汽車高效空調(diào)關(guān)鍵因子確定性篩選試驗設(shè)計

劉智勇 喬印遷

摘要：本文對《乘用車循環(huán)外技術(shù)/裝置節(jié)能效果評價方法 第3部分 汽車空調(diào)》征求意見稿進行了解讀和分析。汽車空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成及周邊環(huán)境復雜，影響效率的因素眾多，對其中關(guān)鍵因素的篩選確定一直是難點。根據(jù)征求意見稿中的試驗方法，本文選用JMP軟件，應(yīng)用確定性篩選設(shè)計方法，搭建了一個2響應(yīng)6因子3水平（含2中心點）的試驗?zāi)Ｐ?。在不降低試驗檢測能力的前提下，該設(shè)計能縮減86%的試驗次數(shù)，在單次試驗代價巨大的情況下節(jié)省大量研發(fā)經(jīng)費，并顯著縮短試驗周期。

關(guān)鍵詞：高效空調(diào)；循環(huán)外；關(guān)鍵因子；試驗設(shè)計；確定性篩選

緒論

第四階段油耗標準《GB 27999-2014 乘用車燃料消耗量評價方法及指標》中“4.1.7對采用一種或多種循環(huán)外技術(shù)/裝置（例如，怠速起停裝置、換檔提醒裝置、高效空調(diào)、……）的車輛，其車型燃料消耗量可相應(yīng)減去一定額度，但最多不超過0.5L/100km”。因此國標委于2017年發(fā)布了《乘用車循環(huán)外技術(shù)/裝置節(jié)能效果評價方法 第3部分 汽車空調(diào)》征求意見稿。

某自主汽車企業(yè)（以下簡稱該企業(yè)）為了深刻理解標準內(nèi)容，建立獲得循環(huán)外節(jié)能“獎勵”的能力和技術(shù)儲備，開展了標準解讀和節(jié)能效果影響因素分析驗證等工作，其核心是對關(guān)鍵因子篩選試驗。

一、標準解讀

標準基于可量化評價原則，綜合考慮試驗精度、可復現(xiàn)性、成本等因素，確定采用底盤測功機試驗進行評價。

1.試驗條件

試驗環(huán)境溫度應(yīng)為30±2℃，試驗環(huán)境相對濕度應(yīng)為50%±5%，太陽輻射強度為850±45W/m2。

2.基礎(chǔ)燃料消耗量

試驗車輛預(yù)熱后，關(guān)閉發(fā)動機和全部車窗，按要求的太陽輻射強度靜置至少30min。然后按照GB/T 19233—2008 第6 章的要求進行3 次試驗，并要求呼吸點溫度10 min內(nèi)降到不大于23℃。如能通過重復性檢驗，則以3次的平均值作為基礎(chǔ)燃料消耗量FCON，否則采用較高的2 次試驗的平均值作為FCON。

然后關(guān)閉太陽輻射和車輛空調(diào)，車輛以90km/h等速行駛20min后按同樣的試驗方法得出基礎(chǔ)燃料消耗量FCOFF。

3.節(jié)能效果

按照公式（1-1）計算空調(diào)的燃料消耗量FCAC：

FCAC=FCON-FCOFF（1-1）

按照公式（1-2）計算空調(diào)的燃料消耗量目標值TAC：

TAC=0.000918×CM+0.4302955（1-2）

式中CM為整車整備質(zhì)量，單位為kg。

如FCAC小于TAC，則按照公式（1-3）計算空調(diào)的節(jié)能效果值FCJ：

FCJ=（TAC-FCAC）×K （1-3）

式中K為使用比例系數(shù)，取0.25。

4.標準分析

汽車空調(diào)的節(jié)能效果FCJ和TAC、FCAC及K有關(guān)。其中K是定值；TAC和CM有關(guān)，而CM是定值，故TAC也是定值，因此FCJ主要與FCAC相關(guān)。

