王 兆，郑天雷，保 翔，金约夫

(中国汽车技术研究中心 天津300300)

0 引 言

为贯彻落实国务院《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)》中提出的“2020年我国乘用车新车平均燃料消耗量达到 5,L/100,km”的目标要求，促进汽车行业节能减排，我国于 2014年制定发布了乘用车第四阶段燃料消耗量标准，标准中首次提出，采用换挡提醒装置等循环外技术的车辆燃料消耗量可根据其节能效果相应减去一定额度。换挡提醒装置在车辆实际道路行驶中具有较为明显的节能效果，但由于现行标准的局限性，目前无法在试验过程中体现其节能效果，因此需要研究针对换挡提醒装置的节能效果量化评价方法，以保证乘用车第四阶段燃料消耗量标准实施，促进循环外技术的应用。项目组自 2014年起承担了相关标准制定任务，完成了乘用车换挡提醒装置节能效果评价方法研究并开展了试验验证。

1 总体思路

换挡提醒装置(GSI，Gear Shift Indicator)是指装配于手动挡车辆的可实时、直观地提醒驾驶员调整挡位以降低实际驾驶中燃料消耗量的装置，在实际行驶中对于新手司机具有较为明显的节能效果。现行轻型汽车燃料消耗量试验方法标准(GB/T 19233—2008)规定驾驶员应按照固定换挡点进行操作，因此无法体现换挡提醒装置的节能效果。

本研究的总体思路是以GB/T 19233—2008标准规定的固定换挡点方法为基础，增加按照换挡提醒装置操作的底盘测功机试验，通过比较两者之间差异得到节能效果。另一方面，考虑到在实际应用中并非所有司机均选择按照换挡提醒装置进行换挡操作，其对新手司机指导意义更大，因此需要开展使用比例系数等调查，通过系数校正得到实际应用中的节能效果值。

2 评价方法

2.1 试验工况

评价方法以 GB/T 19233—2008标准中引用的NEDC循环(New European Driving Cycle)作为基准工况。NEDC循环由市区、市郊两段工况组成，工况曲线和特征参数如图1、表1所示：

图1 NEDC循环曲线Fig.1 Driving cycle of NEDC

表1 NEDC特征参数Tab.1 Characteristic parameters of NEDC

2.2 试验规程

为保证试验精度同时精简试验量，车型在热态条件下进行试验，试验前首先在底盘测功机上至少运行一个 NEDC循环或其他方式对车辆进行预热。每组试验由连续进行的一次基础燃料消耗量试验(以下简称“基础试验”)和按照换挡提醒装置操作燃料消耗量试验(以下简称“GSI试验”)组成。其中，基础试验按照GB/T 19233—2008规定的固定换挡点进行换挡操作，GSI试验按照换挡提醒装置所指示的挡位进行换挡操作，换挡操作应在换挡提醒装置指示挡位后的 2,s内完成，换挡过程迅速平稳。除预处理和换挡操作外，其他参照GB/T 19233—2008标准进行。

试验共进行3组，试验后按照公式分别对基础试验和 GSI试验燃料消耗量试验结果进行重复性检验。如能通过重复性检验，计算 3次试验结果的平均值分别作为基础燃料消耗量(FC0)和 GSI燃料消耗量(FCG)。如基础试验没有通过重复性检验，采用较低2次燃料消耗量结果平均值作为FC0；如GSI试验没有通过重复性检验，采用较高2次燃料消耗量结果平均值作为FCG。

2.3 重复性检验方法

按下列公式计算3次试验结果的第95百分位分布的标准差σ，并将3次测量结果中最大燃料消耗量与最小燃料消耗量之差(△Qmax)与σ值进行比较：如△Qmax不大于 σ，则视为通过重复性检验；如△Qmax大于σ，则视为没有通过重复性检验。

2.4 相关系数

尽管通过比较基础试验和 GSI试验结果可以得到换挡提醒装置在 NEDC循环下的节能效果，但考虑到并非所有司机都选择按照换挡提醒装置进行换挡操作，因此需要通过相关系数对节能效果值进行校正。

