吳倡激、鐘遠銘、全亞、蘭日輝

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

0 引言

隨著汽車保有量的增多，給環(huán)境污染帶來極大的負擔，而燃油汽車的尾氣排放則是造成霧霾的主要因素之一。因此從節(jié)能減排方面來說，降低汽車油耗已成為社會普遍共識。

據(jù)生產(chǎn)一致性油耗抽檢測試記錄統(tǒng)計顯示，本司A 平臺和B平臺各車型油耗結(jié)果波動較大；甚至有些結(jié)果超出公告限值，給油耗一致性控制帶來抽查不過的風險。若油耗抽查不過，不僅影響量產(chǎn)車型售賣與新車型上公告，而且會影響公司信譽。因此，急需控制整車油耗波動實現(xiàn)降低油耗值。

1 現(xiàn)狀調(diào)查并確定目標

1.1 現(xiàn)狀調(diào)查統(tǒng)計

通過生產(chǎn)一致性油耗抽樣統(tǒng)計表，對本司A 平臺和B 平臺同配置不同車型（0 km）進行油耗進行統(tǒng)計。主要車型測試結(jié)果顯示（圖1），公司主要乘用車油耗波動在0～0.40 L/100 km。

圖1 各車型油耗波動

為了評價本司各車型油耗波動是否合理，進一步通過對2 家合資車企的車輛進行油耗波動水平調(diào)查可知，這2 家合資車企的油耗波動幅度均為0～0.20 L/100 km。通過對比可以看出，本司A 平臺和B 平臺車型的油耗波動值遠大于合資車型（圖2）。

圖2 與合資車型油耗波動對比

通過進一步對各個車型的油耗數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)各個車型有部分車輛油耗能夠直接滿足公告值，但油耗波動幅度大，平均值被拉高，加大了油耗不合格風險。

1.2 新車（0 km）油耗調(diào)查

對A 平臺同配置的所有車型進行新車（0 km）油耗統(tǒng)計。將油耗值由大到小排列，截取較小油耗值并且樣本數(shù)選為總測試次數(shù)的30%，進行平均計算（圖3）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)全部車型30%最小平均值仍不滿足其公告值上偏差（公告值×1.04）。

圖3 A 平臺各車型（0 km）油耗統(tǒng)計

1.3 磨合后（3 000 km）油耗調(diào)查

A 平臺各車型磨合后（3 000 km）油耗情況如表1所示，可以發(fā)現(xiàn)各個車型中還是有部分車輛油耗能夠直接滿足公告值。需要說明的是，將沒有一款車型能夠直接滿足公告值定義為第一種情況；有4 款車型油耗值在公告值上偏差之內(nèi)，即第二種情況；有2 款車油耗值超過公告值上偏差，即第三種情況?？梢?，應(yīng)對國家質(zhì)量檢測中心的抽查測試會有相當大的風險。

表1 A 平臺各車型的油耗風險

另外根據(jù)B 平臺S 系列車型抽查的新車（0 km）油耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計（圖4），發(fā)現(xiàn)S 系列同樣存在個別車輛不滿足其公告值上偏差（公告值×1.04）。而且整年度抽查結(jié)果顯示，油耗波動值達0.36 L/ 100 km。

圖4 S 系列不同配置車型（0 km）油耗統(tǒng)計

通過對各個車型的油耗數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)各車型都有部分車輛油耗能夠直接滿足公告值，但油耗波動幅度大，

平均值被拉高，加大油耗不合格風險。因此油耗不符合公告值上偏差的問題癥結(jié)是：整車油耗波動幅度大。

1.4 目標制定

經(jīng)本司相關(guān)部門溝通討論后，根據(jù)A 平臺和B 平臺各車型配不同輪胎測出的油耗差異，以及對比其他合資車企的油耗波動范圍，對本司新產(chǎn)品開發(fā)控制制定以下目標：油耗異常波動幅度由0～0.40 L/100 km 降低到0～0.25 L/100 km。

2 原因分析

通過分析發(fā)現(xiàn)，影響燃油經(jīng)濟性的因素有很多，主要包括：人員測試技能、發(fā)動機和變速器效率、熱效率、寄生損失、滾動阻力、空氣阻力以及整車質(zhì)量等。因此通過運用人、機、料、法、環(huán)將影響因素逐一分解，列出整車油耗影響因素矩陣（圖5）。經(jīng)過討論和分析，挑選出8 個最有可能影響油耗的因素：測試員工駕駛車輛穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)鼓穩(wěn)定性、發(fā)動機總成一致性、變速器總成一致性、輪胎總成一致性、進排氣總成一致性、車輛磨合方法差異以及試驗前車輛準備差異。隨后需要逐一進行要因確認。

