汽車加油（充電）口蓋選型趨勢研究

王藝璇 馬馳 陳宇辰 周雅 李仲奎

摘 ?要：本文闡述了汽車加油（充電）口蓋的材質(zhì)與控制方式的選型趨勢，并結(jié)合開發(fā)過程中成本、功能需求等因素，分析了加油（充電）口蓋外板、鉸鏈板、底盒在材質(zhì)方面的變化，以及其機(jī)械控制與電動控制的趨勢。研究表明，目前大眾、通用等歐美品牌塑料電控加油（充電）口蓋最為普及;本田、豐田等日系品牌加油（充電）口蓋材質(zhì)主要以鋼塑混合為主，控制方式由機(jī)械控制向電控過渡趨勢明顯;自主品牌加油（充電）口蓋材質(zhì)主要為純金屬或者純塑料，機(jī)械控制與電控均有涉及。此外，隨著智能化、電動化等趨勢的發(fā)展，出現(xiàn)了磁吸式、翻轉(zhuǎn)式、軟開關(guān)控制、感應(yīng)識別開啟等新機(jī)構(gòu)加油（充電）口蓋。最后，基于口蓋功能需求與通用化需求，本文以某量產(chǎn)車型加油口蓋為研究對象，對加油口蓋的材質(zhì)與執(zhí)行器的選型過程進(jìn)行了分析，并結(jié)合近三年趨勢，提供了加油（充電）口蓋材質(zhì)與控制方式的選型建議。

關(guān)鍵詞：汽車;口蓋;選型;趨勢;材質(zhì);控制方式

中圖分類號：U467.5 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1005-2550（2020）05-0053-06

Abstract： This paper expounds the vehicles fuel fillers material and control mode trend ， and combining with the factors of cost and functions in the process of project development， the material changes of the outer plate， hinge plate and bottom box， and the trends of mechanical or electric control of the lock are analyzed. The research shows that at present， plastic electronic fuel filler is the most popular in Europe and America cars such as Volkswagen and GM; steel-plastic mixing fuel filler is the main type for Japanese and Korean models such as Honda and Toyota ， and the transition trend of control mode from mechanical control to electronic control is obvious; the material of self-brand fuel filler is mainly pure metal or pure plastic， and both mechanical control and electronic control are involved. In addition， with the popularity of new energy vehicles， new mechanisms such as magnetic suction cap， swing cap， soft switch control cap and smart sensor cap have emerged. At the same time， based on the function of fuel cap， ?this paper makes a correlation analysis on the choice of material and actuator based on an example of a mass-produced vehicle as the research object， and gives the choices of material and actuator suggestions according to the trend in recent three years.

Key Words： Vehicle; Fuel Cap; Trend; Choice; Material; Control Mode

前言

加油（充電）口蓋是實現(xiàn)汽車燃料加注的重要零件，以下統(tǒng)稱為“口蓋”。除了需要滿足開閉功能之外，還具有外觀感知功能。在某些新能源車型上，還具有提供氛圍燈安裝點等輔助功能。口蓋的材質(zhì)、控制方式均對其感知質(zhì)量、成本有直接的影響。本文對近三年口蓋的材質(zhì)、控制方式進(jìn)行了跟蹤，并根據(jù)車輛價格進(jìn)行分類統(tǒng)計，梳理了口蓋材質(zhì)與控制方式的設(shè)計選擇趨勢，以期為后續(xù)車型口蓋開發(fā)提供參考。

1 ? ?口蓋材質(zhì)及控制方式介紹

1.1 ? 口蓋材質(zhì)介紹

加油口蓋材質(zhì)一般分為金屬加油口蓋、塑料加油口蓋以及鋼塑混合加油口蓋。一般純金屬金屬加油口蓋采用沖壓工藝，外板、內(nèi)板、鉸鏈板等零件焊接為一個總成，少數(shù)車型口蓋外板與加強板通過包邊工藝連接，底盒與側(cè)圍焊接同時涂膠密封。塑料加油口蓋一般采用注塑工藝，外板、鉸鏈板、底盒等可裝配為一個總成，總成與側(cè)圍通過塑料底盒上的卡扣卡接。相較于傳統(tǒng)的金屬加油口蓋，塑料口蓋具有輕量化、美觀、造型空間大等多項優(yōu)勢，成本略高于金屬口蓋（該成本不包含拉索、執(zhí)行器），不同材質(zhì)的加油口蓋優(yōu)缺點見表1。鋼塑混合口蓋的各項性能，基本介于金屬口蓋與塑料口蓋之間。

