整車動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性開發(fā)概述

林祥輝 楊志剛 張路

極氪汽車（寧波杭州灣新區(qū)）有限公司 浙江省寧波市 315336

1 引言

汽車動(dòng)力性（PE：Power and Economic）是在良好、平直的路面上行駛時(shí)所能達(dá)到的平均行駛速度；燃油（電耗）經(jīng)濟(jì)性是在保證動(dòng)力性的條件下，汽車以盡量少的燃油（電能）消耗量經(jīng)濟(jì)行駛的能力。

整車PE性能與客戶的駕駛感受及日后行駛費(fèi)用，有著直接的關(guān)聯(lián)。駕駛感受差，可能導(dǎo)致購(gòu)買的直接拒絕；經(jīng)濟(jì)性差可能導(dǎo)致持續(xù)的競(jìng)爭(zhēng)力削弱，特別是對(duì)商用車，經(jīng)濟(jì)性將會(huì)直接影響客戶的盈利能力。開發(fā)整車時(shí)需重點(diǎn)考慮此項(xiàng)性能指標(biāo)，特別是對(duì)商用車。整車PE性能，雖表面上顯示的是整車指標(biāo)，但與子系統(tǒng)、零部件緊密相連，需要能夠?qū)⒄囍笜?biāo)與子系統(tǒng)指標(biāo)相關(guān)聯(lián)的去設(shè)定、去完成開發(fā)。

2 開發(fā)流程

PE開發(fā)的內(nèi)容主要包含動(dòng)力鏈選型、性能指標(biāo)設(shè)定與分析、虛擬及實(shí)物驗(yàn)證、問題整改與優(yōu)化、公告支持、駕駛性工作支持、子系統(tǒng)方案的驗(yàn)收檢查、閥點(diǎn)交付物等等；各項(xiàng)工作對(duì)應(yīng)到整車開發(fā)流程中，如下圖1所示。當(dāng)然，項(xiàng)目開發(fā)過程中，PE的工作還會(huì)有比如競(jìng)爭(zhēng)力分析、亮點(diǎn)分析、實(shí)驗(yàn)策劃、VOC解讀（Voice of customer）等，需結(jié)合不同的項(xiàng)目需求進(jìn)行安排。

圖1 PE開發(fā)流程

3 性能指標(biāo)

在開發(fā)過程中，動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性這兩個(gè)面是一個(gè)即矛盾對(duì)立又緊密聯(lián)系的整體。為了兼顧動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，必須制定出相對(duì)平衡的指標(biāo)；而動(dòng)力性與駕駛感受強(qiáng)關(guān)聯(lián)，經(jīng)濟(jì)性又與客戶使用費(fèi)用強(qiáng)關(guān)聯(lián)，因此動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的確定是新車型開發(fā)的重中之重，甚至是作為關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行把控。

3.1 關(guān)鍵指標(biāo)

由上所述，整車PE性能重要度很高，一般在在項(xiàng)目初期，會(huì)設(shè)定幾個(gè)關(guān)于PE的指標(biāo)作為項(xiàng)目開發(fā)的關(guān)鍵指標(biāo)，如百公里油耗/電耗，百公里加速時(shí)間，PE的關(guān)鍵性能指標(biāo)一般設(shè)定不超過三個(gè)。

