第二节　整车节能技术

由等速百公里燃油消耗公式可以看出，等速百公里燃油消耗量正比于等速行驶时的行驶阻力与燃油消耗率，反比于传动效率。因此，影响汽车燃油经济性的因素除了汽车发动机性能之外，还包括汽车行驶阻力、汽车传动系统、汽车结构因素、汽车总质量等诸多方面。

一、改进传动系统

汽车传动系统对汽车燃油经济性有重要影响，主要影响因素包括汽车传动系统的挡数、传动比和传动效率等。

1.传动系统的最优匹配与参数优化

在汽车设计过程中，当发动机性能和汽车的常用行驶工况确定后，传动系统与发动机的匹配和参数选择是否恰当直接影响汽车的动力性、燃料经济性等。发动机与传动系统匹配示意如图3-6所示，AB线为发动机万有特性的最佳燃油消耗曲线，R区为发动机的常用工作区，显然R区距AB线越近，发动机燃料经济性越好。汽车以车速ν_a行驶时，发动机转速可以在等功率线P上任一点工作。例如，当传动比为i₃，发动机在转速n₃工作时，离经济区较远，要使发动机切换到燃油经济性较好的n₄工作，可通过改变传动比到i₄实现。

变速器的传动比范围、挡位数、传动比分配规律和主传动比等参数都影响到整车的燃油经济性，在满足汽车动力性能的前提下，优化传动系各参数，使汽车常用工况处于发动机最佳经济区或接近最佳经济区，则可有效地降低汽车的燃油消耗。

2.采用机械多挡变速器

传动系统的挡位越多，汽车在运行过程中越有可能选用合适的传动比使发动机处于最经济的工作状况，以提高汽车的燃油经济性。因此，近年来轿车手动变速器已基本上采用5挡，高级轿车开始转向6挡变速器。大型货车有采用更多挡位的趋势，如装载质量为4t的五十铃货车装用了7挡变速器。由专职驾驶员驾驶的重型汽车和牵引车，为了改善动力性和燃油经济性，变速器的挡位可多至10~16个。但挡位数过多会使变速器结构大为复杂，同时操纵机构也过于繁琐，因此使变速器操作不便，选挡困难，为此常在变速器后接上一个两挡或三挡的副变速器。

图3-7所示为中国重型汽车集团公司生产的斯太尔重型汽车用ZFS6-90型带副变速器传动机结构示意。图3-7（a）所示组合式变速器在主变速器（五挡变速器）的后面串联安装了一个两挡副变速器Ⅱ，这样可得到10个前进挡。在主变速器Ⅰ中，除倒挡采用直齿轮传动外，其余各挡均采用斜齿轮传动。二~五挡采用同步器换挡，而一挡和倒挡是利用接合套11的移动完成换挡的。副变速器Ⅱ中的高速挡（直接挡）和低速挡的挂挡也采用了同步器。当副变速器中的同步器接合套17左移并与固定外齿圈16接合时，行星齿轮内齿圈15被固定而不能转动，则副变速器挂入低速挡。当同步器接合套17右移并与副变速器高速挡齿圈18接合时，行星齿轮轴14、变速器输出轴19、行星齿轮内齿圈15与副变速器输入轴齿轮20固连在一起而同步旋转，则副变速器挂入高速挡。

润滑油泵2由第一轴1直接驱动，并通过第一轴1和第二轴6中的中心油道，润滑第二轴6上的常啮合齿轮5、7、9、10、12的内孔与第二轴6的配合表面以及副变速器中的行星齿轮轴14。

在组合式变速器中，除上述副变速器在主变速器之后的布置形式外，当副变速器传动比较小时，也可布置在主变速器之前[见图3-7（b）]。有的重型货车为了得到更多的挡位，在主变速器的前、后都装有副变速器。

3.采用无级变速器

无级变速器，即CVT（Continuously Variable Transmission），是理想的传动系统。采用CVT使得驾驶方便，传动系统与发动机得到最优匹配。

（1）结构原理　如图3-8所示为金属带式无级变速器的结构，它由CVT传动机构和控制系统组成，传动机构包括金属传动带、输入轴、输出轴、主动轮、从动轮、离合器和壳体等。变速系统中的主、从动工作轮是各由固定部分4a、6a和可动部分4、6组成，工作轮的固定部分和可动部分间形成V形槽，金属传动带在槽内与它啮合。当主、从动工作轮的可动部分做轴向转动时，即可改变传动带与工作轮的啮合半径，从而改变了传动比。工作轮可动部分的轴向移动是根据汽车的行驶工况，通过控制系统进行连续地调节而实现无级变速传动。其动力传递是由发动机飞轮经离合器传到主动工作轮、金属带、从动工作轮后，再经中间减速齿轮机构和主减速器，最后传给驱动轮。

1）金属传动带。CVT金属传动带如图3-9所示，金属传动带由两根厚片组合成的柔性钢带及许多金属片组成。其中，金属带承受由主动轮所传递的推力（不是拉力），柔性钢带将金属片保持成带状，并支撑金属带。图3-10所示为Van Doorne CVT 传动带，图3-11为美国Borg-Warner公司与日本铃木公司合作研制的链传动带。

2）CVT传动机构。图3-12表示一种CVT传动器的结构。其输入轴带动行星齿轮装置旋转，行星齿轮装置的主动部分是行星架，被动部分是太阳轮，直接驱动CVT主动轮以及齿轮泵、前进挡离合器和倒挡制动器，用以实现汽车的前进、倒车和起步。

油泵将油输入主动轮伺服油缸和被动轮伺服油缸，推动主动滑动半轮和从动滑动半轮。由于金属传动带长度不变，当主动滑动半轮左（右）移时，通过控制系统的作用，从动滑动半轮要向右（左）做相应的移动，从而改变传动比。

3）带有变矩器的CVT装置。如图3-13所示为带有变矩器的CVT装置，变矩器主要起两个作用：一是起步平稳；二是扩大汽车的总传动比，弥补CVT装置的不足之处。此外在装置中的两级齿轮减速起主减速器的作用，也增加了汽车的总传动比。

4）带有电磁离合器的CVT装置。带有电磁离合器的CVT装置，其电磁离合器用于改善起步性能。图3-14是在日本富士重工研制并在Subaru轿车上装用的ECVT，E是指电磁离合器。

