[科普中国]-比功率

比功率是衡量汽车动力性能的一个综合指标，具体是指汽车发动机最大功率与汽车总质量（以上两词概念见对应解释）之比。一般来讲，对同类型汽车而言，比功率越大，汽车的动力性越好。

简介

汽车的动力性由汽车的驱动功率和行驶阻力决定的，发动机的输出功率通过传动系统推动汽车前进，扣除传动损失，即为驱动功率，汽车在行驶中，其驱动功率等于阻力功率。汽车的行驶阻力一般包括滚动阻力、空气阻力、坡道阻力和加速行驶时的惯性阻力。阻力和车速的乘积称为阻力功率。汽车的阻力功率随车辆总重和车速的增加而增大，所以，汽车的动力性基本取决于比功率。因为最大车速出现于发动机达到最大功率且变速器处于最高档位时，所以，简单的说，比功率就是汽车最大车速的决定因素。

例如：大众的宝来1.8T和宝来1.8相比，车外型，汽车总重等参数都差不多，但是，由于两款发动机的最大功率分别为110千瓦和78千瓦，比功率分别大约为84千瓦/吨和60千瓦/吨，所以导致两款汽车的最高车速存在较大的差距。

普通国产低档车大概范围在0.04-0.07每千克之间；中档车的大概范围从0.06-0.10每千克；高档车则更高，范围也更广，大概范围从0.08-0.13每千克；跑车基本都可以达到0.10每千克有的甚至还多，保时捷911 Carrera Coupe(Tiptronic S)的比功率高达0.16每千克。

不同比功率分区下轻型车排放特征分析传统的机动车排放模型尽管考虑到了机动车参数、运行状况、道路条件、环境因素等对机动车排放的影响，但作为对机动车排放产生关系密切的机动车的输出功率并没有考虑，因此在量化排放总量时会产生很大的不准确性。反映机动车动力需求的比功率利用实时路况车载排放测试结果，与3种排放污染物CO、HC和之间的关系比常规的速度、加速度等参数关系更为密切，近些年已被国内外新开发的排放模型所采用。

在美国最新开发的排放模型MOVES 2010 及适用于发展中国家的排放模型 IVE 都引入比功率作为排放计算的工具；国内孙凤等研究了轻、重型车在不同速度区间下的比功率分布特性，探讨了轻、重型车在高速区间下比功率分布与平均速度的变化关系；宋国华等研究了城市快速路上机动车比功率分布特性与模型，与实际试验结果比较表明，比功率可以有效用于实际道路机动车油耗和排放的定量评价；潘汉生等研究了实际行驶中轻型柴油车比功率与机动车油耗、空燃比和污染物排放的关系，表明不同道路上机动车的CO、HC、排放速率和油耗的比功率区间分布具有较好的一致性。国内基于比功率的排放研究集中于两者之间的相关性和适用性，而通过实际道路试验分析并得到不同比功率对应的排放数据的研究较少。

以车载排放测试获得的轻型车质量排放数据为基础，进行基于比功率的轻型车微观排放模型研究，将比功率划分为10个分区，分析了3种污染物质量排放率随比功率的变化关系，并计算得到3种污染物在不同比功率分区的质量排放率。

车载排放测试试验通过搭建轻型车车载排放试验平台，在选取的城市环路上完成实际道路试验，获取瞬态的质量排放数据和对应的轻型车行驶状态数据。

① 车辆

根据2005年国家环保总局制定的《城市机动车排放空气污染测算方法》，规定了机动车的分类方法、城市机动车排放源的调查方法以及城市机动车空气污染的测算方法。按照此方法，轻型汽车指最大总质量不超过3.5t的M1类、M2类和N1类车辆。

据调查，在所研究的长春市，捷达和红旗车占据了轻型车接近50%的比例。考虑到长春市在用轻型车的运营比例，试验选用了具有代表性的捷达、红旗两种车型，试验用车按时参加年检，试验也证明排放量符合测试的要求，试验数据可以真实地反映轻型车在实际道路的排放状况。试验用车基本情况如表 1 所示。

②方案

研究采用的车载排放测试仪器是美国CATI公司生产的OEM-2100，仪器根据所测发动机参数数据计算尾气体积流量，并结合测得的尾气体积百分含量计算出瞬时质量排放率。结合GPS在轻型车上搭建的车载排放测试试验平台如图1所示。

③数据处理

通过实际道路试验，OEM-2100可以实时记录轻型车的瞬态质量排放率和发动机实时运行状态，并以文本格式储存于内置的存储卡内；GPS可以实时记录轻型车的运行状态数据，并以文本格式储存于连接的笔记本硬盘内。为了便于完成数据统计分析，需要将试验数据进行处理，具体工作包括数据库格式的确定、数据内容的完善以及数据表格的匹配。图2为试验数据处理过程，完成了OEM-2100测得的排放数据和GPS测得的汽车运行状态数据的验证、时间匹配以及格式转换。

