整车动力经济性开发概述

林祥辉 杨志刚 张路

摘 要：本文阐述了PE的基本概念，以一个全流程开发的产品为例说明了PE开发的基本流程;阐述了性能目标的几个层级以及设定的方法;分析了影响经济性的各类因素，并挑选了几个重要点，阐述了经济性提升优化的基本方法。

关键词：PE 目标设定 经济性优化

Abstract：This paper expounds the basic concept of PE， and takes a product developed in the whole process as an example to illustrate the basic process of PE development; expounds several levels and setting methods of performance goals; Several important points are selected， and the basic methods of economic improvement optimization are described.

Key words：PE Goal setting Economic optimization

1 引言

汽车动力性（PE：Power and Economic）是在良好、平直的路面上行驶时所能达到的平均行驶速度;燃油（电耗）经济性是在保证动力性的条件下，汽车以尽量少的燃油（电能）消耗量经济行驶的能力。

整车PE性能与客户的驾驶感受及日后行驶费用，有着直接的关联。驾驶感受差，可能导致购买的直接拒绝;经济性差可能导致持续的竞争力削弱，特别是对商用车，经济性将会直接影响客户的盈利能力。开发整车时需重点考虑此项性能指标，特别是对商用车。整车PE性能，虽表面上显示的是整车指标，但与子系统、零部件紧密相连，需要能够将整车指标与子系统指标相关联的去设定、去完成开发。

2 开发流程

PE开发的内容主要包含动力链选型、性能指标设定与分析、虚拟及实物验证、问题整改与优化、公告支持、驾驶性工作支持、子系统方案的验收检查、阀点交付物等等;各项工作对应到整车开发流程中，如下图1所示。当然，项目开发过程中，PE的工作还会有比如竞争力分析、亮点分析、实验策划、VOC解读（Voice of customer）等，需结合不同的项目需求进行安排。

3 性能指标

在开发过程中，动力性与经济性这两个面是一个即矛盾对立又紧密联系的整体。为了兼顾动力性和经济性，必须制定出相对平衡的指标;而动力性与驾驶感受强关联，经济性又与客户使用费用强关联，因此动力性和经济性指标的确定是新车型开发的重中之重，甚至是作为关键指标进行把控。

3.1 关键指标

由上所述，整车PE性能重要度很高，一般在在项目初期，会设定几个关于PE的指标作为项目开发的关键指标，如百公里油耗/电耗，百公里加速时间，PE的关键性能指标一般设定不超过三個。

3.2 VTS指标

VTS指标是整车级别的性能指标，对于PE性能，VTS指标一般包含如下条目：

◆动力性的评价指标有：

● 整车滑行距离（空/半/满载）;

● 行驶阻力（空/半/满载）;

● 稳定车速：

★ 最低档最低稳定车速 （km/h）;

★ 最高档最低稳定车速 （km/h）;

★ 次高档最低稳定车速 （km/h）;

★ D挡蠕动车速（km/h）;

● 加速性能（满载）：

★ 0～100km/h加速时间（s）;

★ 最高档80～120km/h超车加速时间（s）;

★ 次高档60～100km/h超车加速时间（s）;

● 最高车速（满载）：

★ 次高挡最高车速（km/h）;

★ 最高挡最高车速（km/h）;

★ D 档最高车速（km/h）;

● 爬坡性能（满载）：

★ 最高档最大爬坡度（%）;

★ 最低档最大爬坡度（%）;

★ 二档最大爬坡度（%）;

★ 发动机（1000rpm）起步爬坡性能（%）;

◆经济性评价指标有：

● 循环工况（L/100km）：

★ WLTC/CLTC;

★ 企业自定义综合工况。

如上的动力经济性指标，项目随开发产品的不同而不同。如开发面包车产品，此类产品主要运行在中低速，那么超越加速项目可以设定为30-60km/h加速时间、或40-80 km/h加速时间，最高车速可以设定为不低于100km/h;对于房车，主要运行工况是高速路，可以将超越加速和最高车速的要求往搞了提;同时要考虑车辆的拖拽能力。另外，动力类型不一样，指标项目也不一样。

3.3 SSTS指标

SSTS指标是系统级别的性能指标，是承接VTS指标的分解指标。

◆整车指标：

● 整备质量;

● 迎风面积;

● 风阻系数;

◆电器类指标：

● 压缩机功率;

● PTC功率;

● 灯具功率;

● 娱乐系统功率;

● 静态电流;

◆风阻类指标：

● 进气口开度占比;

● 后视镜正向面积;

● 前风档与水平线角度;

● 车尾玻璃与水平线角度;

● 气坝配置;

● 尾翼配置;

● 底盘平整板;

● 其它风阻套件;

◆底盘指标：

● 轮胎型号;

● 滚阻系数;

● 制动拖滞力;

● 传动效率;

…

SSTS的分解直接表显的是PE专业开发的思路及其管理的深度，需要结合不同的车型及企业的研发能力。

关键性能指标的设定，一般在项目预研阶段进行，项目立项后设定VTS和SSTS指标，在技术方案确定前冻结性能指标。对于性能指标冻结后，若需要再变更指标，首先需要分析变更理由，并提请不同级别项目领导签批留存。

如上制定的都是客观指标，在引言中也描述到动力性与驾驶感受有直接关系。比如：加速能力、坡起、弹射起步等，这些与主观的起步加速响应、开车过程中的超车能力、在坡道上的起步能力，对于一些性能车甚至要求起步的弹射能力。