1.2 ? 口蓋控制方式介紹

從控制方式上來看，加油口蓋主要分為機(jī)械控制與電子控制兩種。機(jī)械控制主要通過在車內(nèi)主駕側(cè)布置一機(jī)械開啟手柄，通過機(jī)械拉索控制口蓋的解落鎖。電子控制則是通過與門鎖聯(lián)動，或者由用戶操作中控實體按鈕，通過BCM來控制加油口蓋的解落鎖。從成本上來講，機(jī)械控制具有明顯的成本優(yōu)勢，電子控制除了電子執(zhí)行器成本略高之外，同時也需要增加按鈕、BCM資源等，間接增加了一定的成本。機(jī)械拉索與電子執(zhí)行器對比詳見表2：

2 ? ?研究樣本介紹

本次共計調(diào)研車輛195臺，涵蓋了乘用車市場較為主流的燃油車與電動車。其中自主品牌82臺、日系43臺、法系11臺、德系21臺、美系27臺、韓系7臺、其他車系4臺，詳見圖1。調(diào)研車輛售價從5萬至50萬以上不等，近一半車輛的售價在15萬元以內(nèi)（均以官方最低配售價為基準(zhǔn)），詳見圖2。同時，將數(shù)據(jù)與2016年數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，分析材質(zhì)與控制方式趨勢變化。對于目前自主品牌加油口蓋的研發(fā)具有一定的參考價值。

3 ? ?口蓋趨勢

3.1 ? 口蓋材質(zhì)趨勢

在公開價格的車輛中，去除布置在前格柵、翼子板（均為采用塑料材質(zhì)）的口蓋，側(cè)圍上的口蓋共有156個。按照外板、鉸鏈板、底盒等主要部分的選材為鋼材或者塑料，分為如下四類：鋼-鋼-鋼、鋼-鋼-塑、鋼-塑-塑、塑-塑-塑，如下圖3所示。其中全鋼（鋼-鋼-鋼）、全塑（塑料-塑料-塑料）為主要形式。如圖3所示：

從2016年到2019年，金屬口蓋占比顯著下降、塑料口蓋占比顯著上升、鋼塑混合方案占比顯著下降，口蓋全塑化趨勢明顯，詳見圖4。從車型售價區(qū)間上來看，塑料口蓋在各價位車型區(qū)間均較為主流，在10萬元以下售價區(qū)間，塑料口蓋與金屬口蓋占比均為45.0%，10萬元以上售價區(qū)間，塑料口蓋明顯占比明顯高于金屬口蓋，其是價格越高的車輛，塑料口蓋占比越高。但是在15萬元以內(nèi)的車輛，金屬口蓋仍然較為常見。鋼塑混合口蓋在各個售價區(qū)間占比均最小，一般不超過15.3%。具體數(shù)據(jù)詳見圖5。

3.2 ? 口蓋控制方式趨勢

在本次調(diào)研中，加油口蓋的控制方式主要分為：機(jī)械手柄開啟、不上鎖、電子按鈕、電子按鈕加push-push、push-push及軟開關(guān)。其中不上鎖主要指口蓋外板可以直接打開，沒有鎖止機(jī)構(gòu)的開啟方式。push-push主要包含push-push集成鎖止、push-push加單獨鎖銷兩種方式，主要區(qū)別是前者push-push執(zhí)行器集成了口蓋按壓開閉與解落鎖功能，后者push-push執(zhí)行器僅可以實現(xiàn)口蓋按壓開閉功能，但是鎖止加油口蓋是由一單獨X向的鎖銷實現(xiàn)的，在本次調(diào)研中不做區(qū)分，統(tǒng)稱為push-push。口蓋軟開關(guān)控制方式是近年來的新型控制方式，主要通過操縱MP5屏幕上的軟開關(guān)控制加油口蓋開閉。具體的控制方式與代表車型詳見表3：

總的來看，較于2016數(shù)據(jù)，2019年乘用車加油口蓋控制方式新增了軟開關(guān)開啟、電子按鈕+push-push開啟兩種方式。一般車內(nèi)實體按鈕較少時，可將加油口蓋開閉功能集成在MP5上，當(dāng)用戶需要加油或者充電時，進(jìn)入相關(guān)界面開啟即可，代表車型為特斯拉。電子按鈕+push-push該種控制方式由3.2%增加至5.1%，主要是由于具有高壓油箱的混動車型占比提升。此外，機(jī)械拉索占比明顯下降，電子按鈕控制、及push-push隨車聯(lián)動控制占比顯著上升，如下圖6所示。主要是由于push-push電控、電子按鈕控制在輕量化、感知質(zhì)量上有明顯的優(yōu)勢，符合當(dāng)下電動化的潮流。

