撰文 / 錢亞光
編輯 / 涂彥平
設(shè)計 / 杜 凱
題圖 / 張 萌
開電動汽車的朋友都知道,NEDC續(xù)航里程沒有不打折的,春秋天打八折,到了夏天和冬天,續(xù)航里程就更短了;NEDC油耗也一樣不靠譜,百公里油耗怎么也得加上一兩升才會和實際油耗貼點邊。這是為什么呢?因為NEDC的數(shù)值是在實驗室里的理想工況下測出來的,和實際駕駛環(huán)境差別太大了。
在中國,采用NEDC(New European Driving Cycle,新歐洲駕駛循環(huán))測試出來的油耗數(shù)據(jù)和電耗數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)相差較大已是不爭的事實。有數(shù)據(jù)表明,NEDC油耗與實際油耗的差異在30%左右,而NEDC電耗與實際油耗的差異在20%左右。這種誤差已經(jīng)讓NEDC無法真實反映我國汽車行業(yè)節(jié)能減排的實際情況。
怎么能讓標(biāo)稱的油耗和電耗真實一點呢?只有改變測試的方法,使之更客觀、更準(zhǔn)確地反映實際駕駛路況。
2021年2月20日,國家市場監(jiān)督管理總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會批準(zhǔn)發(fā)布了由工業(yè)和信息化部組織制定的《乘用車燃料消耗量限值》強制性國家標(biāo)準(zhǔn)(GB 19578-2021),并將于7月1日起正式實施。
其中提出在2025年前,傳統(tǒng)能源乘用車、插電式混合動力乘用車的試驗工況將由NEDC切換為WLTC(Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle,全球輕型車輛測試循環(huán)),工況的改變將影響車輛綜合燃料消耗量,這就意味著NEDC標(biāo)準(zhǔn)將全面退出國內(nèi)的機動車油耗及電動車?yán)m(xù)航里程的工信部標(biāo)準(zhǔn)。
WLTC是WLTP(Worldwide Light-duty Test Procedure,全球輕型汽車測試規(guī)程)中的燃料耗量測試循環(huán)。與上世紀(jì)70年代的NEDC工況相比,2015年正式完成的WLTC測試工況更為嚴(yán)苛,最高車速、平均速度、最大加減速度以及加減速幅度、測試行駛時間都比NEDC有了較大提升,難度明顯增加,且沒有周期性的加速、減速,可以更好地體現(xiàn)在不同擁堵程度的路面車速時快時慢的實際駕駛情況。
WLTC測試工況已經(jīng)率先于2018年9月1日在歐洲實行,當(dāng)時由于準(zhǔn)備時間較短,測試流程相當(dāng)漫長,有車型不能及時通過WLTP認(rèn)證,擾亂了車廠的生產(chǎn),也影響車企的整體銷量與凈利潤,給部分歐洲車企帶來了不小的困擾。
寶馬在歐洲市場停售了M3和M76Li;奧迪在歐洲停產(chǎn)了RS3車系,暫停生產(chǎn)SQ5;標(biāo)致則在2018年6月底到10月初暫停了308 GTi的生產(chǎn);大眾集團(tuán)暫停了Passat GTE和Golf GTE的生產(chǎn);保時捷的主力插電混合動力車型Panamera轎車以及Cayenne SUV也暫時停產(chǎn)。