为获得更接近中国司机实际驾驶习惯的统计数据，项目组组织国内主要乘用车企业通过问卷调查的形式对包括换挡提醒装置在内的循环外技术在国内的使用情况进行了调查，包括循环外技术使用比例、使用习惯、用户实际工况等。调查共收集到 1,499份问卷数据，地域分布上涵盖了我国华北、华东等主要地区，问卷数量与各地区人口和汽车保有量比例接近，具有一定代表性。

图2 参与调查者驾龄分布Fig.2 Distribution of driving experience among interviewees

数据分析过程中，对受调查者的男女比例、年龄、教育程度、驾龄也进行了统计。其中，与换挡提醒装置较为密切的驾龄情况统计如图 2所示。从图 2来看，受调查者中各驾龄分布较为均匀，驾龄在 3年内的调查者比例约占38.9%,。

在驾驶路段和路况方面(见图 3)，超过半数受调查者(57%,)以市区行驶工况为主，而以高速行驶工况为主的受调查者仅占 4%,。在交通路况方面，接近45%,的受调查者在拥堵路况下驾驶，只有不到 15%,的受调查者的行驶路况较为畅通。我国驾驶员以市区工况、拥堵路况驾驶为主的特点决定了换挡提醒装置、怠速起停等技术在实际使用中将发挥更大的节能效果。

图3 行驶路段和路况分布Fig.3 Distribution of driving roads and conditions

在全部受访者中，约 24%,的受访者驾驶过具有换挡提醒装置的手动挡车辆。总体上看，换挡提醒装置作为一项新技术，在目前我国乘用车市场上已具有一定市场规模。在全部受访者中，约33%,的人表示会根据仪表盘上的换挡提示来进行换挡。若将驾驶过和未驾驶过带换挡提醒装置车辆的受访者区分统计，约 54%,驾驶过该类车辆的受访者表示会按换挡提示来进行换挡操作，而未驾驶过的受访者中该比例为27%,，两者相差较大(见图 4)。分析其中原因，一是受访者对换挡提醒装置的接受与否一定程度上影响到其购车选择，因此在驾驶过该类车辆的受访者中接受比例更高；二是受访者在实际接触和熟悉换挡提醒装置后，愿意按其操作的比例有所提升。

图4 是否会根据换挡提示来进行换挡操作Fig.4 Responses to whether shift according to GSI of indication

在驾驶过带换挡提醒装置车辆的受访者中，根据驾龄对换挡提醒装置的使用比例进行统计，如图5所示。从图中可以看出，换挡提醒装置的使用比例随着驾龄的增加有减少的趋势。这主要是由于随着驾龄增长，驾驶经验增加，换挡等操作更接近经济区间，因此对换挡提醒装置的需求比例也越低。

图5 不同驾龄按换挡提示进行换挡的比例Fig.5 The proportion of shifting according to the indication of GSI regarding different driving years

以上述调查数据统计情况为基础对相关系数进行了研究，考虑的系数主要包括使用比例系数(K1)和持久系数(K2)两项。其中，K1是指驾驶具有换挡提醒装置车辆的司机中能够按照装置提示进行换挡操作的比例，从调查数据看K1应位于0.27～0.54之间，从鼓励技术应用角度出发，以均值为基准适当上浮将该系数确定为 0.45；K2是指换挡提醒装置效用的持久性，也即是随着时间的推移司机仍关注换挡提醒装置的比例，参照不同驾龄下换挡提醒使用比例的变化情况及欧洲相关法规规定确定为0.8。

2.5 节能效果计算

汇总以上研究结果，对于装配换挡提醒装置的手动挡车辆，按照下列公式计算该车型上换挡提醒装置的节能效果：

式中：FCJ——换挡提醒装置的节能效果，单位为L/100,km；FC0——基础燃料消耗量，单位为L/100,km；FCG——按换挡提醒装置操作的燃料消耗量，单位为L/100,km；K1——使用比例系数；K2——使用持久系数。

