【技术帖】汽车加油(充电)口盖选型趋势研究

摘 要:本文阐述了汽车加油(充电)口盖的材质与控制方式的选型趋势,并结合开发过程中成本、功能需求等因素,分析了加油(充电)口盖外板、铰链板、底盒在材质方面的变化,以及其机械控制与电动控制的趋势。研究表明,目前大众、通用等欧美品牌塑料电控加油(充电)口盖最为普及;本田、丰田等日系品牌加油(充电)口盖材质主要以钢塑混合为主,控制方式由机械控制向电控过渡趋势明显;自主品牌加油(充电)口盖材质主要为纯金属或者纯塑料,机械控制与电控均有涉及。此外,随着智能化、电动化等趋势的发展,出现了磁吸式、翻转式、软开关控制、感应识别开启等新机构加油(充电)口盖。最后,基于口盖功能需求与通用化需求,本文以某量产车型加油口盖为研究对象,对加油口盖的材质与执行器的选型过程进行了分析,并结合近三年趋势,提供了加油(充电)口盖材质与控制方式的选型建议。

关键词:汽车;口盖;选型;趋势;材质;控制方式

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前言

加油(充电)口盖是实现汽车燃料加注的重要零件,以下统称为“口盖”。除了需要满足开闭功能之外,还具有外观感知功能。在某些新能源车型上,还具有提供氛围灯安装点等辅助功能。口盖的材质、控制方式均对其感知质量、成本有直接的影响。本文对近三年口盖的材质、控制方式进行了跟踪,并根据车辆价格进行分类统计,梳理了口盖材质与控制方式的设计选择趋势,以期为后续车型口盖开发提供参考。

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口盖材质及控制方式介绍

1.1 口盖材质介绍

加油口盖材质一般分为金属加油口盖、塑料加油口盖以及钢塑混合加油口盖。一般纯金属金属加油口盖采用冲压工艺,外板、内板、铰链板等零件焊接为一个总成,少数车型口盖外板与加强板通过包边工艺连接,底盒与侧围焊接同时涂胶密封。塑料加油口盖一般采用注塑工艺,外板、铰链板、底盒等可装配为一个总成,总成与侧围通过塑料底盒上的卡扣卡接。相较于传统的金属加油口盖,塑料口盖具有轻量化、美观、造型空间大等多项优势,成本略高于金属口盖(该成本不包含拉索、执行器),不同材质的加油口盖优缺点见表1。钢塑混合口盖的各项性能,基本介于金属口盖与塑料口盖之间。

表1 金属口盖、塑料口盖优缺点对比

1.2 口盖控制方式介绍

从控制方式上来看,加油口盖主要分为机械控制与电子控制两种。机械控制主要通过在车内主驾侧布置一机械开启手柄,通过机械拉索控制口盖的解落锁。电子控制则是通过与门锁联动,或者由用户操作中控实体按钮,通过BCM来控制加油口盖的解落锁。从成本上来讲,机械控制具有明显的成本优势,电子控制除了电子执行器成本略高之外,同时也需要增加按钮、BCM资源等,间接增加了一定的成本。机械拉索与电子执行器对比详见表2:

表2 机械拉索、电子执行器优缺点对比

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研究样本介绍

本次共计调研车辆195台,涵盖了乘用车市场较为主流的燃油车与电动车。其中自主品牌82台、日系43台、法系11台、德系21台、美系27台、韩系7台、其他车系4台,详见图1。调研车辆售价从5万至50万以上不等,近一半车辆的售价在15万元以内(均以官方最低配售价为基准),详见图2。同时,将数据与2016年数据进行对比,分析材质与控制方式趋势变化。对于目前自主品牌加油口盖的研发具有一定的参考价值。

图1 2019年研究样本车系占比图

图2 2019年研究样本售价占比图

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口盖趋势

3.1 口盖材质趋势

在公开价格的车辆中,去除布置在前格栅、翼子板(均为采用塑料材质)的口盖,侧围上的口盖共有156个。按照外板、铰链板、底盒等主要部分的选材为钢材或者塑料,分为如下四类:钢-钢-钢、钢-钢-塑、钢-塑-塑、塑-塑-塑,如下图3所示。其中全钢(钢-钢-钢)、全塑(塑料-塑料-塑料)为主要形式。如图3所示:

