周浩 王森 喬華 杜學(xué)良

眾泰汽車工程研究院 浙江省杭州市 310018

1 引言

國家標(biāo)準(zhǔn)委正式發(fā)布的GB 19578-2014《乘用車燃料消耗量限值》和GB 27999-2014《乘用車燃料消耗量評價(jià)方法及指標(biāo)》，讓汽車生產(chǎn)企業(yè)對單車油耗及企業(yè)平均燃油消耗量看得十分重視，從工信部公告上得知：2015年我國乘用車平均燃油消耗量為6.65L/100km，2016年我國乘用車平均燃油消耗量為6.51 L/100km，隨著時(shí)間的推移而對企業(yè)油耗限值的收緊，汽車企業(yè)真正的壓力還在后面。而這些企業(yè)為了生存和不被背負(fù)大額的罰款， 需要考慮各種方法去降低單車油耗及企業(yè)平均油耗是他在研發(fā)規(guī)劃和項(xiàng)目前期首要考慮的工作之一了。

2 第四階段油耗法規(guī)限值分析

工信部發(fā)布的第四階段油耗法規(guī)是沿用了第三階段標(biāo)準(zhǔn)采用的“車型燃料消耗量限值+企業(yè)平均燃料消耗量目標(biāo)值”的評價(jià)體系，并分別加嚴(yán)單車燃料消耗量限值和企業(yè)平均目標(biāo)值要求，其中整車整備質(zhì)量較大的乘用車燃料消耗量目標(biāo)值更加嚴(yán)格，尤其是1.88噸以上的乘用車[1]。

2.1 單車油耗準(zhǔn)入限值

單車油耗準(zhǔn)入限值，無形是國家為了節(jié)能減排對汽車上市的一個(gè)把控，不會(huì)對各汽車企業(yè)總體研發(fā)規(guī)劃受到限制。由于單車油耗限值是根據(jù)整車重量劃分階段來制定油耗限值的，各汽車企業(yè)單車在上公告時(shí)，綜合油耗在第四階段法規(guī)限值內(nèi)，就算滿足要求。企業(yè)一般運(yùn)用一些常規(guī)的降油耗方案(例如：優(yōu)化行駛阻力、增加啟停功能、輕量化技術(shù)、電子轉(zhuǎn)向、全混、輕混等等)。

2.2 企業(yè)平均油耗限值

企業(yè)平均油耗限值彌補(bǔ)了只對單車油耗限值的漏洞，是對各車企所有車型和所有燃料消耗量的平均值，使車企的總體排放達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，控制了各車企大排量傳統(tǒng)燃油乘用車的項(xiàng)目。即使有大排量燃油車，企業(yè)也必須從小排量發(fā)動(dòng)機(jī)、混動(dòng)項(xiàng)目、純電動(dòng)項(xiàng)目、氫燃料等項(xiàng)目上去考慮開發(fā)，從而降低企業(yè)的平均油耗限值，滿足國家要求。真正達(dá)到改善人們生存環(huán)境、遏制環(huán)境惡化趨勢，并且做到節(jié)約能源、降低能源消耗、減少污染物排放。

3 乘用車降油耗策略

車企在每個(gè)項(xiàng)目研發(fā)初期（方案批準(zhǔn)階段）根據(jù)項(xiàng)目選用的車型平臺(tái)、類型、動(dòng)力總成參數(shù)、預(yù)估的風(fēng)阻系數(shù)、滑行曲線、設(shè)定的整車整備質(zhì)量、輪胎型號等信息進(jìn)行仿真分析，仿真分析所輸入的參數(shù)越準(zhǔn)確，其結(jié)果誤差越小，最后根據(jù)仿真分析結(jié)果與整車重量進(jìn)行確認(rèn)，是否滿足國家第四階段油耗限值要求。假如結(jié)果不滿足，需根據(jù)差值進(jìn)行選定不同的方案（例如：常規(guī)方案、混動(dòng)方案、純電動(dòng)）進(jìn)行開發(fā)。

3.1 乘用車常規(guī)降油耗方案

降油耗常規(guī)方案一般用于整車綜合油耗仿真結(jié)果與法規(guī)油耗限值相差較?。ā?L）。具體可從以下幾方面去降油耗：

（1）降低輪胎滾阻系數(shù)： 假設(shè)滾動(dòng)阻力可從10‰降至8‰，及整車整備質(zhì)量設(shè)為1578kg，則滾動(dòng)阻力可下降△F=（1578kg+100kg）*9.8N/kg*2‰=32.9N，由上述計(jì)算知，油耗至少可下降0.24L/100km；

（2）風(fēng)阻優(yōu)化：根據(jù)Fw=CDAV2/21.15可得知，此方案主要是造型設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考慮，另外可以增加擾流板、輪胎阻風(fēng)板等優(yōu)化方案，通過CAE仿真及整車風(fēng)洞試驗(yàn)，選擇出理想的方案；

（3）整車輕量化：汽車輕量化是在保證汽車的強(qiáng)度和安全性的前提下，盡可能的降低汽車的整備質(zhì)量（例如：奔馳的鋁材料車身、寶馬的碳纖維材料、福特和通用復(fù)合材料等等，主要是通過模塊化，使用新型材料進(jìn)一步降低車重，實(shí)現(xiàn)更低的油耗）[2]，從而提高汽車的動(dòng)力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。根據(jù)動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性仿真分析的計(jì)算公式中，整備質(zhì)量每減少50kg，整車綜合油耗可降低0.1L/100km。

