轮胎滚阻对整车油耗影响的差异分析与整车油耗一致性控制研究

吴倡激 钟远铭 全亚 兰日辉

关键词：轮胎滚阻;整车油耗;一致性;油耗控制;油耗测试

0引言

随着汽车保有量的增多，给环境污染带来极大的负担，而燃油汽车的尾气排放则是造成雾霾的主要因素之一[1]。因此从节能减排方面来說，降低汽车油耗已成为社会普遍共识。

据生产一致性油耗抽检测试记录统计显示，本司A平台和B平台各车型油耗结果波动较大;甚至有些结果超出公告限值[2]，给油耗一致性控制带来抽查不过的风险。若油耗抽查不过，不仅影响量产车型售卖与新车型上公告，而且会影响公司信誉。因此，急需控制整车油耗波动实现降低油耗值。

1现状调查并确定目标

1.1现状调查统计

通过生产一致性油耗抽样统计表，对本司A平台和B平台同配置不同车型（0km）进行油耗进行统计。主要车型测试结果显示（图1），公司主要乘用车油耗波动在0～0.40L/100km。

为了评价本司各车型油耗波动是否合理，进一步通过对2家合资车企的车辆进行油耗波动水平调查可知，这2家合资车企的油耗波动幅度均为0～0.20L/100km。通过对比可以看出，本司A平台和B平台车型的油耗波动值远大于合资车型（图2）。

通过进一步对各个车型的油耗数据分析，发现各个车型有部分车辆油耗能够直接满足公告值，但油耗波动幅度大，平均值被拉高，加大了油耗不合格风险。

1.2新车（0km）油耗调查

对A平台同配置的所有车型进行新车（0km）油耗统计。将油耗值由大到小排列，截取较小油耗值并且样本数选为总测试次数的30%，进行平均计算（图3）。结果发现全部车型30%最小平均值仍不满足其公告值上偏差（公告值×1.04）。

1.3磨合后（3000km）油耗调查

A平台各车型磨合后（3000km）油耗情况如表1所示，可以发现各个车型中还是有部分车辆油耗能够直接满足公告值。需要说明的是，将没有一款车型能够直接满足公告值定义为第一种情况;有4款车型油耗值在公告值上偏差之内，即第二种情况;有2款车油耗值超过公告值上偏差，即第三种情况。可见，应对国家质量检测中心的抽查测试会有相当大的风险。

另外根据B平台S系列车型抽查的新车（0km）油耗数据统计（图4），发现S系列同样存在个别车辆不满足其公告值上偏差（公告值×1.04）。而且整年度抽查结果显示，油耗波动值达0.36L/100km。

通过对各个车型的油耗数据分析，发现各车型都有部分车辆油耗能够直接满足公告值，但油耗波动幅度大，平均值被拉高，加大油耗不合格风险。因此油耗不符合公告值上偏差的问题症结是：整车油耗波动幅度大。

1.4目标制定

经本司相关部门沟通讨论后，根据A平台和B平台各车型配不同轮胎测出的油耗差异，以及对比其他合资车企的油耗波动范围，对本司新产品开发控制制定以下目标：油耗异常波动幅度由0～0.40L/100km降低到0～0.25L/100km。

2原因分析

通过分析发现，影响燃油经济性的因素有很多，主要包括：人员测试技能、发动机和变速器效率、热效率、寄生损失、滚动阻力、空气阻力以及整车质量等。因此通过运用人、机、料、法、环将影响因素逐一分解，列出整车油耗影响因素矩阵（图5）。经过讨论和分析，挑选出8个最有可能影响油耗的因素：测试员工驾驶车辆稳定性、转鼓稳定性、发动机总成一致性、变速器总成一致性、轮胎总成一致性、进排气总成一致性、车辆磨合方法差异以及试验前车辆准备差异。随后需要逐一进行要因确认。

2.1员工驾驶车辆稳定性分析

经过查验，油耗测试时，测试员工严格按照GB/T12545.1—2008《汽车燃料消耗量试验方法.第1部分：乘用车燃料消耗量试验方法》和GB18352.6—2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》执行，没有发现违反操作标准规程的现象。但是每个员工试车技能熟练程度以及每天心情状态都会影响到控制加速踏板和制动踏板的准确性与重复性，这是无法避免的因而必然会使油耗测试结果产生波动。