圖5 影響整車油耗因素矩陣圖

2.1 員工駕駛車輛穩(wěn)定性分析

經(jīng)過查驗，油耗測試時，測試員工嚴格按照GB/T 12545.1—2008《汽車燃料消耗量試驗方法.第1 部分:乘用車燃料消耗量試驗方法》和GB18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法》執(zhí)行，沒有發(fā)現(xiàn)違反操作標準規(guī)程的現(xiàn)象。但是每個員工試車技能熟練程度以及每天心情狀態(tài)都會影響到控制加速踏板和制動踏板的準確性與重復(fù)性，這是無法避免的因而必然會使油耗測試結(jié)果產(chǎn)生波動。

2.2 轉(zhuǎn)鼓穩(wěn)定性分析

將一臺已經(jīng)磨合3 000 km 的標桿車在同一個轉(zhuǎn)鼓上重復(fù)多次試驗，以驗證駕駛員以及設(shè)備的穩(wěn)定性?？倻y試樣本量為78臺次，每個月的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析（圖6）。可以發(fā)現(xiàn)，各個月的平均值最大差值約為0.10 L/100 km；而同一個月份內(nèi)極差可達0.20 L/100 km。

圖6 整車排放轉(zhuǎn)鼓的穩(wěn)定性驗證

2.3 發(fā)動機總成一致性分析

對54 臺次發(fā)動機進行抽查，可覆蓋所有機型，主要監(jiān)測發(fā)動機在2 000 r/min 時的油耗率。所有發(fā)動機的油耗率指標都能落到控制目標值的±4%偏差內(nèi)。同時發(fā)動機的扭矩、功率等指標也能夠滿足要求，總體表現(xiàn)穩(wěn)定。此外，將2 臺油耗率差異3%的發(fā)動機裝配至同一輛車上測試油耗，結(jié)果顯示對應(yīng)的整車油耗沒有顯著差異。

2.4 變速器總成一致性分析

按照行業(yè)標準QC/T 568—2019《汽車機械式變速器總成技術(shù)條件及臺架試驗方法》對裝配的2 款變速器效率開展測試，測試條件為：變速器油溫為80℃；負荷為100%；轉(zhuǎn)速分別為4 000 r/min 和3 500 r/min。測試后G1 和G2 變速器綜合效率分別96.0%與96.2%，均滿足綜合效率達到94.0%的要求，并且無顯著差異。但是根據(jù)阻滯力測試條件，對2 款變速器的各擋位平均阻滯力進行比較發(fā)現(xiàn)，G1 變速器的阻滯力明顯大于G2，特別是在高擋位（圖7）。

圖7 G1 與G2 變速器平均阻滯力比較

經(jīng)過討論變速器對整車油耗的影響，需采用更規(guī)范測試及評價方法，因此決定變速器一致性對油耗貢獻另設(shè)專題深入研究，本文不展開具體討論。

2.5 輪胎總成一致性分析

輪胎滾動阻力（以下簡稱滾阻）分為靜摩擦力和彈力損耗。靜摩擦力是指物體在滾動的過程中由于接觸面的不斷變化而形成的摩擦力。當輪胎在滾動時（輪胎主動旋轉(zhuǎn)而使使車輛前進)，輪胎與地面的靜摩擦力則是前進的驅(qū)動力，而不再是阻力。車輪在轉(zhuǎn)動時，輪胎由于受到壓力而不斷產(chǎn)生形變，壓力的方向不是垂直于地面，而是指向圓心。輪胎在恢復(fù)形變產(chǎn)生的力經(jīng)過分解，勢必會產(chǎn)生一部分的阻力，這就是彈力損耗。

降低輪胎的滾阻可減少車輛運動時所受的阻力，從而達到更高的動能轉(zhuǎn)換率?，F(xiàn)代汽車滾阻造成的油耗占整車油耗的14%～17%，滾阻每降低10%，油耗可降低1%～2%，所以在車輛風阻無法克服的情況下，降低滾阻是非常實用的。同等汽車質(zhì)量條件下，輪胎滾阻系數(shù)越小，則整車滑行距離越長，整車阻力越小。輪胎結(jié)構(gòu)及滾阻分布如圖8所示。

