汽车动力性经济性性能开发讲稿.ppt

1、汽车动力性经济性性能开发,性能开发的概念,产品性能开发流程,概念阶段,方案阶段,设计阶段,试验验证阶段,整车/机目标确定,系统目标确定,部件目标确定,部件开发(供应商),部件性能试验,系统功能试验,骡子车及样车试验,目 标 分 解,性能 一级指标,性能 二级指标,产品 技术要求,控 管 标 目,状态 跟踪,汽车性能是指汽车能够适应各种使用条件、满足顾客使用需求及社会环境需求的能力； 市场竞争以及技术水平的提升必然对产品性能提出更高要求； 顾客、自然环境和社会环境等的需求，要求必须引入性能开发的概念； 性能开发涵盖了传统意义上的试验、CAE分析和设计。,目录,汽车性指标介绍 汽车性能开发思路 性

2、能开发的主要工作 动力性经济性指标评价方法 动力性经济性试验介绍 动力性经济性分析方法介绍 动力性经济性开发流程 机车匹配提升动力性经济性方法 发动机本体与整车动力性经济性 整车其它性能对动力性经济性的影响,汽车性能指标介绍,造型色彩与人机工程,经济性,安全性,动力性,可靠耐久性,舒适性,环保、排放、EMC,功能配置,汽车性能指标介绍,2、汽车性能分类 由前面汽车性能的定义不难看出，在各种使用条件下汽车均应满足顾客与社会环境的需求，因此，从顾客与社会环境需求角度出发，将汽车性能划分为以下16项： 01 总布置及工效性 General layout and Performance 指汽车的总体布

3、置、装配及维修方便性、运输、保管、通过性等相关指标。 02 人机工程 Ergonomic 指使整车设计适应人体结构的要求，确保人-机系统工作的高效、舒适性。本标准指居住舒适性和人机界面性能，具体为车内乘坐姿态及空间、操作方便性、上下车方便性、座椅舒适性、视野等指标。 03 造型及颜色 Styling and Colour 指车辆内外部形状风格及色彩搭配特征，具体指汽车的造型风格、风阻系数、颜色基调及色彩搭配。 04 动力性 Power Performance 指汽车在良好平直路面行驶时由车辆受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。其评价指标为最高车速、加速能力、爬坡能力、驾驶性、牵引能力

4、、最低稳定车速等。,汽车性能指标介绍,05 燃油经济性 Fuel Economy 指汽车以最少的燃料消耗量完成单位运输工作量的能力，其评价指标为设计标准载荷下每行驶100公 里消耗掉的燃料量（升）。汽车燃油经济性的指标包括等速油耗、综合油耗、行驶里程等。 06 操纵稳定性 Steering/Handling Stability 指汽车在行驶状态下能否完全按照驾驶员的意愿（操作）完成改变运动方向和改变运动速度，且当 遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。它包括转向回正、稳态回转、转向轻便、蛇形、直线行驶稳定性等。 07 平顺性 Ride Comfort 指汽车在行驶状态下，由于路面

5、不平而引起的座椅振动对乘员舒适性的影响程度。其工作内容包括 随机输入（等效均值等），不平路面座椅振动。 08 可靠耐久性 Reliability and Durability 可靠性指汽车在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的能力。耐久性指汽车在规定的使用 和维修条件下，达到某种技术或经济指标极限时，完成功能的能力。本标准所指的可靠耐久性包括汽车平均故障间隔里程、平均首次故障里程、故障率等，耐久性包括整车及关键零部件使用寿命等。,汽车性能指标介绍,09 NVH Nosie Vibration Harshness 指汽车的噪音（Noise)、振动(Vibration)以及声振粗糙度(Har

6、shness)三项指标。主要工作内容包括整车及系统主要零部件的NVH性能。有统计资料显示，整车约有1/3的故障问题是和车辆的NVH问题有关系，而各大公司有近20%的研发费用消耗在解决车辆的NVH问题上。 10 重量 Weight 指整车自重、重量分解、载重能力等各项指标。 11 成本 Cost 指用户购买及使用所付出的费用。包括整车终端价格、直接材料成本、车辆使用成本等。 12 功能/配置 Function/Features 指车辆结构配置、操控性、舒适性配置、档次性配置等，该项指标为用户关心的车辆基本信息。 13 精细化 Craftsmanship 指汽车内外表面视觉、触觉等质量，主要指车辆

7、内外表面间隙/阶差、外露联结方式及外露件圆角等，也指车辆相关操作部件触摸质量等。 14 热适应性 Thermal Compatibility 指乘员热适应性（室内空调暖风）、车辆热适应性（机舱热管理、除霜化冰以及低温冷起动性） 。,汽车性能指标介绍,15 安全性 Safety 指汽车防止或减少道路交通事故发生的能力，以及减少在交通事故中乘员及行人的伤害程度。本标 准所指的汽车安全性包括主动安全、被动安全以及灯光及信号安全，其中主动安全包括：制动性、ESP、ASR、TCS等；被动安全包括乘员安全性、行人保护、低速碰撞指标等。灯光及信号安全包括：灯光及信号装置的配光性能、信号强度等 。 16 环保

8、性 Environmental Protection 指汽车对环境的影响程度。包括汽车尾气排放、回收再利用、驾驶室内空气污染物控制及电磁兼容 。 尾气排放:指对汽车排放废气有毒有害物质控制、排气烟度控制、燃油蒸发物控制等指标。 回收再利用:指报废汽车的可回收、零部件及材料可再利用的能力，包括汽车产品禁用限用物质的控制与标识、整车可回收性识别与标识、整车回收利用率的指标控制等。 驾驶室内空气污染物控制:指车内零部件及材料的挥发性有机物和酮醛类物质的识别与控制。 电磁兼容性:指汽车的电子电器设备或系统在其电磁环境中不会因为周边的电磁环境干扰而导致性能降低、功能丧失或损坏，也不会在周边环境中产生过量