英國電動汽車制造商和貿(mào)易商協(xié)會(SMMT)表示:在多數(shù)情況下,WLTP標(biāo)準(zhǔn)將得到更大的二氧化碳排放數(shù)據(jù),與NEDC相比可能高達(dá)20%;來自汽車行業(yè)數(shù)據(jù)供應(yīng)商JATO通過對18個典型車型進(jìn)行評估,認(rèn)為各車型的排放數(shù)據(jù)實際增長量為13%至18%。
WLTC對于中國車企的挑戰(zhàn)
可以肯定地說,WLTC對于多數(shù)中國車企來說,也同樣充滿了挑戰(zhàn)。工信部在2019年1月發(fā)布的《乘用車燃料消耗量限值》(征求意見稿)編制說明中曾明確,新國標(biāo)旨在持續(xù)推動傳統(tǒng)燃油汽車節(jié)能降耗,同時服務(wù)和促進(jìn)新能源汽車發(fā)展,確保實現(xiàn)新能源汽車發(fā)展目標(biāo),最終達(dá)到我國乘用車新車平均燃料消耗量水平在2025年下降至4.0 L/100km,對應(yīng)二氧化碳排放約為95g/km的國家總體節(jié)能目標(biāo)(基于NEDC循環(huán))。
在WLTC工況下,車輛的平均速度、最高速度、最大加速度等都有提升,反映的是在車速波動大、怠速工況少,速度區(qū)間廣,測試周期長且沒有特別規(guī)律性等瞬態(tài)工況的車輛能耗水平,更接近實際使用情況。
同時,WLTC工況會讓被檢測產(chǎn)品的負(fù)荷增大、油耗增加,不但插混與普混的能耗表現(xiàn)將會大打折扣,而且削弱了怠速啟停和48V微混動技術(shù)的節(jié)油效果,還嚴(yán)重暴露了小排量渦輪發(fā)動機在負(fù)荷劇烈波動下耗油量、排放量甚至比同等功率輸出的自然吸氣發(fā)動機更高的事實。
另外,新國標(biāo)將車型燃料消耗量的評價體系從基于整備質(zhì)量分組的階梯式變更為基于整備質(zhì)量的直線式,因此,企業(yè)想要通過在整車重量上“做文章”從而降低油耗的做法已經(jīng)行不通了。
還有,新國標(biāo)對分別對車輛燃料消耗量限制以及與限值對應(yīng)二氧化碳排放量的參考值、車輛燃料消耗量生產(chǎn)一致性以及車輛更改和認(rèn)證擴展提出了要求。
因此,WLTC工況可能會引導(dǎo)車企進(jìn)行新一輪的技術(shù)調(diào)整,發(fā)動機設(shè)計和技術(shù)路線將因兩種試驗工況的切換而發(fā)生改變?!叭缡褂肗EDC試驗標(biāo)準(zhǔn),車企會設(shè)計出小排量渦輪增壓發(fā)動機。但如果實行WLTC標(biāo)準(zhǔn),車企會選擇自然吸氣發(fā)動機,各類發(fā)動機對應(yīng)不同工況下的油耗水平存在明顯差異?!比珖擞密囀袌鲂畔⒙?lián)席會秘書長崔東樹表示。
除了發(fā)動機研發(fā)可能從一味小型化向?qū)ふ疫m中尺寸過渡,專用于增程式混合動力的高效發(fā)動機可能會有較好的發(fā)展前景;48V混動系統(tǒng)可能會向高壓混動系統(tǒng)發(fā)展;同時巨大的壓力可能會促進(jìn)主機廠趨于靠發(fā)展新能源汽車來平衡企業(yè)的平均燃料消耗量。
其實,工況測試方案很多,除了NEDC,美國的EPA系列,日本的JC系列,2015年中國也啟動了中國工況CATC的研究工作,并且在2018年初完成了中國工況的整體設(shè)計工作,相對來說CATC更適合中國的實際情況。那么為什么現(xiàn)在會用WLTC呢?
