发动机性能综合评价的现状与趋势*

何照 于镒隆 王勇 徐俊芳 高海洋 黎苏 刘懿 张淼

（1-中国汽车技术研究中心天津3003002-河北工业大学3-天津大学）

·综述·

发动机性能综合评价的现状与趋势*

何照1，2于镒隆1王勇1徐俊芳1高海洋1黎苏2刘懿3张淼3

（1-中国汽车技术研究中心天津3003002-河北工业大学3-天津大学）

如何评价一款发动机的性能优劣，是发动机行业一直关注的重要研究内容之一。分析描述了国内外三大发动机的评选活动体系，指出了现有发动机评价体系存在的不足，分析阐述了国内外对发动机评价的研究方法。说明了发动机评价常用指标，指出了发动机性能客观动态综合评价的趋势。

综合评价评价方法发动机性能

引言

随着人们生活需求的提高、能源与环境的发展，人们对发动机的动力性、燃油经济性、排放、噪声等方面的综合性能要求越来越高。与此同时，评估发动机性能的方法也在不断变化。发动机评价过程中需要考虑的因素很多，虽然在不同的时期，对于不同用途的机器有不同的评价标准，但各个生产厂商及广大的消费群体都希望了解发动机综合性能和优劣程度。然而，在当今的汽车发动机性能综合评价体系中，其性能评价方式一般基于整车，通过评审员的主观感受，再结合相关性能数据来评价，这样就会使评价结果中占有较大的主观成分，这样的评价也不便于操作。那么如何客观地评价一款发动机的综合性能是我们所关注的。

本文从国内外三大发动机评选活动的发展情况分析着手，阐述主观评价的不足；又对国内外对发动机整体评价方法研究现状加以总结并分析常用的发动机评价指标，指出发动机评价的发展趋势。

1 发动机国内外评价活动现状

国内外较知名的发动机评价评选活动有“中国心”十佳发动机评选、沃德十佳发动机评选、国际年度最佳发动机评选。三种评选活动的实施方法大致相似，评价发动机时，都是基于发动机在车载状态通过评委驾驶感受，采用投票或打分的方式。评审团队都是以杂志社为主体的主办方聘请的业内知名专家或者记者，通过评审团队乘驾搭载发动机的车辆，然后对发动机的性能做出评估。活动以参加评选的汽车厂商自主报名并提供相关评选资料的方式实施，有的评选还对参赛的发动机有整车销售价格、销售市场、量产等附加要求。

1.1 “中国心”十佳发动机评选

国内汽车发动机的评价活动起步相对较晚，较知名的是“中国心”十佳发动机评选活动。该活动从2006年开始，由《汽车与运动》杂志主办，是国内有影响力的汽车发动机评选活动。拥有专家评审委员会和技术咨询委员会两大技术机构，拥有中国汽车工业协会、中国汽车工程学会、中国国际贸易促进委员会汽车行业分会、中国内燃机工业协会、中国内燃机学会、中国汽车技术研究中心、中国汽车工程研究院等支持单位[1]，评选的结果被称为中国国内十佳发动机。相应地，美国沃德十佳发动机评选活动评出的十佳发动机被称作世界十佳发动机。

“中国心”评价活动通过以下五项指标综合评价发动机的优异：

1）动力性——依据厂家提供的功率、扭矩、升功率数据明细；

2）技术先进性——依据设计理念、新技术应用程度及效果；

3）市场表现——依据市场表现及口碑；

4）节能减排——依据第三方检测报告；

5）现场评测——依据评委在实际场地路试的感受。

其中，最后一项现场评测是评委们从静态观察、电控标定、NVH（噪声、振动与声振粗糙度）性能、启动性能、起步性能、急加速性能、发动机制动、加速响应时间等方面对发动机进行打分。“中国心”活动组委会邀请国内业界高校、科研机构和媒体界的10到15位专家组成评审团队，对入围发动机进行评估打分，不同的评选内容有不同的权重，最后将每台发动机的得分累加按高低名次选出前十名成为中国十佳发动机。参加评选的厂商要提供参赛发动机的技术参数及资料，这些全部作为评审团队的参考。在评审的过程中，评审团会对发动机的动力性能、技术先进性、经济性、排放性、市场表现以及发动机和整车的配载性做出全面的评估。