从以上各结构可知，CVT装置性能上有很多优点，但是由于起步性和总传动比小，通常要与其他装置连用。与离合器、电磁离合器、耦合器和变矩器连用是为了改善起步性能；与主减速器、变矩器连用是为了增加传动比。

5）CVT装置的控制系统。CVT装置传动比的变化是通过改变主动轮和从动轮V槽宽度实现的。由于传动带的长度是不变的，所以主动轮V槽宽度和被动轮V槽宽度应同时相应地变化。CVT装置的控制系统如图3-15所示。

将节气门开度、发动机转速、主动带轮转速和被动带轮转速等参数输入电控单元ECU，ECU输出指令，通过调节控制主动带轮和被动带轮的轴向力得到所需的传动比。有时ECU还要控制电磁离合器（对于ECVT）等。

传动比di/dt的变化率，对汽车能否达到最大的加速度、加速是否平缓以及是否会产生减速度等均有较大影响。如果di/dt过大（见图3-16），初始阶段会产生负加速度，以后虽然能达到较大加速度但变化也较大。如果di/dt过小（见图3-17），则反之。只有di/dt适中（见图3-18）才能兼顾各个要求，因此，有必要对di/dt加以合理控制。

（2）变速原理

1）基本原理。图3-19是通过改变主、被动带轮直径，改变CVT传动比的原理图。

图3-19（a）为传动比为1，即主传动带轮槽宽相等。图3-19（b）为主动带轮槽宽变窄，被动带轮槽宽变宽，传动比减小。图3-19（c）则相反，传动比增加。图3-19（a）还可以看到，金属带的工作边在主动轮的出端金属带受推，而不像通常皮带传动，工作边受拉。

2）无级变速器的最佳燃油经济性调节特性。图3-20（a）是发动机的负荷特性，这些曲线的包络线是发动机提供一定功率时的最低燃油消耗率曲线。利用此图可以找出发动机提供一定功率时的最经济工况（转速与负荷）。把各功率下最经济工况运转的转速与负荷率标明在外特性曲线上，便得到“最小燃油消耗特性”，如图3-20（b）中的A₁A₂A₃曲线。例如，在某道路阻力系数ψ的道路上以v'_a速度行驶，需要发动机提供功率P'_e，发动机可以在n₀、'n_e、n₁、n₂等多种转速及相应的多种负荷率下工作，但只有在P'_e水平线与A₂A₃的交点处工作，即转速为n'_e和大致为90%负荷率工作时，燃油消耗率b_e最小。

有了发动机的“最小燃油消耗特性”，可进一步确定无级变速器的调节性能。无级变速器的传动比i'与发动机转速n及汽车行驶速度之间有如下的关系。

　（3－21）

式中　A——对某一汽车而言为常数， 。

如上所述，当汽车以速度v'_a在一定道路上行驶时，根据应提供的功率 ，由“最小燃油消耗特性”曲线可求出发动机经济的工作转速为n'_e（当然，节气门也要做相应地控制，才能在n'_e时发出功率P'_e）。将v'_a与n'_e带入式（3-21），即得无级变速器应有的传动比i'。在同一阻力系数ψ值的道路上，不同车速时无级变速器应有的i'连成曲线便得到无级变速器的调节特性，无级变速器的最佳燃油经济性调节特性如图3-21所示。AB为变速器最大传动比，ED为最小传动比。BC表示发动机转速为最大功率转速时i'与车速的关系曲线，AE表示发动机最低转速时i'与车速的关系曲线。AE与BCD曲线间所包含的曲线，表示在不同道路阻力下无级变速器的调节特性。

从图3-21可以看出，在某一道路上行驶的汽车，对应于某一车速，即可找到一个对应此工况条件的最佳燃油经济性的传动比i，CVT装置控制系统就应按此调节到这个传动比i值，这样汽车就可以在最省油的状况下工作，实现最优经济性的工况匹配。

3）工况的选定。图3-22是CVT汽车的加速踏板开度α与发动机转速ne的关系曲线。CVT装置可以通过传动比i的切换保证发动机在某一工况最低油耗点工作，或者也可以保证在某一工况的最大功率点工作。图3-22中E曲线是经济性规律曲线，S为动力性规律曲线。两者之间为折中区域。

CVT汽车在行驶时，通常状况下发动机处于最经济工况，即E曲线，此时油耗低、噪声小、行驶平顺。

在上坡或超车时，驾驶员可猛踩加速踏板，此时不管原来节气门的位置大小，传动比将会自动升高，发动机立即到达S曲线，即最大功率工况。据资料介绍，一辆总质量1.4t、功率100kW的轿车，加速到100km/h的时间，装用五挡手动变速器的为13.1s，而装用CVT仅为8.6s。

4.使用超速挡

现代汽车大部分都以直接挡为最高挡位，但仍有一部分汽车加装了超速挡，以提高汽车燃油经济性。直接挡和超速挡功率平衡图如图3-23所示，汽车在同一车速v下行驶时，阻力功率（以线段ab表示）相同，而超速挡的负荷率（ab/ac）明显高于直接挡的负荷率（ab/ad），只要在高负荷率下发动机混合气没有加浓，发动机的b_e就会略显降低，使汽车更节油。特别是对于高车速、比功率大的轿车，在一般公路上用超速挡行驶明显比用直接挡行驶省油，故有的汽车设置了2个超速挡。

二、减小汽车行驶阻力

汽车在水平道路上等速行驶时，必须克服来自地面的滚动阻力（F_f）和来自大气的空气阻力（F_w）；当汽车在坡道上爬坡行驶时，还必须克服坡道阻力（F_i）；汽车在加速行驶时，还需要克服加速阻力（F_j）。因此汽车行驶中的总阻力为

　（3－22）

上述诸阻力中，滚动阻力和空气阻力在任何行驶条件下均会产生，因此，汽车经常需要消耗功率来克服这些阻力。所以，减小汽车行驶中的滚动阻力和空气阻力，对节约油料，提高汽车的燃油经济性很有意义。