2.2转鼓稳定性分析

将一台已经磨合3000km的标杆车在同一个转鼓上重复多次试验，以验证驾驶员以及设备的稳定性。总测试样本量为78台次，每个月的数据进行数据分析（图6）。可以发现，各个月的平均值最大差值约为0.10L/100km;而同一个月份内极差可达0.20L/100km。

2.3发动机总成一致性分析

对54台次发动机进行抽查，可覆盖所有机型，主要监测发动机在2000r/min时的油耗率。所有发动机的油耗率指标都能落到控制目标值的±4%偏差内。同时发动机的扭矩、功率等指标也能够满足要求，总体表现稳定。此外，将2台油耗率差异3%的发动机装配至同一辆车上测试油耗，结果显示对应的整车油耗没有显著差异。

2.4变速器总成一致性分析

按照行业标准QC/T568—2019《汽车机械式变速器总成技术条件及台架试验方法》对装配的2款变速器效率开展测试[3]，测试条件为：变速器油温为80℃;负荷为100%;转速分别为4000r/min和3500r/min。测试后G1和G2变速器综合效率分别96.0%与96.2%，均满足综合效率达到94.0%的要求，并且无显著差异。但是根据阻滞力测试条件，对2款变速器的各挡位平均阻滞力进行比较发现，G1变速器的阻滞力明显大于G2，特别是在高挡位（图7）。

经过讨论变速器对整车油耗的影响，需采用更规范测试及评价方法，因此决定变速器一致性对油耗贡献另设专题深入研究，本文不展开具体讨论。

2.5轮胎总成一致性分析

轮胎滚动阻力（以下简称滚阻）分为静摩擦力和弹力损耗。静摩擦力是指物体在滚动的过程中由于接触面的不断变化而形成的摩擦力。当轮胎在滚动时（轮胎主动旋转而使使车辆前进），轮胎与地面的静摩擦力则是前进的驱动力，而不再是阻力。车轮在转动时，轮胎由于受到压力而不断产生形变，压力的方向不是垂直于地面，而是指向圆心。轮胎在恢复形变产生的力经过分解，势必会产生一部分的阻力，这就是弹力损耗。6914556A-053D-447A-AB11-3A2338D57E4B

降低轮胎的滚阻可减少车辆运动时所受的阻力，从而达到更高的动能转换率。现代汽车滚阻造成的油耗占整车油耗的14%～17%，滚阻每降低10%，油耗可降低1%～2%，所以在车辆风阻无法克服的情况下，降低滚阻是非常实用的。同等汽车质量条件下，轮胎滚阻系数越小，则整车滑行距离越长，整车阻力越小。轮胎结构及滚阻分布如图8所示。

对A平台S系列和B平台S系列同配置配不同品牌轮胎进行新车（0km）油耗统计，测试结果如图9和图10所示。A平台S系列样本车型测试4台车，配T1轮胎样本油耗均值为7.79L/100km，配T2轮胎样本油耗均值为7.72L/100km;B平台S系列样本车型测试6台车，配T1轮胎样本油耗均值为6.50L/100km，配T3轮胎样本油耗均值为6.45L/100km。

轮胎总成受材料、配方和工艺等多种因素影响而使整车滚动阻力波动。通过互换不同供应商、不同批次的轮胎，在A平台S系列和B平台S系列车型上验证对整车油耗的影响。从抽查情况来看，轮胎总成影响整车油耗波动达0.05～0.07L/100km。

根据《2012—2020年乘用车燃料消耗量标准节能技术节能技术经济分析报告》，查得轮胎滚阻与油耗关系如图11所示[4]，说明车辆的滚动阻力越大，油耗也随之增高。另外分别针对A平台S系列和B平台S系列同一型号车型，配置不同供应商的轮胎进行滚阻测试抽样检测，可以看出同一型号不同供应商轮胎的滚阻存在差异（表2）。而通过油耗仿真测试结果也可以确定，轮胎滚阻对油耗影响确实为主要因素。

2.6进排气总成一致性分析

进排气总成一致性不好，会给发动机的进气效率以及排气能力带来波动，从而给整车油耗带来波动。通过抽查与记录测试过程中进气温度、进气压力以及排气背压的变化，可发现同款同配置车型的这些参数并没有很大的差异。