比功率介绍机动车在实际道路行驶过程中，由于交通流和道路状况的影响，会引起机动车运行状态的改变，进而带来车辆功率需求的变化，从而导致发动机瞬时油耗和排放量的差异。为了准确地描述功率需求随车辆行驶状态的变化，麻省理工学院的 Jiménez-Palacios 提出了机动车比功率这一概念。

①比功率公式

机动车的比功率（VSP）即某一时刻单位质量机动车所对应的功率VSP，单位为kW/t或者m²/s³，它表示发动机克服滚动阻力和空气阻力做功的功率，因内部工作摩擦产生的传动损失功率，以及增加机动车的动能和势能所需要发出的功率。Jiménez-Palacios计算的适用于机动车排放计算的比功率公式为

VSP= v[1.1a+9.8as+0.132]+0.000302v³ (1)

式中，v为机动车行驶速度，m/s; a为机动车行驶瞬时加速度，m/s²；s为坡度（无量纲）；GPS所采集的机动车运行数据不包括坡度，由于试验区域道路平缓，可以不考虑坡度，因此不影响计算结果。

②比功率分区

为了便于将排放数据与交通仿真模型结合，比功率通常会按照不同的间隔进行分区。例如有的研究将比功率以4kW/t的均匀间隔划分，通过计算区间内逐秒排放速率的平均值来评价不同比功率分区的排放状况，解析机动车在快速路、主干路、次干路以及支路上行驶时，CO、HC和的质量排放率与比功率的关系。该研究将车载排放测试的数据作为研究的基础，将比功率按照数值进行分区。为了更准确地区分不同分区的排放状况，以及减少数值标准差，将比功率分为了10个区，如表2所示。

不同比功率分区排放特征在实际道路试验测得的大量数据的基础上，分析3种排放污染物质量排放率随比功率分区的变化关系，并得到轻型车10个比功率分区下3种排放污染物的质量排放率。

①各分区的轻型车排放规律

分析试验结果可知，3种污染物的瞬态排放速率随着功率需求大小即比功率大小呈现较规律的增长趋势，如图3～ 图5所示。

不同污染物的排放率对比功率变化敏感程度有差异，在对不同比功率分区的排放速率进行比较时表现出以下特点：

1）比功率区间bin1～bin3对应着轻型车比功率为负值的情况，此时轻型车制动减速频繁，减速度值比较大，CO质量排放率最高值出现于比功率区间bin3，对应数值为2.5419mg/s；HS的质量排放率与轻型车的行驶速度相关性较强，此区间车速较低，对应的HC质量排放率数值较低，最低值出现于比功率区间bin1，为0.0637mg/s；的质量排放率随比功率区间的增加接近线性增加，这与较大比功率带来气缸内更高的燃烧温度有直接关系。 2）比功率区间bin4～bin5对应着轻型车行驶顺畅，没有急加速和急减速的情形产生。CO和HC在此区间范围内有增有减，变化不大；在此范围内有所增长，增速缓慢，这与此区间车速不高，运行平稳有关。

3）比功率区间bin6～bin10对应着轻型车车速较高，以及加速度较大的情形，大多出现于轻型车行驶中突然加速的时刻。3种排放污染物在这个比功率区间范围内的排放率要明显高于其他区间，这是由于车速高有利于的产生，而大的加速度为CO和HC的产生提供了有利条件。

②各分区轻型车质量排放率

通过对不同比功率区间的比功率对应的质量排放率的平均计算，得到了如表3所示的轻型车10个比功率分区的3种排放污染物的质量排放率，可以以此作为与交通仿真模型结合来量化轻型车排放的依据。

选择城市道路轻型车作为研究对象，通过搭建车载排放测试试验平台，进行实际道路排放测试试验，获取了轻型车质量排放数据与行驶工况数据对应的数据库；建立了适用于机动车比功率计算的公式，分析了轻型车排放随比功率及速度的变化关系，并对比功率进行了分区。研究结论如下：

a.轻型车3种污染物质量排放率与比功率具有很高的相关性，3种排放污染物的排放速率随着比功率的增加而增加。

b.比功率区间 bin1～bin3对应着轻型车比功率为负值的情况，排放速率最慢；比功率区间 bin6～bin10对应着轻型车处于比较高的速度和加速度情形，排放速率明显高于其他比功率区间。

c. 通过不同比功率区间的比功率对应的质量排放率的平均计算，得到了10个比功率分区的3种排放污染物的质量排放率，可以作为与交通仿真模型结合来量化排放的依据。1

本词条内容贡献者为:

张静 - 副教授 - 西南大学