王國軍 王磊 李遠

（海馬轎車有限公司）

近年來，中國原油產量相對平穩(wěn)，而需求增長較快，進口石油數(shù)量逐年增加，能源供需矛盾日益突出，對進口石油依存度連年提高。隨著中國汽車保有量的不斷增長，汽車燃料消耗量在中國石油消耗中的比例還會繼續(xù)提高。隨著汽車油耗法規(guī)的日益嚴格和能源危機的加劇，在兼顧汽車動力性的前提下如何改善汽車經濟性顯得格外迫切，因此，動力性經濟性開發(fā)工作在整車開發(fā)過程中也占據(jù)著越來越重要的地位。文章就動力性經濟性的定義、評價指標、動力性經濟性開發(fā)流程及動力性經濟性影響因素做簡要闡述，以便指導動力性經濟性開發(fā)工作，為同行提供參考。

1 汽車的動力性經濟性定義及其評價指標[1]

1.1 汽車的動力性

汽車的動力性系指汽車在良好路面上直線行駛時由汽車受到的縱向外力決定的、所能達到的平均行駛速度，其是汽車各種性能中最基本、最重要的性能。

1）從獲得盡可能高的平均行駛速度的觀點出發(fā)，汽車動力性主要可由3方面的指標來評定，即：1）汽車的最高車速；2）汽車的加速時間；3）汽車的最大爬坡度。

1.2 汽車的經濟性

在保證動力性的條件下，汽車以盡量少的燃料消耗量經濟行駛的能力，稱為汽車的經濟性。

汽車的經濟性常用一定運行工況下汽車行駛百公里的燃料消耗量或一定燃料消耗量能使汽車行駛的里程來衡量，常用評價指標：1）循環(huán)工況百公里燃料消耗量；2）等速行駛百公里燃料消耗量。

國內OEM乘用車常用動力性經濟性評價指標，如表1所示。

表1 動力性經濟性指標

2 汽車的動力性經濟性開發(fā)流程

動力性經濟性開發(fā)貫穿整車開發(fā)的始末，以傳動系的匹配為主線，動力性經濟性目標開發(fā)流程，如圖1～圖2所示。

1）根據(jù)市場定位、燃料消耗量限值、企業(yè)平均燃料消耗量規(guī)劃等制定動力性經濟性初版目標，結合對標車benchmark分析、備選發(fā)動機性能、變速器性能等確定傳動匹配初步方案；

2）參考對標車變速器效率、速比、滾阻、風阻、整備質量解析、電氣件能耗等，結合動力性經濟性仿真分析，適當調整動力性經濟性目標，修訂傳動匹配方案；

3）在風阻系數(shù)、迎風面積目標確定、發(fā)動機性能確認、底盤性能目標確認、電氣能耗目標確認、整備質量目標及分解指標確認等工作完成以后，結合動力性經濟性最終目標仿真分析，適當調整動力性經濟性目標，確定最終傳動匹配方案；

4）mule car（騾子車）階段，進行發(fā)動機性能、風阻系數(shù)CFD仿真分析驗收，量化目標不合格項要列入整改計劃，組織mule car車動力性經濟性驗證，完成mule car車傳動匹配報告；

5）工裝樣車階段，進行底盤性能數(shù)據(jù)試驗、發(fā)動機定標數(shù)據(jù)、電噴定標數(shù)據(jù)（含電氣能耗）、整備質量數(shù)據(jù)、風阻系數(shù)驗收，量化目標不合格項要列入整改計劃，結合驗收數(shù)據(jù)進行動力性經濟性仿真分析、動力性經濟性試驗，完成工裝車傳動匹配報告；

6）標定數(shù)據(jù)優(yōu)化、分解目標不合格項整改后，安排工裝樣車的第2輪動力性經濟性試驗，完成傳動匹配驗收報告，并做好量產車一致性檢查，維護動力性經濟性開發(fā)成果。

3 汽車的動力性經濟性影響因素分析

汽車的動力性經濟性影響因素主要有：整車質量、發(fā)動機轉速特性、發(fā)動機附件功率消耗、傳動系速比及機械效率、輪胎尺寸、車輛的行駛阻力及道路附著條件等。

3.1 整車輕量化

輕量化是改善汽車動力性經濟性的重要途徑之一，研究表明車重降低10%，能耗下降約6%～8%。輕量化設計主要有以下途徑：輕金屬、高強度鋼、碳纖維等新材料的應用；汽車結構優(yōu)化設計，在滿足功能和性能的前提下，盡可能減少材料使用；激光拼焊、內高壓成型、熱沖壓成型、激光焊接等先進工藝的應用。

3.2 發(fā)動機

等功率發(fā)動機具有理想的發(fā)動機特性曲線，但迄今為止還只是停留在理論層面。活塞式內燃機體積小、質量輕、價格便宜且燃料供應方便，仍是目前最適用的汽車發(fā)動機。

汽車能否獲得良好的動力性經濟性，發(fā)動機的技術含量往往起著決定性的作用。發(fā)動機功率的大小是發(fā)動機動力輸出的最直接反映，其直接影響著車輛最高車速的高低。發(fā)動機扭矩也是衡量發(fā)動機動力輸出的參數(shù)，扭矩大小影響著車輛的加速和爬坡性能[2]。

