%重力加速度
p=0.7;%燃油的密度
%汽车的基本参数
ne=[1400*ones(1,10),1600*ones(1,10),1800*ones(1,10),2000*ones(1,10),2200*ones(1,10),2400*ones(1,10),2600*ones(1,10),2800*ones(1,10)]';
%发动机转速赋值
Teq=[399.8,354.1,318.5,278.1,236.2,203.6,185.3,157.2,117.2,80.8,409.1,365.7,328.3,284.1,243.7,203.2 164.3,123.9,83.5,39.7,408.3,368.3,328.3,289,244.4,208.8,167.7,132.2,89.5,46.1,425.6,380.3,332.7,290.9,244.4,205.1,160.2,114.5,68.8,30.7,420.7,379.6,334.6,291.6,244.4,202.8,157.5,116,74.1,37.8,404.6,360.5 322.7,283,243.3,205.5,162.1,124.7,86.8,52.4,378,344.7,310.3,264.3,226.1,186.8,154.2,115.3,76.3,34.1,315.6,275.5,242.5,210.3,178.5,145.6,118.6,72.6,52.8,22.4]';
%发动机转矩赋值
be=[222.8,220.4,232.4,228.5,227.8,232.6,248.5,245.9,272.4,329.7,222,221.7,235.4,226.5,230.5,236.8,249.1,276.1,407.9,487,226,225.3,226.4,233.9,242.1,283.3,253.9,271.4,323.5,468.6,206.5,231.1,231.1,233,242,244.9,265,299.8,398,596.8,234.7,259.8,235.5,237.6,242.8,292.3,277.9,308.7,396.2,605.9,174.2,242.2,252.1,287.4,253.6,264.6,290.6,316.8,378,518.8,256.9,253.7,253.5,260,303.8,280.7,300.6,346.6,435.6,812.9,257.9,295.3,282.4,288.7,301.9,329.7,357,475.4,580.3,1080.1]';
%发动机燃油消耗率赋值
X=[ones(80,1),ne,Teq,ne.^2,ne.*Teq,Teq.^2,ne.^3,ne.^2.*Teq,ne.*Teq.^2,Teq.^3];%多元线性回归设置
b=regress(be,X);%多元线性回归函数
ne1=linspace(0,4000,200);%定义转速范围
Teq1=linspace(0,600,200);%定义转矩范围
[X,Y]=meshgrid(ne1,Teq1);%生成二维网格矩阵
be1=b(1)*ones(200,200)+b(2)*X+b(3)*Y+b(4)*X.^2+b(5)*X.*Y+b(6)*Y.^2+b(7)*X.^3+b(8)*X.^2.*Y+b(9)*X.*Y.^2+b(10)*Y.^3;
%燃油消耗率
Pe1=Teq1.*ne1/9550;%计算功率
x=u2-u1+1;
Qt=zeros(x,1);%生成x*1维矩阵Qt
for i=1:x      %循环语句u=u1+i-1;   %计算速度if(u>=0&&u<=15)  it=ig(1)*i0;end
%如果是一档车速范围计算一档传动系统传动比if(u>15&&u<=25)  it=ig(2)*i0;end
%如果是二档车速范围计算二档传动系统传动比if(u>25&&u<=35)it=ig(3)*i0; end
%如果是三档车速范围计算三档传动系统传动比if(u>35&&u<=55) it=ig(4)*i0; end
%如果是四档车速范围计算四档传动系统传动比if(u>55)         it=ig(5)*i0;end
%如果是五档车速范围计算五档传动系统传动比
Pe=(m*g*f*u/3600+CD*A*u^3/76140+p*m*u*a/3600)/nt;%计算加速行驶所需功率
ne=u*it/(0.377*R);%计算发动机转速
b=interp2(Pe1,ne1,be1,Pe,ne);%二维插值法得到燃油消耗率
Qt(i)=Pe*b/367.1/p/g/1000;%计算加速工况百公里燃油消耗量
end
deltat=1/3.6/a;%计算每一段的加速时间
Qa=0;%将总燃油消耗量赋值为0for j=2:x-1Qa=Qa+Qt(j)*deltat;end
Qa=Qa+(Qt(1)+Qt(x))/2*deltat;%计算总的燃油消耗量
end