1.减小汽车的滚动阻力

汽车的滚动阻力与路面状况、行驶车速、轮胎结构以及传动系统、润滑油料等都有关系。

（1）路面状况对汽车滚动阻力的影响　滚动阻力为

　（3－23）

式中　G——汽车的重力，N；

f——滚动阻力系数。

从式（3-23）可以看出，在汽车重力一定的情况下，汽车行驶的滚动阻力主要决定于滚动阻力系数。不同路面的滚动阻力系数相差很大，见表3-1。

汽车在不平的路面上行驶时，经常跳动，引起悬架装置和轮胎变形的增加，使滚动阻力增加。为了节约燃油，一定要修好路面，养好路面。

（2）汽车行驶速度对滚动阻力的影响　行驶车速对轮胎滚动阻力的影响很大。汽车行驶车速对滚动阻力的影响如图3-24所示，货车及轿车轮胎在车速100km/h以下时，滚动阻力系数逐渐增加但变化不大；轿车轮胎在140km/h以上时增长较快；车速达到某一临界车速例如200km/h左右时，滚动阻力迅速增大，此时轮胎发生驻波现象，轮胎周缘不再是圆形而呈明显的波浪状，从而使滚动阻力显著增加。所以从经济性的角度出发，在使用汽车时，载货汽车的车速最好控制在100km/h以下，轿车的车速最好控制在140km/h以下。

（3）轮胎气压对滚动阻力的影响　滚动阻力系数与充气压力的关系如图3-25所示，由图3-25可以看出，轮胎的充气压力对滚动阻力系数f影响很大，气压降低时，滚动阻力系数f迅速增大。当汽车在良好的硬路面上以50km/h以下的速度行驶时，汽车的滚动阻力占总行驶阻力的80%左右。

　（3－24）

式中　a——偏移距（通过轮心垂直线至路面反作用力的受力点的距离）；

R——轮胎滚动半径，具体如图3-26所示。

可见，滚动阻力系数f取决于偏移距a的大小，偏移距a增大，滚动阻力系数相应增大。而偏移距a取决于轮胎下沉量（在垂直载荷作用下，轮胎被压缩的程度或径向变形量）。对于一定规格、层次的轮胎来说，下沉量的大小主要取决于轮胎承载负荷和胎内气压。气压下降，下沉量增大，滚动阻力系数增加，油耗增加。如当汽车各轮胎的气压均较标准气压（各车型规定值）降低49kPa时，就会增加5%的油耗；而当轮胎气压低于标准的5%~20%时，就会减少20%的轮胎行驶里程，相应增加10%的油耗。可见，保持轮胎气压在标准范围内，是减少轮胎偏移距，从而减小滚动阻力，降低油耗的有效措施。

（4）轮胎类型对滚动阻力的影响　轮胎的结构、帘线和橡胶的品种对滚动阻力都有影响。如图3-27所示为几种不同的轿车和货车轮胎的滚动阻力系数随车速和充气压力而变化的曲线，从图3-27中可以看出，子午线轮胎比斜交轮胎的滚动阻力系数小。这是因为子午线轮胎的胎线层数比斜交轮胎的层数少，一般为4层，从而层与层之间的摩擦损耗减小。同样层数和规格的轮胎，子午线轮胎接地面积比斜交轮胎大，接地印痕呈长方形，而斜交轮胎印痕呈椭圆形，因此，前者对地压强小且均匀，轮胎的变形量减小。当轮胎滚动一周时，子午胎与地面相对滑移量小，可多走2%左右，其耐磨性可提高50%~70%。

研究表明，汽车轮胎滚动阻力减小4%，油耗可下降1%左右。例如，人字形花纹轮胎反向使用时，滚动阻力比顺向使用时减少10%~25%，约可降低油耗3%~8%。

2.减小汽车的空气阻力

（1）汽车车身结构与燃油消耗量的关系　空气阻力与汽车车身结构密切相关，它由发动机产生的牵引力来克服。减小空气阻力，就可降低发动机消耗的功率，从而降低汽车的耗油量，一般以常用的等速百公里油耗的方法来进行初步的分析。

若汽车以v_a（km/h）等速直线行驶时，发动机相应工况的有效油耗率为b_e[g/（kW·h）]，行驶100km所消耗的功为W（kW·h），则等速百公里油耗Q_s（L/100km）为

　（3－25）

式中　ρ——燃料的密度，汽油可取0.696~0.715kg/L，柴油可取0.794~0.813kg/L。

由于消耗的功W等于行驶阻力∑F与行驶距离S的乘积除以效率η，行驶阻力∑F是滚动阻力F_f与空气阻力F_w之和，此时的百公里油耗Q_s（L/100km）为

　（3－26）

因此，降低F_s则可降低Q_s。当高速行驶时，F_w比F_f大得多，故降低F_w所得到的节油效果更大。

空气阻力F_w的大小，用公式表示为

　（3－27）

式中　C_D——空气阻力系数；

A——汽车的迎风面积；

ν_a——汽车的行驶速度。

为了节约燃油，就应该减小空气阻力。从式（3-27）中可以看出，要减小空气阻力，就必须减小汽车的迎风面积，降低空气阻力系数C_D；另外，还要保持中速行驶。

空气阻力系数C_D的大小，取决于汽车的外形、车体表面的质量等。为了保证小的空气阻力和可靠的行驶稳定性，降低汽车的油耗，必须改善汽车车身的空气动力学性能。

（2）改善汽车车身空气动力学性能的措施　为了降低空气阻力，达到节油的目的，轿车的外形必须有良好的流线型；货车及各类厢式车辆，尤其是大型牵引挂车，为了实用的目的，其巨大的车身一般均为非流线型，要想降低其空气阻力，解决的办法就是广泛使用各种局部的减阻装置。

1）外形设计的合理优化。①外形设计的局部优化。车头部棱角圆角化可以防止气流分离和降低C_D值。图3-28所示为美国福特汽车公司对3∶8比例的汽车模型进行风洞试验的结果。

试验表明，当圆角半径取40mm时，即可防止气流在转角处的分离。轿车模型可使阻力减小40%~50%；厢式客车模型阻力下降更大。试验还表明，如能使汽车的平均空气阻力减小2%，所需发动机的功率大约可减少0.5%；轿车C_D值下降0.2，在公路上行驶可节油22%，在市内可节油6%，而在综合循环条件下，约节油11%。例如，Audi 100轿车试验数据表明，C_D从0.42降到0.30，在混合循环时燃油经济性可改善9%左右，而当以150km/h的速度行驶时，燃油经济性改善达25%。端面带圆角的物体比不带圆角的物体的C_D值小得多。只要有较小的圆角半径r，就可以使C_D值大幅度的下降。从图3-29可知，将大客车车头整个流线型化的作用并不大，只需将其车头边角倒圆即可收到相当理想的效果。

