經濟型轎車領域科技自主創新分析及展望

金茂菁，李開國，萬鑫銘，抄佩佩，童一帆

（1. 中國科學技術部 高技術研究發展中心，北京 100862；2.中國汽車工程研究院 北京分院，北京 100070）

全球汽車工業為了應對能源和環境的巨大挑戰，積極開發經濟型轎車，在整車輕量化、低風阻設計，發動機小型化、高效化設計、變速器多擋化、高效化設計等方面進行了大量的研發工作，并加快了各項技術的市場化和產業化轉化過程。我國在“十一五”科技創新規劃中，將“汽車開發先進技術”列為重點項目，并通過采取政府引導、政策支持、經費傾斜等措施，以企業為主體，高等院校和科研院所積極參加，圍繞汽車開發的基礎理論和共性技術大力開展原始創新。本文主要圍繞經濟型轎車及其關鍵動力總成的技術攻關及創新成果，評價分析國家支持下的自主品牌經濟型轎車的開發，并提出后續發展建議。

1 背景介紹

我國汽車工業發展迅速[1]，汽車產量從2001年的234萬輛增長到2011年的1 841萬輛[2]，年均增幅超過22%。自2009年以來，我國汽車產銷量連續位居世界第一[3]。汽車工業是典型的資本、技術、勞動密集型行業，同時產業倍增效應明顯，帶動鋼鐵、機械、電子、橡膠、服務等上百個相關產業。自2005年以來，我國汽車工業總產值一直占國內GDP的5%以上，汽車產業已成為重要支柱產業[4]。

在中國成為汽車制造大國的同時，也帶來了能源、資源、環境等方面的問題[5-6]，我國的汽車強國之路正面臨巨大挑戰[7-8]，來自汽車品牌、產品以及技術等各層面的競爭力亟需提升[9]。

在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》和《國家汽車產業振興規劃》的戰略指導下，國家在“十一五”科技創新規劃中，將“汽車開發先進技術”列為重點項目，項目下設18個課題，以整車、重大總成、關鍵零部件以及共性技術支撐平臺為4個層次，重點突出節能減排和安全舒適兩大主題，突破了中小排量轎車和重型汽車開發的核心技術和關鍵技術，針對汽車整車、動力系統、傳動系統、電控與汽車電子、關鍵零部件的設計開發技術和標準開展前沿技術創新，為企業產品開發技術提供了能力支撐和后備技術來源。

重點項目的18個課題中，經濟型轎車領域共設了10個課題，其中，整車3個、直噴汽油機3個、轎車柴油機1個、雙離合器自動變速器3個，開發了符合“十一五”末期國家標準、法規要求的經濟型轎車以及與轎車整車集成開發項目相匹配的轎車柴油機、直噴汽油機和雙離合器自動變速器，并實現了產品產業化。

2 經濟型轎車領域關鍵技術攻關

2.1 整車開發技術

面向汽車節能、環保、安全和舒適的需求，開展了車身設計及整車集成開發、動力系統匹配和性能優化、底盤調教和匹配優化，形成了相應產品，并實現批量生產。

圍繞車身開發，重點攻關了現代車身造型、車身結構安全、輕量化和噪聲控制等車身開發關鍵技術，并進行了汽車整車匹配技術研究，建立了整車開發相關標準體系，初步形成了中國企業特征的造型元素和風格，并實現低風阻設計。

圍繞動力系統匹配，重點攻關總成虛擬樣機技術、性能對標和定標技術、測試評價標定技術、復合工況下動力系統匹配優化技術，掌握動力系統匹配標定流程和方法，形成測試評價體系，實現整車動力性、燃油經濟性等方面水平的顯著提升，排放達到國Ⅳ標準。

圍繞底盤調校和匹配，重點攻關底盤逐層分解及對標、定標技術，總成虛擬樣機設計與仿真技術，底盤動力學性能主、客觀評價，形成了一整套預開發流程體系以及主客觀測試評價體系，裝配防抱死制動系統（Anti-Locked Braking System，ABS）、電動助力轉向系統（Electric Power Steering，EPS）、電子車身穩定裝置(Electronic Stability Program，ESP)，并實現底盤驅動、制動和轉向的一體化控制。