圖8 輪胎結(jié)構(gòu)及滾阻分布

對A 平臺S 系列和B 平臺S 系列同配置配不同品牌輪胎進行新車（0 km）油耗統(tǒng)計，測試結(jié)果如圖9和圖10所示。A平臺S 系列樣本車型測試4 臺車，配T1 輪胎樣本油耗均值為7.79 L/100 km，配T2 輪胎樣本油耗均值為7.72 L/100 km；B 平臺S 系列樣本車型測試6 臺車，配T1 輪胎樣本油耗均值為6.50 L/100 km，配T3 輪胎樣本油耗均值為6.45 L/100 km。

圖9 A 平臺S 系列新車（0 km）樣本油耗統(tǒng)計

圖10 B 平臺S 系列新車（0 km）樣本油耗統(tǒng)計

輪胎總成受材料、配方和工藝等多種因素影響而使整車滾動阻力波動。通過互換不同供應(yīng)商、不同批次的輪胎，在A 平臺S系列和B 平臺S 系列車型上驗證對整車油耗的影響。從抽查情況來看，輪胎總成影響整車油耗波動達0.05～0.07 L/100 km。

根據(jù)《2012—2020年乘用車燃料消耗量標準節(jié)能技術(shù)節(jié)能技術(shù)經(jīng)濟分析報告》，查得輪胎滾阻與油耗關(guān)系如圖11所示，說明車輛的滾動阻力越大，油耗也隨之增高。另外分別針對A 平臺S 系列和B 平臺S 系列同一型號車型，配置不同供應(yīng)商的輪胎進行滾阻測試抽樣檢測，可以看出同一型號不同供應(yīng)商輪胎的滾阻存在差異（表2）。而通過油耗仿真測試結(jié)果也可以確定，輪胎滾阻對油耗影響確實為主要因素。

表2 A 平臺S 系列和B 平臺S 系列輪胎滾阻及仿真油耗結(jié)果

圖11 輪胎滾阻與油耗關(guān)系曲線

2.6 進排氣總成一致性分析

進排氣總成一致性不好，會給發(fā)動機的進氣效率以及排氣能力帶來波動，從而給整車油耗帶來波動。通過抽查與記錄測試過程中進氣溫度、進氣壓力以及排氣背壓的變化，可發(fā)現(xiàn)同款同配置車型的這些參數(shù)并沒有很大的差異。

2.7 車輛磨合方法差異分析

在測試油耗的NEDC 工況（New European Driving Cycle，即新標歐洲駕駛周期）中，低擋位低車速的運行工況居多。如果在磨合過程中，低擋位（1 擋和2 擋）沒有得到充分磨合，或者說是低擋位磨合的規(guī)范不一樣，也會導致油耗波動。新車磨合3 000 km 左右，對于前驅(qū)車輛可降低油耗約2%，后驅(qū)車輛可降低油耗4%左右。但是從質(zhì)量部抽查的量產(chǎn)新車以及磨合3 000 km 后的車輛油耗測試結(jié)果來看，油耗波動均為4%左右。即油耗波動與車輛磨合與否沒有直接關(guān)系。

2.8 試驗前車輛準備差異分析

油耗測試前要經(jīng)過轉(zhuǎn)鼓臺架預(yù)處理，經(jīng)過特定區(qū)域大約6 h 的浸車，才能進行正式油耗試驗。因此整車預(yù)處理過程的整車狀態(tài)與試驗時的狀態(tài)是否一致，以及浸車區(qū)域的溫度和濕度，都會影響最終的油耗結(jié)果。為此，需要嚴格記錄每一次油耗測試的初始條件，如初始水溫、輪胎胎壓、滑行曲線設(shè)置、蓄電池初始電壓、大氣壓力以及大氣溫度等。通過對比發(fā)現(xiàn)，試驗前車輛狀態(tài)符合測試標準。

3 輪胎總成一致性控制措施

針對要因制定相應(yīng)的對策和措施（表3）。以下主要針對輪胎總成一致性控制措施進行論述。

表3 對策措施表

3.1 采用更為合理的輪胎滾阻的測試方法

在行業(yè)標準ISO 28580：2018《Passenger car,truck and bus tyre rolling resistance measurement method——Single point test and correlation of measurement results》（乘用車、商用車輪胎滾動阻力測量方法——單點試驗和測量結(jié)果相關(guān)性）的測試規(guī)范中，只測量80 km/h 的輪胎滾阻值。由于輪胎在不同負載及車速下具有的滾阻不同，因此該標準不能體現(xiàn)出NEDC測試工況下輪胎真實的運行條件。

