经济型轿车领域科技自主创新分析及展望

金茂菁，李开国，万鑫铭，抄佩佩，童一帆

（1. 中国科学技术部 高技术研究发展中心，北京 100862；2.中国汽车工程研究院 北京分院，北京 100070）

全球汽车工业为了应对能源和环境的巨大挑战，积极开发经济型轿车，在整车轻量化、低风阻设计，发动机小型化、高效化设计、变速器多挡化、高效化设计等方面进行了大量的研发工作，并加快了各项技术的市场化和产业化转化过程。我国在“十一五”科技创新规划中，将“汽车开发先进技术”列为重点项目，并通过采取政府引导、政策支持、经费倾斜等措施，以企业为主体，高等院校和科研院所积极参加，围绕汽车开发的基础理论和共性技术大力开展原始创新。本文主要围绕经济型轿车及其关键动力总成的技术攻关及创新成果，评价分析国家支持下的自主品牌经济型轿车的开发，并提出后续发展建议。

1 背景介绍

我国汽车工业发展迅速[1]，汽车产量从2001年的234万辆增长到2011年的1 841万辆[2]，年均增幅超过22%。自2009年以来，我国汽车产销量连续位居世界第一[3]。汽车工业是典型的资本、技术、劳动密集型行业，同时产业倍增效应明显，带动钢铁、机械、电子、橡胶、服务等上百个相关产业。自2005年以来，我国汽车工业总产值一直占国内GDP的5%以上，汽车产业已成为重要支柱产业[4]。

在中国成为汽车制造大国的同时，也带来了能源、资源、环境等方面的问题[5-6]，我国的汽车强国之路正面临巨大挑战[7-8]，来自汽车品牌、产品以及技术等各层面的竞争力亟需提升[9]。

在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》和《国家汽车产业振兴规划》的战略指导下，国家在“十一五”科技创新规划中，将“汽车开发先进技术”列为重点项目，项目下设18个课题，以整车、重大总成、关键零部件以及共性技术支撑平台为4个层次，重点突出节能减排和安全舒适两大主题，突破了中小排量轿车和重型汽车开发的核心技术和关键技术，针对汽车整车、动力系统、传动系统、电控与汽车电子、关键零部件的设计开发技术和标准开展前沿技术创新，为企业产品开发技术提供了能力支撑和后备技术来源。

重点项目的18个课题中，经济型轿车领域共设了10个课题，其中，整车3个、直喷汽油机3个、轿车柴油机1个、双离合器自动变速器3个，开发了符合“十一五”末期国家标准、法规要求的经济型轿车以及与轿车整车集成开发项目相匹配的轿车柴油机、直喷汽油机和双离合器自动变速器，并实现了产品产业化。

2 经济型轿车领域关键技术攻关

2.1 整车开发技术

面向汽车节能、环保、安全和舒适的需求，开展了车身设计及整车集成开发、动力系统匹配和性能优化、底盘调教和匹配优化，形成了相应产品，并实现批量生产。

围绕车身开发，重点攻关了现代车身造型、车身结构安全、轻量化和噪声控制等车身开发关键技术，并进行了汽车整车匹配技术研究，建立了整车开发相关标准体系，初步形成了中国企业特征的造型元素和风格，并实现低风阻设计。

围绕动力系统匹配，重点攻关总成虚拟样机技术、性能对标和定标技术、测试评价标定技术、复合工况下动力系统匹配优化技术，掌握动力系统匹配标定流程和方法，形成测试评价体系，实现整车动力性、燃油经济性等方面水平的显著提升，排放达到国Ⅳ标准。

围绕底盘调校和匹配，重点攻关底盘逐层分解及对标、定标技术，总成虚拟样机设计与仿真技术，底盘动力学性能主、客观评价，形成了一整套预开发流程体系以及主客观测试评价体系，装配防抱死制动系统（Anti-Locked Braking System，ABS）、电动助力转向系统（Electric Power Steering，EPS）、电子车身稳定装置(Electronic Stability Program，ESP)，并实现底盘驱动、制动和转向的一体化控制。

2.2 动力总成技术

研究了汽油机缸内直喷技术、轿车柴油机技术以及双离合自动变速器（Dual Clutch Transmission，DCT）产品开发技术。

在汽油机缸内直喷（Gasoline Direct Injection，GDI）技术方面，重点攻关GDI燃烧系统设计、电控系统开发、GDI汽油机降噪、降磨损技术研究、增压系统研究、排放控制等关键技术。

