何照 于鎰隆 王勇 徐俊芳 高海洋 黎蘇 劉懿 張淼

（1-中國汽車技術(shù)研究中心天津3003002-河北工業(yè)大學3-天津大學）

·綜述·

發(fā)動機性能綜合評價的現(xiàn)狀與趨勢*

何照1，2于鎰隆1王勇1徐俊芳1高海洋1黎蘇2劉懿3張淼3

（1-中國汽車技術(shù)研究中心天津3003002-河北工業(yè)大學3-天津大學）

如何評價一款發(fā)動機的性能優(yōu)劣，是發(fā)動機行業(yè)一直關(guān)注的重要研究內(nèi)容之一。分析描述了國內(nèi)外三大發(fā)動機的評選活動體系，指出了現(xiàn)有發(fā)動機評價體系存在的不足，分析闡述了國內(nèi)外對發(fā)動機評價的研究方法。說明了發(fā)動機評價常用指標，指出了發(fā)動機性能客觀動態(tài)綜合評價的趨勢。

綜合評價評價方法發(fā)動機性能

引言

隨著人們生活需求的提高、能源與環(huán)境的發(fā)展，人們對發(fā)動機的動力性、燃油經(jīng)濟性、排放、噪聲等方面的綜合性能要求越來越高。與此同時，評估發(fā)動機性能的方法也在不斷變化。發(fā)動機評價過程中需要考慮的因素很多，雖然在不同的時期，對于不同用途的機器有不同的評價標準，但各個生產(chǎn)廠商及廣大的消費群體都希望了解發(fā)動機綜合性能和優(yōu)劣程度。然而，在當今的汽車發(fā)動機性能綜合評價體系中，其性能評價方式一般基于整車，通過評審員的主觀感受，再結(jié)合相關(guān)性能數(shù)據(jù)來評價，這樣就會使評價結(jié)果中占有較大的主觀成分，這樣的評價也不便于操作。那么如何客觀地評價一款發(fā)動機的綜合性能是我們所關(guān)注的。

本文從國內(nèi)外三大發(fā)動機評選活動的發(fā)展情況分析著手，闡述主觀評價的不足；又對國內(nèi)外對發(fā)動機整體評價方法研究現(xiàn)狀加以總結(jié)并分析常用的發(fā)動機評價指標，指出發(fā)動機評價的發(fā)展趨勢。

1 發(fā)動機國內(nèi)外評價活動現(xiàn)狀

國內(nèi)外較知名的發(fā)動機評價評選活動有“中國心”十佳發(fā)動機評選、沃德十佳發(fā)動機評選、國際年度最佳發(fā)動機評選。三種評選活動的實施方法大致相似，評價發(fā)動機時，都是基于發(fā)動機在車載狀態(tài)通過評委駕駛感受，采用投票或打分的方式。評審團隊都是以雜志社為主體的主辦方聘請的業(yè)內(nèi)知名專家或者記者，通過評審團隊乘駕搭載發(fā)動機的車輛，然后對發(fā)動機的性能做出評估?；顒右詤⒓釉u選的汽車廠商自主報名并提供相關(guān)評選資料的方式實施，有的評選還對參賽的發(fā)動機有整車銷售價格、銷售市場、量產(chǎn)等附加要求。

1.1 “中國心”十佳發(fā)動機評選

國內(nèi)汽車發(fā)動機的評價活動起步相對較晚，較知名的是“中國心”十佳發(fā)動機評選活動。該活動從2006年開始，由《汽車與運動》雜志主辦，是國內(nèi)有影響力的汽車發(fā)動機評選活動。擁有專家評審委員會和技術(shù)咨詢委員會兩大技術(shù)機構(gòu)，擁有中國汽車工業(yè)協(xié)會、中國汽車工程學會、中國國際貿(mào)易促進委員會汽車行業(yè)分會、中國內(nèi)燃機工業(yè)協(xié)會、中國內(nèi)燃機學會、中國汽車技術(shù)研究中心、中國汽車工程研究院等支持單位[1]，評選的結(jié)果被稱為中國國內(nèi)十佳發(fā)動機。相應地，美國沃德十佳發(fā)動機評選活動評出的十佳發(fā)動機被稱作世界十佳發(fā)動機。

