基于油耗标准的乘用车性能要求分析

华从波，刘闪闪，贺子龙

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

前言

为了巩固和提高汽车工业未来国际竞争力，欧美日等汽车工业发达国家都在采取积极措施，推动和促进汽车节能技术发展、提高汽车燃料经济性水平，相继完成新一轮对2020年甚至更长远的各年度乘用车燃料消耗量标准法规制定，对乘用车燃料消耗量及对应的CO2排放提出更加严格的要求。

不同于美国、欧洲和日本等汽车工业发达国家，我国采用的是“单车油耗限值+车队油耗”的评价体系，即单一车型必须满足其所属整备质量段对应的油耗限值，不满足的车型禁止生产，企业平均油耗也必须满足当年的目标值，不满足的企业的新生产车型须满足油耗目标值。依据《中国制造2025》、《汽车产业中长期发展规划》，2020年乘用车新车整体油耗达到5L/100km左右，2025年乘用车新车整体油耗下降到4 L/100 km。

图1 油耗标准对比

1 乘用车阻力分析

汽车行驶阻力包括滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力，其中坡度阻力与加速阻力主要受道路状况影响，现对滚动阻力与空气阻力累加得到的乘用车滑行阻力变化趋势进行分析，整备质量1吨左右小型车（平均1054kg）及2吨左右MPV车型（平均2035kg）滑行阻力对比如图所示。

图2 整备质量1吨左右车型滑行阻力对比

图3 整备质量2吨左右车型滑行阻力对比

2 乘用车NEDC工况动力需求及油耗分析

2.1 NEDC工况车辆行驶功率分析

汽车行驶时，驱动力和行驶阻力相互平衡，行驶阻力包括滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力，其功率平衡方程式如下：

式中：P——动力系统发出的总功率，kW；

m——汽车总重量，kg；

g——重力加速度，N/kg；

f——滚动阻力系数；

α——坡度角；

va——车速，km/h；

CD——空气阻力系数；

A——迎风面积，m2；

δ——旋转质量换算系数；

ηT——动力传动系统机械效率；

分别针对1吨与2吨整备质量车型NEDC工况车辆行驶功率进行计算分析，车速与行驶功率如下图所示。

图4 NEDC工况阻力功率对比

2.2 NEDC工况车辆动力性能需求分析

对NEDC工况加速需求进行分析可以看出，低速时加速度需求较大（1.04m/s^2），高速时加速度需求较小（0.28m/s^2），相比传统汽车低速时最大加速度3m/s^2以上，高速时最大加速度0.3m/s^2以上，可知，低速时车辆加速过程后备功率较大，高速时后备功率较小。

图5 NEDC工况加速度分析

对NEDC工况动力源功率需求进行分析可以看出，低速时功率需求较小（22kW），高速时功率需求较大（60kW），相比传统1.3NA汽油机最大功率70kW，NEDC工况低速加速过程发动机后备功率较大，高速时裕度较小，与加速性能需求结论一致。

图6 NEDC工况功率需求分析

2.3 NEDC工况车辆能耗分析

根据多款车型滑行阻力进行拟合，分别获得1吨与2吨整备质量车型平均滑行阻力，并对NEDC行驶过程1吨、2吨车型发动机需求输出能耗进行分析，如下图所示。其中 1吨车型需要发动机累计输出1.39kW.h能量，2吨车型需要发动机累计输出2.21kW.h能量。

图7 NEDC工况发动机输出能耗对比

2.4 NEDC工况车辆油耗分析

分别对1吨、2吨传统燃油轿车与混合动力轿车油耗进行分析，并对混合动力汽车发动机-电机混合动力系统综合油耗率提升对整车油耗影响进行分析。NEDC工况整车油耗受动力系统平均油耗率直接影响，通过发动机+电机混合动力系统提升平均油耗率对提升整车油耗效果明显。

从分析结果可以看出，如果不考虑电动车CAFC值贡献，仅通过动力系统提升热效率不可能实现五阶段油耗，因此企业达成五阶段油耗的路径为合理降低燃油车油耗，同时提高电动车占比。

表1 NEDC工况油耗分析

注：四阶段油耗分析时，假设1吨、2吨车辆均为手动两排。

图8 动力总成效率对油耗影响分析

3 结论

现阶段油耗标准逐步加严，如何同时保障依法合规、顾客价值及有效营利是企业当前关键任务。企业的生存和发展首先要确保产品满足相关标准、法规的要求；其次企业要选用合适的技术，以保证在产品全生命周期内，顾客价值的最大化。对乘用车节油技术路线分析主要有以下结论：

（1）在现有传统发动机基础上，实施传统的节油技术，应用到主力中、小型车上，达到四阶段油耗单车的目标值；

（2）持续研究传统的节油技术，以及微混、中混等混合动力技术，在中、大型乘用车上应用后可接近四阶段油耗单车的目标值；

（3）运用重混及插电式混合动力，提升动力系统综合效率，应对2020年以后更严格的油耗要求；

（4）在合适的车型上应用纯电动技术，使企业的平均油耗达到油耗标准要求。