基于油耗標(biāo)準(zhǔn)的乘用車性能要求分析

華從波，劉閃閃，賀子龍

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

前言

為了鞏固和提高汽車工業(yè)未來國際競爭力，歐美日等汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家都在采取積極措施，推動和促進(jìn)汽車節(jié)能技術(shù)發(fā)展、提高汽車燃料經(jīng)濟(jì)性水平，相繼完成新一輪對2020年甚至更長遠(yuǎn)的各年度乘用車燃料消耗量標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)制定，對乘用車燃料消耗量及對應(yīng)的CO2排放提出更加嚴(yán)格的要求。

不同于美國、歐洲和日本等汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家，我國采用的是“單車油耗限值+車隊(duì)油耗”的評價(jià)體系，即單一車型必須滿足其所屬整備質(zhì)量段對應(yīng)的油耗限值，不滿足的車型禁止生產(chǎn)，企業(yè)平均油耗也必須滿足當(dāng)年的目標(biāo)值，不滿足的企業(yè)的新生產(chǎn)車型須滿足油耗目標(biāo)值。依據(jù)《中國制造2025》、《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，2020年乘用車新車整體油耗達(dá)到5L/100km左右，2025年乘用車新車整體油耗下降到4 L/100 km。

圖1 油耗標(biāo)準(zhǔn)對比

1 乘用車阻力分析

汽車行駛阻力包括滾動阻力、空氣阻力、坡度阻力和加速阻力，其中坡度阻力與加速阻力主要受道路狀況影響，現(xiàn)對滾動阻力與空氣阻力累加得到的乘用車滑行阻力變化趨勢進(jìn)行分析，整備質(zhì)量1噸左右小型車（平均1054kg）及2噸左右MPV車型（平均2035kg）滑行阻力對比如圖所示。

圖2 整備質(zhì)量1噸左右車型滑行阻力對比

圖3 整備質(zhì)量2噸左右車型滑行阻力對比

2 乘用車NEDC工況動力需求及油耗分析

2.1 NEDC工況車輛行駛功率分析

汽車行駛時(shí)，驅(qū)動力和行駛阻力相互平衡，行駛阻力包括滾動阻力、空氣阻力、坡度阻力和加速阻力，其功率平衡方程式如下：

式中：P——動力系統(tǒng)發(fā)出的總功率，kW；

m——汽車總重量，kg；

g——重力加速度，N/kg；

f——滾動阻力系數(shù)；

α——坡度角；

va——車速，km/h；

CD——空氣阻力系數(shù)；

A——迎風(fēng)面積，m2；

δ——旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；

ηT——動力傳動系統(tǒng)機(jī)械效率；

分別針對1噸與2噸整備質(zhì)量車型NEDC工況車輛行駛功率進(jìn)行計(jì)算分析，車速與行駛功率如下圖所示。

圖4 NEDC工況阻力功率對比

2.2 NEDC工況車輛動力性能需求分析

對NEDC工況加速需求進(jìn)行分析可以看出，低速時(shí)加速度需求較大（1.04m/s^2），高速時(shí)加速度需求較?。?.28m/s^2），相比傳統(tǒng)汽車低速時(shí)最大加速度3m/s^2以上，高速時(shí)最大加速度0.3m/s^2以上，可知，低速時(shí)車輛加速過程后備功率較大，高速時(shí)后備功率較小。

圖5 NEDC工況加速度分析

對NEDC工況動力源功率需求進(jìn)行分析可以看出，低速時(shí)功率需求較小（22kW），高速時(shí)功率需求較大（60kW），相比傳統(tǒng)1.3NA汽油機(jī)最大功率70kW，NEDC工況低速加速過程發(fā)動機(jī)后備功率較大，高速時(shí)裕度較小，與加速性能需求結(jié)論一致。

圖6 NEDC工況功率需求分析

2.3 NEDC工況車輛能耗分析

根據(jù)多款車型滑行阻力進(jìn)行擬合，分別獲得1噸與2噸整備質(zhì)量車型平均滑行阻力，并對NEDC行駛過程1噸、2噸車型發(fā)動機(jī)需求輸出能耗進(jìn)行分析，如下圖所示。其中 1噸車型需要發(fā)動機(jī)累計(jì)輸出1.39kW.h能量，2噸車型需要發(fā)動機(jī)累計(jì)輸出2.21kW.h能量。

圖7 NEDC工況發(fā)動機(jī)輸出能耗對比

2.4 NEDC工況車輛油耗分析

分別對1噸、2噸傳統(tǒng)燃油轎車與混合動力轎車油耗進(jìn)行分析，并對混合動力汽車發(fā)動機(jī)-電機(jī)混合動力系統(tǒng)綜合油耗率提升對整車油耗影響進(jìn)行分析。NEDC工況整車油耗受動力系統(tǒng)平均油耗率直接影響，通過發(fā)動機(jī)+電機(jī)混合動力系統(tǒng)提升平均油耗率對提升整車油耗效果明顯。

從分析結(jié)果可以看出，如果不考慮電動車CAFC值貢獻(xiàn)，僅通過動力系統(tǒng)提升熱效率不可能實(shí)現(xiàn)五階段油耗，因此企業(yè)達(dá)成五階段油耗的路徑為合理降低燃油車油耗，同時(shí)提高電動車占比。

表1 NEDC工況油耗分析

注：四階段油耗分析時(shí)，假設(shè)1噸、2噸車輛均為手動兩排。

圖8 動力總成效率對油耗影響分析

3 結(jié)論

現(xiàn)階段油耗標(biāo)準(zhǔn)逐步加嚴(yán)，如何同時(shí)保障依法合規(guī)、顧客價(jià)值及有效營利是企業(yè)當(dāng)前關(guān)鍵任務(wù)。企業(yè)的生存和發(fā)展首先要確保產(chǎn)品滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)的要求；其次企業(yè)要選用合適的技術(shù)，以保證在產(chǎn)品全生命周期內(nèi)，顧客價(jià)值的最大化。對乘用車節(jié)油技術(shù)路線分析主要有以下結(jié)論：

（1）在現(xiàn)有傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)基礎(chǔ)上，實(shí)施傳統(tǒng)的節(jié)油技術(shù)，應(yīng)用到主力中、小型車上，達(dá)到四階段油耗單車的目標(biāo)值；

（2）持續(xù)研究傳統(tǒng)的節(jié)油技術(shù)，以及微混、中混等混合動力技術(shù)，在中、大型乘用車上應(yīng)用后可接近四階段油耗單車的目標(biāo)值；

（3）運(yùn)用重混及插電式混合動力，提升動力系統(tǒng)綜合效率，應(yīng)對2020年以后更嚴(yán)格的油耗要求；

（4）在合適的車型上應(yīng)用純電動技術(shù)，使企業(yè)的平均油耗達(dá)到油耗標(biāo)準(zhǔn)要求。