“中國心”評價活動通過以下五項指標綜合評價發(fā)動機的優(yōu)異：

1）動力性——依據(jù)廠家提供的功率、扭矩、升功率數(shù)據(jù)明細；

2）技術(shù)先進性——依據(jù)設(shè)計理念、新技術(shù)應用程度及效果；

3）市場表現(xiàn)——依據(jù)市場表現(xiàn)及口碑；

4）節(jié)能減排——依據(jù)第三方檢測報告；

5）現(xiàn)場評測——依據(jù)評委在實際場地路試的感受。

其中，最后一項現(xiàn)場評測是評委們從靜態(tài)觀察、電控標定、NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）性能、啟動性能、起步性能、急加速性能、發(fā)動機制動、加速響應時間等方面對發(fā)動機進行打分?！爸袊摹被顒咏M委會邀請國內(nèi)業(yè)界高校、科研機構(gòu)和媒體界的10到15位專家組成評審團隊，對入圍發(fā)動機進行評估打分，不同的評選內(nèi)容有不同的權(quán)重，最后將每臺發(fā)動機的得分累加按高低名次選出前十名成為中國十佳發(fā)動機。參加評選的廠商要提供參賽發(fā)動機的技術(shù)參數(shù)及資料，這些全部作為評審團隊的參考。在評審的過程中，評審團會對發(fā)動機的動力性能、技術(shù)先進性、經(jīng)濟性、排放性、市場表現(xiàn)以及發(fā)動機和整車的配載性做出全面的評估。

活動中組委會先對五項評選指標規(guī)定相應的權(quán)重，即

1）動力性指標：權(quán)重0.2；

2）技術(shù)先進性指標：權(quán)重0.2；

3）市場表現(xiàn)指標：權(quán)重0.15；

4）節(jié)能減排指標：權(quán)重0.2；

5）主觀感受指標：權(quán)重0.25。

評估時，每項指標是100分，當每個評審專家打完分后，去掉一個最高分和一個最低分，然后對剩下的分數(shù)求平均。得到的分數(shù)再乘以該項指標的權(quán)重系數(shù)，得出每項指標的得分，最后將五項指標的得分累加，就得到該款發(fā)動機的總得分，以此排序評出中國的十佳發(fā)動機。

1.2 沃德十佳發(fā)動機評選

沃德十佳發(fā)動機評選活動在國際上享有盛名[2]，也被稱作世界十佳發(fā)動機評選，此項評選活動是由美國汽車雜志《Ward's Auto Word》創(chuàng)辦，始于1994年，主要是對美國本土銷售的量產(chǎn)汽車搭載的發(fā)動機進行評選。提名參選的發(fā)動機有兩個限制性要求，即必須是量產(chǎn)車搭載的發(fā)動機，且車的售價不超過6萬美元，也就是限于量產(chǎn)、大眾化發(fā)動機參選。這種限制保障評估發(fā)動機的通用性和實用性。評選活動主要通過以下三方面的發(fā)動機性能、油耗、噪聲、振動、精致度及其相關(guān)技術(shù)，綜合評價量產(chǎn)、限價位、車載發(fā)動機：

1）發(fā)動機噪聲、振動、舒適性；

2）燃油效率；

3）技術(shù)創(chuàng)新。該雜志委任的評委駕駛候選車輛經(jīng)過實際的道路測試，針對項目做全面的評比。

每年的沃德十佳發(fā)動機評選活動為期一般在兩個月左右，它不是在實驗室針對發(fā)動機本身進行評估，而是通過評委駕駛搭載發(fā)動機的車輛，實際感受發(fā)動機的動力性、排放、噪聲、燃油經(jīng)濟性。同時，沃德的評委們還需要考慮：在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的動力性；發(fā)動機和整車的配合；有無創(chuàng)新技術(shù)；有無競爭性；真實路況下的燃油經(jīng)濟性；發(fā)動機是否是整車的銷售亮點等。