2.2 動力總成技術

研究了汽油機缸內直噴技術、轎車柴油機技術以及雙離合自動變速器（Dual Clutch Transmission，DCT）產品開發技術。

在汽油機缸內直噴（Gasoline Direct Injection，GDI）技術方面，重點攻關GDI燃燒系統設計、電控系統開發、GDI汽油機降噪、降磨損技術研究、增壓系統研究、排放控制等關鍵技術。

在轎車柴油機方面，重點攻關高壓共軌燃油系統、尾氣后處理以及電控系統關鍵技術，完成了基于微粒捕集器開發和共軌燃油噴射系統開發的柴油機整機樣機開發，實現車輛搭載。

在DCT方面，重點攻關變速器電子控制技術、執行機構優化技術、動力傳送和匹配技術。開發轎車用DCT，提升傳動效率、整機耐久性和穩定性。

3 經濟型轎車創新成果

在國家科技部的支持下，“汽車開發先進技術”重點項目的實施是以企業為主體的產學研結合模式，開發出了滿足“十一五”末期國家汽車相關標準、法規的經濟型轎車產品及適用于轎車的直噴汽油機和DCT。產品安全性、經濟性和環保性均能達到國際同期同類產品的先進水平，為提升我國汽車產品國際競爭力做了良好鋪墊。

3.1 經濟型轎車整車開發成果

通過項目的實施，在經濟型轎車集成開發先進技術方面，奇瑞汽車、一汽夏利和長安汽車等自主品牌中堅企業逐步掌握了轎車底盤匹配與性能優化技術、安全技術、整車NVH控制技術和底盤一體化控制技術等轎車集成開發核心技術，建設了國際一流的轎車開發平臺。

奇瑞A0經濟型轎車項目由奇瑞汽車有限公司牽頭，聯合吉林大學、湖南大學、合肥工業大學和清華大學等進行整車開發。開發出一款具有國際競爭力的，底盤性能達到國際同等水平，碰撞達到Euro-NCAP乘員保護三星和行人保護二星，NVH性能達到國際同期車型同等水平，集成底盤一體化控制技術的A0級轎車，樣車油耗從原車型研發前期的8.3 L/100 km降至5.5 L/100 km，降幅超過20%，排放標準達到歐V標準。

表1 奇瑞A0經濟型轎車實車指標

A0轎車是奇瑞公司自主開發的一款A0級五門經濟型轎車，具有時尚、高科技、高品質、低風阻、輕量化和大空間風格，搭載了奇瑞與AVL公司聯合設計開發的ACTECO家族1.5 L和1.6 L發動機和發動機管理系統平臺，整車尺寸為3 995 mm×1 780 mm×1 515 mm。總體技術參數和技術性能指標達到國際同期同類車型水平。

長安B級轎車項目由重慶長安汽車股份有限公司牽頭，聯合吉林大學、清華大學、重慶大學開展各項整車性能開發。開發出具有自主知識產權，NVH性能達到國際同期同比技術水平的轎車。研制出了100余輛實體樣車和多個虛擬樣車；底盤匹配優化性能達到國內領先水平，已經接近部分同級別合資車水平。ESP、EPS性能均達到國內領先水平，其中部分試驗性能已經接近國際同級別車型水平；碰撞安全樣車由原來的C-NCAP 三星提升到Euro-NCAP 四星以上；排放達國Ⅳ標準；整車NVH水平達到國內領先，車外加速噪聲72.6 dB。

