乘用車換擋提醒裝置節能效果評價方法研究

王 兆，鄭天雷，保 翔，金約夫

(中國汽車技術研究中心 天津300300)

0 引 言

為貫徹落實國務院《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012—2020年)》中提出的“2020年我國乘用車新車平均燃料消耗量達到 5,L/100,km”的目標要求，促進汽車行業節能減排，我國于 2014年制定發布了乘用車第四階段燃料消耗量標準，標準中首次提出，采用換擋提醒裝置等循環外技術的車輛燃料消耗量可根據其節能效果相應減去一定額度。換擋提醒裝置在車輛實際道路行駛中具有較為明顯的節能效果，但由于現行標準的局限性，目前無法在試驗過程中體現其節能效果，因此需要研究針對換擋提醒裝置的節能效果量化評價方法，以保證乘用車第四階段燃料消耗量標準實施，促進循環外技術的應用。項目組自 2014年起承擔了相關標準制定任務，完成了乘用車換擋提醒裝置節能效果評價方法研究并開展了試驗驗證。

1 總體思路

換擋提醒裝置(GSI，Gear Shift Indicator)是指裝配于手動擋車輛的可實時、直觀地提醒駕駛員調整擋位以降低實際駕駛中燃料消耗量的裝置，在實際行駛中對于新手司機具有較為明顯的節能效果。現行輕型汽車燃料消耗量試驗方法標準(GB/T 19233—2008)規定駕駛員應按照固定換擋點進行操作，因此無法體現換擋提醒裝置的節能效果。

本研究的總體思路是以GB/T 19233—2008標準規定的固定換擋點方法為基礎，增加按照換擋提醒裝置操作的底盤測功機試驗，通過比較兩者之間差異得到節能效果。另一方面，考慮到在實際應用中并非所有司機均選擇按照換擋提醒裝置進行換擋操作，其對新手司機指導意義更大，因此需要開展使用比例系數等調查，通過系數校正得到實際應用中的節能效果值。

2 評價方法

2.1 試驗工況

評價方法以 GB/T 19233—2008標準中引用的NEDC循環(New European Driving Cycle)作為基準工況。NEDC循環由市區、市郊兩段工況組成，工況曲線和特征參數如圖1、表1所示：

圖1 NEDC循環曲線Fig.1 Driving cycle of NEDC

表1 NEDC特征參數Tab.1 Characteristic parameters of NEDC

2.2 試驗規程

為保證試驗精度同時精簡試驗量，車型在熱態條件下進行試驗，試驗前首先在底盤測功機上至少運行一個 NEDC循環或其他方式對車輛進行預熱。每組試驗由連續進行的一次基礎燃料消耗量試驗(以下簡稱“基礎試驗”)和按照換擋提醒裝置操作燃料消耗量試驗(以下簡稱“GSI試驗”)組成。其中，基礎試驗按照GB/T 19233—2008規定的固定換擋點進行換擋操作，GSI試驗按照換擋提醒裝置所指示的擋位進行換擋操作，換擋操作應在換擋提醒裝置指示擋位后的 2,s內完成，換擋過程迅速平穩。除預處理和換擋操作外，其他參照GB/T 19233—2008標準進行。

試驗共進行3組，試驗后按照公式分別對基礎試驗和 GSI試驗燃料消耗量試驗結果進行重復性檢驗。如能通過重復性檢驗，計算 3次試驗結果的平均值分別作為基礎燃料消耗量(FC0)和 GSI燃料消耗量(FCG)。如基礎試驗沒有通過重復性檢驗，采用較低2次燃料消耗量結果平均值作為FC0；如GSI試驗沒有通過重復性檢驗，采用較高2次燃料消耗量結果平均值作為FCG。

2.3 重復性檢驗方法

按下列公式計算3次試驗結果的第95百分位分布的標準差σ，并將3次測量結果中最大燃料消耗量與最小燃料消耗量之差(△Qmax)與σ值進行比較：如△Qmax不大于 σ，則視為通過重復性檢驗；如△Qmax大于σ，則視為沒有通過重復性檢驗。

2.4 相關系數

盡管通過比較基礎試驗和 GSI試驗結果可以得到換擋提醒裝置在 NEDC循環下的節能效果，但考慮到并非所有司機都選擇按照換擋提醒裝置進行換擋操作，因此需要通過相關系數對節能效果值進行校正。