2.7车辆磨合方法差异分析

在测试油耗的NEDC工况（NewEuropeanDrivingCycle，即新标欧洲驾驶周期）中，低挡位低车速的运行工况居多。如果在磨合过程中，低挡位（1挡和2挡）没有得到充分磨合，或者说是低挡位磨合的规范不一样，也会导致油耗波动。新车磨合3000km左右，对于前驱车辆可降低油耗约2%，后驱车辆可降低油耗4%左右。但是从质量部抽查的量产新车以及磨合3000km后的车辆油耗测试结果来看，油耗波动均为4%左右。即油耗波动与车辆磨合与否没有直接关系。

2.8试验前车辆准备差异分析

油耗测试前要经过转鼓台架预处理，经过特定区域大约6h的浸车，才能进行正式油耗试验。因此整车预处理过程的整车状态与试验时的状态是否一致，以及浸车区域的温度和湿度，都会影响最终的油耗结果。为此，需要严格记录每一次油耗测试的初始条件，如初始水温、轮胎胎压、滑行曲线设置、蓄电池初始电压、大气压力以及大气温度等。通过对比发现，试验前车辆状态符合测试标准。

3轮胎总成一致性控制措施

针对要因制定相应的对策和措施（表3）。以下主要针对轮胎总成一致性控制措施进行论述。

3.1采用更为合理的轮胎滚阻的测试方法

在行业标准ISO28580：2018《Passengercar，truckandbustyrerollingresistancemeasurementmethod——Singlepointtestandcorrelationofmeasurementresults》（乘用车、商用车轮胎滚动阻力测量方法——单点试验和测量结果相关性）的测试规范中，只测量80km/h的轮胎滚阻值[5]。由于轮胎在不同负载及车速下具有的滚阻不同，因此该标准不能体现出NEDC测试工况下轮胎真实的运行条件。

为此，本研究将测试评价方法更改为美国SAEJ2452—1999《StepwiseCoastdownMethodologyforMeasuringTireRollingResistance》（轮胎滚动阻力逐步衰减检测法）测试评价方法。此评价方法能更多地反应轮胎在不同工况下的滚阻值[6]，更符合轮胎滚阻的真实评价。按照SAEJ2452-1999标准抽取一定数量的不同供应商轮胎样本进行测试，测试结果如表4所示。

图12所示为不同供应商轮胎采用SAEJ2452-1999标准测试的滚阻对比，从测试结果可以看出，T23.2提出更规范的轮胎评价指标

以新的轮胎滚阻评价标准，对轮胎供应商提出更为规范的轮胎评价指标。以A平台S系列新品车型R的开发来验证措施实施的有效性。R车型前期开发过程中，首先将油耗目标分解到各个子系统，然后根据各个子系统目标值提出关键控制指标。例如轮胎对油耗影响的关键控制指标为轮胎滚阻，根据分解到轮胎的目标，对轮胎滚阻结合SAE测试进行量化，提出最终轮胎的滚阻目标。

根据A平台S系列车型R油耗目标分解到轮胎系统的目标值，对轮胎滚阻系数提出了7.5‰的要求，并指定供应商提供符合SAE测试结果为7.5‰滚阻系数的轮胎。通过轮胎SAE测试得出的参数进行油耗仿真验证及实车油耗验证，得出测试结果如表5所示。仿真油耗数据显示，油耗波动幅度控制在0～0.25L/100km，达成目标。

3.3加強供应商对轮胎滚阻生产一致性控制

结合SAE测试结果对产品滚阻进行量化，并对供应商提出在产轮胎滚阻波动范围，加强供应商对轮胎滚阻生产一致性控制，以降低轮胎滚阻波动对整车油耗的影响。

4效果对比

将轮胎滚阻生产一致性控制推广至其他车型，与没有进行控制之前对比，油耗波动值能够控制在0.25L/100km内（图14）。本研究最初的目标达成。

5结束语

轮胎滚阻生产一致性控制可以显著减小整车油耗波动，提高整车油耗一致性，减小法规风险的同时又提高企业信誉。加强对轮胎滚动阻力的试验研究，降低轮胎滚动阻力对于节能减排具有重要意义[7]。当然，除了轮胎生产一致性控制以外，其他