4 PE性能提升

动力经济性开发的内容在开发流程章节已简要描述，不同的车子对于动力性和经济性的需求片中不一样，跑车、运动型车的性能偏向动力性;普通家用车辆、营运车辆对于经济性要求较高，而此类车型占比大，特别是营运车辆的经济性直接关系盈利能力。本节以经济性提升为例，说明经济性提升的思路。

4.1 影响因素

如下图2所示，为传统燃油车对于经济性的影响因素，而对于新能源车还有能量回收（制动回收、滑行回收、单踏板）的控制策略影响。

4.2 空气阻力

空气阻力分为压力阻力和摩擦阻力。压力阻力是作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向的分力;主要由形状、干扰、循环和诱导阻力组成。摩擦阻力是空气的粘性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力[1]。

形状阻力主要与汽车的形状有关（长、宽、高及其比例），约占58%;干扰阻力主要由汽车突出部件引起，如后视镜、门把手、导水槽、驱动轴、悬架导向杆等，约占14%;内阻是气流流道汽车内部的阻力，占12%;诱导阻力是空气升力在水平方向的分力，占7%;摩擦阻力占9%。开发过程中需按需分配控制指标。

如下图3、图4所示，沃尔沃卡车从车头到车尾，整车流线设计结合风阻套件应用，做到整车风阻优化30%。

4.3 动力链优选

动力链由发动机/驱动电机、变速器、主减、车轮组成。首先，从效率的角度，优选效率高的部件;其次，结合所开发产品的主要运行工况，去匹配整车动力链，让运行工况主要落在动力总成的经济效率区，同时还要满足动力性的要求。此处可以通过Cruise的矩阵式计算一次性完成[2]。

4.4 车轮的选取

对于车轮的选取分为两大块：一是轮毂，开发不容易导致再旋转过程中产生的气阻;二是轮胎，选取低滚阻、窄胎面、小高宽比、浅花纹轮胎。另外，轮胎的气压对于经济影响也是很明显的，一般10个psi对应1%油耗。对于胎面的宽窄，影响面大在于重卡行业，现在已经出现了单宽胎代替双胎的车型（图5所示），总体滚阻可以下降30%。

4.5 轻量化

整车的总重与油耗成正比，总重每下降5～10%，整车油耗将下降1-2%（不同车型灵敏度不一样）。因此，在进行整车设计时应努力降低车辆自重，当然，降低车辆自重不能以牺牲整车结构强度、刚度为代价。可以通过新材料、新工艺、新结构、CAE参数化设计等对零部件进行优化设计来充分利用材料的强度，提高结构的刚度，来降低车辆自重。

4.6 新技術应用

经济性的提升在新技术这一块的应用，常规有：

主动进气格栅：既可以减小内风阻大小，又可以提升热效率[3，4];

主动尾翼：可以动态提升车尾扰流;

能量管理：在众多文献中，所提到的能量管理，大多是新能源车的能量回收的开发与应用，这类阐述算是侠义的能量管理[5，6]。广义的能量管理，应该是从源头出发，即燃料消耗的能量是如何在整车范围内进行耗散的，这里面包含汽车理论中的所述的滚阻、风阻、坡道阻力、加速阻力耗散的能量;同时包含空调、娱乐系统、灯光等的电器类能量消耗;还包含电器类、动力类等因热能/机械能对外耗散的能量;当然也包含新能源汽车的能量回收管理这一部分。

■第一步：研究清楚整车能量流分布，包含机械能损耗、电器损耗、风阻损耗、热能损耗;

■第二部：从控制策略的角度，优化能量回收策略，其中包含制动回收、滑行回收、单踏板模式、动力系统热能回收。

智慧交通：提前规划行驶路线，择优选取经济性线路[7];

车队管理：监控车辆运行状态，做出适时调整。

5 车型与性能开发

对于不同的车型，车辆运行的速度区间也是有差异的，比如家轿中的微型车或微面车型，主要运行区域是市区与市郊，运行的车速主要集中在30-60km/h之间;对于旅游大巴或重卡车型，主要运行区域是高速路，主要的车速运行区间是80-100km/h;而对于中卡车型，主要运行区域是市郊或城际，对应的主要车速范围是60-100之间。

由此看来，对于不同的车型，客户的运行工况是有差异的，我们需要制定不同的性能指标，不同的动力匹配要求，以及不同的优化方向。

6 总结

本文从动力经济性的重要性出发，阐述了动力经济性的开发基本流程，性能目标设定的方法。以经济性优化为例，勾画了影响经济性的各种因素，并从风阻、选型、车轮、轻量化等方面，阐述了经济性提升的基本方法。

参考文献：

[1]王博. 汽车车身造型与风阻特性优化研究[D]. 西安理工大学，2020.

[2]王立星等. 基于Cruise的整车动力链优选方法研究[J]. 轻型汽车技术，2013（9/10）.

[3]李浩. 车用主动进气格栅的标定匹配[D]. 沈阳李工大学， 2019.

[4]严金霞. 主动近期格栅对汽车性能的影响[J]. 山东理工大学学报（自然科学版），2018年，第32卷第5期.

[5]臧怀泉等. 插电式混合动力汽车能量优化管理策略研究[J]. 燕山大学学报，2020年，第44卷第4期.

[6]赵秀春等. 混合动力电动汽车能量管理策略研究综述[J]. 自动化学报，2016年，第42卷第3期.

[7]孙和成. 互联网地图在汽车能量管理系统中的应用研究[J]. 现代信息科技，2020.4.4.

作者简介

林祥辉：（1985.12—），男，汉族，浙江温州人，本科。就职于极氪汽车（宁波杭州湾新区）有限公司，车型硬件团队负责人。主要研究车身内外饰相关产品开发。