3.2 VTS指標(biāo)

VTS指標(biāo)是整車級(jí)別的性能指標(biāo)，對(duì)于PE性能，VTS指標(biāo)一般包含如下條目：

◆ 動(dòng)力性的評(píng)價(jià)指標(biāo)有：

● 整車滑行距離（空/半/滿載）；

● 行駛阻力（空/半/滿載）；

● 穩(wěn)定車速：

★ 最低檔最低穩(wěn)定車速 (km/h)；

★ 最高檔最低穩(wěn)定車速 (km/h)；

★ 次高檔最低穩(wěn)定車速 (km/h)；

★ D擋蠕動(dòng)車速（km/h）；

● 加速性能（滿載）：

★ 0～100km/h加速時(shí)間（s）；

★ 最高檔80～120km/h超車加速時(shí)間（s）；

★ 次高檔60～100km/h超車加速時(shí)間（s）；

● 最高車速（滿載）：

★ 次高擋最高車速（km/h）；

★ 最高擋最高車速（km/h）；

★ D 檔最高車速（km/h）；

● 爬坡性能（滿載）：

★ 最高檔最大爬坡度(%)；

★ 最低檔最大爬坡度(%)；

★ 二檔最大爬坡度(%)；

★ 發(fā)動(dòng)機(jī)（1000rpm）起步爬坡性能(%)；

◆ 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)有：

● 循環(huán)工況（L/100km）：

★ WLTC/CLTC；

★ 企業(yè)自定義綜合工況。

如上的動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，項(xiàng)目隨開發(fā)產(chǎn)品的不同而不同。如開發(fā)面包車產(chǎn)品，此類產(chǎn)品主要運(yùn)行在中低速，那么超越加速項(xiàng)目可以設(shè)定為30-60km/h加速時(shí)間、或40-80 km/h加速時(shí)間，最高車速可以設(shè)定為不低于100km/h；對(duì)于房車，主要運(yùn)行工況是高速路，可以將超越加速和最高車速的要求往搞了提；同時(shí)要考慮車輛的拖拽能力。另外，動(dòng)力類型不一樣，指標(biāo)項(xiàng)目也不一樣。

3.3 SSTS指標(biāo)

SSTS指標(biāo)是系統(tǒng)級(jí)別的性能指標(biāo)，是承接VTS指標(biāo)的分解指標(biāo)。

◆ 整車指標(biāo)：

● 整備質(zhì)量；

● 迎風(fēng)面積；

● 風(fēng)阻系數(shù)；

◆ 電器類指標(biāo)：

● 壓縮機(jī)功率；

● PTC功率；

● 燈具功率；

● 娛樂系統(tǒng)功率；

● 靜態(tài)電流；

◆ 風(fēng)阻類指標(biāo)：

● 進(jìn)氣口開度占比；

● 后視鏡正向面積；

● 前風(fēng)檔與水平線角度；

● 車尾玻璃與水平線角度；

● 氣壩配置；

● 尾翼配置；

● 底盤平整板；

● 其它風(fēng)阻套件；

◆ 底盤指標(biāo)：

● 輪胎型號(hào)；

● 滾阻系數(shù)；

● 制動(dòng)拖滯力；

● 傳動(dòng)效率；

…

SSTS的分解直接表顯的是PE專業(yè)開發(fā)的思路及其管理的深度，需要結(jié)合不同的車型及企業(yè)的研發(fā)能力。

關(guān)鍵性能指標(biāo)的設(shè)定，一般在項(xiàng)目預(yù)研階段進(jìn)行，項(xiàng)目立項(xiàng)后設(shè)定VTS和SSTS指標(biāo)，在技術(shù)方案確定前凍結(jié)性能指標(biāo)。對(duì)于性能指標(biāo)凍結(jié)后，若需要再變更指標(biāo)，首先需要分析變更理由，并提請(qǐng)不同級(jí)別項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)簽批留存。

如上制定的都是客觀指標(biāo)，在引言中也描述到動(dòng)力性與駕駛感受有直接關(guān)系。比如：加速能力、坡起、彈射起步等，這些與主觀的起步加速響應(yīng)、開車過程中的超車能力、在坡道上的起步能力，對(duì)于一些性能車甚至要求起步的彈射能力。

4 PE性能提升

動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性開發(fā)的內(nèi)容在開發(fā)流程章節(jié)已簡(jiǎn)要描述，不同的車子對(duì)于動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的需求片中不一樣，跑車、運(yùn)動(dòng)型車的性能偏向動(dòng)力性；普通家用車輛、營(yíng)運(yùn)車輛對(duì)于經(jīng)濟(jì)性要求較高，而此類車型占比大，特別是營(yíng)運(yùn)車輛的經(jīng)濟(jì)性直接關(guān)系盈利能力。本節(jié)以經(jīng)濟(jì)性提升為例，說明經(jīng)濟(jì)性提升的思路。

4.1 影響因素

如下圖2所示，為傳統(tǒng)燃油車對(duì)于經(jīng)濟(jì)性的影響因素，而對(duì)于新能源車還有能量回收（制動(dòng)回收、滑行回收、單踏板）的控制策略影響。

圖2 經(jīng)濟(jì)性影響因素

4.2 空氣阻力

空氣阻力分為壓力阻力和摩擦阻力。壓力阻力是作用在汽車外形表面上的法向壓力的合力在行駛方向的分力；主要由形狀、干擾、循環(huán)和誘導(dǎo)阻力組成。摩擦阻力是空氣的粘性在車身表面產(chǎn)生的切向力的合力在行駛方向的分力。