2.匀速部分MATLAB程序

function[Q]=yunsu(u,t)
m=2470;%质量
R=0.358;%滚动半径
nt=0.95;%传动效率
CD=0.42;%空气阻力系数
A=2.7;%迎风面积
f=0.012;%滚动阻力系数
i0=4.1;%主减速器传动比
ig=[4.016,2.318,1.401,1,0.778];%各档位的变速器传动比
g=9.8;%重力加速度
p=0.7;%燃油的密度
%汽车的基本参数
ne=[1400*ones(1,10),1600*ones(1,10),1800*ones(1,10),2000*ones(1,10),2200*ones(1,10),2400*ones(1,10),2600*ones(1,10),2800*ones(1,10)]';
%发动机转速赋值
Teq=[399.8,354.1,318.5,278.1,236.2,203.6,185.3,157.2,117.2,80.8,409.1,365.7,328.3,284.1,243.7,203.2 164.3,123.9,83.5,39.7,408.3,368.3,328.3,289,244.4,208.8,167.7,132.2,89.5,46.1,425.6,380.3,332.7,290.9,244.4,205.1,160.2,114.5,68.8,30.7,420.7,379.6,334.6,291.6,244.4,202.8,157.5,116,74.1,37.8,404.6,360.5 322.7,283,243.3,205.5,162.1,124.7,86.8,52.4,378,344.7,310.3,264.3,226.1,186.8,154.2,115.3,76.3,34.1,315.6,275.5,242.5,210.3,178.5,145.6,118.6,72.6,52.8,22.4]';
%发动机转矩赋值
be=[222.8,220.4,232.4,228.5,227.8,232.6,248.5,245.9,272.4,329.7,222,221.7,235.4,226.5,230.5,236.8,249.1,276.1,407.9,487,226,225.3,226.4,233.9,242.1,283.3,253.9,271.4,323.5,468.6,206.5,231.1,231.1,233,242,244.9,265,299.8,398,596.8,234.7,259.8,235.5,237.6,242.8,292.3,277.9,308.7,396.2,605.9,174.2,242.2,252.1,287.4,253.6,264.6,290.6,316.8,378,518.8,256.9,253.7,253.5,260,303.8,280.7,300.6,346.6,435.6,812.9,257.9,295.3,282.4,288.7,301.9,329.7,357,475.4,580.3,1080.1]';
%发动机燃油消耗率赋值
X=[ones(80,1),ne,Teq,ne.^2,ne.*Teq,Teq.^2,ne.^3,ne.^2.*Teq,ne.*Teq.^2,Teq.^3];%多元线性回归设置
b=regress(be,X);%多元线性回归函数
ne1=linspace(100,4000,200);%定义转速范围
Teq1=linspace(0,600,200);%定义转矩范围
[X,Y]=meshgrid(ne1,Teq1);%生成二维网格矩阵
be1=b(1)*ones(200,200)+b(2)*X+b(3)*Y+b(4)*X.^2+b(5)*X.*Y+b(6)*Y.^2+b(7)*X.^3+b(8)*X.^2.*Y+b(9)*X.*Y.^2+b(10)*Y.^3;
%燃油消耗率
Pe1=Teq1.*ne1/9550;%计算功率if(u>=0&&u<=15)  it=ig(1)*i0;end
%如果是一档车速范围计算一档传动系统传动比if(u>15&&u<=25)  it=ig(2)*i0;end
%如果是二档车速范围计算二档传动系统传动比if(u>25&&u<=35)it=ig(3)*i0; end
%如果是三档车速范围计算三档传动系统传动比if(u>35&&u<=55) it=ig(4)*i0; end
%如果是四档车速范围计算四档传动系统传动比if(u>55)         it=ig(5)*i0;end
%如果是五档车速范围计算五档传动系统传动比
Pe=(m*g*f*u/3600+CD*A*u^3/76140)/nt;%计算匀速行驶所需功率
n=u*it/(0.377*R);%计算发动机转速
b=interp2(Pe1,ne1,be1,Pe,n);%二维插值法得到燃油消耗率
Qs=Pe*b/1.02/p/g/u;%计算百公里燃油消耗量
Ss=u*t/3600;%计算行驶距离
Q=Qs*Ss/100;%计算这段距离的燃油消耗量
end