1.3 國際年度最佳發(fā)動機評選

有“發(fā)動機界奧斯卡”之稱的國際年度最佳發(fā)動機評選，是業(yè)界最具權(quán)威的年度汽車發(fā)動機評選活動之一。該項評選是由全球著名發(fā)動機專業(yè)技術(shù)刊物《Engine Technology International》主辦，由英國最大的專業(yè)汽車技術(shù)刊物出版集團UKIP Media& Events Automotive Magazines發(fā)布。全球發(fā)動機的評選團隊是由來自35個國家的87位資深專業(yè)汽車記者（2013年度數(shù)據(jù)，他們來自美國、俄羅斯、中國、日本、澳大利亞、英國、巴西、加拿大、印度、德國、法國、意大利、韓國、南非、羅馬尼亞等國家，每年會有小幅度的調(diào)整）組成。

國際年度最佳發(fā)動機評選過程中，評委需了解所參選發(fā)動機的各項性能數(shù)據(jù)，并通過駕駛搭載參選發(fā)動機的新型車輛，對發(fā)動機投票評估。主要考核發(fā)動機最高的動力性、最好的舒適度、最優(yōu)的燃油經(jīng)濟性，并考核技術(shù)革新程度、工程實際表現(xiàn)。

國際年度最佳發(fā)動機大獎分：年度最佳發(fā)動機排量類、年度最佳綠色發(fā)動機、最佳性能發(fā)動機、最新發(fā)動機、最佳國際發(fā)動機。其中，依據(jù)排量又分為不超過1.0L的年度最佳發(fā)動機，1.0L～1.4L的年度最佳發(fā)動機，1.4L～1.8L的年度最佳發(fā)動機，1.8L～2.0L的年度最佳發(fā)動機，2.0L～2.5L的年度最佳發(fā)動機，2.5L～3.0L的年度最佳發(fā)動機，3.0L～4.0L的年度最佳發(fā)動機，4.0L以上的年度最佳發(fā)動機等八個獎項。先前還設(shè)有最佳概念發(fā)動機、最佳生態(tài)友好型發(fā)動機，2014年開始設(shè)最佳綠色發(fā)動機。

國際年度最佳發(fā)動機參賽及評選要求有以下五點：

1）參賽的發(fā)動機都必須裝載在某款乘用車上，且該車型已在多國銷售；

2）最佳綠色發(fā)動機的要求是以設(shè)計與燃料經(jīng)濟性為重點，并采用智能技術(shù)和引擎子系統(tǒng)減少各種排放，包括顆粒物和氮氧化物；

3）最佳性能發(fā)動機的要求專門針對動力性要求較高的商用車設(shè)計的發(fā)動機，或者搭載在追求動力性能的車輛上的發(fā)動機；

4）必須是在評選日期前一年內(nèi)推出的發(fā)動機；

5）八種排量級別最佳發(fā)動機和年度最佳綠色發(fā)動機將全部入圍年度最佳國際發(fā)動機獎。

評分規(guī)則是評審團隊通過駕駛的主觀印象對燃油經(jīng)濟性、平滑度、噪聲、駕駛性能等做出判斷并給出點數(shù)。每個評委擁有25個點，獎給他們喜歡的5臺發(fā)動機，每個評委給一臺發(fā)動機的點最多不能超過15點，最低不能低于1個點，而且發(fā)動機不能并列榜首[3]。

以上國內(nèi)外三大發(fā)動機評選活動明顯以評委的主觀評價為基礎(chǔ)，從評選過程而言，都是基于整車來體驗感受發(fā)動機的性能，這樣就會由于人為因素、發(fā)動機與整車的匹配因素等影響，使得對發(fā)動機性能評價不夠客觀。每款發(fā)動機的各項性能指標都參考生產(chǎn)商提供的性能數(shù)據(jù)，而每個生產(chǎn)商的測試標準、測試環(huán)境、測試條件等難免會存在差異，這樣也使得評價過程有失客觀。