原因很簡單,因為我國的環(huán)保排放控制已經(jīng)選擇了WLTC作為標(biāo)準(zhǔn),油耗測試如果一步到位,采用CATC中國工況,對企業(yè)來講就要做兩個不同的循環(huán)測試,確實是一種負(fù)擔(dān)。在目前給企業(yè)減負(fù)的整體氛圍下,只能先用WLTC作為過渡,再逐步切換到CATC。
下面我們來看看WLTC與其他測試標(biāo)準(zhǔn)的對比。
NDEC循環(huán)測試標(biāo)準(zhǔn)
NEDC測試標(biāo)準(zhǔn)可以追溯到1970年代的ECE-15標(biāo)準(zhǔn),最新的一次修正在1997年,時間實在有些久遠(yuǎn)。這個測試循環(huán)標(biāo)準(zhǔn)主要參考的是歐洲的典型道路環(huán)境,包括了4個市區(qū)工況循環(huán)和一個郊區(qū)工況循環(huán),總用時為19分20秒。
市區(qū)工況循環(huán)測試的時候最高車速為50km/h,平均車速為18.77km/h,每個循環(huán)時間為195秒,行駛1.013 km,最大加速度1.042 m/s2,平均加速度0.599 m/s2;而郊區(qū)工況占用380秒,測試時最高車速為120km/h,平均車速為62.6km/h,有效行駛時間400秒,共行駛6.955km路程;最大加速度0.833 m/s2,平均加速度0.354 m/s2這些測試都是在實驗室里進(jìn)行的。
NEDC 循環(huán)工況的特點是測試時間短、里程小、速度低、變速少,基本不考慮環(huán)境溫度對能耗的影響,也沒有充分考慮市區(qū)交通堵塞時車輛不斷啟停的情況,市郊工況更是加速和勻速的測試,車輛核心部件能夠維持良好的工作狀態(tài),因此存在著幾個嚴(yán)重的問題:
一是測試過程,多數(shù)時間處在勻速狀況下。這與實際駕駛過程完全脫軌,根本不能反映實際能耗和排放情況。
二是測試時間短,里程少。NEDC工況全程運行時間不到20分鐘,總里程11.007公里。過于簡短的過程無法詳細(xì)測試車輛在不同運行條件下的特征參數(shù)。
三是基本不考慮環(huán)境溫度對車輛運行的影響。根據(jù)中汽中心組織的測試,部分車型在NEDC工況下的百公里耗電量與高溫光照空調(diào)下的耗電量差異較大,最大差異達(dá)到了16%以上。
四是無法真實反映插混和油電混合車輛的能耗水平。由于NEDC全程僅行駛11.007公里,插混車型如此短的里程下可以完全用電行駛,和實際行駛情況差別較大。
五是對節(jié)能技術(shù)的考察不夠全面,更多是出于對歐洲汽車工業(yè)情況的考慮,側(cè)重考察發(fā)動機低負(fù)荷狀態(tài),對于小排量渦輪增壓更加有利,其實在高負(fù)荷、急劇變化的工況條件下,小排量增壓發(fā)動機的油耗相當(dāng)高。
EPA循環(huán)測試標(biāo)準(zhǔn)
EPA是美國環(huán)境保護(hù)署(Environmental Protection Agency)的英文縮寫,EPA循環(huán)測試標(biāo)準(zhǔn)是美國環(huán)保署制定的用來衡量內(nèi)燃機乘用車尾氣排放和燃油經(jīng)濟性及電動汽車?yán)m(xù)航里程的測試程序,主要參考了美國的典型道路環(huán)境,最新版在2008年修訂的。
測試標(biāo)準(zhǔn)包括城市工況(The FTP-75 proper)、高速工況(HWFET or HFET)、激烈駕駛工況(SFTP US06)和空調(diào)使用工況(SFTP SC03)。其中城市工況包括了能啟動過渡階段、穩(wěn)態(tài)階段、熱浸階段以及熱啟動過渡階段,持續(xù)時間1877秒,行駛距離17.77km,平均車速34.12km/h,最高車速91.25 km/h。
高速工況測試運行兩次,兩次運行之間最大間隔時間17秒。第一次運行是車輛預(yù)處理,第二次運行是實際測試與排放測量。持續(xù)時間76秒,總行駛距離16.45 km,平均車速 77.7 km/h。