在轿车柴油机方面，重点攻关高压共轨燃油系统、尾气后处理以及电控系统关键技术，完成了基于微粒捕集器开发和共轨燃油喷射系统开发的柴油机整机样机开发，实现车辆搭载。

在DCT方面，重点攻关变速器电子控制技术、执行机构优化技术、动力传送和匹配技术。开发轿车用DCT，提升传动效率、整机耐久性和稳定性。

3 经济型轿车创新成果

在国家科技部的支持下，“汽车开发先进技术”重点项目的实施是以企业为主体的产学研结合模式，开发出了满足“十一五”末期国家汽车相关标准、法规的经济型轿车产品及适用于轿车的直喷汽油机和DCT。产品安全性、经济性和环保性均能达到国际同期同类产品的先进水平，为提升我国汽车产品国际竞争力做了良好铺垫。

3.1 经济型轿车整车开发成果

通过项目的实施，在经济型轿车集成开发先进技术方面，奇瑞汽车、一汽夏利和长安汽车等自主品牌中坚企业逐步掌握了轿车底盘匹配与性能优化技术、安全技术、整车NVH控制技术和底盘一体化控制技术等轿车集成开发核心技术，建设了国际一流的轿车开发平台。

奇瑞A0经济型轿车项目由奇瑞汽车有限公司牵头，联合吉林大学、湖南大学、合肥工业大学和清华大学等进行整车开发。开发出一款具有国际竞争力的，底盘性能达到国际同等水平，碰撞达到Euro-NCAP乘员保护三星和行人保护二星，NVH性能达到国际同期车型同等水平，集成底盘一体化控制技术的A0级轿车，样车油耗从原车型研发前期的8.3 L/100 km降至5.5 L/100 km，降幅超过20%，排放标准达到欧V标准。

表1 奇瑞A0经济型轿车实车指标

A0轿车是奇瑞公司自主开发的一款A0级五门经济型轿车，具有时尚、高科技、高品质、低风阻、轻量化和大空间风格，搭载了奇瑞与AVL公司联合设计开发的ACTECO家族1.5 L和1.6 L发动机和发动机管理系统平台，整车尺寸为3 995 mm×1 780 mm×1 515 mm。总体技术参数和技术性能指标达到国际同期同类车型水平。

长安B级轿车项目由重庆长安汽车股份有限公司牵头，联合吉林大学、清华大学、重庆大学开展各项整车性能开发。开发出具有自主知识产权，NVH性能达到国际同期同比技术水平的轿车。研制出了100余辆实体样车和多个虚拟样车；底盘匹配优化性能达到国内领先水平，已经接近部分同级别合资车水平。ESP、EPS性能均达到国内领先水平，其中部分试验性能已经接近国际同级别车型水平；碰撞安全样车由原来的C-NCAP 三星提升到Euro-NCAP 四星以上；排放达国Ⅳ标准；整车NVH水平达到国内领先，车外加速噪声72.6 dB。

表2 长安B级轿车实车指标

一汽夏利经济型轿车由天津一汽夏利汽车股份有限公司牵头，联合清华大学、中国汽车技术研究中心、吉林大学等单位共同研发，重点突破了整车底盘匹配优化技术，高性价比的车身造型设计开发技术，安全性和NVH性能综合优化技术以及生产工艺的同步工程的价值工程分析技术。完成经济型家用轿车投产，车外加速噪声73 dB，车内噪声64.3 dB；排放达到国Ⅳ标准；C-NCAP符合三星标准；整备质量970 kg，比同级别车轻50 kg以上。与同级别车的整车性能指标相当。现在该车型已经成为市场的主流车型之一。目标车型X121型家庭经济轿车于2009年投产，逐步形成15万辆/年的产能规模。其NVH性能达到国际同期同比车型的先进水平，整车成本比国际同级别车型低40%左右，实现销售收入30亿元，利税合计2亿元，出口创汇200万美元。

表3 一汽夏利X121家庭经济型轿车实车指标

3.2 轿车关键动力总成开发成果

在轿车GDI技术研发方面，以企业为主体，通过产学研结合，实现自主开发缸内直喷汽油机，建立完备的缸内直喷汽油机开发体系和专项技术评估平台，包括进气系统评价、CAE/CFD数值模拟和GDI汽油机控制系统的匹配标定技术平台等，打破了国外直喷汽油机技术的行业垄断，通过自主研发，取得中国GDI发动机原创性的研究成果，为我国经济型轿车发动机技术升级换代和产业的持续发展提供技术支撑。

奇瑞1.5 L轿车直喷汽油机开发项目由奇瑞汽车股份有限公司牵头，与清华大学、吉林大学、天津大学、上海交通大学共同完成。进行了1.5 L缸内直喷发动机及相关整车的集成和匹配标定，建立了直喷发动机与整车的匹配标定技术平台，完成了1.5 L缸内直喷发动机的整车匹配标定，完成了整机装车道路考核。该1.5 L TGDI发动机同时采用增压中冷和进排气可变气门正时，功率可达120 kW，升功率达到80 kW/L，最大转矩达到240 N·m，相当于2.4 L自然吸气发动机水平或2.0 L增压发动机水平，油耗相比同级别发动机降低15%，动力性提高15%，产品排放指标达到国Ⅳ标准。