2 發(fā)動機性能評價方法

在發(fā)動機性能的評價方法方面，國內(nèi)外也早有學者和機構(gòu)開始研究。

1999年，熊鷹等[4]對發(fā)動機整體設(shè)計方案的模糊評價做了研究。他們使用模糊評價法，先確定有m個目標，記為u1，u2……um，確定有n個評價方案，記為v1，v2……vn，然后對每個評價目標ui做單目標評價，確定對評價方案vj的隸屬度rij，得到總的評價矩陣。再用相應的權(quán)重系數(shù)修正得到新的評價矩陣，最后計算出每種設(shè)計方案的評價分數(shù)，從中選出最優(yōu)設(shè)計方案。

2002年，柴保明等[5]就發(fā)動機整體性能的綜合評價做出過研究。他們用模糊評價法建立了相應的模型，建立的這種模型是對象n臺發(fā)動機，記為xi，i= 1……n；每臺發(fā)動機要測m個指標記為Ij，j=1……m；每個指標分成p個等級，記為Pk。然后代入相應的算式求出權(quán)重，得出權(quán)重的判斷矩陣，最后求出多指標綜合測度評價矩陣，直到最后計算出每臺發(fā)動機的得分，以此評價多臺發(fā)動機性能的相對優(yōu)劣程度。

2010年，毛彩云等[6]在模糊評價法的基礎(chǔ)上，以Visual FoxPro為開發(fā)平臺，設(shè)計了交互性能良好的計算機輔助評價系統(tǒng)。對于同一型號的發(fā)動機性能的合格與否提供了方便快捷的檢驗方法。這種模型通過實例得出有效性，一定程度上對比了不同發(fā)動機的綜合性能優(yōu)劣。

以上三種方法采用的計算模型，使用一種模糊算法，其權(quán)重較大影響評價結(jié)果而又無法精確。其次是模型只能簡單地比較某幾臺發(fā)動機之間綜合性能的相對優(yōu)劣，如果只是對單獨的一臺新式發(fā)動機進行評價就會因缺少龐大數(shù)據(jù)庫的支持而無法對發(fā)動機的性能準確定位。計算機輔助評價系統(tǒng)，適合在生產(chǎn)線針對生產(chǎn)的某種型號的發(fā)動機進行評價，鑒別是否合乎生產(chǎn)標準。

國外學術(shù)及研究機構(gòu)，對汽車及發(fā)動機的評價研究，針對整車某些局部或整體性能的比較多，比如1999年，K.Senthil Kumar等[7]對車輛質(zhì)量的客觀評價；2000年，Changfu Zong等[8]對車輛處理和穩(wěn)定的閉環(huán)綜合評價方法的研究，Zdenek Vintr等[9]對車輛的技術(shù)經(jīng)濟評價方法的可靠性的研究；2013年，Yuan Qu等[10]對車身剛度評價方法的研究；2010年，Claudio G.Fernandes等[11]對CAE車輛動態(tài)評價的研究；2003年，Masao Okawa[12]對汽車前照燈的可見性評價方法的研究；2005年Elliott Noel等[13]對車載導航系統(tǒng)的評價方法的研究。單獨針對發(fā)動機綜合性能評價的研究較少，但也有針對發(fā)動機某項性能的評價。

2002年，Andrzej Niewczas等[14]對加快評價發(fā)動機耐久性方法做了研究，其方法極大節(jié)省了評價研究發(fā)動機耐久性的時間。他們基于活塞、活塞環(huán)、氣缸的摩擦模型，先做出隨機磨損的正態(tài)分布N（z，σz），在試驗臺上測量磨損z和標準偏差σz，由公式再求出在每個時間點對應的磨損程度和標準偏差，然后由公式算出磨損的近似誤差Sz和標準偏差的近似誤差Sσz。再在給定的預測時間內(nèi)求出預測偏差，磨損的平均誤差和標準偏差的平均誤差，最后求出失效概率F（t）的曲線圖，在圖線上截取2/3對應的橫軸就是發(fā)動機的允許耐久時間。這種方法對于快速研究評價發(fā)動機的耐久性具有較好的有效性。