激烈駕駛工況是為了考察測試樣車在高速度、高加速度情況下的排放情況。首先進(jìn)行一個高速度、高加速度的測試,對車輛進(jìn)行預(yù)處理使車輛達(dá)到暖機條件。然后進(jìn)行60-120秒的怠速,隨后直接進(jìn)入高速度、高加速度駕駛循環(huán)開始正式試驗。持續(xù)時間596 秒,行駛距離12.8km,平均車速77.9km/h,最高車速129.2km/h。
空調(diào)使用工況考察車輛在夏季高溫空調(diào)全負(fù)荷開啟的特定行駛循環(huán)下的排放情況。測試時需要開啟空調(diào),實驗室溫度為35℃,相對濕度為40%,試驗過程中空調(diào)始終開啟在最大制冷量。首先運行一遍此工況對車輛進(jìn)行預(yù)處理,然后熄火并在該環(huán)境下熱浸540-660秒后熱啟動進(jìn)行此工況駕駛循環(huán)開始正式試驗。持續(xù)時間596 秒,行駛距離5.8 km),平均車速34.8 km/h,最高車速88.2 km/h。
針對插電式混合動力車和純電動車,EPA于2010年開始,采用了能量當(dāng)量轉(zhuǎn)化的方法計算能耗,以33.7千瓦時電量等效于消耗1加侖汽油,折算出電動車的“MPG(每英里行駛里程數(shù))”值,為示區(qū)別單位以“MPGe”來表示。MPGe的數(shù)值越大,代表等效能耗越低。
在純電車型標(biāo)簽上,EPA標(biāo)注了車輛的續(xù)航能力和充滿電的時間。上圖標(biāo)識中,1表示車輛類型與燃料種類;2表示燃油經(jīng)濟性;3表示燃油經(jīng)濟性與其他車輛的比較;4表示5年累計節(jié)約或多花銷的費用(相比平均車型);5表示燃油消耗率;6表示平均年油耗(能耗)費用;7表示燃油經(jīng)濟性和溫室氣體比率;8表示二氧化碳排放信息;9表示排放顆粒物比率;10表示詳細(xì)描述;11表示二維碼;12表示數(shù)據(jù)來自
http://www.fueleconomy.gov;13表示續(xù)航里程;14表示充電所需時間。
在插混車型的標(biāo)簽上,EPA會標(biāo)出單獨用油和單獨用電時的能效,再根據(jù)該車的純電續(xù)航里程等因素,綜合估算出它的“綜合工況能效”,單位也以MPGe來表示,這種標(biāo)示方式顯然更為科學(xué)。
插混車型除了顯示純電續(xù)航里程的能力和充電時間,還要對內(nèi)燃機的燃油經(jīng)濟性作出判斷,綜合評估后給出最終的購買參考數(shù)值。
EPA測試電動車時,每輛電動汽車都充滿電,然后在室內(nèi)放置一夜。第二天,再把這輛電動車放在一個測功機上進(jìn)行測試,然后通過一套模擬城市或高速公路的駕駛標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行駕駛?cè)蝿?wù)。
EPA測試標(biāo)準(zhǔn)相比其他的測試標(biāo)準(zhǔn)時間長、里程長、速度高、變速多,而且得考慮環(huán)境溫度對能耗的影響,因此循環(huán)工況更嚴(yán)苛,也更貼近大城市的工作環(huán)境,相對來說是最接近實際油耗和實際續(xù)航里程的測試標(biāo)準(zhǔn)。
JC08循環(huán)測試標(biāo)準(zhǔn)
JC08是日本在2007年開始推行的工況,制定過程之中比較多地借鑒了EPA思路,但也有一些自己的特色,目前僅在日本國內(nèi)應(yīng)用,影響力有限。
該工況的冷啟動和熱啟動分別占到了25%和75%。與NEDC相比,JC08循環(huán)勻速行駛的時間極少,松油門的次數(shù)也更多,考慮到駕駛者頻繁深踩油門動作、等紅綠燈狀況、緊急制動和郊區(qū)碎石路段的使用工況。JC08測試時通常不會踩停,但會急減速,實在需要踩停,之前的速度也多設(shè)置在50km/h左右,更符合實際駕駛情況。
WLTC循環(huán)測試標(biāo)準(zhǔn)