形狀阻力主要與汽車的形狀有關(guān)（長(zhǎng)、寬、高及其比例），約占58%；干擾阻力主要由汽車突出部件引起，如后視鏡、門把手、導(dǎo)水槽、驅(qū)動(dòng)軸、懸架導(dǎo)向桿等，約占14%；內(nèi)阻是氣流流道汽車內(nèi)部的阻力，占12%；誘導(dǎo)阻力是空氣升力在水平方向的分力，占7%；摩擦阻力占9%。開發(fā)過程中需按需分配控制指標(biāo)。

如下圖3、圖4所示，沃爾沃卡車從車頭到車尾，整車流線設(shè)計(jì)結(jié)合風(fēng)阻套件應(yīng)用，做到整車風(fēng)阻優(yōu)化30%。

圖3 卡車車側(cè)整體風(fēng)阻設(shè)計(jì)

圖4 車底風(fēng)阻套件

4.3 動(dòng)力鏈優(yōu)選

動(dòng)力鏈由發(fā)動(dòng)機(jī)/驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變速器、主減、車輪組成。首先，從效率的角度，優(yōu)選效率高的部件；其次，結(jié)合所開發(fā)產(chǎn)品的主要運(yùn)行工況，去匹配整車動(dòng)力鏈，讓運(yùn)行工況主要落在動(dòng)力總成的經(jīng)濟(jì)效率區(qū)，同時(shí)還要滿足動(dòng)力性的要求。此處可以通過Cruise的矩陣式計(jì)算一次性完成。

4.4 車輪的選取

對(duì)于車輪的選取分為兩大塊：一是輪轂，開發(fā)不容易導(dǎo)致再旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的氣阻；二是輪胎，選取低滾阻、窄胎面、小高寬比、淺花紋輪胎。另外，輪胎的氣壓對(duì)于經(jīng)濟(jì)影響也是很明顯的，一般10個(gè)psi對(duì)應(yīng)1%油耗。對(duì)于胎面的寬窄，影響面大在于重卡行業(yè)，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了單寬胎代替雙胎的車型（圖5所示），總體滾阻可以下降30%。

圖5 單寬胎重卡

4.5 輕量化

整車的總重與油耗成正比，總重每下降5～10%，整車油耗將下降1-2%（不同車型靈敏度不一樣）。因此，在進(jìn)行整車設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)努力降低車輛自重，當(dāng)然，降低車輛自重不能以犧牲整車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度為代價(jià)。可以通過新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)、CAE參數(shù)化設(shè)計(jì)等對(duì)零部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)來充分利用材料的強(qiáng)度，提高結(jié)構(gòu)的剛度，來降低車輛自重。

4.6 新技術(shù)應(yīng)用

經(jīng)濟(jì)性的提升在新技術(shù)這一塊的應(yīng)用，常規(guī)有：

■ 第一步：研究清楚整車能量流分布，包含機(jī)械能損耗、電器損耗、風(fēng)阻損耗、熱能損耗；

■ 第二部：從控制策略的角度，優(yōu)化能量回收策略，其中包含制動(dòng)回收、滑行回收、單踏板模式、動(dòng)力系統(tǒng)熱能回收。

5 車型與性能開發(fā)

對(duì)于不同的車型，車輛運(yùn)行的速度區(qū)間也是有差異的，比如家轎中的微型車或微面車型，主要運(yùn)行區(qū)域是市區(qū)與市郊，運(yùn)行的車速主要集中在30-60km/h之間；對(duì)于旅游大巴或重卡車型，主要運(yùn)行區(qū)域是高速路，主要的車速運(yùn)行區(qū)間是80-100km/h；而對(duì)于中卡車型，主要運(yùn)行區(qū)域是市郊或城際，對(duì)應(yīng)的主要車速范圍是60-100之間。

由此看來，對(duì)于不同的車型，客戶的運(yùn)行工況是有差異的，我們需要制定不同的性能指標(biāo)，不同的動(dòng)力匹配要求，以及不同的優(yōu)化方向。

6 總結(jié)

本文從動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性的重要性出發(fā)，闡述了動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性的開發(fā)基本流程，性能目標(biāo)設(shè)定的方法。以經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化為例，勾畫了影響經(jīng)濟(jì)性的各種因素，并從風(fēng)阻、選型、車輪、輕量化等方面，闡述了經(jīng)濟(jì)性提升的基本方法。