9、的电磁能量，以致影响周边设备的正常工作。包含电磁干扰和电磁敏感性。,汽车性能开发思路,整车性能指标：对用户需求及法规要求的体现，产品策略（技术竞争力）的表现，整车设计必须控制的指标，以指导后期的工程开发（VTS：Vehicle Technical Specification，整车技术规范）。 AT 一般道路上碰到最大的坡是地下停车场的坡，范围是10%-15%，一般是12%； Timothy C. Moore:在EPA（Environmental Protection Agency）试验规定的质量下，车辆能以104km/h的速度通过6% 的坡道，满载时车速不得低于80km/h，096km/h加速

10、时间不应大于20s。,动力性经济性指标评价方法,动力性经济性指标评价方法,动力性能评价方法 动力性能客观评价 最大爬坡度 坡度统计：,动力性经济性指标评价方法,油门操作性能评价方法 评价项目 初始力A：指踩下油门踏板过程中，第一个斜率明显减小的拐点所对应的踏板力； 终点力B：指油门踏板在下止点位置，第一个斜率明显增大的拐点所对应的踏板力； 最大回程力C：指回位过程中，第一个斜率明显减小的拐点所对应踏板力,横坐标：行程，mm 纵坐标，力，N,最小回程力D：指油门踏板回位过程中，第一个斜率明显增大的拐点所对应的踏板力； 阻尼H：终点力B和最大回程力C的差值； 空行程D1：踩下油门踏板过程中的无效行

11、程； 踏板行程L：踩下油门踏板过程中的有效行程(A和B之间的行程)； 踏板斜率：踏板踩下过程中力值增加速率,(终点力B-初始力A)/踏板行程L 刚性变形D2：踏板极限位置的刚性；终点力B至达到其150%产生的变形量；,动力性经济性指标评价方法,油门操作性能评价方法 评价要求 电子油门踏板操纵性能标准 机械油门踏板操纵性能标准,动力性经济性指标评价方法,燃油经济性能评价方法 重要性 资源的紧迫性 过去十年我国汽车保有量迅速增长，2011年末达到10578万辆，相比上年增长20%：,在全球石油储备量越来越少，石油价格不断攀升的大趋势下，能源危机一触即发。作为全球最大石油消费国，我国能源储量与结构先

12、天不足，国家统计显示2012年我国石油基础储量为28.9亿吨，同年中国石油消费量为4.88亿吨，其中进口2.8亿吨，进口依赖度58%。 随着中国汽车产销量的迅速增长，石油进口的依赖度将会继续攀高，直接威胁我国的能源战略。,动力性经济性指标评价方法,燃油经济性能评价方法 重要性 国家的应对策略 新开发车型，从2005年7月1日开始执行第一阶段限值要求，2008年1月1日起执行第二阶段限值要求： 在生产车型，从2006年7月1日开始执行第一阶段限值要求，2009年1月1日起执行第二阶段限值要求；,第三阶段油耗原计划2015年开始实施，但随着能源形势的日益严峻，国家于2010年开始对提前达到第三阶段

13、油耗标准的车型给予补贴，之后于2012年进一步提高标准；,动力性经济性指标评价方法,燃油经济性能评价方法 重要性 国家的应对策略 节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020)已明确2020年油耗目标为5.0L/100km，较三阶段下降27.5%； 按照2016-2019年油耗目标以一定斜率下降预测，2018年油耗目标为5.9L/100km，较三阶段下降15%;,动力性经济性指标评价方法,燃油经济性能评价方法 重要性 国家的应对策略 乘用车企业平均燃料消耗量核算办法已于2013年3月14日正式由五部委对外发布，工信部也已经在4月组织各个汽车主机厂、零部件厂及国内外相关汽车协会进行核算办法内

14、容宣贯。,动力性经济性指标评价方法,动力性经济性指标评价方法,燃油经济性能评价方法 重要性 国家的应对策略 2012下半年国产乘用车企业共计上报燃料消耗量数据730.8万条，其中新能源4456条。其中天津一汽夏利汽车股份有限公司实际油耗最低，达到5.8L/100km，其次是重庆长安铃木汽车有限公司5.93 L/100km，第三名是奇瑞汽车股份有限公司6.15 L/100km。,动力性经济性指标评价方法,燃油经济性能评价方法 乘用车评价方法 等速工况油耗 等速行驶是汽车在公路上运行的一种基本工况，加上这种油耗容易测定，所以得到广泛采用（ 60km /h，90km/h，120km/h ）。 不过，

15、由于汽车在实际行驶中经常出现加速、减速、制动和发动几怠速等多种工作情况，因此等速油耗往往偏低，与实际油耗有较大差别。特别对经常在城市中作短途行驶的汽车，差别就更大。,动力性经济性指标评价方法,燃油经济性能评价方法 乘用车评价方法 循环工况油耗-目前国家规定 根据GB 18352.3-2005轻型汽车燃料消耗量试验方法进行，规定在模拟城市和市郊的运转循环下，用碳平衡法计算出燃料消耗量。 试验在专用的底盘测功器上进行。测出排气中以g/km(克每千米)计的二氧化碳、一氧化碳及碳氢的排放量，用碳平衡法求得燃油消耗量。 碳平衡法依据的基本原理是质量守恒定律：汽(柴)油经过发动机燃烧后，排气中碳质量的总和

16、与燃烧前燃油中碳质量的总和应该相等。,动力性经济性指标评价方法,燃油经济性能评价方法 乘用车评价方法 循环工况油耗-目前国家规定 车辆行驶速度规定如下，分为市区循环和市郊循环两部分。,变速器档位的选取对燃油消耗有显著影响，MT变速器档位也有明确规定；,动力性经济性指标评价方法,NEDC（ New European Driving Cycle ） UDC（ Urban Driving Cycle ） EUDC（ Extra Urban Driving Cycle ） 以上均为三种循环所测得的油耗均为平均油耗。,动力性经济性指标评价方法,怠速启停车型油耗计算表,燃油经济性能评价方法 乘用车评价方法