设在风窗玻璃与侧窗交接处的前风窗立柱（又称A立柱），正好处在前方气流向两侧流动的拐角处，它的设计对C_D有比较明显的影响。另外，车身后部形状以及车身表面粗糙度对C_D的影响也很大。为了有效地降低C_D值，普遍采用了各种气动附加装置，如前部扰流器、导流罩和隔离装置等。

②外形设计的整体优化。局部优化和气动附加装置都可部分地改进空气动力特性，取得良好的效果。但要使空气动力性能有较大的改变以达到更高的水平，则应进行外形设计的整体优化，也就是将汽车空气动力学的各项研究成果及改进经验，系统地应用到整车外形设计中来。例如，Audi 100型轿车经过17项最优化设计研究，使C_D值从0.45降到0.30。又如意大利著名的平宁·法利那（Pinin Fanria）车身设计，具有较小的表面面积；车身有上凸线型，空气阻力系数在0.23以下，成为未来轿车车身发展的模型。

2）采用各种形式的减阻导流罩。导流罩是汽车四大节油装置之一，许多国家都广泛采用。

①凸缘型减少空气阻力装置。这种装置装在厢式车身的前部，并包覆其顶边及两侧。安装这种装置后，空气阻力系数可减少3%~5%。

②空气动力筛眼屏板。这种减少空气阻力的装置也装在驾驶室顶上。安装这种屏板后，空气阻为系数可减少3%以上。

③导流罩（见图3-30）。导流罩也称导流板或导风罩，多为顶装式，即安装在驾驶室顶上。安装导流罩后，空气阻力系数可减少3%~6%。

④间隔风罩。间隔风罩装在驾驶室和车厢之间，由驾驶室后端延至车厢前端（见图3-31），将驾驶室和车厢间的空隙密封。风罩由柔软的膜布制成，多与其他减少空气阻力的装置共用。安装这种装置后可节约燃油12%。

⑤导流器。轿车的车速较高，容易在汽车尾部形成吸气涡流。为避免这种情况，可以在轿车的尾部加装空气导流器，轿车空气导流器如图3-32所示，安装后节油效果明显。

导流罩通常做成流线型，常用铝合金或其他板材制作，结构简单，制造容易，安全可靠。特别是厢式半挂车车厢往往比驾驶室高0.6~0.9m，由于这一高度差，当汽车行驶时，车厢前壁会造成紊流和使气流剥离而增大汽车的空气阻力。在驾驶室顶部设置导流板，能使空气保持层流和防止剥离，降低空气阻力。实验表明，平均可节油2%~7%，尤其是高速行驶效果更为突出。

在车身上加装空气导流罩，应符合《道路运输车辆安全标准》的有关规定，不可随意加装影响外观和有碍交通的高突起导流装置。载重汽车的篷布及其支架，不用时应该放下或拆除，这对减少行驶阻力，提高汽车燃油经济性是有利的。

三、减轻汽车整备质量

汽车消耗功率主要用来克服车辆惯性与滚动阻力，这两者都是车重G的直接函数，因此，燃油经济性随车重的降低而改善。

图3-33是美国John E.Clark给出的，根据1984年度、1985年度车辆试验数据绘制的城市循环燃油经济性（mile/UKgal）与汽车质量的关系曲线；上面还有美国运输部（DOT）给出的1976年度车辆的燃油经济性与车辆质量的关系曲线。图3-34是2007年在主要部分日本车型和中国车型的整备质量与汽车燃油经济性关系的数据分布图，其中图3-34（a）中的汽车是采用日本10-15工况驾驶循环测试方法测得的汽车油耗；图3-34（b）则是采用汽车生产厂家提供的等速油耗数据。这些实测数据说明，大而重的豪华型轿车比小而轻的轻型或微型汽车的油耗几乎要高3~5倍。因此，降低汽车的整备质量，广泛采用轻型、微型轿车是节约燃料的有效措施。

减小汽车质量的方法主要有汽车结构的优化设计、轻质材料的大量采用和汽车制造工艺的优化。

1.汽车结构的优化设计

轿车采用前轮驱动，使传动系统的结构简化，整车质量大大下降；发动机凸轮轴顶置，配气机构的传动部件大为简化，质量变小；采用少片或单片钢板弹簧、承载式车身以及各种零件的薄壁化、复合化、小型化等；减小车身尺寸，这还有利于减小行驶时的空气阻力；取消一些附加设备及器材等；大量应用质量轻的电子产品。

2.汽车制造工艺的优化

如汽车车身和厢体的成形技术。过去的冲压工艺首先把钢板剪裁成冲压板料，然后冲压成为冲压件，再将各个冲压件焊接成所需要的部件。而优化后的工艺则采用激光焊的“拼焊”方式，即将不同厚度和不同性能的钢板剪裁后拼焊成新的钢板，然后再对其进行冲压加工。采用拼焊钢板可以按照汽车的不同部位对应采用不同的板材，在负荷大的地方采用较厚的高强度钢板，而在其他部位则使用较薄的高强度钢板。比如在不等厚车门内板的冲压成形过程中，在受力集中的铰链部件采用较厚的钢板，其余部件采用薄钢板，从而省料减重，延长使用寿命，在满足使用要求的情况下，节省了材料，减小了汽车的重量。

内高压成形工艺的开发与应用。采用内高压成形技术改变零件结构是目前汽车设计中减轻零件质量的重要方法之一。其原理是管内充满高压液体，通过内部加压和轴向加力补料把管坯压入模具形腔使其成形。对于轴线为曲线的零件，应先把管坯预弯成接近零件形状，然后加压成形，是制造空心轻体构件的先进制造技术。目前，采用该项工艺的典型零件如轿车的发动机排气系统异形管件、发动机托架中的管件、底盘结构件、车身框架、座椅骨架、散热器支架、副车架、翼形管件、仪表盘支架和前后轴等结构件及载货汽车上的排气系统异形管件和结构管件等。

内高压成形技术的优点是基本一次成形，减轻零件质量，减少零件数量，适用于制造各种复杂形状的构件，可减少模具的数量和工序，制造周期短，适用于各类钢材、铝合金、钛合金等金属材料的加工。如轿车副车架，用冲压焊接工艺生产，需将多个冲压件焊为1个零件；用内高压成形工艺，则只用一根管坯通过弯曲成形、预成形、内高压成形即可完成。副车架减轻质量20%以上；生产成本比冲压件平均降低低15%~30%：且提高了零件强度和刚度。美国通用SEVILL车型运用此技术生产了侧门横梁、车顶托架等结构件；而福特Mondeo的发动机支架采用此技术后，大大减少了零件和工序，质量也从12kg降到了8kg。