為獲得更接近中國司機實際駕駛習慣的統計數據，項目組組織國內主要乘用車企業通過問卷調查的形式對包括換擋提醒裝置在內的循環外技術在國內的使用情況進行了調查，包括循環外技術使用比例、使用習慣、用戶實際工況等。調查共收集到 1,499份問卷數據，地域分布上涵蓋了我國華北、華東等主要地區，問卷數量與各地區人口和汽車保有量比例接近，具有一定代表性。

圖2 參與調查者駕齡分布Fig.2 Distribution of driving experience among interviewees

數據分析過程中，對受調查者的男女比例、年齡、教育程度、駕齡也進行了統計。其中，與換擋提醒裝置較為密切的駕齡情況統計如圖 2所示。從圖 2來看，受調查者中各駕齡分布較為均勻，駕齡在 3年內的調查者比例約占38.9%,。

在駕駛路段和路況方面(見圖 3)，超過半數受調查者(57%,)以市區行駛工況為主，而以高速行駛工況為主的受調查者僅占 4%,。在交通路況方面，接近45%,的受調查者在擁堵路況下駕駛，只有不到 15%,的受調查者的行駛路況較為暢通。我國駕駛員以市區工況、擁堵路況駕駛為主的特點決定了換擋提醒裝置、怠速起停等技術在實際使用中將發揮更大的節能效果。

圖3 行駛路段和路況分布Fig.3 Distribution of driving roads and conditions

在全部受訪者中，約 24%,的受訪者駕駛過具有換擋提醒裝置的手動擋車輛。總體上看，換擋提醒裝置作為一項新技術，在目前我國乘用車市場上已具有一定市場規模。在全部受訪者中，約33%,的人表示會根據儀表盤上的換擋提示來進行換擋。若將駕駛過和未駕駛過帶換擋提醒裝置車輛的受訪者區分統計，約 54%,駕駛過該類車輛的受訪者表示會按換擋提示來進行換擋操作，而未駕駛過的受訪者中該比例為27%,，兩者相差較大(見圖 4)。分析其中原因，一是受訪者對換擋提醒裝置的接受與否一定程度上影響到其購車選擇，因此在駕駛過該類車輛的受訪者中接受比例更高；二是受訪者在實際接觸和熟悉換擋提醒裝置后，愿意按其操作的比例有所提升。

圖4 是否會根據換擋提示來進行換擋操作Fig.4 Responses to whether shift according to GSI of indication

在駕駛過帶換擋提醒裝置車輛的受訪者中，根據駕齡對換擋提醒裝置的使用比例進行統計，如圖5所示。從圖中可以看出，換擋提醒裝置的使用比例隨著駕齡的增加有減少的趨勢。這主要是由于隨著駕齡增長，駕駛經驗增加，換擋等操作更接近經濟區間，因此對換擋提醒裝置的需求比例也越低。

圖5 不同駕齡按換擋提示進行換擋的比例Fig.5 The proportion of shifting according to the indication of GSI regarding different driving years

以上述調查數據統計情況為基礎對相關系數進行了研究，考慮的系數主要包括使用比例系數(K1)和持久系數(K2)兩項。其中，K1是指駕駛具有換擋提醒裝置車輛的司機中能夠按照裝置提示進行換擋操作的比例，從調查數據看K1應位于0.27～0.54之間，從鼓勵技術應用角度出發，以均值為基準適當上浮將該系數確定為 0.45；K2是指換擋提醒裝置效用的持久性，也即是隨著時間的推移司機仍關注換擋提醒裝置的比例，參照不同駕齡下換擋提醒使用比例的變化情況及歐洲相關法規規定確定為0.8。

2.5 節能效果計算

匯總以上研究結果，對于裝配換擋提醒裝置的手動擋車輛，按照下列公式計算該車型上換擋提醒裝置的節能效果：

式中：FCJ——換擋提醒裝置的節能效果，單位為L/100,km；FC0——基礎燃料消耗量，單位為L/100,km；FCG——按換擋提醒裝置操作的燃料消耗量，單位為L/100,km；K1——使用比例系數；K2——使用持久系數。

3 試驗驗證

為進一步驗證評價方法的可行性以及掌握未來標準實施后車型可能獲得的節能效果值情況，項目組組織國內主要乘用車企業開展了試驗驗證。總體上看，本評價方法測試設備和精度要求與GB/T 19233—2008標準類似，而各檢測機構和汽車企業實驗室在GB/T 19233—2008標準實施過程中已積累了較多經驗，因此未來換擋提醒評價方法實施后，現有的試驗設備、試驗精度、試驗人員等完全可以滿足標準實施需求。