17、 循环工况油耗-美国环境保护局,动力性经济性指标评价方法,燃油经济性能评价方法 商用车评价方法 工信部规定：中重型商用车燃油消耗量检测方法 以新车型上公告为限制措施； 主要在底盘测功机上测试，工况以世界统一的重型商用车瞬态车辆循环WTVC为基础制定的C-WTVC； 可以采用质量法或碳平衡法测定燃油消耗量；,动力性经济性指标评价方法,燃油经济性能评价方法 商用车评价方法 交通部规定：营运客/货车燃料消耗量限值及测量方法 08年公布，以营运准入为限制措施； 与老国家标准类似，采用在试验场道路上测试等速油耗的方法，速度权重k如图： 以车重分级设定了两阶段油耗限值；,动力性经济性指标评价方法,动力性经

18、济性一级指标汇总 动力性经济性一级指标 油门操纵性能一级指标,动力性经济性指标评价方法,AT车型满载D档怠速不溜坡（8%）,动力性经济性试验方法介绍,概述 试验方法分类 道路试验，包括： 最高车速试验。 0-100kph加速试验。 超越加速试验。 爬陡坡试验。 等速燃油消耗量试验。 滑行试验。 台架试验，最好在环境风洞中进行： 用底盘测功机构成汽车行驶状态模拟系统； 在室内模拟各种道路试验工况； 用测量仪器测定汽车的燃油消耗量； 用迎面风模拟发动机冷却状况； 用环境模拟系统保证试验环境；,动力性经济性试验方法介绍,概述 试验环境及设备介绍 道路试验场：国外汽车工业部门对建设自己的试车场十分重视

19、，甚至称汽车试验场是汽车工业发展的先驱。早在1917年美国就兴建了世界上第一个、占地面积达304km2的阿伯丁试车场(Aberdeen Proving Ground)，到如今已经历了91年的风风雨雨。第二次世界大战后，工业发达的西方国家及日本等国的各大汽车公司为了确立自己汽车龙头地位，更是疯狂地建设试车场，而且规模也越来越大。据不完全统计，世界上已建有100多个不同类型的汽车试验场。其中商用型汽车试验场大都是由国家或者汽车工业协会组织建立和管理的，如美国的内华达车辆试验中心的NATC试车场、法国摩托车技术协会的UTAC试车场、日本汽车研究所JARI试车场、前苏联汽车和发动机研究所HAMN试车场

20、等；专用型汽车试验场数量更多，如美国通用汽车公司的米尔费德Milford试车场、福特汽车公司的Michigan试车场、德国奔驰汽车公司的EhraLessien试车场等。,动力性经济性试验方法介绍,概述 试验环境及设备介绍 道路试验场： 交通部公路交通试验场：占地面积3600亩，内有国内设计车速最高(190km/h)的全封闭高速循环跑道、直线性能路、ABS 试验路、标准坡、外部噪声测试广场、可靠性、耐久性试验路、交通工程广场、标准坡道、涉水池、溅水池等试验设施； 襄樊试验场：占地面积2902亩，内有高速环道、直线性能路、2#综合路等近30公里试验路面和溅水池、标准坡、灰尘洞等试验设施； 定远试验

21、场：国家级汽车新产品定型试验机构。拥有高速试验环道、综合性能试验路、凹凸不平路、越野路等汽车试验所需的各种路面; 海南试验场：湿热气候的汽车道路试验基地。可进行整车、发动机和汽车用非金属材料等近百个项目的检测。海南汽车试验场有可靠性试验路、ABS路、强化腐蚀试验路和曝晒场。,动力性经济性试验方法介绍,概述 试验环境及设备介绍 道路试验环境要求： 封闭的试验场。 试验场地应平整(纵向在0.1%以内)，路面干燥，用沥青或混凝土铺装的道路上进行。 加速试验需在直线长度不小于2km，宽度不小于8m的道理上进行。 最高车速试验使用环形道路，总长度 试验时应是无雨、无雾天气。 气温040C，相对湿度小于9

22、5%。 风速不大于3m/s。,动力性经济性试验方法介绍,概述 试验环境及设备介绍 爬坡度试验坡度要求： 应有一系列不同坡度的坡道； 坡道长度不小于25m； 小于30%的坡道可用沥青铺装； 大于30%的坡道应为水泥路面；,动力性经济性试验方法介绍,概述 试验环境及设备介绍 环境风洞： 环境风洞可提供一个稳定标准的气候环境，用于标准化动力性经济性试验；,以泛亚环境风洞为例，其主要设备包括：,底盘测功机，用于提供车速及道路载荷模拟，其结构如左图； 预试验舱，用于浸车及静态试验； 新风系统，将干燥处理后的空气送入主试验舱； 主风机，送风及风速控制,动力性经济性试验方法介绍,概述 试验环境及设备介绍 环

23、境风洞： 目前国内环境风洞建设情况：,动力性经济性试验方法介绍,概述 试验环境及设备介绍 IMC动力性经济性测试系统： 基本信息：IMC全称德国imc集成测控公司(Integrated Measurement 进排气相关二级性能指标,机车匹配提升动力性经济性方法,进排气系统匹配优化方法 排气系统介绍： 排气系统结构： 排气系统分为冷端和热端，一般冷端的消声器对背压影响最大；,热端,冷端,氧传感器,三元催化器,排气歧管,消声器,吊耳和软垫,连接法兰,机车匹配提升动力性经济性方法,进排气系统匹配优化方法 消声器优化案例： 优化前方案： 方案几何模型； 气体在消声器内的流动情况如箭头所示。气体从输入