表2 長安B級轎車實車指標

一汽夏利經濟型轎車由天津一汽夏利汽車股份有限公司牽頭，聯合清華大學、中國汽車技術研究中心、吉林大學等單位共同研發，重點突破了整車底盤匹配優化技術，高性價比的車身造型設計開發技術，安全性和NVH性能綜合優化技術以及生產工藝的同步工程的價值工程分析技術。完成經濟型家用轎車投產，車外加速噪聲73 dB，車內噪聲64.3 dB；排放達到國Ⅳ標準；C-NCAP符合三星標準；整備質量970 kg，比同級別車輕50 kg以上。與同級別車的整車性能指標相當。現在該車型已經成為市場的主流車型之一。目標車型X121型家庭經濟轎車于2009年投產，逐步形成15萬輛/年的產能規模。其NVH性能達到國際同期同比車型的先進水平，整車成本比國際同級別車型低40%左右，實現銷售收入30億元，利稅合計2億元，出口創匯200萬美元。

表3 一汽夏利X121家庭經濟型轎車實車指標

3.2 轎車關鍵動力總成開發成果

在轎車GDI技術研發方面，以企業為主體，通過產學研結合，實現自主開發缸內直噴汽油機，建立完備的缸內直噴汽油機開發體系和專項技術評估平臺，包括進氣系統評價、CAE/CFD數值模擬和GDI汽油機控制系統的匹配標定技術平臺等，打破了國外直噴汽油機技術的行業壟斷，通過自主研發，取得中國GDI發動機原創性的研究成果，為我國經濟型轎車發動機技術升級換代和產業的持續發展提供技術支撐。

奇瑞1.5 L轎車直噴汽油機開發項目由奇瑞汽車股份有限公司牽頭，與清華大學、吉林大學、天津大學、上海交通大學共同完成。進行了1.5 L缸內直噴發動機及相關整車的集成和匹配標定，建立了直噴發動機與整車的匹配標定技術平臺，完成了1.5 L缸內直噴發動機的整車匹配標定，完成了整機裝車道路考核。該1.5 L TGDI發動機同時采用增壓中冷和進排氣可變氣門正時，功率可達120 kW，升功率達到80 kW/L，最大轉矩達到240 N·m，相當于2.4 L自然吸氣發動機水平或2.0 L增壓發動機水平，油耗相比同級別發動機降低15%，動力性提高15%，產品排放指標達到國Ⅳ標準。

一汽轎車直噴汽油機研究開發項目由中國第一汽車集團公司技術中心牽頭，與吉林大學、大連理工大學、天津大學、昆明貴研催化劑有限責任公司、亞新科南岳（衡陽）有限公司共同完成了一款高性能低排放的1.5 L轎車直噴汽油機開發。該機型采用噴油控制、冷啟動控制、爆震控制、可變氣門正時系統（Variable Valve Timing，VVT）控制等先進控制策略，并采用連續可變氣門機構控制、內部EGR等先進技術，擁有完全自主知識產權，建立了自主開發缸內直噴汽油機平臺，形成了GDI開發流程和體系。該機型排量1.5 L，最大功率82 kW/（6 000 r·min-1），最大轉矩 150 N·m/（4 400 r·min-1），排放達到國Ⅳ標準，能夠使整車的動力性能較同級別氣道噴射的發動機功率提高10%，轉矩提高12%。

浙江吉利經濟型轎車高性能汽油機技術開發項目由浙江吉利控股集團有限公司牽頭，與清華大學、天津大學共同完成了排量1.5 L的汽油直噴發動機的開發。進行了噴油器及燃燒室參數定義，噴霧特性測量，缸內油氣混合CFD分析技術研究，GDI發動機電控系統軟硬件開發及標定，直噴發動機啟停技術研究，以及采用普通三元催化使汽油直噴達到國Ⅳ排放的技術和工藝。采用同步考慮進氣道噴射和缸內直噴的燃燒系統，實現了進氣道燃油噴射，均值理論混合比缸內直噴，分層稀薄混合比缸內直噴3種燃燒方式共平臺，兩種缸蓋可在同一生產線上生產。

