基于油耗標準的乘用車性能要求分析

華從波，劉閃閃，賀子龍

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，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)達國家都在采取積極措施，推動和促進汽車節(jié)能技術發(fā)展、提高汽車燃料經濟性水平，相繼完成新一輪對2020年甚至更長遠的各年度乘用車燃料消耗量標準法規(guī)制定，對乘用車燃料消耗量及對應的CO2排放提出更加嚴格的要求。

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

圖1 油耗標準對比

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行分析，整備質量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 整備質量1噸左右車型滑行阻力對比

圖3 整備質量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，驅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——迎風面積，m2；

δ——旋轉質量換算系數(shù)；

ηT——動力傳動系統(tǒng)機械效率；

分別針對1噸與2噸整備質量車型NEDC工況車輛行駛功率進行計算分析，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工況加速需求進行分析可以看出，低速時加速度需求較大（1.04m/s^2），高速時加速度需求較小（0.28m/s^2），相比傳統(tǒng)汽車低速時最大加速度3m/s^2以上，高速時最大加速度0.3m/s^2以上，可知，低速時車輛加速過程后備功率較大，高速時后備功率較小。

圖5 NEDC工況加速度分析

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

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行擬合，分別獲得1噸與2噸整備質量車型平均滑行阻力，并對NEDC行駛過程1噸、2噸車型發(fā)動機需求輸出能耗進行分析，如下圖所示。其中 1噸車型需要發(fā)動機累計輸出1.39kW.h能量，2噸車型需要發(fā)動機累計輸出2.21kW.h能量。

圖7 NEDC工況發(fā)動機輸出能耗對比

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行分析，并對混合動力汽車發(fā)動機-電機混合動力系統(tǒng)綜合油耗率提升對整車油耗影響進行分析。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+電機混合動力系統(tǒng)提升平均油耗率對提升整車油耗效果明顯。

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

表1 NEDC工況油耗分析

注：四階段油耗分析時，假設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 結論

現(xiàn)階段油耗標準逐步加嚴，如何同時保障依法合規(guī)、顧客價值及有效營利是企業(yè)當前關鍵任務。企業(yè)的生存和發(fā)展首先要確保產品滿足相關標準、法規(guī)的要求；其次企業(yè)要選用合適的技術，以保證在產品全生命周期內，顧客價值的最大化。對乘用車節(jié)油技術路線分析主要有以下結論：

（1）在現(xiàn)有傳統(tǒng)發(fā)動機基礎上，實施傳統(tǒng)的節(jié)油技術，應用到主力中、小型車上，達到四階段油耗單車的目標值；

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

（3）運用重混及插電式混合動力，提升動力系統(tǒng)綜合效率，應對2020年以后更嚴格的油耗要求；

（4）在合適的車型上應用純電動技術，使企業(yè)的平均油耗達到油耗標準要求。