24、管进入，由于腔体3内填充的是消声材料，气体几乎不流通。因此，气体只能从穿孔流出，进入腔体2；腔体2的气体经过穿孔管上的穿孔进入穿孔管；从穿孔管流出的气体，进入腔体1，再流入输出管；,背压分析边界条件： 分析发动机全符合的工况，取空气流量287kg/h，出口为大气压；消声器壁面温度为500C，气体可压缩；,机车匹配提升动力性经济性方法,进排气系统匹配优化方法 消声器优化案例： 优化前方案： 背压分析结果： 消声器内总的压力损失为35.9kpa.消声器在各个腔体内的压力变化微弱，但是在第1个腔体和第2个腔体之间的压力变化巨大，这主要是因为气体流经穿孔的径向流动所造成的。,机车匹配提升动力性经济性方

25、法,进排气系统匹配优化方法 消声器优化案例： 优化前方案： 背压分析结果： 根据切片处的静压和速度分布，发现气体从输入管流经穿孔进入腔体2，气体的速度在腔体2内逐渐降低，但是在穿孔处的流速较大，以及产生一些较小的涡流，所以造成的压力损失约为3kpa；从腔体2流经小孔进入穿孔管，压力和速度分布都很不均匀，速度急剧增大，且高速区域均集中在穿孔管的中心部位，靠近壁面部分的速度相对偏低。穿孔管附近产生一些比较小的湍流，并且靠近穿孔管出口方向的穿孔处的速度远大于另一端穿孔处的速度，造成的压力损失约为20kpa；气体从腔体1流入输入管，由于气体的收缩造成相对比较大的能量损失，在此处造成的压力损失约为8kp

26、a，较大。,机车匹配提升动力性经济性方法,进排气系统匹配优化方法 消声器优化案例： 优化前方案： 背压产生原因总结： 一般消声器的压力损失由两部分组成，分别为局部压力损失和沿程摩擦阻力损失。对于结构复杂的消声器，沿程损失相对比较小，以局部压力损失为主。本案例中压降产生的主要原因是气流通过管道和穿孔时的扩缩损失。当气流流动截面突然变化时，速度急剧增加或减小，原流体流动状态受到极大的干扰和冲击，涡流现象加剧，尤其是从腔体通过穿孔进入管道的时候，产生的压力损失占总的压力损失的1/2多，这种扩缩损失是消声器压降的主要来源。,机车匹配提升动力性经济性方法,进排气系统匹配优化方法 消声器优化案例： 优化方

27、案： 针对产生压力损失的主要部位，在保证NVH性能的前提下，对结构进行优化，采用直流型结构，在各管道直径不变的情况下，避免气体从穿孔中流过，最终优化方案见下图：,机车匹配提升动力性经济性方法,进排气系统匹配优化方法 消声器优化案例： 优化结果： 使用相同的边界条件，对优化方案进行分析，总压力损失为17.2kpa，远小于原方案。比较压力分布，发现优化后的后消模型由于减少了气体流经穿孔的过程。因此，压力损失主要集中在从腔体流入各个管道的过程中，两处的压力损失分别为8kpa左右。 经过试验测试，优化方案的NVH性能在怠速状态下稍好于：原始方案，其余状态相当；,机车匹配提升动力性经济性方法,进排气系统

28、匹配优化方法 进气温度的影响及优化控制： 进气环境对发动机性能的影响： 修正公式 一般来说，进气温度升高10度，发动机扭矩下降3%； 常温下，100%相对湿度对发动机扭矩影响3.7%;,机车匹配提升动力性经济性方法,进排气系统匹配优化方法 进气温度的影响及优化控制： 进气环境对动力性经济性的影响： 进气温度每升高20度，0-100km/h加速时间增加近1s；,当进气温度影响到发动机爆震可能时，点火角会推迟，导致发动机性能进一步下降；,机车匹配提升动力性经济性方法,进排气系统匹配优化方法 进气温度的影响及优化控制： 优化方法： 改进进气口位置降低进气温度；,机车匹配提升动力性经济性方法,进排气系

29、统匹配优化方法 进气温度的影响及优化控制： 优化方法： 改进进气口位置降低进气温度；,机车匹配提升动力性经济性方法,进排气系统匹配优化方法 进气温度的影响及优化控制： 优化方法： 优化进气口附近结构降低进气温度；,机车匹配提升动力性经济性方法,进排气系统匹配优化方法 进气温度的影响及优化控制： 优化方法： 优化空滤器表面温度降低节气门附近进气温度；,机车匹配提升动力性经济性方法,电喷系统匹配优化方法 电喷基本匹配原则 比油耗控制方法 比油耗由进气量、过量空气系数、发动机扭矩和转速决定；,过量空气系数,进气量参数，主要由驾驶员控制，电喷不能控制,发动机转速，由负荷决定,发动机输出扭矩， 电喷可通

30、过调节点火角确定,Be(g/kw*h)=,A(负荷,转速),*14.7*M*n,机车匹配提升动力性经济性方法,电喷系统匹配优化方法 电喷基本匹配原则 过量空气系数控制策略 理论上1，空燃比偏稀，可以降油耗。但为满足排放要求，在10.02窗口范围内，对HC，CO，NOx转化率最高，因此需要控制在1左右：,机车匹配提升动力性经济性方法,电喷系统匹配优化方法 电喷基本匹配原则 过量空气系数控制策略 与发动机转速和扭矩关系：,机车匹配提升动力性经济性方法,电喷系统匹配优化方法 电喷基本匹配原则 过量空气系数控制策略 在NEDC循环中，在稳定、加速工况点，均在1左右。因此，在排放稳定、加速工况点，喷油量