活动中组委会先对五项评选指标规定相应的权重，即

1）动力性指标：权重0.2；

2）技术先进性指标：权重0.2；

3）市场表现指标：权重0.15；

4）节能减排指标：权重0.2；

5）主观感受指标：权重0.25。

评估时，每项指标是100分，当每个评审专家打完分后，去掉一个最高分和一个最低分，然后对剩下的分数求平均。得到的分数再乘以该项指标的权重系数，得出每项指标的得分，最后将五项指标的得分累加，就得到该款发动机的总得分，以此排序评出中国的十佳发动机。

1.2 沃德十佳发动机评选

沃德十佳发动机评选活动在国际上享有盛名[2]，也被称作世界十佳发动机评选，此项评选活动是由美国汽车杂志《Ward's Auto Word》创办，始于1994年，主要是对美国本土销售的量产汽车搭载的发动机进行评选。提名参选的发动机有两个限制性要求，即必须是量产车搭载的发动机，且车的售价不超过6万美元，也就是限于量产、大众化发动机参选。这种限制保障评估发动机的通用性和实用性。评选活动主要通过以下三方面的发动机性能、油耗、噪声、振动、精致度及其相关技术，综合评价量产、限价位、车载发动机：

1）发动机噪声、振动、舒适性；

2）燃油效率；

3）技术创新。该杂志委任的评委驾驶候选车辆经过实际的道路测试，针对项目做全面的评比。

每年的沃德十佳发动机评选活动为期一般在两个月左右，它不是在实验室针对发动机本身进行评估，而是通过评委驾驶搭载发动机的车辆，实际感受发动机的动力性、排放、噪声、燃油经济性。同时，沃德的评委们还需要考虑：在整个转速范围内的动力性；发动机和整车的配合；有无创新技术；有无竞争性；真实路况下的燃油经济性；发动机是否是整车的销售亮点等。

1.3 国际年度最佳发动机评选

有“发动机界奥斯卡”之称的国际年度最佳发动机评选，是业界最具权威的年度汽车发动机评选活动之一。该项评选是由全球著名发动机专业技术刊物《Engine Technology International》主办，由英国最大的专业汽车技术刊物出版集团UKIP Media& Events Automotive Magazines发布。全球发动机的评选团队是由来自35个国家的87位资深专业汽车记者（2013年度数据，他们来自美国、俄罗斯、中国、日本、澳大利亚、英国、巴西、加拿大、印度、德国、法国、意大利、韩国、南非、罗马尼亚等国家，每年会有小幅度的调整）组成。

国际年度最佳发动机评选过程中，评委需了解所参选发动机的各项性能数据，并通过驾驶搭载参选发动机的新型车辆，对发动机投票评估。主要考核发动机最高的动力性、最好的舒适度、最优的燃油经济性，并考核技术革新程度、工程实际表现。

国际年度最佳发动机大奖分：年度最佳发动机排量类、年度最佳绿色发动机、最佳性能发动机、最新发动机、最佳国际发动机。其中，依据排量又分为不超过1.0L的年度最佳发动机，1.0L～1.4L的年度最佳发动机，1.4L～1.8L的年度最佳发动机，1.8L～2.0L的年度最佳发动机，2.0L～2.5L的年度最佳发动机，2.5L～3.0L的年度最佳发动机，3.0L～4.0L的年度最佳发动机，4.0L以上的年度最佳发动机等八个奖项。先前还设有最佳概念发动机、最佳生态友好型发动机，2014年开始设最佳绿色发动机。

国际年度最佳发动机参赛及评选要求有以下五点：

1）参赛的发动机都必须装载在某款乘用车上，且该车型已在多国销售；

2）最佳绿色发动机的要求是以设计与燃料经济性为重点，并采用智能技术和引擎子系统减少各种排放，包括颗粒物和氮氧化物；

3）最佳性能发动机的要求专门针对动力性要求较高的商用车设计的发动机，或者搭载在追求动力性能的车辆上的发动机；

4）必须是在评选日期前一年内推出的发动机；

5）八种排量级别最佳发动机和年度最佳绿色发动机将全部入围年度最佳国际发动机奖。

评分规则是评审团队通过驾驶的主观印象对燃油经济性、平滑度、噪声、驾驶性能等做出判断并给出点数。每个评委拥有25个点，奖给他们喜欢的5台发动机，每个评委给一台发动机的点最多不能超过15点，最低不能低于1个点，而且发动机不能并列榜首[3]。