FCAC是FCON和FCOFF的差值，而FCOFF與空調(diào)系統(tǒng)無關(guān)，可視為定值。所以FCJ主要與FCON相關(guān)。

二、試驗平臺邊界和輪次

1. 整車平臺及邊界條件

根據(jù)該企業(yè)現(xiàn)況，選開發(fā)中的中級轎車F的1.5T+CVT車型作為搭載平臺。此車型標配自動空調(diào)，整備質(zhì)量為1364kg。經(jīng)評估設(shè)定試驗設(shè)邊界如下：

* 完成空調(diào)控制器程序環(huán)模艙標定后開始試驗；

* 僅對EMS進行微調(diào)；

* 所有試驗均在同一具有資質(zhì)且定期校驗的試驗室開展，不再進行MSA測量系統(tǒng)分析。

2. 潛在因子評估

從降低外部熱負荷和提升空調(diào)自身效能等方面篩選出技術(shù)可行的措施，工程轉(zhuǎn)化和代碼化處理后得出潛在因子如表3-1所示：

3.響應(yīng)評估

本次試驗設(shè)計重點管控的響應(yīng)Y1為開啟空調(diào)燃料消耗量FCON，為連續(xù)型望小值。另外，試驗過程中對呼吸點溫度有要求，所以存在第二個響應(yīng)Y2為呼吸點溫度，為連續(xù)型單邊望目值。

4.試驗輪次

經(jīng)調(diào)查符合環(huán)境條件的試驗室相對較少，單次試驗周期較長且費用較高，應(yīng)盡量減少試驗次數(shù)。最終決定進行三輪試驗：第一輪為2響應(yīng)6因子3水平（含2中心點）的關(guān)鍵因子篩選試驗，預(yù)計試驗14次；第二輪為最優(yōu)點推導試驗，預(yù)計試驗12次；第三輪為一致性驗證試驗，預(yù)計試驗3次?？傆嬙囼?9次，相比常用的全因子試驗（216次）縮減86%。

三、關(guān)鍵因子篩選試驗設(shè)計

1.試驗?zāi)Ｐ?/p>

同時本試驗主要關(guān)注各因子的主效應(yīng)和因子間的二次交互效應(yīng)，懷疑有連續(xù)因子對響應(yīng)的效應(yīng)圖可能表現(xiàn)出強曲率，也懷疑有活躍的雙因子交互作用，決定采用確定性篩選試驗?zāi)Ｐ?。這種模型可以避免最高達到二階的任何效應(yīng)之間的混雜，且在六個及以上因子時試驗次數(shù)方面優(yōu)勢明顯。

2.試驗設(shè)計表

采用JMPv13.0軟件完成試驗設(shè)計表如表4-2所示：

試驗實施和數(shù)據(jù)分析等內(nèi)容將在后續(xù)的文章中進行闡述。

結(jié)論

由于單次試驗代價巨大，在不降低試驗檢測能力的前提下，該確定性篩選試驗設(shè)計試能縮減86%的試驗次數(shù)，顯著縮短試驗周期，節(jié)省大量的研發(fā)經(jīng)費。同時，該試驗設(shè)計方法對空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)及質(zhì)量問題解決有開拓思路和借鑒方法的作用。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T XXXXX.1—XXXX乘用車循環(huán)外技術(shù)/裝置節(jié)能效果評價方法：第3部分 汽車空調(diào)（征求意見稿）[S]. 2017：1-5

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB 27999-2014 乘用車燃料消耗量評價方法及指標[S].北京：中國標準出版社， 2014：1-5

[3]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB 19578-2014 乘用車燃料消耗量限值[S].北京：中國標準出版社，2014：1-3

[4]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB 19233-2008輕型汽車燃料消耗量試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2008：1-5

[5]Jones， B. and Nachtsheim， C.J. （2016）， “Effective Model Selection for Definitive ScreeningDesigns，” Technometrics， accepted for publication.