最終開發直噴汽油機產品最大功率110 kW，最大轉矩214 N·m，排放達到國Ⅳ標準。

在轎車柴油機方面，廣西玉柴機器股份有限公司進行了電控高壓共軌轎車柴油機電控管理系統ECU的開發，實現了廢氣再循環系統（Exhaust Gas Recirculation，EGR），可變噴嘴渦輪增壓器（Variable Nozzle Turbine，VNT），柴油顆粒過濾器（Diesel Particulate Filter，DPF）及高壓共軌燃油系統的電子控制研究。開展了轎車柴油機電控高壓共軌燃油噴射系統的設計與開發，并對其可靠性、耐久性進行了考核。完成了整機性能試驗、發動機臺架性能標定、功能標定、故障標定；完成了整機200 h可靠性試驗和振動噪聲優化試驗；完成了3輛整車搭載及標定，并完成整車排放試驗、3萬km可靠性試驗及8萬km排放耐久考核試驗。廣西玉柴機器股份有限公司完成了20臺樣機，最低燃油消耗率202.5 g/kWh，部分負荷比油耗為338 g/kWh，產品國產化率（價格配比）達到81.5%，價格降低27%，排放滿足國Ⅳ要求。

在轎車DCT開發方面，依托浙江吉利控股集團有限公司、杭州前進齒輪廠和重慶青山工業有限責任公司，聯合大學和相關企業，在整車平臺上開展了轎車DCT的研發工作。項目實施過程中，在制定詳盡的總體研究方案和進度計劃的基礎上，對DCT原型樣機機械系統、電液閥體總成（電液模塊）、電控系統、整車集成與匹配及整機性能測試等方面，進行了深入研究，全面完成了各項研究任務，實現了預期技術目標，所研發的DCT在傳動效率、換擋平順性、加速性、燃油經濟性、制造成本、輕量化等技術指標方面，均與國際同類產品相同，并為生產DCT產品提供了技術支撐和產品開發平臺。

4 對我國自主品牌發展的推動

在國家財政支持下，“汽車開發先進技術”項目共計投入研發經費107 275.21萬元，其中國撥經費10 323.84萬元，企業自籌經費96 311.33萬元，國撥經費拉動作用明顯。國家科技部明確了發展方向，以企業為主體，調動了全行業力量，推動了我國汽車開發先進技術的發展、提高了企業自主創新能力。

表4 轎車開發領域經費情況

在經濟型轎車整車開發方面，整車正向開發能力逐步形成，提升了行業對汽車底盤自主正向開發、行人保護等領域的重要性和必要性的認識，對底盤、碰撞安全、整車NVH控制等領域的技術研究和自主創新能力建設起到了巨大的推動作用，激勵了自主知識產權的民族品牌的發展，提升了自主品牌的競爭力。

在關鍵動力總成方面，實現了我國汽車行業自主GDI產品“零”的突破，形成了具有國際先進水平的發動機開發流程和一流的發動機開發平臺，提升了車用發動機集成開發分析能力和試驗評價能力，引領了我國DCT及其關鍵技術的研發，使我國汽車行業具備了滿足DCT功能要求的關鍵零部件設計開發和生產能力。通過此次重點項目的實施，解決了制約我國汽車產業發展中的技術瓶頸問題，縮小了與國外的差距，實現研究成果的產業化，帶動了相關產業發展，提高了我國汽車工業的整體水平，打破了國外的技術壟斷和替代產品進口，推動了我國汽車生產企業、零部件生產企業參與國際國內兩個市場的競爭，促進了我國汽車行業實現跨越式發展。

在研發體系和人員培養機制方面，形成了有效的“政產學研金用”合力，突破了傳統的高校或企業獨立承擔課題的傳統模式，這種改變的意義非常重大。以產品牽頭、企業為中心、產學研結合、成果共享、優勢互補的新型科研開發體系，整合了高校的基礎研究優勢、智力優勢資源和企業的技術生產力轉化優勢資源，形成了我國汽車開發技術的合力，提高我國汽車行業的整體研發實力。依托項目的進行，專業技術人員的培訓機制也逐漸成熟，培養了一批在汽車開發先進技術方面的高素質人才，形成了開發核心技術團隊，凝練了一批掌握相關核心技術的研究人員，此研究隊伍具有專業分布合理、學歷層次優化、工程化設計和理論研究相結合、老中青結合青年占多數的特點，對于中國汽車工業的自主正向研究開發是一筆寶貴財富。

