近年來，國際油價(jia) 的反複波動引發了全球性的石油產(chan) 品供應短缺，而汽車行業(ye) 對石油的需求可占到全球石油產(chan) 品總消耗量的三分之一以上。在新一輪的能源危機中，汽車產(chan) 品的節能已成為(wei) 汽車技術亟待解決(jue) 的首要問題。

    汽車產(chan) 品的節能是一項工作量巨大的係統工程，由於(yu) 影響因素眾(zhong) 多，因此需要一套科學的分析方法將各種因素有機串聯為(wei) 一體(ti) 。汽車是由車身、底盤、發動機和電器四大部分組成，若要獲得良好的節能效果，則需在汽車產(chan) 品的開發過程中，全麵、詳盡地剖析汽車能耗的每個(ge) 部分，從(cong) 結構細節入手，在汽車各個(ge) 係統部分開展優(you) 化設計，從(cong) 而實現整車節能的目的。本文以客車產(chan) 品設計為(wei) 例，對汽車產(chan) 品的技術節能途徑與(yu) 措施進行簡介。

    技術節能基本原理

    汽車在行駛過程中需要克服各種行駛阻力，這將消耗一部分功率，此外汽車的機械傳(chuan) 動損失也將消耗一部分功率。根據輸入功率與(yu) 輸出功率相等的原理，設定條件為(wei) 平道、等速行駛，汽車的功率平衡方程如下(公式1)：

    其中Pe表示發動機的輸出功率，ηT表示傳(chuan) 動係的機械效率，G表示整車質量，ua表示汽車行駛速度，CD表示空氣阻力係數、A表示迎風麵積，括號內(nei) 的四項分別為(wei) 滾動阻力功率、坡道阻力功率、空氣阻力功率和加速阻力功率。

    而汽車在等速行駛時的百公裏油耗可以表示為(wei) (公式2)：

    其中，b為(wei) 發動機燃油消耗率，Y為(wei) 燃油密度。

    根據公式1和2可知，汽車的百公裏油耗與(yu) 以下幾個(ge) 參數有關(guan) ：整車質量G，空氣阻力係數CD和迎風麵積A。

    降低整車質量始終是汽車產(chan) 品節能降耗的最有效的手段，這也是多年來各大汽車公司始終重視汽車輕量化工作的原因。此外，汽車在平道上等速行駛時，行駛阻力主要由滾動阻力和空氣阻力組成。根據公式1可知，滾動阻力與(yu) 車速成線性增加關(guan) 係，而空氣阻力則與(yu) 車速成三次方增加關(guan) 係。試驗證明，當車速達到80km/h時，空氣阻力占汽車行駛阻力的60%。因此，汽車在低速行駛時改善油耗主要通過降低滾動阻力實現，而改善高速行駛時的油耗則主要通過降低空氣阻力實現。目前我國城市公交客車的平均車速較低，普遍在25km/h左右，通過造型優(you) 化改善油耗效果有限，而降低車輛的滾動阻力則是一個(ge) 主要手段。對於(yu) 大多數時間都在高速行駛的公路/旅遊客車，通過造型優(you) 化實現空氣阻力的降低，從(cong) 而實現節油效果的較為(wei) 明顯。

    車身部分

    通過車身設計改善油耗的關(guan) 鍵在於(yu) 減小車身的空氣阻力，主要適用於(yu) 高速行駛的公路/旅遊客車。汽車的空氣阻力分為(wei) 壓力阻力和摩擦阻力兩(liang) 大類。

    壓力阻力是作用在汽車外表上的法向壓力的合力在行駛方向的分力，具體(ti) 可細分為(wei) 以下四部分：

    形狀阻力：它主要與(yu) 汽車的外觀造型相關(guan) ，約占壓力阻力的60%。

    幹擾阻力：它是由汽車表麵的凸起物，例如後視鏡、流水槽、車頂行李架、外表裝飾板等引起，約占壓力阻力的15%。

    內(nei) 循環阻力：它是發動機冷卻係統、車身通風所需的空氣流經車體(ti) 內(nei) 部時構成的阻力，約占壓力阻力的15%。

    誘導阻力：它是空氣升力在汽車水平方向的投影，約占壓力阻力的10%。

大金龍生產(chan) 車間內(nei) 一片繁忙景象

    降低空氣阻力的關(guan) 鍵是降低形狀阻力，也就是前部車身造型的優(you) 化設計，我們(men) 常見的公路旅遊客車造型多表現為(wei) 大曲麵、雙曲線的流線式造型，這便是降低形狀阻力的集中體(ti) 現。