除以上新工艺、新方法外，点胶焊、超声波焊、超塑性扩散连接等技术也逐步在汽车制造业中占据一席之地，使得轻量化进程更加顺利。

3.轻质材料的应用

采用轻质材料是目前减小汽车总质量的主要途径。汽车用轻质材料可分为两类：一类是轻质金属材料，主要包括铝、铝合金、镁合金、钛合金以及高强度和超高强度钢板等；另一类是非金属材料，主要有陶瓷、塑料、高分子复合材料等。

（1）高强度钢　目前，钢材仍是汽车工业的主要原材料，平均每辆汽车所用钢材约占65%，所以采用高强度钢对实现汽车轻量化具有相当大的意义。

以前，车身材料采用的多是普通碳钢板，虽然其价格低廉、能吸收撞击能量，但其质量大，增加了燃油消耗。近几年，高强度钢和超高强度钢逐渐成为汽车工业中发展最快的轻质金属材料之一，在汽车上的应用比例不断增加。高强度钢最小屈服强度达到240MPa，最小抗拉强度达到690MPa；超高强度钢材抗拉强度已经达到1000~1200MPa。利用高强度及超高强度钢钢板代替普通钢钢板可减薄构件厚度10%左右，减轻汽车质量20%~30%左右。

用于汽车制造的高强度钢主要有无间隙原子钢（IF钢）、烘烤硬化钢（BH钢）、双相钢（DP钢）以及相变诱导塑性钢（TRIP钢）。尤其是TRIP钢具有较好的成形性、极高的屈服和抗拉强度而备受汽车制造商的青睐，目前，主要用在汽车车门、发动机盖、后备箱盖板及其他结构件上。据统计，目前世界上用于制造汽车所用高强度薄钢板的比例在30%以上。如德国保时捷超轻钢车身（ULSAB）使用全镀锌高强度钢和超高强度钢钢板制造，钢板厚度范围为0.65~2.00mm，与普通类型车身相比，质量减轻20%，而抗扭刚度则提高90%，抗变刚度提高52%；福特汽车公司用DP钢制造轿车发动机盖，使板厚度由原来的1.8mm减薄到0.8mm；一汽大众汽车公司Audi C5轿车的发动机盖采用烘烤硬化钢板；铃木2003年发布的新型Wagon R的发动机盖也采用了抗拉强度为340MPa的高强度钢，均在不同程度上减轻了汽车的质量。

另外，减轻车用弹簧或板簧的质量也是实现汽车轻量化的重要途径。汽车弹簧轻量化主要靠提高制簧钢丝的强度，以提高弹簧的设计应力。车用板簧轻量化采取的方法主要有：a.开发高性能新型弹簧钢，使之能提高板簧的设计应力；b.采用少片变截面代替多片等截面板簧。德国雷特曼·杰克公司生产出的新型高强度弹簧钢，其强度比目前弹簧钢丝强度提高200~400MPa，使悬架质量减轻20%。美国、日本等发达国家为了使轿车用弹簧轻量化，也研究开发出新的高强度弹簧钢并取得了很大成效。汽车板簧主要用于客车和货车上，国外客车凡使用板簧的，几乎全部采用变截面板簧。我国客车采用这种板簧的也越来越多。

（2）铝合金　铝合金具有高强度、低密度、耐侵蚀、热稳定性好、易成形、再生性好和可简化结构等一系列优点，使得铝合金成为汽车上用量最多的非铁金属。铝合金代替传统钢铁材料可使整车质量减轻30%~40%，最高节油可达24%~32%。目前，应用于汽车的铝合金包括：车身覆盖件的铝合金板材；铸铝件；挤压型材；锻造铝合金；铝线材；铝合金复合材料等。汽车用铝合金材料约80%为铸造铝合金，主要是发动机部件（如缸盖、缸体、活塞等）、传动系部件（如变速器壳体、离合器壳体等）及转向系、行驶系零部件（如转向器壳、车轮等）等；20%的变形铝合金主要用于热交换器系统（如散热器、中冷器等）、车身部件（如发动机盖、车体框架）和油箱等。

当前，世界上主要的汽车生产国如美国、日本和德国等，都在扩大铝的使用量。其中，美国汽车公司近10年来生产汽车过程中，耗铝量已增加了1.75倍；欧洲汽车平均用铝量也已从1990年的55kg/辆增加到2006年的127kg/辆；目前，丰田及宝马等系列车型铝使用量平均为154kg/辆，取代通用及日产位居前列。从2006年到2009年，通用、本田、丰田、宝马、现代及大众等汽车生产商生产的北美车型铝使用量均有所增长。欧洲铝协（EAA）预测，在2015年前，欧洲小汽车用铝量将增至300kg/辆。如果轿车的零部件，凡是可用铝合金制造的都用其代替，那么每辆车的平均用铝量将达到454kg，轻量化的效果将大大提高。

同时，铝是绿色环保材料，易回收，可循环回收。采用铝所节省的能量是生产该零件所用原铝耗能的6~12倍。近几年，一汽集团和东风公司都参与了国家重大攻关项目《轻量化金属材料铝合金、镁合金在汽车上的应用研究》。随着国内B级车、C级车以及轿跑车的相继研发和上市，为铝合金在汽车上的应用提供了很好的市场和应用基础，因此，铝合金在国产车上的应用也会日益增多。

（3）镁合金　镁是比铝更轻的金属材料，密度为铝的2/3，可在铝减轻质量基础上再减轻15%~20%。在轻量化的驱动下，20世纪90年代以来，镁在汽车中的应用一直处于快速增长阶段。镁合金的开发和应用已成为汽车材料技术发展的一个重要方向。目前，所用的镁合金材料以铸造镁合金为主，大量用于装车的镁合金零件主要是车身和底盘零件，包括仪表板骨架与横梁、座椅骨架、转向盘和进气歧管等。在欧洲，镁合金在汽车上的应用方面，德国一直处于领先地位，如大众汽车公司的新车奥迪A6单车用镁合金已达40kg；在美国，三大汽车公司均已采用镁合金零件，主要用于发动机及支承结构件；在日本，镁合金主要用于变速器壳体、气缸罩盖及转向锁架等。在国内，2001年一汽集团、东风公司、上汽集团等参与了国家镁合金应用技术攻关项目。东风公司开发了镁合金变速器上盖、踏板、真空助力器中间隔板及制动阀体等；一汽集团开发了36种镁合金压铸件，其中，发动机气缸罩盖、转向盘骨架等零件已应用于生产；上汽集团开发了桑塔纳轿车的镁合金变速器外壳、踏板支架和轮毂等。