以上国内外三大发动机评选活动明显以评委的主观评价为基础，从评选过程而言，都是基于整车来体验感受发动机的性能，这样就会由于人为因素、发动机与整车的匹配因素等影响，使得对发动机性能评价不够客观。每款发动机的各项性能指标都参考生产商提供的性能数据，而每个生产商的测试标准、测试环境、测试条件等难免会存在差异，这样也使得评价过程有失客观。

2 发动机性能评价方法

在发动机性能的评价方法方面，国内外也早有学者和机构开始研究。

1999年，熊鹰等[4]对发动机整体设计方案的模糊评价做了研究。他们使用模糊评价法，先确定有m个目标，记为u1，u2……um，确定有n个评价方案，记为v1，v2……vn，然后对每个评价目标ui做单目标评价，确定对评价方案vj的隶属度rij，得到总的评价矩阵。再用相应的权重系数修正得到新的评价矩阵，最后计算出每种设计方案的评价分数，从中选出最优设计方案。

2002年，柴保明等[5]就发动机整体性能的综合评价做出过研究。他们用模糊评价法建立了相应的模型，建立的这种模型是对象n台发动机，记为xi，i= 1……n；每台发动机要测m个指标记为Ij，j=1……m；每个指标分成p个等级，记为Pk。然后代入相应的算式求出权重，得出权重的判断矩阵，最后求出多指标综合测度评价矩阵，直到最后计算出每台发动机的得分，以此评价多台发动机性能的相对优劣程度。

2010年，毛彩云等[6]在模糊评价法的基础上，以Visual FoxPro为开发平台，设计了交互性能良好的计算机辅助评价系统。对于同一型号的发动机性能的合格与否提供了方便快捷的检验方法。这种模型通过实例得出有效性，一定程度上对比了不同发动机的综合性能优劣。

以上三种方法采用的计算模型，使用一种模糊算法，其权重较大影响评价结果而又无法精确。其次是模型只能简单地比较某几台发动机之间综合性能的相对优劣，如果只是对单独的一台新式发动机进行评价就会因缺少庞大数据库的支持而无法对发动机的性能准确定位。计算机辅助评价系统，适合在生产线针对生产的某种型号的发动机进行评价，鉴别是否合乎生产标准。

国外学术及研究机构，对汽车及发动机的评价研究，针对整车某些局部或整体性能的比较多，比如1999年，K.Senthil Kumar等[7]对车辆质量的客观评价；2000年，Changfu Zong等[8]对车辆处理和稳定的闭环综合评价方法的研究，Zdenek Vintr等[9]对车辆的技术经济评价方法的可靠性的研究；2013年，Yuan Qu等[10]对车身刚度评价方法的研究；2010年，Claudio G.Fernandes等[11]对CAE车辆动态评价的研究；2003年，Masao Okawa[12]对汽车前照灯的可见性评价方法的研究；2005年Elliott Noel等[13]对车载导航系统的评价方法的研究。单独针对发动机综合性能评价的研究较少，但也有针对发动机某项性能的评价。

2002年，Andrzej Niewczas等[14]对加快评价发动机耐久性方法做了研究，其方法极大节省了评价研究发动机耐久性的时间。他们基于活塞、活塞环、气缸的摩擦模型，先做出随机磨损的正态分布N（z，σz），在试验台上测量磨损z和标准偏差σz，由公式再求出在每个时间点对应的磨损程度和标准偏差，然后由公式算出磨损的近似误差Sz和标准偏差的近似误差Sσz。再在给定的预测时间内求出预测偏差，磨损的平均误差和标准偏差的平均误差，最后求出失效概率F（t）的曲线图，在图线上截取2/3对应的横轴就是发动机的允许耐久时间。这种方法对于快速研究评价发动机的耐久性具有较好的有效性。

2013年，Masahito Saitou等[15]用一维发动机模型，对摩托车发动机的油耗的评价方法做了研究。此项研究根据发动机的特性、发动机运转条件、着火特征、发动机摩擦特征等一系列条件的一维模拟得到全球摩托车实验工况下的油耗曲线图。

2003年，Marcus E.Lewis[16]用一套装置在不同环境条件下对发动机的噪声做评价。

2004年，Scott D.Parke等[17]使用（定义）了一个质量指标，该质量指标评价应用于发动机的控制参数，如发动机转速、机油温度、各种控制压力等，用质量指标获取相应的数据，对稳态的操作控制做出评价。使用这种方法定义发动机控制功能单一和多阶段测试条件。