    在客車車身設計時，可通過以下方法降低空氣阻力，改善油耗：

    1、客車總體(ti) 布置結構緊湊，提高空間利用率。在保證車內(nei) 正常使用空間和行李艙容積的基礎上，設計師應盡可能地減小客車的高度與(yu) 寬度，從(cong) 而減小客車的迎風麵積，降低油耗。目前很多客運公司喜歡追求外觀高大的客車，在提高車輛乘坐舒適性的同時，也要相應付出能耗增加的代價(jia) 。

    2、優(you) 化客車整體(ti) 造型。前風窗玻璃采用大曲麵，前圍棱線處采用大圓角過渡，整體(ti) 呈現出明顯的楔形，這將有效改善客車的空氣動力特性，降低油耗。

    3、減少車體(ti) 外部凸出部位。除了國家明令禁止的外部行李架外，空調始終是客車外部主要的凸出物。為(wei) 了減少空氣阻力，設計師可將空調布置在整車前部，通過加裝導流罩將空調與(yu) 前圍造型有機融為(wei) 一體(ti) 。2008年以後，頂置氣瓶形式的燃氣公路客車開始出現，由於(yu) 氣瓶體(ti) 積較大，對空氣阻力有一定的影響，因此氣瓶罩的外形設計顯得尤為(wei) 重要，此方麵可參照整車造型設計思路予以優(you) 化。

    此外，快速公交係統(BRT)在2004年末進入中國，由於(yu) 采用了專(zhuan) 用車道，此類城市公交客車的運行速度最高可達40~50km/h。對於(yu) BRT公交客車，亦可采用以上設計思路，對造型進行優(you) 化，通過減小空氣阻力降低能耗。例如荷蘭(lan) VDL公司的Phileas係列，我國的ZK6181HG、LCK6180G、DD6182S01等。

    發動機部分

    發動機的油耗對於(yu) 汽車的油耗有著決(jue) 定性的影響，因此設計師或用戶在進行發動機選用時，應結合實際使用情況進行合理選配。

    目前很多用戶喜歡追求大功率、大扭矩的發動機，但對動力性的不合理追求也會(hui) 造成油耗的不必要增加，這是必須注意的。發動機的比油耗是隨著發動機負荷的變化而變化的，通常在低負荷和滿負荷狀態下的比油耗較高，負荷率在80%~90%時則較低。目前客車在平路上以常用速度行駛時，發動機負荷率僅(jin) 為(wei) 20%左右，長期處於(yu) 低負荷狀態，因此在行駛條件允許的情況下，不必盲目追求客車發動機的大功率，以避免增加負荷率。

    對於(yu) 城市公交客車，由於(yu) 車速較低，在滿足車輛日常載荷的情況下，選用小排量及小功率的發動機，使得發動機的常用工況處於(yu) 相對經濟的區域，非常有利於(yu) 能耗的節約。而對於(yu) 車速長期處於(yu) 80~100km/h的公路/旅遊客車而言，選用大排量、低轉速、大扭矩的發動機則較為(wei) 合適。

    冷卻係統

    汽車的冷卻係統主要是保證發動機處於(yu) 適宜的工作溫度，最理想的狀態是在85℃~90℃，它也是汽車發動機消耗功率最大的附件。冷卻風扇是按照發動機的最大熱負荷來設計的，其最大消耗功率是發動機額定功率的5%~12%，大中型客車通常需要10kW~20kW，但在絕大多數的行駛過程中，發動機都處於(yu) 遠低於(yu) 最大熱負荷的工況下工作，因此如何盡量少地消耗發動機輸出功率，而且保證發動機在最大熱負荷工況下能夠良好散熱，是冷卻係統設計需要麵對的主要問題。冷卻係統的技術節能主要包括兩(liang) 個(ge) 關(guan) 鍵點——“獨立”與(yu) “溫控”，采用這兩(liang) 種措施，油耗可降低4%~7.5%。