31、与进气量保持在1:14左右，电喷不能更改喷油量；,减速断油时间对油耗有很大影响，作为经济性指标的观察项；,机车匹配提升动力性经济性方法,电喷系统匹配优化方法 电喷基本匹配原则 过量空气系数控制策略 结论：进气量一定，相应的喷油量一定，不能改变；,机车匹配提升动力性经济性方法,电喷系统匹配优化方法 电喷基本匹配原则 点火角控制策略 扭矩匹配原理：以1000rpm为例，当点火提前角为6度时，比油耗287g/KW*h，扭矩124.5NM；此时再增加点火角已经超过爆震边界。所以当发动机台架标定的时候，每个转速和进气量都进行点火角扫描，此时扭矩最大的点，都是油耗最小的点；,通过发动机 最大扭矩输出确定点

32、火角,机车匹配提升动力性经济性方法,电喷系统匹配优化方法 电喷基本匹配原则 点火角控制策略 结论：可以通过调整点火角，改变燃烧压力，改变扭矩输出，但影响油耗；,机车匹配提升动力性经济性方法,电喷系统匹配优化方法 电喷基本匹配原则 点火角控制策略 某款发动机点火角与发动机转速和扭矩的关系；,机车匹配提升动力性经济性方法,电喷系统匹配优化方法 不同工况下电喷对油耗的影响 非怠速稳态工况中的油耗 以排放循环为例：此时空燃比为1，油耗由发动机本体设计和台架标定时选择的点火角决定； 当然和驾驶工况也有很大关系，所以改速比的目的就是让发动机运行在大扭矩低油耗区域；,电喷对油耗的控制主要体现在发动机点火角的

33、选择；,机车匹配提升动力性经济性方法,电喷系统匹配优化方法 不同工况下电喷对油耗的影响 换档工况中的油耗 排放试验循环中换档等动态工况，空燃比控制在0.95左右，此时等于是油耗增加了5%； 但是，考虑到此时进气量很小，并且其所占总测试时间为4.1%，如果加浓范围为0.850.95，等于是控制不好导致油耗升高了010%，可以推算总的油耗控制范围： =0.041*0.1=0.4% 控制目标： 空燃比为0.95,机车匹配提升动力性经济性方法,电喷系统匹配优化方法 不同工况下电喷对油耗的影响 正常怠速工况中的油耗 此时空燃比为1，但是点火提前角不是最大点火角，它存在一定的余量，主要目的是克服负载的突然

34、增加而提升点火角，快速增加扭矩，避免发动机熄火，所以称为扭矩储备； 按照一般的标定经验，扭矩储备是1020%左右，可以理解为油耗增加10%20%； 但是考虑带有起停功能的项目(完全没有扭矩输出)节油率在3%5%之间，可以推算怠速油耗变化范围： =5%*10%=0.5% 控制目标： 满足怠速稳定性的同时，扭矩储备尽可能小； 所以，如果发动机负载越小，转速越小，油耗越低；,机车匹配提升动力性经济性方法,电喷系统匹配优化方法 不同工况下电喷对油耗的影响 催化器加热时怠速工况中的油耗 排放工况中，为了减少排放，需使催化器快速起燃，增加扭矩储备10%左右，使扭矩储备达到20%30%； 此部分控制目标是催

35、化器加热作用时间，一般为60s；如果控制达到100s，意味则有40s的时间油耗增加10%； 总的油耗控制范围： =40s/1180s*10%=0.3% 控制目标： 满足排放的同时，扭矩储备尽可能小； 但是，此部分对催化器的选择影响很大，就成为油耗和成本的博弈；如果选择较好的催化器，完全有可能取消催化器加热，节油率达到60s/1180s*10%=0.5%；如果选择较差的催化器，很有可能需要提转速(1200rpm)，这样燃油增加率估计在1%左右。 实际情况取决于目标怠速、扭矩储备大小、催化器加热时间等；,机车匹配提升动力性经济性方法,电喷系统匹配优化方法 结论 假设： 换档过程空燃比加浓到0.85

36、，油耗增加0.4%； 怠速扭矩储备为10%20%，油耗增加0.5%； 催化器加热时间为100s，相对于标准60s增加40s，油耗增加0.3% 所以，在上述电喷控制不精确的情况下，油耗增加0.4%+0.5%+0.3%=1.2%，则电喷匹配对油耗的影响在2%以下；,机车匹配提升动力性经济性方法,电喷系统匹配优化方法 结论 电喷系统匹配控制措施： 稳态燃烧，点火角控制在最佳点火角，空燃比控制在10.03； 催化剂加热时间在催化剂不变，排放满足要求的情况下，尽量保证在5060s； 过渡工况控制，空燃比控制在0.95-1.05间； 点火效率稳态100%，怠速点火角扭矩储备在驾驶性满足要求的情况下，控制在

37、10%-20%左右； 在保证发动机稳定性、NVH、电平衡等性能满足开发要求的情况下，怠速目标转速越低越好；,机车匹配提升动力性经济性方法,电喷系统匹配优化方法 电喷故障模式对油耗的影响 氧传感器开环： 电喷燃油控制目标是维持废气系数为”1”的平衡，根据感知进气量和当前废气浓度，来计算喷油量，氧传感器即反馈当前废气浓度给ECU，以进行喷油量实时修正，如开环则喷油量会偏离预期，严重影响尾气排放，油耗水平也受到明显影响，根据具体的使用工况，对油耗的影响大小差异较大； 怠速步进电机： 步进电机的起止位置决定发动机怠速旁通空气流量(影响怠速转速大小)，ECU根据运行工况指令驱动电机到指定位置，以获得期望