汽車的經濟性跟發(fā)動機的萬有特性圖和各個擋位功率平衡圖有關，發(fā)動機在同樣轉速輸出同等功率情況下，燃料消耗率越低說明發(fā)動機的經濟性越好。

3.3 變速器

變速器要保證在寬廣的車速范圍內，實現(xiàn)從發(fā)動機動力向汽車驅動力的最優(yōu)轉換，以獲得在車速、爬坡性能、加速性能及經濟性之間的平衡[3]。

一般來講，汽車的動力性與經濟性是統(tǒng)一的。若汽車動力性差，發(fā)動機就不得不經常在較大負荷下運行，這時就需要調整速比（對于自動擋，需要調整換擋點），適當提高動力性使得發(fā)動機的工作區(qū)域轉向比較經濟的中等負荷。若動力性過剩，發(fā)動機負荷率低，經濟性差，這時就要適當降低動力性以獲得汽車經濟性與動力性的統(tǒng)一。因此，在進行動力匹配時，變速器的匹配承擔著挖掘發(fā)動機動力性、經濟性潛能的工作，如何協(xié)調發(fā)動機動力和車輛輸出的驅動，變速器的匹配至關重要。

在進行乘用車變速器的速比設計時，通常會采用漸變速比級差，擋位越高，級差越小，這樣可以盡可能降低換擋時發(fā)動機的轉速波動，以獲得良好的換擋舒適性、加速性和經濟性。另外，變速器的擋位數(shù)越多，動力性經濟性越好，通常擋位數(shù)的設置與車輛類型、布置、成本、選換擋操縱機構復雜程度、發(fā)動機性能指標等有關。

應當指出，同一車型，在不同的載荷、路況下的表現(xiàn)也會有差異，具體問題要具體分析。因此，在對工作在高原山區(qū)市場的車型進行動力匹配時，相對平原而言要適當提高動力性，以適應山路復雜路況，在保證動力性的同時，獲得較好的經濟性。

3.4 發(fā)動機附件功率消耗

發(fā)動機附件功率消耗主要包括進排氣阻力損失、電氣件功率消耗、轉向泵功率消耗、空調系統(tǒng)功率消耗。發(fā)動機附件功率消耗在車輛使用中占比很大，在10%～20%左右，尤其空調系統(tǒng)消耗。一般在空調系統(tǒng)性能匹配時要求：空調系統(tǒng)消耗發(fā)動機功率比例不超過10%，空調系統(tǒng)能耗主要與空調壓縮機排量、制冷量需求、曲軸皮帶輪與壓縮機皮帶輪的傳動比有關。

以某乘用車為例，空調壓縮機開關空調的3個方案，其油耗數(shù)據(jù)（NEDC工況）對比，如表2所示。

表2 不同空調壓縮機方案下的油耗數(shù)據(jù)

由于空調關閉工況下壓縮機是不吸合的，各方案消耗差異不大，僅對方案3進行了驗證。方案1的空調能耗1.9L/100km，明顯過高，而方案3空調能耗1.0L/100km，屬于主流水平，最終被采納。由此可見，空調系統(tǒng)性能匹配時，空調系統(tǒng)的功率消耗是不容忽視的。

另外，液壓轉向系統(tǒng)的功率消耗也不容忽視。在國內，自主品牌由于自身或配套供應商開發(fā)的EPS電子助力轉向技術還不夠成熟，大部分車型還是標配液壓助力轉向。以某乘用車為例，該車型在拆除液壓助力泵皮帶前后的綜合油耗（NEDC工況）數(shù)據(jù)，如表3所示。

表3 帶與不帶液力轉向皮帶的能耗對比

從測試數(shù)據(jù)來看，液壓助力系統(tǒng)的功率消耗基本占發(fā)動機功率消耗的3%～4%左右，且是不打轉向的狀態(tài)。目前，合資品牌乘用車基本標配EPS，這也是節(jié)能減排技術應用趨勢之一。

3.5 行駛阻力

車輛的行駛阻力包括滾動阻力、空氣阻力、加速阻力及坡道阻力。通常，空氣阻力主要跟迎風面積、風阻系數(shù)有關，受限乘坐空間，迎風面積很難有突破。目前空氣阻力優(yōu)化主要集中于風阻系數(shù)的優(yōu)化，主要措施有：1）改善底盤平整度，減小發(fā)動機艙的內循環(huán)阻力；2）加速阻力，主要跟整車質量、飛輪的轉動慣量、車輪的轉動慣量和傳動系的傳動比有關，整車質量組成因素較多，這里不做贅述，飛輪的轉動慣量不能太小，要保證發(fā)動機運轉平穩(wěn)，防止怠速和起步時熄火，也不能太大，以免不必要的加速損耗，車輪的轉動慣量主要受輪胎、輪輞質量影響，在保證承載的情況下，應盡可能輕量化；3）滾動阻力主要跟車重和滾阻系數(shù)有關，在綜合了車輛承載能力、制動操穩(wěn)性能、成本等因素后，應盡可能選用滾阻系數(shù)小的輪胎。

以某兩款轎車行駛阻力優(yōu)化為例，行駛阻力分別降低16.7%，13.1%；油耗分別降低5.4%，4.5%。由此可見，行駛阻力優(yōu)化對經濟性的改善效果非常明顯。

3.6 道路附著條件

汽車的動力性不只受驅動力的制約，還受到輪胎與道路附著條件的限制。

3.7 一致性檢查

在整車動力性經濟性開發(fā)過程中，一致性管控是難點，也是重點，因此在項目開發(fā)各個階段一定要做好發(fā)動機性能、整車輕量化、傳動系機械效率、發(fā)動機附件功率消耗等的驗收工作，確保開發(fā)成果和動力性經濟性驗證工作可控。

4 結語

動力性經濟性開發(fā)工作是一項整車各領域資源整合的過程，為了迎合市場和法規(guī)需求，越來越多的節(jié)能技術被推廣應用。如何根據(jù)市場需求，綜合衡量新技術應用前景、節(jié)能減排影響、開發(fā)成本、開發(fā)難度等，分階段實施節(jié)能減排技術，合理平衡動力性經濟性性能，是未來幾年傳統(tǒng)車型動力性經濟性開發(fā)的關鍵。