3 试验验证

为进一步验证评价方法的可行性以及掌握未来标准实施后车型可能获得的节能效果值情况，项目组组织国内主要乘用车企业开展了试验验证。总体上看，本评价方法测试设备和精度要求与GB/T 19233—2008标准类似，而各检测机构和汽车企业实验室在GB/T 19233—2008标准实施过程中已积累了较多经验，因此未来换挡提醒评价方法实施后，现有的试验设备、试验精度、试验人员等完全可以满足标准实施需求。

项目组共组织开展了17个乘用车车型的验证试验。各车型基础燃料消耗量和GSI燃料消耗量如图6所示。从图中可以看出，被试车型的综合燃料消耗量分布较为集中，大致分布在 6～7,L/100,km之间。各车型 GSI燃料消耗量均较基础燃料消耗量有所降低。

图6 车型基础/GSI燃料消耗量对比(综合工况)Fig.6 Comparison between vehicle conditions and GSI fuel consumption(combined cycles)

基础和GSI燃料消耗量差值以及在基础燃料消耗量中的占比如图 7所示。从图中可以看出，被试车型综合燃料消耗量差值大致分布在 0.15～0.4,L/100,km 之间，在基础燃料消耗量中的占比大致分布在 2.5%,～5.5%,之间，也即是换挡提醒装置对车辆燃料消耗量的直接改善效果。

图7 车型基础/GSI燃料消耗量差值(综合工况)Fig.7 Differences between vehicle conditions and GSI fuel consumption(combined cycles)

若按照NEDC市区、市郊和综合工况进行分析，各车型基础和 GSI燃料消耗量差值以及其在基础燃料消耗量中的占比如图 8所示。从图中可以看出，由于市区工况车速较低、加减速频繁、换挡操作更多，因此换挡提醒装置的节能效果更大；相应地车辆在市郊工况下节能效果并不明显，甚至个别车型出现了GSI燃料消耗量高于基础燃料消耗量的情况。

图8 燃料消耗量差值在基础燃料消耗量中的占比(市区、市郊、综合工况)Fig.8 The proportion of differences in basic fuel consumption(urban，suburban and combined cycles)

各车型按照公式 2计算的节能效果值对比如图9所示。从图中可以看出，尽管各车型基础燃料消耗量接近，均采用了换挡提醒装置，但最终各车型获得的节能效果值相差较大，最大值接近 0.15,L/100,km，最小值约 0.07,L/100,km，这也体现了不同汽车企业换挡提醒装置的技术水平差异。

图9 各车型获得的节能效果值对比Fig.9 Comparison of energy saving effects of differentvehicle types

图10 节能效果值与基础燃料消耗量分布(综合工况)Fig.10 Distribution of energy saving effects and basic fuel consumption(combined cycles)

不同车辆换挡提醒装置节能效果值与基础燃料消耗量分布如图 10所示。从图中可以看出，换挡提醒装置节能效果值与基础燃料消耗量之间相关性较差。在同样的基础燃料消耗量下，不同车型可以获得的节能效果值相差最大可达 50%,以上，决定节能效果值的主要因素是换挡提醒装置本身的控制策略和技术水平，而非基础燃料消耗量。

4 结 论

综上所述，本研究完成了基于整车底盘测功机试验的换挡提醒装置节能效果评价方法，同时根据问卷调查统计结果确定了使用比例系数和持久系数。项目组选取 17个车型进行了试验验证，从验证结果来看，换挡提醒装置节能效果值在0.07～0.15,L/100,km之间，不同车型换挡提醒装置的节能效果值相差较大，体现了技术水平差异。

通过本研究的开展，为客观评估我国乘用车换挡提醒装置节能效果和技术水平、乘用车第四阶段燃料消耗量标准实施以及实现《规划》提出的“2020年我国乘用车新车平均燃料消耗量达到 5,L/100,km”发展目标提供了技术支撑。

［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］ 全国汽车标准化技术委员会.轻型汽车燃料消耗量试验方法[S]. GB/T 19233—2008. 北京：中国标准出版社，2008.

［3］ 全国汽车标准化技术委员会. 乘用车燃料消耗量评价方法及指标[S]. GB 27999—2014. 北京：中国标准出版社，2014.