3.减速部分MATLAB程序

function[Qd]=jiansu(a,u3,u4)
Qi=1.5;%单位时间怠速燃油消耗量
t=(u3-u4)/3.6/a/3600;%计算减速时间
Qd=Qi*t;%减速工况百公里燃油消耗量
end

4.怠速部分MATLAB程序

function[Qid]=daisu(ts)
Qi=3;%怠速工况单位时间燃油消耗量
Qid=Qi*ts;%怠速停车燃油消耗量
end

5.NEDC部分MATLAB程序

%计算城市部分等速行驶工况燃油消耗量和行驶路程
Qs1=yunsu(15,8)+yunsu(32,24)+yunsu(35,13)+yunsu(50,12);
Ss1=(15*8+32*24+35*13+50*12)/3.6/1000;
%计算市郊部分等速行驶工况燃油消耗量和行驶路程
Qs2=yunsu(70,50)+yunsu(50,69)+yunsu(70,50)+yunsu(100,30)+yunsu(120,10);
Ss2=(70*50+50*69+70*50+100*30+120*10)/3.6/1000;
%计算城市部分加速行驶工况燃油消耗量和行驶路程
Qa1=jiasu(1.04,0,15)+jiasu(0.83,0,15)+jiasu(0.94,15,32)+jiasu(0.83,0,15)+jiasu(0.62,15,35)+jiasu(0.52,35,50);
Sa1=(15^2/1.04+15^2/0.83*2+(32^2-15^2)/0.94+(35^2-15^2)/0.62+(50^2-35^2)/0.52)/25.92/1000;
%计算市郊部分加速行驶工况燃油消耗量和行驶路程
Qa2=jiasu(0.83,0,15)+jiasu(0.62,15,35)+jiasu(0.52,35,50)+jiasu(0.43,50,70)+jiasu(0.43,50,70)+jiasu(0.27,70,100)+jiasu(0.28,100,120);
Sa2=(15^2/0.83+(35^2-15^2)/0.62+(50^2-35^2)/0.52+(70^2-50^2)/0.43*2+(100^2-70^2)/0.27+(120^2-100^2)/0.28)/25.92/1000;
%计算城市部分减速行驶工况燃油消耗量和行驶路程
Qd1=jiansu(0.69,15,10)+jiansu(0.92,10,0)+jiansu(0.75,32,10)+jiansu(0.92,10,0)+jiansu(0.52,50,35)+jiansu(0.86,35,10)+jiansu(0.92,10,0);
Sd1=((15^2-10^2)/0.69+10^2/0.92+(32^2-10^2)/0.75+10^2/0.92+(50^2-35^2)/0.52+(35^2-10^2)/0.86+(10^2)/0.92)/25.92/1000;
%计算市郊部分减速行驶工况燃油消耗量和行驶路程
Qd2=jiansu(0.69,70,50)+jiansu(0.69,120,80)+jiansu(1.04,80,50)+jiansu(1.39,50,0);
Sd2=((70^2-50^2)/0.69+(120^2-80^2)/0.69+(80^2-50^2)/1.04+50^2/1.39)/25.92/1000;
Qid1=daisu(60/3600);%怠速工况单位时间燃油消耗计算城市部分怠速工况燃油消耗量
Qid2=daisu(40/3600);%怠速工况单位时间燃油消耗计算市郊部分怠速工况燃油消耗量
S1=4*(Ss1+Sa1+Sd1);%市区部分行驶距离   4*:在市区的时间占大部分
Q1=4*(Qs1+Qa1+Qd1+Qid1)/S1*100;%市区部分平均燃油消耗量
S2=Ss2+Sa2+Sd2;%市郊部分行驶距离
Q2=(Qs2+Qa2+Qd2+Qid2)/S2*100;%市郊部分平均燃油消耗量
s=S1/(S1+S2);%计算市区行驶距离比例
Q=Q1*s+Q2*(1-s);%计算综合燃油消耗量
fprintf('汽车综合工况燃油消耗量：%.2f L/100km\n',Q);%输出汽车综合工况油耗
fprintf('汽车市区工况燃油消耗量：%.2f L/100km\n',Q1);%输出汽车市区工况油耗
fprintf('汽车市郊工况燃油消耗量：%.2f L/100km\n',Q2);%输出汽车市郊工况油耗