2013年，Masahito Saitou等[15]用一維發(fā)動機模型，對摩托車發(fā)動機的油耗的評價方法做了研究。此項研究根據(jù)發(fā)動機的特性、發(fā)動機運轉(zhuǎn)條件、著火特征、發(fā)動機摩擦特征等一系列條件的一維模擬得到全球摩托車實驗工況下的油耗曲線圖。

2003年，Marcus E.Lewis[16]用一套裝置在不同環(huán)境條件下對發(fā)動機的噪聲做評價。

2004年，Scott D.Parke等[17]使用（定義）了一個質(zhì)量指標，該質(zhì)量指標評價應用于發(fā)動機的控制參數(shù)，如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、機油溫度、各種控制壓力等，用質(zhì)量指標獲取相應的數(shù)據(jù)，對穩(wěn)態(tài)的操作控制做出評價。使用這種方法定義發(fā)動機控制功能單一和多階段測試條件。

以上對發(fā)動機評價的研究一般都是局限于某項性能指標，沒有從整體綜合方面評價一款發(fā)動機的好壞，而且在以上發(fā)動機各項性能的評價過程中也沒能得出發(fā)動機性能在業(yè)內(nèi)處于何種水平等級。

然而，根據(jù)全球幾大著名的發(fā)動機設(shè)計、開發(fā)、測試、咨詢公司即AVL、FEV、Ricardo、Mahle等為客戶提供的發(fā)動機性能評估報告來看，他們都已建立了客觀、系統(tǒng)的發(fā)動機評價體系。在國內(nèi)，中國汽車技術(shù)研究中心也基于發(fā)動機常見的性能指標和大量發(fā)動機測試數(shù)據(jù)，獨立自主研發(fā)了一套發(fā)動機綜合性能客觀動態(tài)評價系統(tǒng)。該系統(tǒng)以燃油經(jīng)濟性、動力性、環(huán)保性、強化度等4大常用性能指標為評價準則，將待評價發(fā)動機臺架測試性能數(shù)據(jù)，置于發(fā)動機性能庫中進行比較，再依據(jù)相應的評分標準評分。其中，強化度評價如圖1所示。

圖136 臺高性能增壓發(fā)動機BMEP外特性數(shù)據(jù)區(qū)域

圖1給出了全球多臺車用高性能增壓汽油機不同年代BMEP外特性所在的區(qū)域水平。其中，數(shù)據(jù)截止于2003年9月的8臺高性能增壓發(fā)動機BMEP外特性所在的區(qū)域是曲線3和曲線6所圍成的區(qū)域；數(shù)據(jù)截止于2007年6月的21臺高性能增壓發(fā)動機BMEP外特性所在的區(qū)域是曲線2和曲線5所圍成的區(qū)域；數(shù)據(jù)截止于2014年6月的7臺高性能增壓發(fā)動機BMEP外特性所在的區(qū)域是曲線1和曲線4所圍成的區(qū)域。

從曲線6到曲線5再到曲線4的變化可知，2007年6月之前，全行業(yè)內(nèi)發(fā)動機強化度的整體水平提升不大。但2007年6月之后，發(fā)動機強化度的整體水平有了較大的提升，尤其是4500r/min以下的中低轉(zhuǎn)速段，強化度提升顯著；而從曲線3到曲線2再到曲線1的變化可知，2007年6月之前，發(fā)動機強化度的最高水平在4000r/min以下的中低轉(zhuǎn)速段基本沒有變化，而在4000r/min以上的高轉(zhuǎn)速段提升明顯，但車用發(fā)動機高轉(zhuǎn)速段在實際運行中是很少使用的。也就是說，2007年6月之前，發(fā)動機強化度的最高水平基本上沒有太大的增長，但2007年6月之后，發(fā)動機強化度的最高水平則提升顯著。