為此，本研究將測試評價方法更改為美國SAE J 2452—1999《Stepwise Coastdown Methodology for Measuring Tire Rolling Resistance》（輪胎滾動阻力逐步衰減檢測法）測試評價方法。此評價方法能更多地反應(yīng)輪胎在不同工況下的滾阻值，更符合輪胎滾阻的真實評價。按照SAE J2452-1999 標準抽取一定數(shù)量的不同供應(yīng)商輪胎樣本進行測試，測試結(jié)果如表4所示。

表4 A 平臺S 系列和B 平臺S 系列輪胎滾阻及仿真油耗結(jié)果

圖12所示為不同供應(yīng)商輪胎采用SAE J2452-1999 標準測試的滾阻對比，從測試結(jié)果可以看出，T2 ＜T1，T3 ＜T1。圖13所示為不同供應(yīng)商輪胎滾阻仿真油耗對比，可以看出A 平臺S 系列5MT 車型測試結(jié)果：T1 比T2 高0.09 L/100 km；B 平臺S 系列6MT 車型測試結(jié)果：T1 比T3 高0.07 L/100 km。滾阻測試和仿真結(jié)果與實車油耗結(jié)果基本一致，兩種供應(yīng)商中T1 滾阻最高，影響油耗約0.05～0.10 L/100 km。

圖12 采用SAE 標準測試不同供應(yīng)商輪胎滾阻對比

圖13 不同供應(yīng)商輪胎滾阻仿真油耗對比

3.2 提出更規(guī)范的輪胎評價指標

以新的輪胎滾阻評價標準，對輪胎供應(yīng)商提出更為規(guī)范的輪胎評價指標。以A 平臺S 系列新品車型R 的開發(fā)來驗證措施實施的有效性。R 車型前期開發(fā)過程中，首先將油耗目標分解到各個子系統(tǒng)，然后根據(jù)各個子系統(tǒng)目標值提出關(guān)鍵控制指標。例如輪胎對油耗影響的關(guān)鍵控制指標為輪胎滾阻，根據(jù)分解到輪胎的目標，對輪胎滾阻結(jié)合SAE 測試進行量化，提出最終輪胎的滾阻目標。

根據(jù)A 平臺S 系列車型R 油耗目標分解到輪胎系統(tǒng)的目標值，對輪胎滾阻系數(shù)提出了7.5‰的要求，并指定供應(yīng)商提供符合SAE 測試結(jié)果為7.5‰滾阻系數(shù)的輪胎。通過輪胎SAE測試得出的參數(shù)進行油耗仿真驗證及實車油耗驗證，得出測試結(jié)果如表5所示。仿真油耗數(shù)據(jù)顯示,油耗波動幅度控制在0～0.25 L/100 km，達成目標。

表5 R 車型輪胎滾阻及仿真油耗結(jié)果

3.3 加強供應(yīng)商對輪胎滾阻生產(chǎn)一致性控制

結(jié)合SAE 測試結(jié)果對產(chǎn)品滾阻進行量化，并對供應(yīng)商提出在產(chǎn)輪胎滾阻波動范圍，加強供應(yīng)商對輪胎滾阻生產(chǎn)一致性控制,以降低輪胎滾阻波動對整車油耗的影響。

4 效果對比

將輪胎滾阻生產(chǎn)一致性控制推廣至其他車型，與沒有進行控制之前對比，油耗波動值能夠控制在0.25 L/100 km 內(nèi)（圖14）。本研究最初的目標達成。

圖14 A 平臺和B 平臺油耗一致性控制結(jié)果

5 結(jié)束語

輪胎滾阻生產(chǎn)一致性控制可以顯著減小整車油耗波動，提高整車油耗一致性，減小法規(guī)風險的同時又提高企業(yè)信譽。加強對輪胎滾動阻力的試驗研究，降低輪胎滾動阻力對于節(jié)能減排具有重要意義。當然，除了輪胎生產(chǎn)一致性控制以外，其他主要因素的分析同樣重要，需要另外進行專題深入研究解決。