（4）钛合金　钛合金由于强度高、质量轻、耐腐蚀能力强以及耐热、耐冷性能好等特点而逐渐被应用于汽车领域。钛合金强度与钢基本相同（见表3-2），但质量大约只有钢的1/2。其实，早在1956年，美国通用汽车公司已研制出了一种全钛汽车（名为“火鸟”），但由于其造价昂贵，后来仅在赛车上保留了应用。

如今随着低成本钛合金的不断研制以及制备工艺的不断创新，将钛合金应用于普通汽车已逐渐被人们所接受。2001年大众汽车公司首次在Lupo FSI普通轿车上标配了钛合金弹簧，使得汽车减重82kg，同钢弹簧相比，减重60%~70%，弹簧高度降低40%。到目前为止，钛合金在汽车上最成功的应用就是制造弹簧。

钛合金几乎所有的特点都在制备弹簧过程中得到了应用，并且还达到了钢铁材料难以达到的性能指标，使其成为最佳的弹簧材料。首先，从其弹性性能上说，由于钛合金的弹性极限高而弹性模量低，其弹性应变能非常高，是钢弹簧的10倍以上，因此，使用钛合金弹簧将明显提高乘车舒适度；其次，从使用寿命上说，钛合金具有优异的疲劳极限，可以满足弯曲疲劳强度大于800MPa的要求，其卷簧所需材料的质量减小且寿命延长。同时，钛合金的抗腐蚀能力强，无需额外的表面防锈处理，因此，钛弹簧的使用寿命比汽车本身的寿命还长，无需中间更换；再次，从加工角度来说，由于制备弹簧的钛合金为β钛合金，其在淬火状态下强度很低，非常有利于冷拔拉丝，可以利用钢丝的生产设备进行加工，然后通过时效处理提高强度，因此生产设备简单；并且，如前述在相同的弹性功能前提下，钛弹簧的高度仅为钢弹簧的40%，便于车体设计；最后，从油耗方面来说，由于钛合金的密度小，钛弹簧的质量仅是钢弹簧的一半多，见表3-2，因此省油效果明显。因此，用钛合金制作车用弹簧被认为是最理想的材料。

目前，钛合金除用于制造车用弹簧外，还用于制造汽车发动机的连杆、凸轮轴、气门、气门弹簧以及排气管、消声器、转向齿轮及其他密封零件等。表3-3列出了车用钛合金的牌号及对应的汽车零件。从表3-3可以看出，所选的钛合金种类基本为工业纯钛以及常用的Ti-6Al-4V系列合金。使用工业纯钛是利用其质量轻的前提下较好的室温塑性和耐腐蚀性能，使用Ti-6Al-4V系列合金是看重其质量轻的前提下优异的综合力学性能和耐腐蚀性能。

如今随着低成本钛合金的不断研制以及制备工艺的不断创新，将钛合金应用于普通汽车已逐渐被人们所接受。2001年大众汽车公司首次在Lupo FSI普通轿车上标配了钛合金弹簧，使得汽车减重82kg，同钢弹簧相比，减重60%~70%，弹簧高度降低40%。到目前为止，钛合金在汽车上最成功的应用就是制造弹簧。

表3-4为钛合金与钢材在排气系统应用时的质量对比，可以看出，使用钛合金可以明显减轻汽车质量。除此以外，由于钛合金的焊接性能好，不像不锈钢那样容易从焊缝开裂。因此，钛合金排气阀的使用寿命较长，为12~14年，而不锈钢一般不到7年就得更换，从而有效节约了费用。

（5）塑料　塑料是最佳的轻质材料，其密度约为金属的1/7~1/5；而且用塑料制造汽车零部件所耗的能量约为钢材的50%~60%；又因其具有耐腐蚀、隔声隔热、比强度高、能吸收冲击能量、成本低、易加工、装饰效果好等诸多优点；同时还具有金属钢板不具备的外观颜色、光泽和触感。不仅能减重量降成本，而且对整车的安全性、舒适性和外观都有利，一直深受汽车制造商的欢迎。

汽车用塑料的种类很多，主要类型包括：通用工程塑料，如聚丙烯（PP）、ABS塑料、聚氯乙烯（PVC）、聚酰胺（PA）、聚氨酯（PUR）等；合成塑料，如ABS/PC、ABS/PVC、EPDM/PP等；增强塑料，如纤维增强（GH、CH等）、无机填料增强（滑石粉、碳酸钙、木粉等）。汽车塑料中用量最大的7个品种与所占比例大致为：聚丙烯21%、聚氨酯19.6%、聚氯乙烯12.2%、热固性复合材料10.4%、ABS8%、尼龙7.8%、聚乙烯（PE） 6%。其中，聚烯烃材料因密度小、性能较好且成本低，近年来有把汽车内饰和外装材料统一到聚烯烃材料的趋势，因此，其使用量有较大的增长。预计聚丙烯今后可保持8%的年增长率。PP可以用作多种汽车零部件，现在典型的实用PP塑料部件有60多个。PP汽车零部件主要品种有：保险杠、仪表板、门内饰板、空调器零部件、蓄电池外壳、冷却风扇、转向盘，其中，前五种占全车PP用量的一半以上。ABS树脂是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三个单体的共聚物，可用于制作汽车的外部或内部零件，如仪表器件、制冷和取暖系统、工具箱、扶手、散热器栅板等；它可以用于制作仪表板表面、行李箱、杂物箱盖等，近年来，ABS树脂在汽车上用量的增幅不是很大，这主要是由于ABS树脂和PP树脂竞争十分激烈，而ABS本身也有在耐候变色性差、易燃等方面的缺陷，因此，它在汽车上的主要部件如汽车仪表板、格栅等方面的应用也受到限制。通过对高密度PE和低密度PE树脂的接枝改性和填充增韧改性，得到了具有良好的柔韧性、耐候性和涂装性能的系列改性PE合金材料。PE主要采用吹塑方法生产燃油箱、通水管、导流板和各类储液罐等。近几年PE在汽车上的用量变化不大，但值得注意的是汽车轻量化的发展趋势促进了燃油箱的塑料化。欧洲产汽车上已正式采用塑料燃油箱，其主要材料为高密度聚乙烯。