從圖1還可以看出，目前，全球最先進的發(fā)動機，其強化度已達到曲線1所在的水平；曲線1還顯示，增壓器的水平有了較大提升，1000～1500r/min增壓器就能介入發(fā)動機的增壓工作；而曲線2到曲線1的變化還顯示增壓器的匹配控制更趨于合理。

圖2表示某臺待評價發(fā)動機BMEP外特性數(shù)據(jù)在當前數(shù)據(jù)庫中的水平。

圖2 某臺待評價發(fā)動機BMEP外特性數(shù)據(jù)在當前數(shù)據(jù)庫中的水平

曲線1與曲線4圍成的區(qū)域與圖1中相同，為當前發(fā)動機的BMEP水平區(qū)域。而曲線1與曲線6圍成的區(qū)域是截止于2014年6月現(xiàn)有庫中36臺發(fā)動機的BMEP水平區(qū)域。曲線7是某臺待評價發(fā)動機外特性下的BMEP生產(chǎn)廠商聲稱的水平線；曲線8是某臺待評價發(fā)動機BMEP外特性實際測得的水平線。曲線8與曲線7總體差別不大，說明生產(chǎn)廠商對外聲稱值屬實；曲線8在曲線1與曲線6包圍區(qū)域中的位置較高，說明該發(fā)動機強化度較好，這樣可實現(xiàn)定性評價。通過特征點加權(quán)評分，還能給出該發(fā)動機在性能庫中的加權(quán)分數(shù)，以此實現(xiàn)定量評價。

由于采樣時間不同，各個性能庫曲線所圍成區(qū)域的上、下限是不斷變化的。2003年BMEP上限為曲線3；2007年BMEP上限為曲線2；2014年BMEP上限為曲線1。而待評價的某發(fā)動機相對應的性能曲線一般維持不變，那么不同年份評價得分就會不一樣，以此可以實現(xiàn)動態(tài)評價。

另外，中國汽車技術(shù)研究中心發(fā)動機綜合性能客觀動態(tài)評價系統(tǒng)選取的評價指標[18]為：

1）動力性指標，表征發(fā)動機做功能力大小的指標，主要有：有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、平均有效壓力；

2）經(jīng)濟性指標，表征發(fā)動機油耗高低的指標，主要有：有效熱效率、比油耗；

3）環(huán)保性指標，表征發(fā)動機環(huán)境友好性能的指標，主要有：排放品質(zhì)、噪聲水平；

4）強化度指標，表征發(fā)動機承受熱負荷、機械負荷及設(shè)計技術(shù)能力的評價指標，主要有：升功率、強化系數(shù)、平均有效壓力。

評價體系中，按照相應規(guī)則各自評分。由于汽車發(fā)動機運行工況范圍寬，工況變化時其性能也隨之變化，所以在評分時，以發(fā)動機的特性曲線及map數(shù)據(jù)為依據(jù)，而不以單個工況點的數(shù)據(jù)為依據(jù)。

3 結(jié)束語

通過分析當今國內(nèi)外的三大發(fā)動機評選活動及國內(nèi)外發(fā)動機評價方法，總結(jié)各種評選活動、評價方法的特點，筆者認為：基于發(fā)動機性能數(shù)據(jù)庫，采用臺架實測數(shù)據(jù)對比評價的動態(tài)評價方法具有客觀、系統(tǒng)、實用、易操作的特點，將是發(fā)動機性能綜合評價的一種趨勢及發(fā)動機性能評估的有力工具。

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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）

中國汽車技術(shù)研究中心培育類課題（項目號：13141203）。

何照（1989—），男，碩士研究生，研究方向為發(fā)動機性能測試。

于鎰隆，博士，高級工程師，主要研究方向為發(fā)動機電控、性能開發(fā)、對標與測試。