38、的怠速转速，若电机动作量偏离正常范围，将使怠速转速偏高或偏低，油耗将受到影响。,机车匹配提升动力性经济性方法,电喷系统匹配优化方法 电喷故障模式对油耗的影响 节气门位置传感器： 该传感器感知节气门开度大小，即驾驶员油门意图，如感知结果与实际偏差，将导致喷油等混乱，严重影响驾驶性和油耗水平，严重情况下，甚至熄火或进入跛行回家模式； 水温传感器： 该传感器反映发动机或广义的发动机舱温度情况给ECU，一方面便于ECU对发动机在不同温度条件下进行喷油修正和点火时刻修正，另一方面ECU根据水温参数进行冷却风扇驱动控制(阀值驱动和故障驱动)。如反馈水温偏差将影响发动机性能，间接影响油耗水平，冷却风扇动作逻

39、辑混乱也将明显影响油耗。,机车匹配提升动力性经济性方法,电喷系统匹配优化方法 电喷故障模式对油耗的影响 喷油器/点火线圈/火花塞/阻尼线： 以上统称点火系统故障，现象如缺缸或点火能量减弱，将导致发动机燃烧不良，整个发动机性能下降，间接影响油耗水平； 碳罐控制阀失效： 控制阀适时引流燃油箱油蒸气到发动机进气系统，对发动机燃烧稳定性有影响，如控制阀长期工作失效(常开/闭)，将增加日常使用油耗。而28油耗测试工况中，对废气分析法油耗结果影响甚微，油耗仪测试法则理论偏小(油蒸气不通过油耗仪)。,机车匹配提升动力性经济性方法,电器系统匹配优化方法 概要： 整车及发动机电气系统工作对整车油耗性能有较大影响

40、。电气系统设计参数失当或系统运行逻辑混乱及零件故障都可能引起油耗上升。涉及日常使用油耗及法规检测28工况油耗。如按系统划分，主要有以下方面：,油耗 性能,电源系统,空调冷却 系统,其它 电器附件,转向助力 系统,机车匹配提升动力性经济性方法,电器系统匹配优化方法 电源系统 发电机效率及运行逻辑： 影响：日常油耗及28工况油耗； 效率：部分自主品牌车型现用发电机产品转换效率在60%左右(具体性能以产品部门为准)，国内外较高档发电机转换效率可达70%以上。效率差异体现在28工况油耗性能上有将近0.5%(约0.03L)差异。零件成本增加也在至少200元以上； 运行逻辑： 常规发电机运行基本是随着发动

41、机转速一直工作，无回馈控制环节，较多消耗发动机功率，间接多消耗燃油。 可控式发电机由ECU依据蓄电池电量传感器信号逻辑判断并控制发电机开断,能节省多余发电导致的油耗。该类发电机对日常用车油耗改善将近0.5%(约0.03L)差异。如28工况全程关断发电机，油耗可降1%(约0.07L)；,机车匹配提升动力性经济性方法,电器系统匹配优化方法 电源系统 蓄电池充放电能力、电量： 影响： 充放电能力对日常油耗影响明显； 测试前电量对28工况油耗影响明显; 充放电能力： 蓄电池充放电能力直接影响机械功率转换电能的效率，蓄电能力下降，将浪费多余的机械功(意味着多烧油)。部分车型现行售后承诺蓄电池三包一年（2

42、0,000公里里程）； 影响： 实验前蓄电池电量对28工况油耗性能影响较明显。典型案例，如某款车型同一辆样车两次28工况油耗试验，一次充分充电，另一次则未充分充电，油耗结果差异有0.2L；,机车匹配提升动力性经济性方法,电器系统匹配优化方法 空调冷却系统 压缩机： 影响： 日常油耗; 功率及型式： 结合具体车型，压缩机需要选用相应的功率参数，并经过系统性能匹配，才能较好兼顾制冷性能和油耗性能。典型案例，如某1.6L车型空调整改方案中压缩机排量由原来120降至105CC，制冷性能基本未牺牲，单体功率却降低20%，对整车空调油耗性能提升作出可极大贡献； 传统车型一般采用固定排量压缩机，在不同工况下

43、不能有效转换能量，造成能量流失；如采用变排量式压缩机，高低速及大小负荷能智能调整压缩机排量，能有效降低整车空调使用油耗。与传统压缩机型式相比，油耗性能提升5%左右，成本增加约300400元；,机车匹配提升动力性经济性方法,电器系统匹配优化方法 空调冷却系统 冷却风扇： 影响： 主要是日常油耗(少数车型会影响到28工况油耗); 功率及型式： 冷却风扇功率及型式对整车热害性能空调系统运行及油耗性能都有影响，需要进行系统方案设计和匹配方能权衡以上性能。冷却风扇可布置单/双风扇及单风扇按高低速控制等型式。其目的也是为消耗尽可能少的功率来达到最优的散热效果； 传统车型冷却系统设计一般很少考虑对油耗性能影

44、响，以至少数车型在批产后仍需进行功率型式调整的方案整改；,机车匹配提升动力性经济性方法,电器系统匹配优化方法 空调冷却系统 暖风机： 影响： 日常油耗; 功率： 其功率设计是需要对空调系统进行综合方案优化设计，以达到消耗尽可能少的功率来达到最优的制冷效果。,机车匹配提升动力性经济性方法,电器系统匹配优化方法 助力转向系统 影响： 日常油耗(EPS型式基本不消耗28工况油耗); 型式： 主要包括液压HPS/电动EPS/电液综合EHPS几种型式。三种转向系统都需要消耗整车能量用于转向助力，仅是转换的方式中间环节不同而已。几种方案对油耗性能提升程度从大到小，依次为EPS、EHPS、HPS，成本由大到

45、小也是EPS、EHPS、HPS。值得一提的是EPS在28工况油耗试验过程中，基本不消耗燃油，利于提升法规要求的油耗性能指标。,机车匹配提升动力性经济性方法,电器系统匹配优化方法 电器节油技术汇总：,机车匹配提升动力性经济性方法,整车能量流匹配优化方法 能量匹配的意义 车辆在实际的运行过程中，除去驱动车轮做功以及驱动辅助系统外，还有很大一部分能量要转换为热量散失到周围的大气环境中。美国环境保护局有研究表明，乘用车在高速公路上，燃料能量只有大约12%传递到车轮上，其余能量都以不同形式的热散失掉了。,机车匹配提升动力性经济性方法,整车能量流匹配优化方法 能量匹配的意义 车辆动力系统中功率流和热流之间