汽车塑料主要应用于三个方面，即内装饰、外装饰、功能与结构方面。内装饰件的应用是以安全、环保、舒适为特点，主要制件有仪表板、车门内板、副仪表板、杂物箱盖、座椅、后护板、车内顶等；外装饰的应用特点是以塑代钢，减轻汽车自重，其主要制件有保险杠、挡泥板、车轮罩、导流板等；功能件与结构件的应用是以采用高强度工程塑料为特点，其制件有油箱、膨胀水箱、加速踏板、空滤器罩、风扇叶片等。

世界汽车平均塑料用量在2001年已达115kg，约占汽车总重量的8%~12%，并且这一比重不断加大。其中，塑料在轿车中的用量比在货车、客车中的用量更高，如奥迪A2型轿车，塑料件总重量已达220kg，占材料总用量的24.6%。据悉，德国每辆汽车平均使用塑料制品近300kg，占汽车总消费材料量的22%左右，是世界上采用汽车塑料零部件最多的国家。目前我国经济型轿车每辆车塑料用量为50~60kg，中型载货车塑料用量仅为40~50kg；重型货车可达80kg左右。我国中、高级轿车大部分为发达国家引进车型，汽车塑料的应用量基本与发达国家20世纪90年代水平相当，为100~130kg/辆。预计到2020年，发达国家汽车平均塑料用量将达到500kg/辆以上。

（6）陶瓷　陶瓷分为传统陶瓷和特种陶瓷两大类。传统陶瓷以天然硅酸盐矿物为原料烧制而成，也叫硅酸盐陶瓷。特种陶瓷在化学组成、内部结构、性能和使用效能等各方面均不同于传统陶瓷，它是以精制高纯的化工产品为原料，也称为新型陶瓷、高技术陶瓷或精细陶瓷。特种陶瓷具有耐热、耐磨、防腐蚀、轻质、绝缘、隔热等诸多优点，应用在汽车上，对减轻车辆自身质量、提高发动机热效率、降低油耗、减少排气污染、提高易损件寿命、完善汽车智能性功能都具有积极意义。

目前汽车上常用的特种陶瓷包括氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷和氮化硅陶瓷等几种。氧化铝陶瓷又称高铝陶瓷，主要成分是Al₂O₃和SiO₂。其强度大于普通陶瓷；硬度很高，仅次于金刚石、碳化硼、立方氮化硼和碳化硅；耐磨性好；耐高温性极好，Al₂O₃含量高的刚玉陶瓷能在1600℃的高温下长期工作，而且蠕变极小；耐腐蚀性很强；有很好的绝缘性能，特别是在高频率下的电绝缘性能好，每mm厚度可耐电压8kV以上。以上的突出优点，使氧化铝陶瓷特别适宜制作内燃机火花塞和高精度活塞。氮化硅陶瓷抗温度急变性好；硬度高，其硬度仅次于金刚石、氮化硼等；有自润滑性，是一种优良的耐磨材料；其分子中既没有自由电子，也没有离子，所以有很高的电绝缘性；氮化硅陶瓷烧结时尺寸变化小，可以制成精度高、形状复杂的零件，成品率比其他陶瓷材料高；另外，氮化硅陶瓷原料丰富、加工性好，加工和使用成本低。其在发动机气门、气门挺柱、活塞上有较多的应用，日本、美国绝热发动机上采用的结构陶瓷见表3-5。碳化硅陶瓷在高温下仍然具有很高的强度，一般陶瓷材料在1200℃时强度显著降低，而碳化硅陶瓷在1400℃时抗弯强度仍保持在500~600MPa的较高水平；其热传导能力强，在陶瓷中仅次于氧化铝陶瓷；热稳定性好；耐磨、耐腐蚀、抗蠕变性好。碳化硅陶瓷高温高强度的特点，适用于发动机的气门挺柱、气门导管、燃气轮机的叶片、轴承等零件；热传导能力高，适用于高温条件下的热交换器材料，也可用于制作各种泵的密封圈。

由于特种陶瓷具有以上的一些优异性能，使得陶瓷材料特别适用于汽车上那些要求有较高耐热性、良好耐磨性（甚至在无润滑时）或惯性较小的部件中，如制造绝热发动机、普通发动机的气门、气门挺柱、气门导管、排气管以及各种传感器等。

四、采用汽车定压源能量回收系统

定压源能量回收系统（CPS）是近年来发展起来的新型静液压驱动系统，也称为定压源液压驱动系统，它不仅能高效地从系统中取得能量，还可以回收并重新利用运动物体的动能和势能，显著提高系统的效率，并可缩短加速时间，减少启动时的排污问题，提高汽车的燃油经济性。定压源液压传动系统采用变量泵/马达、气囊式蓄能器和飞轮作为能量转换及储存部件，实现制动时的动能回收和起动加速时的液压能回馈。将汽车制动时的动能转变为液压能，并将液压能转变为飞轮的机械能储存起来，在汽车加速或上坡时再利用。汽车在减速行驶时，驱动轮上的变量泵/马达作为泵工作，由蓄能器和高速旋转的飞轮回收汽车行驶时的能量；汽车在加速行驶或等速行驶阻力增加时，驱动轮上的变量泵/马达作为马达工作，由蓄能器和高速旋转的飞轮为系统提供动力。

1.定压源液压驱动系统的工作原理及控制原理

如图3-35为CPS的工作原理及控制原理，图3-35中仅反映了汽车在前进方向的变量泵/马达的转换情况及高、低压油路的分布。从图3-35中可以看出，CPS是由一个飞轮和三个可变排量的泵/马达组成的液压动力传递系统。变量泵/马达一般采用柱塞式，其排量在正负两个方向可以互换，通过对排量方向的控制，可实现泵、马达以及它们的正、反转功能。整个系统的油路是由共用高压油路和共用低压油路组成，系统压力的基本恒定由飞轮转速的变化和液压泵的排量及蓄能器的工作容积的调节实现。