具體到細(xì)分車系，從2016年到2019年，日系、韓系車型中機(jī)械拉索占比顯著下降，push-push比例顯著上升，日系、韓系車型加油（充電）口蓋電動化趨勢明顯。例如，2016款雅閣，加油口蓋為機(jī)械拉索開啟，而2018款雅閣，加油口蓋為隨車聯(lián)動的push-push電控形式。 韓系車型中，以起亞K3為例，在最新發(fā)布的K3混動中，充電口蓋為隨車聯(lián)動的push-push形式，其高端車型KX5等也均采用該形式。在歐系車中，隨車聯(lián)動的push-push形式仍最為主流，按鈕+push-push電控形式顯著提升，其主要是在途觀PHEV等混動車型中，配合高壓油箱的泄壓需求邏輯使用的。在美系車型中，機(jī)械拉索的占比卻略有提升。例如2019年新發(fā)布的福特領(lǐng)界、雪佛蘭科魯澤，加油口蓋均采用了機(jī)械拉索。推測其可能是由于車型整體定位及成本限制，選擇了機(jī)械拉索這一配置。各車系口蓋控制方式占比如下圖7所示：

從車輛的價格區(qū)間來看（均以官方最低配售價為基準(zhǔn)），隨著價位的升高，push-push的加油口蓋占比逐漸升高，機(jī)械拉索占比逐漸降低，但是在20萬以上區(qū)間，機(jī)械拉索占比仍有15.8%，這主要是由于雷克薩斯、英菲尼迪等部分日系高端車型仍采用機(jī)械拉索引起的。25萬以上區(qū)間，按鈕+push-push占比顯著提升，5-10萬區(qū)間，機(jī)械拉索最為主流，占比高達(dá)56.4%，明顯高于push-push及按鈕電控;10～15萬區(qū)間，push-push、機(jī)械拉索均較為主流，分別占比51.5%、45.5%。在25萬以上的價位區(qū)間，由于新能源車型的占比增加，尤其是需要在配有高壓油箱的車型，導(dǎo)致按鈕+push-push開啟方式的加油口蓋占比有所增長。如下圖8所示：

4 ? ?口蓋材質(zhì)與控制方式選型分析

4.1 ?加油口蓋材質(zhì)與控制方式選型分析

根據(jù)上述加油口蓋材質(zhì)與控制方式控制趨勢分析結(jié)果，結(jié)合整車定位、口蓋通用化需求及感知質(zhì)量需求，建議在10萬以下車型的加油口蓋材質(zhì)上使用金屬，采用機(jī)械拉索的機(jī)械開啟方式;10萬以上車型優(yōu)先推薦push-push執(zhí)行器、與門鎖聯(lián)動的電控方式。值得注意的是，項目開發(fā)前期需要明確車型規(guī)劃，若某一款燃油車型規(guī)劃有混動版、電動版，為保證口蓋通用化率，減小模具投入，應(yīng)充分考慮高壓油箱信號需求，油管配合、氛圍燈等安裝需求，統(tǒng)一材質(zhì)與控制方式，詳見表4。一般不推薦口蓋使用單獨按鈕電控的原因主要有以下兩點：1增加單獨的中控按鈕造成整車成本的增加，2該控制方式要求需要特定的執(zhí)行器，其體積較大，不便于口蓋與輪罩的布置。