（4）制動(dòng)系統(tǒng)阻滯力優(yōu)化：作為整車機(jī)械阻力的一部分，制動(dòng)阻滯力和輪轂軸承的阻力，對整車的滑行有顯著影響。

（5）動(dòng)力總成優(yōu)化：可以從發(fā)動(dòng)機(jī)本體及附件功耗優(yōu)化，整車動(dòng)力總成標(biāo)定、變速箱、機(jī)械阻力等方面。另外可從發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)上去提升，比如：豐田VVT-iE發(fā)動(dòng)機(jī)，大大提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，馬自達(dá)的創(chuàng)馳藍(lán)天技術(shù)，13∶1高壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)等。

（6）發(fā)動(dòng)機(jī)啟停技術(shù)：根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)行駛循環(huán)整車綜合油耗（NEDC）工況中，怠速時(shí)間占比27.62%，因此NEDC工況下啟停系統(tǒng)可有明顯節(jié)油效果，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)一般節(jié)油3%-4%。

（7）運(yùn)用電子設(shè)備：比如使用電子轉(zhuǎn)向泵、電子節(jié)溫器、電子水泵、AMS智能發(fā)電（通過加速降低發(fā)電機(jī)輸出，減速時(shí)回收能量轉(zhuǎn)為電化學(xué)能，并維持蓄電池電量在70%-90%的荷電狀態(tài)）等。

當(dāng)然這些方案的采用均與單車成本有直接關(guān)系，車企在選取時(shí)會(huì)從降油耗的效果及成本進(jìn)行對比，最終權(quán)衡后選出達(dá)到整車綜合油耗目標(biāo)或第四階段油耗限值的方案。假設(shè)某車型經(jīng)過仿真分析NEDC為8.88L/100km，經(jīng)過采用以下常規(guī)方案可達(dá)到7.17 L/100km，具體方案及降油效果。

3.2 混合動(dòng)力汽車方案

目前國內(nèi)外混合動(dòng)力汽車可分為3類：充電式混合動(dòng)力、全混合動(dòng)力、輕混合動(dòng)力。各車企在項(xiàng)目預(yù)言階段，對產(chǎn)品開發(fā)定義會(huì)選擇混動(dòng)的類型（根據(jù)企業(yè)的計(jì)劃需求及市場需求）。充電式混合動(dòng)力車在不同駕駛模式下，有著不同的駕駛感受，適用于城郊平凡駕駛，但又對長途沒有受到限制，既保證了動(dòng)力性又達(dá)到了經(jīng)濟(jì)性。全混合動(dòng)力車是利用發(fā)動(dòng)機(jī)小排量、低車速純電動(dòng)模式下來降低油耗，又通過增加電動(dòng)機(jī)來滿足低速低扭時(shí)的動(dòng)力不足。目前合資品牌車輛運(yùn)用廣泛，例如豐田凱美瑞、本田雅閣、福特蒙迪歐等等。輕混合動(dòng)力車是發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在車輛停止時(shí)自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，并能在減速、制動(dòng)時(shí)進(jìn)行能量再生和回收，可用最低成本實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力的最大效率，從而達(dá)到降低汽車油耗。

圖1

混合動(dòng)力汽車與傳統(tǒng)燃油車相比，依靠混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn)可按平均需用的功率來確定內(nèi)燃機(jī)的最大功率，發(fā)動(dòng)機(jī)相對較小，可達(dá)到油耗低、污染少的最優(yōu)工況下工作，從而能有效降低單車綜合油耗值，及減小企業(yè)平均油耗限值的壓力。

3.3 純電動(dòng)汽車方案

純電動(dòng)汽車是利用動(dòng)力電池作為儲(chǔ)能動(dòng)力源，通過動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電能，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來推動(dòng)電動(dòng)汽車前進(jìn)。它的特點(diǎn)是零排放、零污染、噪音小、能量轉(zhuǎn)換效率高，同時(shí)可以回收制動(dòng)和下坡時(shí)的能量，提高能量的利用效率。所以采用純電動(dòng)汽車是有效降低國家石油的消耗及排放污染的方法之一。在2017年9月，工業(yè)和信息化部、財(cái)政部、商務(wù)部、海關(guān)總署、質(zhì)檢總局聯(lián)合發(fā)布了《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》，補(bǔ)貼、雙積分等一系列新政策的推出，表明國家提倡新能源汽車產(chǎn)業(yè)的開發(fā)。同時(shí)汽車企業(yè)在資本、政府和企業(yè)的推動(dòng)下涌入新能源汽車行業(yè)（例如各地政府通過招商引資的形式規(guī)劃大型的新能源工業(yè)園區(qū)、新能源購車補(bǔ)貼政策等）。外資車企加速本土化，合資品牌車企因雙積分要求也在加速產(chǎn)品的推遲。所以，純電車的發(fā)展勢不可擋，而傳統(tǒng)的交通工具汽車時(shí)代正在逐漸遠(yuǎn)去，取而代之的是電動(dòng)化、智能化的時(shí)代。

4 結(jié)語

綜上所述汽車企業(yè)在面對國家發(fā)布的第四階段油耗限值及企業(yè)平均油耗法規(guī)下，最近幾年勉強(qiáng)可以滿足國家要求。但隨著國家后續(xù)發(fā)布第五階段、第六階段……油耗限值及排放要求，汽車企業(yè)必須從新能源汽車上進(jìn)行開發(fā)。汽車企業(yè)要想穩(wěn)步發(fā)展，滿足國家法規(guī)要求和人們的需求，必將從純電動(dòng)、混合動(dòng)力、燃料電池等方面開展技術(shù)創(chuàng)新工作，打造純電動(dòng)整車專用平臺(tái)，并形成以電池、電控、電驅(qū)為核心的新能源動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)。