汽车制动分为紧急制动与普通减速。前者直接使用汽车原有制动系统，后者使用CPS定压源系统。汽车在减速行驶时，司机轻踩制动踏板，通过踏板上的传感器及控制系统，液压系统被激活。驱动轮上的变量泵/马达作为泵工作，回收汽车行驶时的能量，使系统的油压上升，通过与飞轮相连的变量泵/马达作为马达工作使飞轮的动能增加而储存起来，以供汽车起动或加速时使用，此时，发动机及与它相连的变量泵/马达处于停转状态。当汽车行驶的能量较大或汽车下长坡制动时，驱动轮上的变量泵/马达作为泵工作时给系统提供的能量超过飞轮所设置的最大动能，为了保证系统压力的恒定，及飞轮的最大动能不超过所规定限值，可通过减压阀来实现，将剩余的能量释放掉。

如果遇到紧急情况，要求汽车在极短的时间内将速度减到很小或停止，司机踩制动踏板，使制动的两套能量供给系统均被接通，即在控制系统作用下节能驱动系统产生最大制动力矩的同时，原有的汽车制动系统也将起作用，两套制动系统一起动作将速度减至理想状态。

汽车在加速行驶或等速行驶阻力增加时，驱动轮上的变量泵/马达作为马达工作，消耗压力油而使系统压力降低，此时蓄能器和高速旋转的飞轮将为系统提供动力。通过与飞轮相连的变量泵/马达作为泵工作给系统补充压力油，使系统的油压维持在某一压力水平。当飞轮的转速下降到所容许的下限值，即低于飞轮的最低转速时，飞轮不能给系统提供动力，此时发动机给液压系统提供动力，与发动机相连的变量泵/马达作为泵工作给系统提供压力油，使系统的油压上升。一方面，通过与飞轮相连的变量泵/马达作为马达工作给系统提供压力，使汽车加速；另一方面，给飞轮提供少量的动力使飞轮的转速维持在规定的最低转速。

为了提高飞轮的能量利用率，避免系统不必要的能量消耗。将飞轮与其变量泵/马达之间增加一个离合器，在回收车辆制动减速的能量时，将离合器接合。当系统的液压能波动较小、系统压力基本恒定时，应将离合器分离，由蓄能器调节系统管路的压力能；而当系统的液压能降低较多、系统压力低于设定压力时，此时接合离合器，由飞轮给系统提供能量。

定压源液压系统中的蓄能器能稳定系统压力，消除波动。加速时，蓄能器向系统补充油液；减速时，蓄能器吸收系统的多余流量，改善系统的动态品质。当变量泵/马达处于泵工况时，蓄能器可贮存回收的能量，供起动加速时利用。

从图3-35可以看到，与驱动轮相连的变量泵/马达的排量是由驱动轮上的转速传感器、转矩传感器、系统压力传感器和由伺服阀控制的液压缸来实现自动控制的，以适应汽车行驶阻力的变化，实现车辆的无级变速。

与飞轮相连的变量泵/马达的排量是通过系统压力传感器、飞轮轴上的转速传感器和由伺服阀控制的液压缸进行控制的。由于飞轮及飞轮轴的材料限制了飞轮转速不能太高，为了安全，飞轮有最高速度的限制，与飞轮相连的速度传感器可以随时监测飞轮的转速，当驱动轮上的变量泵/马达作为泵工作给系统提供的能量超过飞轮所设置的最大动能时，为了保证系统压力的恒定及飞轮的最大动能不超过所规定的上限值，通过减压阀将剩余的能量释放掉。如果飞轮的转速低于最低转速时，与飞轮相连的速度传感器产生相应的信号控制作动器使离合器结合，同时控制伺服阀换位，液压缸动作使变量泵/马达作为马达工作，为飞轮提供动能。如果车辆加速引起液压系统压力下降时，压力传感器产生与压降相对应的信号，控制伺服阀换位，液压缸动作使变量泵/马达作为泵工作，为系统提供液压能，泵的排量控制是通过液压缸上的位移传感器来实现的。汽车减速时的控制调节过程与加速时类似。

与发动机相连的变量泵/马达的排量以及发动机的工作状态是通过控制器控制的，并通过系统的压力传感器和飞轮轴上的转速传感器形成闭环控制。当飞轮转速下降到不能为系统提供动能时，飞轮轴上的转速传感器和系统的压力传感器产生相应的信号，控制发动机起动工作；当系统动能由飞轮提供时，控制器使发动机停止工作。

由于发动机输出的动力与驱动轮的变量泵/马达所要求的动力无直接的联系，发动机主要是为系统间接提供动力，发动机的运转可以脱离与驱动轮转矩及转速的关系，使发动机在最经济的工作点运转，此时发动机转矩基本不变。因此在这种控制策略下，发动机运转是最经济的。

但是由于该系统压力基本恒定，系统的调节主要是依靠变量泵/马达的排量变化来进行控制的，而变量泵/马达的排量变化范围由于制造成本或空间布置等原因不可能很大，这就导致飞轮的转速范围不可能太大，在汽车下长坡或制动动能较大时，不可能充分地回收制动的能量。另外，系统传递的效率相对较低。

2.定压源液压驱动系统的优点

采用定压源（CPS）汽车能量回收系统以后，汽车的有关使用性能得到明显的改善，主要表现在以下几方面

（1）改善汽车的动力性能　汽车在加速时可利用蓄能器的液压能和飞轮贮存的动能，提高汽车的动力性能。

（2）改善汽车的燃油经济性　通过对汽车制动减速时汽车动能的回收和再利用，降低了发动机的燃料消耗。

（3）改善汽车的环境舒适性　由于汽车各驱动轮分别直接采用液压马达进行二轮（或四轮）驱动，减少了传统汽车的机械传动系统，从而降低了汽车行驶时机械传动系统所产生的振动和噪声。

（4）改善汽车的制动安全性能　采用能量回收系统的车辆，由于可实现汽车制动时的能量回收，因而在制动时大大提高了制动安全性能。

（5）改善汽车的行驶平顺性　汽车的非簧载质量减轻，使汽车的行驶平顺性得到了明显的改善。

（6）改善汽车的行驶的稳定性　在省去了汽车的机械传动系统以后，可以降低汽车的质心高度，从而提高了汽车行驶的稳定性。

从液压系统来看，其主要特点表现在以下几点：①由于系统压力比较稳定，因而可保护液压元件不受高压的冲击，延长液压元件的使用寿命，同时也可降低系统的噪声；②在定压源中传递能量，使工作压力直接作用于执行元件上，因而可以降低系统中的能量损耗，提高系统的使用效率；③ 系统结构简单，便于安装和检修。