46、相互耦合、相互影响，从而决定动力系统中能量的传递途径，决定着车辆的性能。一方面，功率流在传递过程中产生的功率损耗都以热量的形式汇入热流；另一方面散热量的多少也决定了辅助系统的耗功，反过来影响功率流中用于驱动车辆的比例；同时散热系统的参数对于发动机和传动装置的效率具有重要的影响。由此可见这两部分能量的传递过程相互影响，相互耦合，明确热流与功率流之间的能量传递、耦合和转换机制，减少损耗和辅助系统耗功，是节能降耗的重要途径； 相关技术： 水温的影响：电子节温器、电子水泵、可变进气格栅； 附件功耗：变排量机油泵、C端子发电机； 进排气系统的影响：恒温进气系统、EGR；,机车匹配提升动力性经济性方法,整

47、车能量流匹配优化方法 能量匹配的意义 传统匹配方法一般功率流和热流独立进行、仅进行局部的协同，不能综合反映整个动力系统中能量的转换、传递和耦合的机制，因而限制了进一步从能量匹配角度提高车辆的性能； 汽车能量匹配研究就是从能量匹配角度将动力系统中的功率流和热流进行整体建模，构建包括发动机、传动装置与辅助系统的集成化设计与匹配仿真模型体系。研究整个动力系统中能量的转换、传递和耦合机制，参数对能量转换途径的影响规律，实现车辆变工况条件下动力系统的能量合理匹配，提高整个系统的能量利用效率，同时改善车辆的舒适性。,机车匹配提升动力性经济性方法,整车能量流匹配优化方法 能量流分析模型,174,水套,节温器

48、,水泵,散热器,暖风机,发动机进水管,发动机外表面,冷却系统模型利用软件Flowmaster搭建，包括水泵、水套、节温器、散热器、暖风机、发动机进水管等部分。,水套的流动损失、热传导系数利用CFD分析结果,旁通管,冷却系统1D分析模型,制冷循环,175,空气侧1D分析模型,利用CFD分析得到前端冷却模块流速分布,利用CFD分析得到前端冷却模块平均流速与车速的关系,风扇控制逻辑,CFD 分析结果,176,凸轮轴承及HLA,VVT,曲轴油路、主轴承及连杆轴承,机油泵,机油滤清器,泄压阀,油底壳,链条张紧器,润滑系统1D分析模型,润滑系统模型利用软件Flowmaster2搭建，包括机油泵、机油滤清器

49、、主轴承、连杆轴承、凸轮轴承、HLA、VVT、油底壳等部分。,177,机体结构利用软件AVL-Boost-TNG生成Flowmaster分析模型，包括缸盖、活塞、缸套、缸体、连杆、曲轴等部分。,缸盖,缸体(含油底壳),缸套,曲轴,连杆,活塞,By AVL-Boost-TNG,By Flowmaster,机体结构1D分析模型,178,气体交换模型利用软件AVL-Boost搭建：,缸盖,节气门,气体交换1D分析模型,燃烧及壁面热传导利用台架试验数据以及CFD分析数据标定,发动机本体与整车动力性经济性,提高燃油经济性的传统办法 减小摩擦损失： 机油泵： 通过增加油道直径，提高轴承间隙控制水平，可以减

50、少机油泵泵流量要求。再通过减小机油泵内外转子的直径，从而减小机油泵流量，减小机械损失 ； 活塞环： 在保证活塞漏气量以及机油消耗量的前提下，可以通过减小第一道活塞环切向弹力，减小机械损失； 泵气损失： 在保证发动机性能的前提下，通过延迟进气门关闭时间并延长进气持续期，从而使发动机的泵气损失下降；,发动机本体与整车动力性经济性,提高燃油经济性的传统办法 提高燃烧效率： 增大压缩比： 增大压缩比能够提高点火时刻的气体压力和温度，增加燃烧速率， 提高燃烧热效率；但是过高的压缩比容易导致爆震，影响可靠性，电喷为防止爆震发生会推迟点火角，反而不利于油耗降低； 选择更高滚流比的气道： 进气道滚流比提高，能

51、够增加点火时刻缸内气体湍流度，增加燃烧速率， 提高燃烧热效率；但是滚流比需要与进气流量系数平衡；,发动机本体与整车动力性经济性,发动机节油新技术 提高发动机效率的控制因素与发展趋势 高效内燃机的最高效率可以超过50%，而目前大约只有20-30%左右。发展潜力还有相当的大，也就是还有20%以上的节油率可以从内燃机挖掘。,发动机本体与整车动力性经济性,发动机节油新技术 节油技术汇总 分为低摩擦、轻量化、热管理、气体交换控制和工艺五个领域,发动机本体与整车动力性经济性,发动机节油新技术 主流技术在不同排量发动机的发展趋势,发动机本体与整车动力性经济性,发动机节油新技术 节油技术性价比分析 单一技术,

52、发动机本体与整车动力性经济性,发动机节油新技术 节油技术性价比分析 组合技术 未来，发动机将是多种技术方案的组合。不同厂商、不同细分市场的产品，将组合不同的技术方案； 多项技术组合时，需考虑技术之间的交叉影响，而不是简单的数值相加。下表为典型的发动机节油技术组合及其性价比：,发动机本体与整车动力性经济性,发动机节油新技术 节油技术性价比分析,发动机本体与整车动力性经济性,发动机节油新技术 节油技术的发展重点 缸内直喷+增压+紧凑化（Downsizing)技术组合 连续可变气门技术无凸轮轴技术 汽油机均质压燃烧技术（HCCI/CAI）,发动机本体与整车动力性经济性,发动机节油新技术 节油技术路线