一汽轿车直喷汽油机研究开发项目由中国第一汽车集团公司技术中心牵头，与吉林大学、大连理工大学、天津大学、昆明贵研催化剂有限责任公司、亚新科南岳（衡阳）有限公司共同完成了一款高性能低排放的1.5 L轿车直喷汽油机开发。该机型采用喷油控制、冷启动控制、爆震控制、可变气门正时系统（Variable Valve Timing，VVT）控制等先进控制策略，并采用连续可变气门机构控制、内部EGR等先进技术，拥有完全自主知识产权，建立了自主开发缸内直喷汽油机平台，形成了GDI开发流程和体系。该机型排量1.5 L，最大功率82 kW/（6 000 r·min-1），最大转矩 150 N·m/（4 400 r·min-1），排放达到国Ⅳ标准，能够使整车的动力性能较同级别气道喷射的发动机功率提高10%，转矩提高12%。

浙江吉利经济型轿车高性能汽油机技术开发项目由浙江吉利控股集团有限公司牵头，与清华大学、天津大学共同完成了排量1.5 L的汽油直喷发动机的开发。进行了喷油器及燃烧室参数定义，喷雾特性测量，缸内油气混合CFD分析技术研究，GDI发动机电控系统软硬件开发及标定，直喷发动机启停技术研究，以及采用普通三元催化使汽油直喷达到国Ⅳ排放的技术和工艺。采用同步考虑进气道喷射和缸内直喷的燃烧系统，实现了进气道燃油喷射，均值理论混合比缸内直喷，分层稀薄混合比缸内直喷3种燃烧方式共平台，两种缸盖可在同一生产线上生产。

最终开发直喷汽油机产品最大功率110 kW，最大转矩214 N·m，排放达到国Ⅳ标准。

在轿车柴油机方面，广西玉柴机器股份有限公司进行了电控高压共轨轿车柴油机电控管理系统ECU的开发，实现了废气再循环系统（Exhaust Gas Recirculation，EGR），可变喷嘴涡轮增压器（Variable Nozzle Turbine，VNT），柴油颗粒过滤器（Diesel Particulate Filter，DPF）及高压共轨燃油系统的电子控制研究。开展了轿车柴油机电控高压共轨燃油喷射系统的设计与开发，并对其可靠性、耐久性进行了考核。完成了整机性能试验、发动机台架性能标定、功能标定、故障标定；完成了整机200 h可靠性试验和振动噪声优化试验；完成了3辆整车搭载及标定，并完成整车排放试验、3万km可靠性试验及8万km排放耐久考核试验。广西玉柴机器股份有限公司完成了20台样机，最低燃油消耗率202.5 g/kWh，部分负荷比油耗为338 g/kWh，产品国产化率（价格配比）达到81.5%，价格降低27%，排放满足国Ⅳ要求。

在轿车DCT开发方面，依托浙江吉利控股集团有限公司、杭州前进齿轮厂和重庆青山工业有限责任公司，联合大学和相关企业，在整车平台上开展了轿车DCT的研发工作。项目实施过程中，在制定详尽的总体研究方案和进度计划的基础上，对DCT原型样机机械系统、电液阀体总成（电液模块）、电控系统、整车集成与匹配及整机性能测试等方面，进行了深入研究，全面完成了各项研究任务，实现了预期技术目标，所研发的DCT在传动效率、换挡平顺性、加速性、燃油经济性、制造成本、轻量化等技术指标方面，均与国际同类产品相同，并为生产DCT产品提供了技术支撑和产品开发平台。

4 对我国自主品牌发展的推动

在国家财政支持下，“汽车开发先进技术”项目共计投入研发经费107 275.21万元，其中国拨经费10 323.84万元，企业自筹经费96 311.33万元，国拨经费拉动作用明显。国家科技部明确了发展方向，以企业为主体，调动了全行业力量，推动了我国汽车开发先进技术的发展、提高了企业自主创新能力。

表4 轿车开发领域经费情况

在经济型轿车整车开发方面，整车正向开发能力逐步形成，提升了行业对汽车底盘自主正向开发、行人保护等领域的重要性和必要性的认识，对底盘、碰撞安全、整车NVH控制等领域的技术研究和自主创新能力建设起到了巨大的推动作用，激励了自主知识产权的民族品牌的发展，提升了自主品牌的竞争力。