5 科技創新展望

世界汽車工業強國，諸如德國、意大利、法國、日本等的骨干企業都在經濟型轎車領域具有雄厚的技術儲備，推出的經濟型轎車產品都是該領域中的代表車型，具有強大的市場競爭力。德國大眾的波羅、高爾夫、歐寶的Corsa，意大利菲亞特的Grande Punto，法國標致208、308，日本本田的思域、豐田的科羅拉，美國福特的福克斯、通用雪佛蘭的樂騁等系列車型在整車底盤性能、整車安全性能、整車NVH性能等方面表現優秀，其中部分車型在“汽車開發先進技術”項目中，被選為開發基準車的對標車型。國外企業在此基礎上，進一步創新，利用新科技實現產品的節能減排水平、安全性能水平、舒適品質性能水平、智能化水平等的提升。

盡管“十一五”期間，我國已經促進了一批關鍵核心技術的突破，并建立了一系列技術研究成果，自主品牌得到了強有力發展。然而，我國汽車產業不僅需要成規模地快速增長，更需要產品品質的提升。實現由汽車制造大國向汽車強國的轉變是我國汽車產業發展的必然[10]。自主開發和技術創新能力的提升仍然是我國汽車工業“十二五”期間的重要任務，是我國汽車產業實現更為良性的發展、汽車生產企業參與國際國內兩個市場的競爭的必然要求。

圍繞汽車節能減排的技術創新方向，重點開展節能汽車動力總成、整車集成及輕量化車身開發關鍵技術等的研究。面向汽車先進動力總成的關鍵技術研發，逐層分解技術，開展汽油直噴、自動變速執行控制模塊、發動機后處理系統等關鍵零部件的研發，是未來一段時間實現核心關鍵零部件的技術突破的主要發展方向。國內自主品牌如一汽、上汽、長安等都形成了自己的動力總成平臺，并在此基礎上明確了動力總成發展戰略。例如：長安汽車提出的BlueCore動力品牌戰略涵蓋了TEi、I-GDI、TC等動力提升技術和CVT、DCT等先進變速器技術，這將引領動力技術進入新階段。

圍繞汽車產品安全性能提升的技術創新方向，重點開展汽車主被動安全核心關鍵技術研究，開展被動安全的車身結構、約束系統、行人保護以及主動安全技術的穩定性控制、駕駛輔助控制、人車路預警控制等多系統研發、協同、優化控制技術，為未來零事故、零死亡的汽車社會提供支撐。通過“十一五”的積累，國內整車企業如一汽、奇瑞、長安等形成了較強的被動安全設計開發能力，能夠自主進行C-NCAP 五星項目的正向開發，在此基礎上，“十二五”期間，企業將進一步深化主被動安全一體化創新，包括：穩定車輛、制動功能、車輛動態的主動安全[11]；基于雷達和視頻系統的駕駛者輔助設備；探測傳感、乘員和行人保護的被動安全[12]；導航系統、可視化的車輛通訊等。全面提升整車的道路工況安全性將成為各自主品牌企業的重點任務。

圍繞汽車舒適品質性能提升的技術創新方向，重點突破汽車NVH性能控制，汽車可靠耐久性能控制以及汽車正向設計開發支撐數據庫平臺，汽車測試標準及評價技術的研究。在智能化汽車技術提升方面，重點開展汽車電子控制技術以及車聯網技術研究，開展汽車發動機、底盤等電子控制技術，汽車車載電子控制技術，車聯網信息采集、處理、控制以及管理形成等的技術研究。

以上汽車領域自主創新工作將為我國汽車產業跨越式發展提供有力支撐。

References)