項目組共組織開展了17個乘用車車型的驗證試驗。各車型基礎燃料消耗量和GSI燃料消耗量如圖6所示。從圖中可以看出，被試車型的綜合燃料消耗量分布較為集中，大致分布在 6～7,L/100,km之間。各車型 GSI燃料消耗量均較基礎燃料消耗量有所降低。

圖6 車型基礎/GSI燃料消耗量對比(綜合工況)Fig.6 Comparison between vehicle conditions and GSI fuel consumption(combined cycles)

基礎和GSI燃料消耗量差值以及在基礎燃料消耗量中的占比如圖 7所示。從圖中可以看出，被試車型綜合燃料消耗量差值大致分布在 0.15～0.4,L/100,km 之間，在基礎燃料消耗量中的占比大致分布在 2.5%,～5.5%,之間，也即是換擋提醒裝置對車輛燃料消耗量的直接改善效果。

圖7 車型基礎/GSI燃料消耗量差值(綜合工況)Fig.7 Differences between vehicle conditions and GSI fuel consumption(combined cycles)

若按照NEDC市區、市郊和綜合工況進行分析，各車型基礎和 GSI燃料消耗量差值以及其在基礎燃料消耗量中的占比如圖 8所示。從圖中可以看出，由于市區工況車速較低、加減速頻繁、換擋操作更多，因此換擋提醒裝置的節能效果更大；相應地車輛在市郊工況下節能效果并不明顯，甚至個別車型出現了GSI燃料消耗量高于基礎燃料消耗量的情況。

圖8 燃料消耗量差值在基礎燃料消耗量中的占比(市區、市郊、綜合工況)Fig.8 The proportion of differences in basic fuel consumption(urban，suburban and combined cycles)

各車型按照公式 2計算的節能效果值對比如圖9所示。從圖中可以看出，盡管各車型基礎燃料消耗量接近，均采用了換擋提醒裝置，但最終各車型獲得的節能效果值相差較大，最大值接近 0.15,L/100,km，最小值約 0.07,L/100,km，這也體現了不同汽車企業換擋提醒裝置的技術水平差異。

圖9 各車型獲得的節能效果值對比Fig.9 Comparison of energy saving effects of differentvehicle types

圖10 節能效果值與基礎燃料消耗量分布(綜合工況)Fig.10 Distribution of energy saving effects and basic fuel consumption(combined cycles)

不同車輛換擋提醒裝置節能效果值與基礎燃料消耗量分布如圖 10所示。從圖中可以看出，換擋提醒裝置節能效果值與基礎燃料消耗量之間相關性較差。在同樣的基礎燃料消耗量下，不同車型可以獲得的節能效果值相差最大可達 50%,以上，決定節能效果值的主要因素是換擋提醒裝置本身的控制策略和技術水平，而非基礎燃料消耗量。

4 結 論

綜上所述，本研究完成了基于整車底盤測功機試驗的換擋提醒裝置節能效果評價方法，同時根據問卷調查統計結果確定了使用比例系數和持久系數。項目組選取 17個車型進行了試驗驗證，從驗證結果來看，換擋提醒裝置節能效果值在0.07～0.15,L/100,km之間，不同車型換擋提醒裝置的節能效果值相差較大，體現了技術水平差異。

通過本研究的開展，為客觀評估我國乘用車換擋提醒裝置節能效果和技術水平、乘用車第四階段燃料消耗量標準實施以及實現《規劃》提出的“2020年我國乘用車新車平均燃料消耗量達到 5,L/100,km”發展目標提供了技術支撐。

［1］ The European Commission. (EU)No 65/2012，Implementing Regulation(EC)No 661/2009 of the European Parliament and of the Council as Regards Gear Shift Indicators and Amending Directive 2007/46/EC of the European Parliament and of the Council [S].

［2］ 全國汽車標準化技術委員會.輕型汽車燃料消耗量試驗方法[S]. GB/T 19233—2008. 北京：中國標準出版社，2008.

［3］ 全國汽車標準化技術委員會. 乘用車燃料消耗量評價方法及指標[S]. GB 27999—2014. 北京：中國標準出版社，2014.