4.1.1 某車型加油口蓋材質(zhì)與控制方式選型

以我司某車型為例，其加油口蓋在開發(fā)階段，綜合考略其定位中高端SUV、質(zhì)量提升要求、輕量化等要求采用了塑料材質(zhì)。同時該車型的混動版配有高壓油箱，需要加油口蓋在泄壓后解鎖，以防止高壓油飛濺風(fēng)險;同時加油口蓋在關(guān)閉后需要立即上鎖，以防止油箱壓力上升后用戶仍可以開啟加油口蓋。這就要求加油口蓋需要在高壓油箱完成泄壓后才能解鎖，且用戶關(guān)閉口蓋，BCM可以讀取口蓋關(guān)閉信號，隨后立即控制口蓋上鎖。針對該功能需求我司選用了某push-push電子執(zhí)行器，常規(guī)車加油口蓋采用普通2 PIN執(zhí)行器，僅用于接受BCM解落鎖信號后執(zhí)行動作即可;混動車型高壓油箱加油口蓋采用4 PIN 執(zhí)行器，不僅可以接受BCM解落鎖信號執(zhí)行動作，并可以通過執(zhí)行器位置信號來反饋口蓋開閉信號，開閉信號由執(zhí)行器內(nèi)部微動開關(guān)提供。該兩種執(zhí)行器外觀相同，與口蓋匹配界面相同，可以實現(xiàn)常規(guī)車型與混動車型加油口蓋總成（不包含執(zhí)行器）通用化需求，與傳統(tǒng)金屬機(jī)械拉索口蓋相比減輕重量924g，并實現(xiàn)加油口蓋外觀品質(zhì)、防銹蝕、操作便捷化等多項質(zhì)量提升，口蓋結(jié)構(gòu)如下圖9所示：

4.2 ? 充電口蓋材質(zhì)與控制方式選型分析

4.2.1 前格柵、尾燈處等位置充電口蓋

充電口蓋的材質(zhì)選擇應(yīng)首先應(yīng)考慮口蓋的布置位置。若布置在車輛前格柵、翼子板、尾燈區(qū)域，由于口蓋成型工藝限制與布置限制，口蓋一般選擇塑料材質(zhì)，控制方式上一般選擇電子控制。

4.2.2 側(cè)圍側(cè)充電口蓋

當(dāng)充電口蓋布置在側(cè)圍上時，若有一定的成本限制，且無氛圍燈等配置需求，推薦在使用頻率較低的快充口蓋上采用金屬材質(zhì)、機(jī)械拉索開啟的方案。由于塑料口蓋具有顯著的輕量化優(yōu)勢，且便于氛圍燈等環(huán)境件裝配，同時可避免銹蝕等質(zhì)量問題，建議在成本框滿足的前提下，口蓋材質(zhì)上優(yōu)先選擇塑料。一般具有快、慢充電口蓋兩個口蓋的車型，考慮到用戶操作方便性，應(yīng)避免兩個口蓋同時采用機(jī)械拉索或電子按鈕;若整車定位較高，或有氛圍燈等配置需求，兩個口蓋均可采用塑料、電控形式。執(zhí)行器優(yōu)先推薦push-push執(zhí)行器，電控邏輯為與門鎖聯(lián)動，以減少按鈕成本，詳見表5：

5 ? ?結(jié) 論

大眾、通用等歐美系車型塑料加油口蓋最為普及，控制方式以電控為主，少數(shù)低端車型開始用機(jī)械拉索控制代替電子控制;本田、豐田、起亞等日韓系車型加油口蓋材質(zhì)主要以鋼塑混合為主，控制方式由機(jī)械控制向電控過渡趨勢明顯;自主品牌加油口蓋材質(zhì)主要為純金屬或者純塑料，少數(shù)車型開始使用金屬包邊的外板，控制方式由機(jī)械控制向電控過渡趨勢明顯。此外，隨著智能化、電動化趨勢的普及，也出現(xiàn)了磁吸式、翻轉(zhuǎn)式、軟開關(guān)控制、感應(yīng)識別開啟的充電口蓋等新機(jī)構(gòu)。從項目開發(fā)的層面上開看，可以在項目初期，結(jié)合整車定位與成本框、加油（充電）附加功能要求（如高壓油箱策略、氛圍燈等）、感知質(zhì)量定位等綜合考慮加油口蓋材質(zhì)與控制方式選型。

參考文獻(xiàn)：

[1]李歡迎等. 加油口蓋總成結(jié)構(gòu)及發(fā)展方向[J]. 模具制造，2018（4）：35-36.

[2]王威峰. 純電動汽車充電口布置位置研究[C]. 第十三屆河南省汽車工程科技學(xué)術(shù)研討會，2016：377-378.

[3]陳士偉等. 汽車加油口蓋系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)[J]. 汽車使用技術(shù)，2018（16）：110-111.

[4]唐淳等. 加油口蓋系統(tǒng)設(shè)計的研究. [J].汽車使用技術(shù)，2015（7）：34-35.

[5]范明華等. 電動汽車充電口蓋系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)[J]. 新能源汽車，2018（20）：1.