    所謂“獨立”，是指將冷卻風扇與(yu) 發動機的傳(chuan) 動裝置相對獨立出來，根據發動機的工況選擇性啟動，提供最適宜的冷卻風量，從(cong) 而實現節能效果。普通客車冷卻風扇采用皮帶傳(chuan) 動，由於(yu) 缺少離合器的控製，風扇工作與(yu) 否完全取決(jue) 於(yu) 發動機，這便導致無論發動機是否需要冷卻，風扇都要無謂的轉動、消耗能量，此時由於(yu) 強烈冷卻作用的影響，發動機工作溫度過低，機油黏度增大，輸出功率減小，油耗是正常工況下的兩(liang) 倍以上。此時，若采用離合器式、電動式或液壓式風扇驅動裝置，則可以解決(jue) 這一問題。目前常見的客車離合器風扇有電磁式、矽油式兩(liang) 種，它們(men) 可以在發動機不需冷卻時自動斷開風扇與(yu) 發動機的傳(chuan) 動，避免發動機無謂的能耗。宇通客車的“發動機熱管理係統”便是應用電磁式離合器風扇實現節油的典範，此舉(ju) 可以降低油耗5%以上，而且提高了車輛的動力性、加速性，縮短發動機冷啟動時間約2/3，在北方地區的節油效果尤為(wei) 明顯。至於(yu) “溫控”，則是通過優(you) 化風扇、中冷器、散熱器及艙體(ti) 的結構，利用最小的消耗功率得到最佳的散熱效果。常見的措施包括：增大中冷器和散熱器的麵積，保證各種工況下的散熱效果；利用流體(ti) 分析軟件對散熱艙體(ti) 結構進行優(you) 化，改善冷卻進排氣路徑，減少沿程阻力，提高吸風效果；采用大直徑、低轉速風扇，同時對風扇葉片結構和材質進行優(you) 化。

    傳(chuan) 動係統

    傳(chuan) 動係是將發動機的輸出動力傳(chuan) 遞至驅動車輪的係統，可從(cong) 傳(chuan) 動部件的匹配計算以及日常調整維護實現節油目的。

    客車傳(chuan) 動係的匹配計算通常指確定變速器的速比及驅動橋的主減速比，這兩(liang) 個(ge) 參數有多種組合方式，需結合車輛實際使用情況進行反複匹配計算，以獲得動力性及經濟性最佳的組合。對於(yu) 車速較低但起步製動頻繁的城市公交客車，其在行駛過程中很少達到五檔以上，但卻對二檔起步性及加速性要求很高。因此，城市公交客車通常選用五檔變速器，且二檔速比盡量做到4以上，而後橋通常選用相對較大的速比(5~6)。對於(yu) 車速較高的公路/旅遊客車，則多以六檔變速器為(wei) 主，而後橋通常選用較小的速比(3~4)。由於(yu) 車輛的變速器和驅動橋在設計時便需確定，屬於(yu) “先天性”因素，因此需要設計師予以精心選配，以確保車輛在未來的使用中能夠長期處於(yu) 最佳匹配狀態，從(cong) 而實現技術節能的目的。

    傳(chuan) 動係統尤其要注意日常的調整維護，傳(chuan) 動係各摩擦副間的潤滑和接觸狀況將直接影響傳(chuan) 動效率以及油耗。例如：離合器在行駛中的發熱現象，通常意味著不正常的油耗；變速器、萬(wan) 向節、傳(chuan) 動軸和驅動橋在行駛中若發生異響現象，則意味著齒輪齧合或軸傳(chuan) 動在運轉中遇到了不應有的阻力，也會(hui) 發生油耗的增加；另外使用粘度、抗磨性以及溫度性能不符合要求的齒輪油，也會(hui) 使油耗顯著增加。據試驗，在相同工況下，冬季用車使用夏季齒輪油會(hui) 使燃油消耗增加4%。