[1]十二五我國汽車產業發展面臨的形勢和任務——工業和信息化部副部長蘇波在2011年上海國際車展高峰論壇上的講話摘要[J].內燃機與配件，2011(6)：39-44 .Trends and Missions of China's Automobile Industry during 12th“Five-Year Plan”—Abstract of Speech Given by Su Bo，the Deputy Minister of Ministry of Industry and Information Technology，on 2011 Shanghai Auto Expo Summit Forum[J]. Internal Combustion Engine & Parts，2011(6)：39-44. (in Chinese)

[2]康凱，王軍雷.2011年汽車工業經濟運行分析[J].汽車工業研究，2012(8)：14-21.Kang Kai，Wang Junlei. Analysis of Automobile Industry Economy in 2011[J]. Auto Industry Research，2012(8)：14-21. (in Chinese)

[3]吳仁壽.汽車產銷量全球第一是喜還是憂[J].中國石油石化，2011(3)：13.Wu Renshou. Is Being No.1 in Volume of Production and Marketing Good or Bad[J]. China Petrochem，2011(3)：13. (in Chinese)

[4]新華社.工業和信息化部：汽車產業成為國民經濟支柱產 業 [EB/OL]. (2011-09-03)[2013-1-8]http：//www.gov.cn/jrzg/2011-09/03/con-tent_1939735.htm.Xinhua News Agency. Ministry of Industry and Information Technology：Auto industry has Become Pillar Industry of National Economy[EB/OL].(2011-09-03)[2013-1-8]http：//www.gov.cn/jrzg/2011-09/03/content_1939735.htm. (in Chinese)

[5]李慶文.實現汽車強國夢只有自主創新一條路[J].家用汽車，2012(6)：10-12.Li Qingwen. Self Innovation is the Only Way to Realize the Dream of Being the Leading Country in Auto Industry[J].Auto Life. 2012(6)：10-12. (in Chinese)

[6]甄文媛.建設汽車強國關鍵在“自主”—— 訪中國工程院院士郭孔輝[J].汽車縱橫，2012(5)：32-33.Zhen Wenyuan. The Key of Building a Leading Country in Auto Industry is to Be Independent—An Interview with Guo Konghui，the Academician of China Engineering Academy[J]. Auto Review，2012(5)：32-33.(in Chinese)

[7]董揚.2011年中國汽車工業面臨的機遇與挑戰[J].中國汽車界，2011(3)：52-57.Dong Yang. Opportunities and Threats That China's Auto Industry Encountered in 2011[J]. China Motor，2011(3)：52-57. (in Chinese)

[8]黃群慧.中國的工業大國國情與工業強國戰略[J].中國工業經濟，2012(3)：5-16.Huang Qunhui. The Status Quo and Developing Strategy of China's Industry[J]. China Industrial Economics，2012(3)：5-16. (in Chinese)

[9]吳松泉.汽車強國建設面臨的挑戰[J].汽車與配件，2012(32)：22-23.Wu Songquan. Challenges of Building a Leading Country in Auto Industry[J]. Automobile and Parts Technology，2012(3)：5-16. (in Chinese)

[10]衛教善，李慶文.從德國汽車產業的戰略特征看我國汽車產業強國之路[J].汽車工業研究，2011(10)：16-20.Wei Jiaoshan，Li Qingwen. Inspect China's Way to Become a Leading Role in World Auto Industry from the Angle of Germany's Auto Industry Strategy[J]. Auto Industry Research，2011(10)：16-20. (in Chinese)

[11]韓鐳.中國汽車安全技術的現狀與發展[J].汽車與配件，2011(10)：16-17.Han Lei. The status Quo and Developing Trend of China's Auto Safety Technology[J]. Automobile and Parts Technology，2011(10)：16-17. (in Chinese)

[12]劉庭志，陳吉清.汽車行人保護開發與研究進展[J].汽車實用技術， 2012(1)：17-21.Liu Tingzhi，Chen Jiqing. Development and Research Progress on Vehicle Pedestrians Protection[J]. Automobile Technology，2012(1)：17-21. (in Chinese)