仿真程序主要分为主程序部分和子函数部分，主程序部分’NEDC’来计算NEDC工况下燃油消耗量，在主程序内调用了四个子函数部分，四个子函数部分分别来计算NEDC工况中的’加速’部分油耗，'匀速’部分油耗，'减速’部分油耗以及’怠速’部分油耗。
在MATLAB中，新建5个脚本文件，分别保存以上五个部分的程序，主程序部分可以任意命名，子函数部分文件保存时使用默认函数名，另外注意5个文件应保持在同一路径下，在保存好的主程序编辑器里点击运行按钮命令窗口就会输出仿真结果。

6.运行结果

总结

从汽车发动机万有特性曲线图看出，若等燃油消耗率曲线在横坐标方向较大，则表明发动机在转速变化较大而负荷变化较小的情况下工作时，燃油经济性较好；若等燃油消耗率曲线在纵坐标方向较大，则表明发动机在负荷变化较大而转速变化较小的情况下运行时，燃油经济性较好。
汽车等速百公里燃油消耗量在中等车速时最佳，而在低速和高速时都会增大。低速时，发动机转速小，发动机的燃烧不充分，燃油消耗量就增大；高速时，需要克服空气阻力，空气阻力与汽车速度的平方成正比，车速越快阻力越大，燃油消耗量就增大。由于汽车在实际行驶中经常出现加速、匀速、减速和怠速等多种工作情况，因此汽车等速百公里燃油消耗量往往偏低，与实际的百公里燃油消耗量有较大差别。
NEDC实际上是汽车续航里程的一个测试标准，目前国际上常见的三种测试方法，即NEDC、WLTP、EPA。采用NEDC工况预测汽车综合燃油消耗量，比较接近汽车实际的百公里燃油消耗量。
注：**由于我国汽车工业起步比较晚，所以在标准制定上面也是遵循着NEDC的标准。值得一提的是，我国在建立自己的驾驶循环标准也已经努力多年，近年来我国推出了CLTC的工况循环，借鉴了欧洲、美国等发达国家的测试标准，数据采集更细分化，除了直辖市和省会城市等一二线城市外，对三四线城市也有很好的覆盖；采集道路覆盖市区、郊区、主干路、支路、快速路、次干路和高速等，采集时间覆盖春夏秋冬四季的工作日、节假日、高峰时段和平峰时段，更符合中国用户的行车习惯，具体测试项目包括城市工况、郊区工况和高速工况，循环时间为1800秒。
在此之前，我国汽车行业一直都用的是NEDC工况续航标准，这套标准只包含城市和郊区两种路况，未考虑到高速路况以及一些诸如拥堵、起步加速等细节工况，且其测试的时间短（1180s）并且里程（10.93km）少，很难详细测出不同条件下的特征参数，慢慢被CLTC取代，其测试路况相比于NEDC更接近国内实际的道路驾驶情况。

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