以上对发动机评价的研究一般都是局限于某项性能指标，没有从整体综合方面评价一款发动机的好坏，而且在以上发动机各项性能的评价过程中也没能得出发动机性能在业内处于何种水平等级。

然而，根据全球几大著名的发动机设计、开发、测试、咨询公司即AVL、FEV、Ricardo、Mahle等为客户提供的发动机性能评估报告来看，他们都已建立了客观、系统的发动机评价体系。在国内，中国汽车技术研究中心也基于发动机常见的性能指标和大量发动机测试数据，独立自主研发了一套发动机综合性能客观动态评价系统。该系统以燃油经济性、动力性、环保性、强化度等4大常用性能指标为评价准则，将待评价发动机台架测试性能数据，置于发动机性能库中进行比较，再依据相应的评分标准评分。其中，强化度评价如图1所示。

图136 台高性能增压发动机BMEP外特性数据区域

图1给出了全球多台车用高性能增压汽油机不同年代BMEP外特性所在的区域水平。其中，数据截止于2003年9月的8台高性能增压发动机BMEP外特性所在的区域是曲线3和曲线6所围成的区域；数据截止于2007年6月的21台高性能增压发动机BMEP外特性所在的区域是曲线2和曲线5所围成的区域；数据截止于2014年6月的7台高性能增压发动机BMEP外特性所在的区域是曲线1和曲线4所围成的区域。

从曲线6到曲线5再到曲线4的变化可知，2007年6月之前，全行业内发动机强化度的整体水平提升不大。但2007年6月之后，发动机强化度的整体水平有了较大的提升，尤其是4500r/min以下的中低转速段，强化度提升显著；而从曲线3到曲线2再到曲线1的变化可知，2007年6月之前，发动机强化度的最高水平在4000r/min以下的中低转速段基本没有变化，而在4000r/min以上的高转速段提升明显，但车用发动机高转速段在实际运行中是很少使用的。也就是说，2007年6月之前，发动机强化度的最高水平基本上没有太大的增长，但2007年6月之后，发动机强化度的最高水平则提升显著。

从图1还可以看出，目前，全球最先进的发动机，其强化度已达到曲线1所在的水平；曲线1还显示，增压器的水平有了较大提升，1000～1500r/min增压器就能介入发动机的增压工作；而曲线2到曲线1的变化还显示增压器的匹配控制更趋于合理。

图2表示某台待评价发动机BMEP外特性数据在当前数据库中的水平。

图2 某台待评价发动机BMEP外特性数据在当前数据库中的水平

曲线1与曲线4围成的区域与图1中相同，为当前发动机的BMEP水平区域。而曲线1与曲线6围成的区域是截止于2014年6月现有库中36台发动机的BMEP水平区域。曲线7是某台待评价发动机外特性下的BMEP生产厂商声称的水平线；曲线8是某台待评价发动机BMEP外特性实际测得的水平线。曲线8与曲线7总体差别不大，说明生产厂商对外声称值属实；曲线8在曲线1与曲线6包围区域中的位置较高，说明该发动机强化度较好，这样可实现定性评价。通过特征点加权评分，还能给出该发动机在性能库中的加权分数，以此实现定量评价。

由于采样时间不同，各个性能库曲线所围成区域的上、下限是不断变化的。2003年BMEP上限为曲线3；2007年BMEP上限为曲线2；2014年BMEP上限为曲线1。而待评价的某发动机相对应的性能曲线一般维持不变，那么不同年份评价得分就会不一样，以此可以实现动态评价。

另外，中国汽车技术研究中心发动机综合性能客观动态评价系统选取的评价指标[18]为：

1）动力性指标，表征发动机做功能力大小的指标，主要有：有效转矩、有效功率、平均有效压力；

2）经济性指标，表征发动机油耗高低的指标，主要有：有效热效率、比油耗；

3）环保性指标，表征发动机环境友好性能的指标，主要有：排放品质、噪声水平；

4）强化度指标，表征发动机承受热负荷、机械负荷及设计技术能力的评价指标，主要有：升功率、强化系数、平均有效压力。

评价体系中，按照相应规则各自评分。由于汽车发动机运行工况范围宽，工况变化时其性能也随之变化，所以在评分时，以发动机的特性曲线及map数据为依据，而不以单个工况点的数据为依据。