53、图,整车对动力性经济性的影响,某款轿车发动机能量输出及消耗分布 NEDC循环市区工况： NEDC循环市郊工况： NEDC循环综合工况：,从上述分析可以看出，整车对动力性经济性的影响主要包括风阻、滚阻、轻量化、传动系效率四个方面；,整车对动力性经济性的影响,风阻对动力性经济性的影响 不同车型风阻的影响比较： 下图是微型车、经济型轿车和中高档轿车气动阻力油耗占总油耗的比例。从图中可以看出，对于微型车，由于空气动力学性能不如轿车，几乎一半的油耗消耗在风阻上；对于空气动力学性能较好的轿车，消耗在气动阻力上的油耗仅为23%。,根据国外另一组统计数据，对于一般轿车，气动阻力消耗的油耗平均占总油耗的17%左

54、右。对于皮卡车，由于尾部分离特别严重，气动阻力较大，其消耗的油耗比普通轿车大6%，约占总油耗的23%。,整车对动力性经济性的影响,风阻对动力性经济性的影响 风阻系数： 风阻系数与风阻的关系： 某款轿车风阻系数降低10%对油耗的影响：,整车对动力性经济性的影响,风阻对动力性经济性的影响 风阻产生原理： 行使在道路上的汽车必然受到空气的作用力。由于空气粘性作用，在汽车表面形成边界层，并由此产生摩擦阻力。另外汽车是典型的钝头体，由于逆压梯度和流体粘性作用，造成空气在汽车车身表面出现流动分离，从而形成压差阻力。另外发动机冷却系统、空调系统以及汽车冷却部件也会导致阻力，这部分阻力通常称为内部阻力，而车身

55、外部产生的阻力常称外部阻力。,整车对动力性经济性的影响,风阻对动力性经济性的影响 风阻产生原理：,由于空气通过汽车的流动出现严重流动分离，特别是汽车尾部，因此对于流线型较好的高级汽车，压差阻力所占总比例约为80%左右。对于一般的汽车，压差阻力所占总阻力的比例在85%90%。对于皮卡车、大巴等汽车，压差阻力所占比例更大，初步估计可达90%以上。与之相反的是，由于表面摩擦产生的摩擦阻力却较小，通常在10%左右。这与航空飞行器正好相反。因为飞机由于流线型非常好，它的气动阻力主要由摩擦阻力组成。除了在大攻角飞行工况，流动分离比较严重情况下，飞机的压差阻力占主导外，其它各种工况均为摩擦阻力占主导。应该来

56、讲，压差阻力与摩擦阻力在汽车上所占的比例因车型而异，每款车都并不一样。 压差阻力和摩擦阻力的比例是指定风阻系数目标值的重要依据；,整车对动力性经济性的影响,风阻对动力性经济性的影响 空气动力学发展历史： 基本型-借鉴设计(borrowed body)： 汽车工程师很早就意识到，最大行驶速度主要受气动阻力的限制，因此减阻设计也成为速度竞争的重要手段。汽车的基本外型决定了气动阻力水平。早期的汽车空气动力学工程师多来自航空或船舶领域，流线旋转体成为当时低阻汽车的首选，如鱼雷形(Camille Jenatzy,1899, Vmax = 105km/h)、飞艇形(Alfa Romeo of Count

57、Ricotti, 1914)或船形(Audi Alpensieger, 1913)等。 直接借鉴航空和船舶的气动设计在汽车上并没有成功，除了如何将外型和汽车功能结合起来的问题没有解决外，还有地面效应。低阻力外型的物体接近地面运动时，周围的流动特性发生了很大的变化；车轮的干扰破坏了下部气流的平顺性，相应地大幅度增加气动阻力。,整车对动力性经济性的影响,风阻对动力性经济性的影响 空气动力学发展历史： 流线型-基础研究(Streamlined body)： 汽车诞生之后的数十载也是流体力学基础研究发展非常迅速的年代，一战后，汽车的空气动力学特性研究和设计随之进入有序的发展阶段。PRANDTL和EIF

58、FEL越来越多地研究空气动力学阻力的特性，这方面的知识更多地应用于汽车，“流线型”汽车在不同地方研发出来。 著名的“Jaray Car”设计概念用于实车(Audi Type K14/50 Hp, 1923)，并且为汽车的气动阻力设定了最小目标Cd=0.15。同时代及其后续的概念设计构成了许多学派，如Kamm，Lange等，许多概念在若干年后的现代车复活，如Lange型在Porche 911设计中复活。众多基础性的设计概念以及研究方法对今天的汽车设计仍然具有很强的指导意义，这是流线型时代对汽车工业的最大贡献。 但是，流线型汽车几乎没有在市场上成功，问题主要在于：一是空气动力学未能与汽车技术综合形

59、成系统的工程合力，二是人们对于流线型的偏见。另外二战也中断了流线型汽车的研究进程，使空气动力学工程师失去了逐步与汽车设计工程师融合的机遇。,整车对动力性经济性的影响,风阻对动力性经济性的影响 空气动力学发展历史： 局部优化-改型设计(Detailed optimization)： 二战后，汽车工业在大西洋两岸同步复苏。在欧洲，工程师期望重续战前的研究思路；在美国，工程师几乎没有考虑空气动力学因素，单纯从功能角度提出的三箱车型，反而取得了巨大的空气动力学和市场的成功。随后这种外形占据了主要市场份额。 在几乎没有空气动力学专家的帮助下，汽车的空气动力学得到了显著的发展！这是一个非常有趣的现象，对当今的汽车空气动力学研究仍然启发良多，总结为：汽车的空气动力学特性优化设计永远不能孤立地进行。 在此基础上，空气动力