在关键动力总成方面，实现了我国汽车行业自主GDI产品“零”的突破，形成了具有国际先进水平的发动机开发流程和一流的发动机开发平台，提升了车用发动机集成开发分析能力和试验评价能力，引领了我国DCT及其关键技术的研发，使我国汽车行业具备了满足DCT功能要求的关键零部件设计开发和生产能力。通过此次重点项目的实施，解决了制约我国汽车产业发展中的技术瓶颈问题，缩小了与国外的差距，实现研究成果的产业化，带动了相关产业发展，提高了我国汽车工业的整体水平，打破了国外的技术垄断和替代产品进口，推动了我国汽车生产企业、零部件生产企业参与国际国内两个市场的竞争，促进了我国汽车行业实现跨越式发展。

在研发体系和人员培养机制方面，形成了有效的“政产学研金用”合力，突破了传统的高校或企业独立承担课题的传统模式，这种改变的意义非常重大。以产品牵头、企业为中心、产学研结合、成果共享、优势互补的新型科研开发体系，整合了高校的基础研究优势、智力优势资源和企业的技术生产力转化优势资源，形成了我国汽车开发技术的合力，提高我国汽车行业的整体研发实力。依托项目的进行，专业技术人员的培训机制也逐渐成熟，培养了一批在汽车开发先进技术方面的高素质人才，形成了开发核心技术团队，凝练了一批掌握相关核心技术的研究人员，此研究队伍具有专业分布合理、学历层次优化、工程化设计和理论研究相结合、老中青结合青年占多数的特点，对于中国汽车工业的自主正向研究开发是一笔宝贵财富。

5 科技创新展望

世界汽车工业强国，诸如德国、意大利、法国、日本等的骨干企业都在经济型轿车领域具有雄厚的技术储备，推出的经济型轿车产品都是该领域中的代表车型，具有强大的市场竞争力。德国大众的波罗、高尔夫、欧宝的Corsa，意大利菲亚特的Grande Punto，法国标致208、308，日本本田的思域、丰田的科罗拉，美国福特的福克斯、通用雪佛兰的乐骋等系列车型在整车底盘性能、整车安全性能、整车NVH性能等方面表现优秀，其中部分车型在“汽车开发先进技术”项目中，被选为开发基准车的对标车型。国外企业在此基础上，进一步创新，利用新科技实现产品的节能减排水平、安全性能水平、舒适品质性能水平、智能化水平等的提升。

尽管“十一五”期间，我国已经促进了一批关键核心技术的突破，并建立了一系列技术研究成果，自主品牌得到了强有力发展。然而，我国汽车产业不仅需要成规模地快速增长，更需要产品品质的提升。实现由汽车制造大国向汽车强国的转变是我国汽车产业发展的必然[10]。自主开发和技术创新能力的提升仍然是我国汽车工业“十二五”期间的重要任务，是我国汽车产业实现更为良性的发展、汽车生产企业参与国际国内两个市场的竞争的必然要求。

围绕汽车节能减排的技术创新方向，重点开展节能汽车动力总成、整车集成及轻量化车身开发关键技术等的研究。面向汽车先进动力总成的关键技术研发，逐层分解技术，开展汽油直喷、自动变速执行控制模块、发动机后处理系统等关键零部件的研发，是未来一段时间实现核心关键零部件的技术突破的主要发展方向。国内自主品牌如一汽、上汽、长安等都形成了自己的动力总成平台，并在此基础上明确了动力总成发展战略。例如：长安汽车提出的BlueCore动力品牌战略涵盖了TEi、I-GDI、TC等动力提升技术和CVT、DCT等先进变速器技术，这将引领动力技术进入新阶段。

围绕汽车产品安全性能提升的技术创新方向，重点开展汽车主被动安全核心关键技术研究，开展被动安全的车身结构、约束系统、行人保护以及主动安全技术的稳定性控制、驾驶辅助控制、人车路预警控制等多系统研发、协同、优化控制技术，为未来零事故、零死亡的汽车社会提供支撑。通过“十一五”的积累，国内整车企业如一汽、奇瑞、长安等形成了较强的被动安全设计开发能力，能够自主进行C-NCAP 五星项目的正向开发，在此基础上，“十二五”期间，企业将进一步深化主被动安全一体化创新，包括：稳定车辆、制动功能、车辆动态的主动安全[11]；基于雷达和视频系统的驾驶者辅助设备；探测传感、乘员和行人保护的被动安全[12]；导航系统、可视化的车辆通讯等。全面提升整车的道路工况安全性将成为各自主品牌企业的重点任务。

围绕汽车舒适品质性能提升的技术创新方向，重点突破汽车NVH性能控制，汽车可靠耐久性能控制以及汽车正向设计开发支撑数据库平台，汽车测试标准及评价技术的研究。在智能化汽车技术提升方面，重点开展汽车电子控制技术以及车联网技术研究，开展汽车发动机、底盘等电子控制技术，汽车车载电子控制技术，车联网信息采集、处理、控制以及管理形成等的技术研究。

以上汽车领域自主创新工作将为我国汽车产业跨越式发展提供有力支撑。

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