3 结束语

通过分析当今国内外的三大发动机评选活动及国内外发动机评价方法，总结各种评选活动、评价方法的特点，笔者认为：基于发动机性能数据库，采用台架实测数据对比评价的动态评价方法具有客观、系统、实用、易操作的特点，将是发动机性能综合评价的一种趋势及发动机性能评估的有力工具。

1汽车发动机网.“中国心”2009年度十佳发动机评选活动简介[EB/OL]，http：//www.china-engine.net/chineseheart.php，2009-02-27

22013 Ward’s 10 Best Engines Showcase Efficiency Gains. http：//wardsauto.com/vehicles-amp-technology/2013-ward-s-10-best-engines-showcase-efficiency-gains，2012.12.12

3International Engine of the Year Awards.http：//www. ukipme.com/engineoftheyear/rules-scoring.php，2009.9.7

4熊鹰，陈国华.发动机总体方案的模糊综合评价[J].华中理工大学学报，1999，27（7）：1～7

5柴保明，吴炳胜，王祖讷.发动机整机性能的综合评价[J].内燃机学报，2002，20（1）：67～70

6毛彩云，吴慕春，陆华忠.汽车发动机性能的模糊综合评价方法[J].华南农业大学学报.2010，31（3）：109～112

7K.Senthil Kumar，S.Pal，R.C.Sethi.Objective Evaluation of Ride Quality of Road Vehicles[C].SAE Paper 990055

8Changfu Zong，Konghui Guo，Hsin Guan.Research on closed-loop comprehensive evaluation method of vehicle handling and stability[C].SAE Paper 2000-01-0694

9Zdenek Vintr，Rudolf Holub.A method of technical and economic evaluation of vehicle?reliability[C].SAE Paper 2000-05-0386

10 Yuan Qu，Linbo Zhang，Shen Wu，et al.Stiffness evaluation method for BIW with sensitivity coefficients[C].SAE Paper 2013-01-0975

11 Claudio G.Fernandes，Leonardo Passos，Ricardo Malerba，et al.Stochastic simulation method for CAE vehicle dynamics evaluation and design robustness analysis[C]. SAE Paper 2010-36-0251

12 MasaoOkawa.Thedevelopmentofvisibilityevaluationmethod for automotive headlamps in motion[C].SAE Paper 2003-01-0928

13 Elliott Noel，Blair Nonnecke，Lana Trick.A comprehensive learnability evaluation method for in-car navigation devices [C].SAE Paper 2005-01-1605

14 Andrzej Niewczas，Grzegorz Koszalka.Method of accelerated evaluation of automotive engine durability[C].SAE Paper 2002-01-0337

15 Masahito Saitou，Kenji Inoue，Motohiko Nishimura，et al. Evaluation method for motorcycle mode fuel consumption using a one-dimensional engine simulation[C].SAE Paper 2013-32-9162

16 Marcus E.Lewis.Evaluation of engine sounds of a vehicle equipped with an active noise control system[C].SAE Paper 2003-01-1511

17 Scott D.Parke，Frank M.Farber.The evaluation of engine steady-state operational control using quality index[C]. SAE Paper 2004-01-1890

18张俊红.汽车发动机构造[M].天津：天津大学出版社，2006

The Situation and Trends of Comprehensive Performance Evaluation of Engines

He Zhao1，2，Yu Yilong1，*，Wang Yong1，Xu Junfang1，Gao Haiyang1，Li Su2，Liu Yi3，Zhang Miao3
1-China Auto Technology and Research Center（Tianjin，300300，China）；2-Hebei University of Technology；3-Tianjin University

How to evaluate the performance of engines is one of the important research contents concerned about the engine industry.To illustrate the evaluation of the development of the engine，this paper describes the three engine selection activities and study of engine evaluation method both at home and abroad，discusses the shortcomings of the current evaluation system of the engine，and puts forward the objective evaluation of engine system in the future.

Engine comprehensive evaluation，Evaluation method，Engine performance

TK401

A

2095-8234（2014）06-0079-06

2014-09-20）

中国汽车技术研究中心培育类课题（项目号：13141203）。

何照（1989—），男，硕士研究生，研究方向为发动机性能测试。

于镒隆，博士，高级工程师，主要研究方向为发动机电控、性能开发、对标与测试。