    行駛與(yu) 製動係統

汽車的行駛係統主要由懸架、車橋、輪輞和輪胎等部分組成，此係統主要是通過減小行駛中的滾動阻力來實現節能降耗。

    目前，從(cong) 輪胎上著手以實現技術節能較為(wei) 常見，主要措施有：

    1、使用無內(nei) 胎子午線輪胎替代普通斜交胎。這兩(liang) 種輪胎的區別在於(yu) ：普通斜交胎體(ti) 的簾線采用相交形式，而子午線輪胎則是各層間相互平行地由一胎圈到另一胎圈、呈子午線方向(與(yu) 胎冠中心線成90°)排列。子午線輪胎中的主要受力部件是由鋼絲(si) 簾線製成的緩衝(chong) 層，它增大了胎麵行駛部分與(yu) 路麵的接觸麵積，能使壓力較均衡地分布在接觸麵積內(nei) ，可減少胎麵花紋滑動，提高側(ce) 穩性。子午線輪胎的滾動阻力比普通斜交胎減小20%~30%，可實現節油3%~8%。目前子午線輪胎在公路/旅遊客車上已全麵采用，在城市公交客車領域也開始普及，實際節油效果顯著。

    2、束角與(yu) 傾(qing) 角。如果車輛的四輪定位不好，導致束角、傾(qing) 角不正，會(hui) 增加輪胎與(yu) 地麵的摩擦，增加燃油消耗。對於(yu) 使用子午線輪胎的車輛，其前束小於(yu) 普通斜交胎，更要嚴(yan) 格控製，一般為(wei) 0~3mm。

    3、胎壓。各種輪胎都有負荷與(yu) 氣壓的對照表，車輛出廠前以及車輛使用中都必須嚴(yan) 格遵守。若胎壓不足，輪胎的接地麵積加大，摩擦增加，不僅(jin) 使輪胎兩(liang) 側(ce) 的胎肩磨損增大，而且增加油耗。

    4、輪胎花紋。每個(ge) 品牌的輪胎都有自己的花紋係列，在使用時必須結合使用路況進行選配。實踐證明，縱向花紋對於(yu) 客車的節油效果最為(wei) 明顯。

    另外，廣義(yi) 的滾動阻力還包括車輪和製動係統的摩擦阻力，例如製動鼓轉動時是否有摩擦現象，油封及軸承的摩擦力大小，均對滾動阻力有較大影響。

    輕量化設計

    根據公式1可知，整車質量 直接影響滾動阻力、坡道阻力和加速阻力，是影響汽車能耗的關(guan) 鍵性因素。據研究，整備質量減少10%，可使油耗降低8.8%左右。客車的輕量化工作主要有以下兩(liang) 個(ge) 發展方向：利用CAE有限元分析優(you) 化整車骨架結構和各類輕質材料的使用。

    利用CAE技術優(you) 化整車骨架結構隨著三維軟件在客車設計中的應用而得以普及。近年來，全承載客車作為(wei) 輕量化技術在客車上應用的典型代表，已在中國市場中得到了高度認可，安凱、青年、宇通、金龍等眾(zhong) 多企業(ye) 通過技術引進和自主研發已經掌握全承載技術，並將其應用到產(chan) 品設計開發中，不僅(jin) 提高了車輛的安全性能，而且取得了極佳的節油效果。2009年11月，中通客車的LCK6120GT和LCK6103HG通過節能公交產(chan) 品評審，便是采用車身輕量化設計、降低車輛整備質量得以實現技術節能的。

 
    另外，輕質材料在客車上應用對降重節油也有一定的作用，例如各類質輕高強的輕金屬以及工程塑料等高分子材料。2008年，宇通客車攜手ALCOA美鋁公司推出ZK6126HGE，整車大量采用鋁質材料，減輕車身重量接近1.5t，經鄭州公交的實際使用，節能效果明顯。