图3 加油口盖材质图例

从2016年到2019年,金属口盖占比显著下降、塑料口盖占比显著上升、钢塑混合方案占比显著下降,口盖全塑化趋势明显,详见图4。从车型售价区间上来看,塑料口盖在各价位车型区间均较为主流,在10万元以下售价区间,塑料口盖与金属口盖占比均为45.0%,10万元以上售价区间,塑料口盖明显占比明显高于金属口盖,其是价格越高的车辆,塑料口盖占比越高。但是在15万元以内的车辆,金属口盖仍然较为常见。钢塑混合口盖在各个售价区间占比均最小,一般不超过15.3%。具体数据详见图5。

图4 2016、2019口盖材质占比图

图5 口盖材质占比与价格趋势图

3.2 口盖控制方式趋势

在本次调研中,加油口盖的控制方式主要分为:机械手柄开启、不上锁、电子按钮、电子按钮加push-push、push-push及软开关。其中不上锁主要指口盖外板可以直接打开,没有锁止机构的开启方式。push-push主要包含pushpush集成锁止、push-push加单独锁销两种方式,主要区别是前者push-push执行器集成了口盖按压开闭与解落锁功能,后者push-push执行器仅可以实现口盖按压开闭功能,但是锁止加油口盖是由一单独X向的锁销实现的,在本次调研中不做区分,统称为push-push。口盖软开关控制方式是近年来的新型控制方式,主要通过操纵MP5屏幕上的软开关控制加油口盖开闭。具体的控制方式与代表车型详见表3:

表3 口盖控制方式与代表车型

总的来看,较于2016数据,2019年乘用车加油口盖控制方式新增了软开关开启、电子按钮+push-push开启两种方式。一般车内实体按钮较少时,可将加油口盖开闭功能集成在MP5上,当用户需要加油或者充电时,进入相关界面开启即可,代表车型为特斯拉。电子按钮+push-push该种控制方式由3.2%增加至5.1%,主要是由于具有高压油箱的混动车型占比提升。此外,机械拉索占比明显下降,电子按钮控制、及push-push随车联动控制占比显著上升,如下图6所示。主要是由于push-push电控、电子按钮控制在轻量化、感知质量上有明显的优势,符合当下电动化的潮流。

图6 2016、2019口盖控制方式占比图

具体到细分车系,从2016年到2019年,日系、韩系车型中机械拉索占比显著下降,pushpush比例显著上升,日系、韩系车型加油(充电)口盖电动化趋势明显。例如,2016款雅阁,加油口盖为机械拉索开启,而2018款雅阁,加油口盖为随车联动的push-push电控形式。韩系车型中,以起亚K3为例,在最新发布的K3混动中,充电口盖为随车联动的pushpush形式,其高端车型KX5等也均采用该形式。在欧系车中,随车联动的push-push形式仍最为主流,按钮+push-push电控形式显著提升,其主要是在途观PHEV等混动车型中,配合高压油箱的泄压需求逻辑使用的。在美系车型中,机械拉索的占比却略有提升。例如2019年新发布的福特领界、雪佛兰科鲁泽,加油口盖均采用了机械拉索。推测其可能是由于车型整体定位及成本限制,选择了机械拉索这一配置。各车系口盖控制方式占比如下图7所示:

图7 2016、2019年各车系口盖控制方式占比图

从车辆的价格区间来看(均以官方最低配售价为基准),随着价位的升高,push-push的加油口盖占比逐渐升高,机械拉索占比逐渐降低,但是在20万以上区间,机械拉索占比仍有15.8%,这主要是由于雷克萨斯、英菲尼迪等部分日系高端车型仍采用机械拉索引起的。25万以上区间,按钮+push-push占比显著提升,5-10万区间,机械拉索最为主流,占比高达56.4%,明显高于push-push及按钮电控;10~15万区间,push-push、机械拉索均较为主流,分别占比51.5%、45.5%。在25万以上的价位区间,由于新能源车型的占比增加,尤其是需要在配有高压油箱的车型,导致按钮+pushpush开启方式的加油口盖占比有所增长。如下图8所示:

图8 口盖控制方式占比与价格趋势图

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口盖材质与控制方式选型分析

4.1 加油口盖材质与控制方式选型分析

根据上述加油口盖材质与控制方式控制趋势分析结果,结合整车定位、口盖通用化需求及感知质量需求,建议在10万以下车型的加油口盖材质上使用金属,采用机械拉索的机械开启方式;10万以上车型优先推荐push-push执行器、与门锁联动的电控方式。值得注意的是,项目开发前期需要明确车型规划,若某一款燃油车型规划有混动版、电动版,为保证口盖通用化率,减小模具投入,应充分考虑高压油箱信号需求,油管配合、氛围灯等安装需求,统一材质与控制方式,详见表4。一般不推荐口盖使用单独按钮电控的原因主要有以下两点:1增加单独的中控按钮造成整车成本的增加,2该控制方式要求需要特定的执行器,其体积较大,不便于口盖与轮罩的布置。

表4 加油口盖材质与控制方式推荐表

4.1.1 某车型加油口盖材质与控制方式选型

以我司某车型为例,其加油口盖在开发阶段,综合考略其定位中高端SUV、质量提升要求、轻量化等要求采用了塑料材质。同时该车型的混动版配有高压油箱,需要加油口盖在泄压后解锁,以防止高压油飞溅风险;同时加油口盖在关闭后需要立即上锁,以防止油箱压力上升后用户仍可以开启加油口盖。这就要求加油口盖需要在高压油箱完成泄压后才能解锁,且用户关闭口盖,BCM可以读取口盖关闭信号,随后立即控制口盖上锁。针对该功能需求我司选用了某push-push电子执行器,常规车加油口盖采用普通2 PIN执行器,仅用于接受BCM解落锁信号后执行动作即可;混动车型高压油箱加油口盖采用4 PIN执行器,不仅可以接受BCM解落锁信号执行动作,并可以通过执行器位置信号来反馈口盖开闭信号,开闭信号由执行器内部微动开关提供。该两种执行器外观相同,与口盖匹配界面相同,可以实现常规车型与混动车型加油口盖总成(不包含执行器)通用化需求,与传统金属机械拉索口盖相比减轻重量924g,并实现加油口盖外观品质、防锈蚀、操作便捷化等多项质量提升,口盖结构如下图9所示:

图9 加油口盖结构图例

4.2 充电口盖材质与控制方式选型分析

4.2.1 前格栅、尾灯处等位置充电口盖

充电口盖的材质选择应首先应考虑口盖的布置位置。若布置在车辆前格栅、翼子板、尾灯区域,由于口盖成型工艺限制与布置限制,口盖一般选择塑料材质,控制方式上一般选择电子控制。

4.2.2 侧围侧充电口盖

当充电口盖布置在侧围上时,若有一定的成本限制,且无氛围灯等配置需求,推荐在使用频率较低的快充口盖上采用金属材质、机械拉索开启的方案。由于塑料口盖具有显著的轻量化优势,且便于氛围灯等环境件装配,同时可避免锈蚀等质量问题,建议在成本框满足的前提下,口盖材质上优先选择塑料。一般具有快、慢充电口盖两个口盖的车型,考虑到用户操作方便性,应避免两个口盖同时采用机械拉索或电子按钮;若整车定位较高,或有氛围灯等配置需求,两个口盖均可采用塑料、电控形式。执行器优先推荐push-push执行器,电控逻辑为与门锁联动,以减少按钮成本,详见表5:

表5 充电口盖材质与控制方式推荐表

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结论

大众、通用等欧美系车型塑料加油口盖最为普及,控制方式以电控为主,少数低端车型开始用机械拉索控制代替电子控制;本田、丰田、起亚等日韩系车型加油口盖材质主要以钢塑混合为主,控制方式由机械控制向电控过渡趋势明显;自主品牌加油口盖材质主要为纯金属或者纯塑料,少数车型开始使用金属包边的外板,控制方式由机械控制向电控过渡趋势明显。此外,随着智能化、电动化趋势的普及,也出现了磁吸式、翻转式、软开关控制、感应识别开启的充电口盖等新机构。从项目开发的层面上开看,可以在项目初期,结合整车定位与成本框、加油(充电)附加功能要求(如高压油箱策略、氛围灯等)、感知质量定位等综合考虑加油口盖材质与控制方式选型。

来源:期刊-《汽车科技》;作者:王艺璇1,马驰1,陈宇辰2,周雅1,李仲奎1

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