WLTC是WLTP中的燃料耗量測試循環(huán)。為了獲得更符合實際的油耗和污染物排放數(shù)據(jù),2009年起,聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會牽頭,由歐洲、美國、日本等國的眾多專家聯(lián)合研究,于2015年正式編纂了WLTP測試規(guī)程。
它參考了全球多地的典型道路環(huán)境,具備瞬態(tài)特征,更加符合道路實際行駛狀態(tài),中國也是簽約國之一,并將其作為國VI排放測試的依據(jù)。
WLTP由WLTC測試循環(huán)和測試規(guī)程兩大部分組成。其特點是在全世界范圍內(nèi)收集真實的行駛工況數(shù)據(jù),并針對不同的車速,增加城市擁堵工況的比重。歐洲從2018年9月1日開始開始使用這種循環(huán)測試標(biāo)準(zhǔn)。
其中的WLTC循環(huán)標(biāo)準(zhǔn),首先按照車輛功率和質(zhì)量的比值分為三個等級,分別為≤22、22~34和≥34。
在每一個級別的駕駛測試中,WLTC測試循環(huán)分為低速、中速、高速與超高速四部分,模擬了城市、環(huán)路、鄉(xiāng)村和高速路段4種不同工況,更貼近消費者的日常用車情況。
循環(huán)中低速、中速、高速與超高速四部分的持續(xù)時間分別為589秒、433秒、455秒和323秒,最高速度達(dá)到了131km/h。加速、減速、勻速、怠速的占比約為30%、27%、28%、12%。加減速次數(shù)達(dá)到了50余次,頻繁的加減速也增加了車輛取得優(yōu)異成績的難度。
測試過程中還增加了RDE(Real Driving Emissions,真實路況駕駛排放)循環(huán)作為WLTC的補充,這個循環(huán)是在實際道路上進(jìn)行,車輛會行駛90-120分鐘,包括市區(qū)、市郊、高速三種工況,最高車速會達(dá)到145km/h,行駛過程中會采用便攜式排放測量系統(tǒng)(PEMS)作為采集工具。
RDE測試中必須覆蓋90%的路況,像溫度、海拔、負(fù)載、坡度、風(fēng)向等諸多環(huán)境因素都有詳細(xì)規(guī)定。同時測試行程中也應(yīng)包含34%城市、33%鄉(xiāng)村和33%高速公路駕駛循環(huán),相當(dāng)接近于現(xiàn)實工況。
對于電耗的測試,車輛電池在臺架試驗上開始測試時必須充滿電。測試結(jié)束后,工程師立即將車輛重新連接到充電器上。連接電纜裝有電流表,可以檢測到電池在充電過程中的能量損耗。
雖然針對NEDC工況暴露的問題進(jìn)行了優(yōu)化,但這并不意味著WLTC工況完全符合實際情況,它依然存在一定偏差。
比如低速工況負(fù)荷較低且變化不夠劇烈、低速工況占比仍然偏少、沒有考慮環(huán)境溫度變化等都是其不夠合理的地方。
再如測試中加速后再減速,并在一些減速的工況中摻雜再加速的情況,雖然看起來與消費者用車情況十分接近,但加速過程時長過久(如靜止將車速提升到45km/h需用25秒),依舊無法準(zhǔn)確模擬消費者日常用車的真實場景。
CATC中國汽車測試循環(huán)
從上面介紹的各種工況循環(huán)標(biāo)準(zhǔn)來看,在平均速度、平均加速度、平均減速度、加速比例、減速比例、勻速比例、怠速比例等參數(shù)上都有明顯差異。這些差異源自于標(biāo)準(zhǔn)制定者在制定標(biāo)準(zhǔn)時采集的數(shù)據(jù)是來自于哪些城市或地區(qū)。國與國之間的國情不同,不同城市之間也有差異。
前面提到,現(xiàn)在中國即將開始應(yīng)用的WLTC也存在不足,其實更重要的是它并沒有為中國國情專門優(yōu)化,想要讓測試標(biāo)準(zhǔn)真正做到切合中國國情,必須采集中國本地數(shù)據(jù)作為工況的研究基礎(chǔ)。
為了讓燃料消耗量測試數(shù)據(jù)更貼近中國道路真實情況,2015年1月,工信部下達(dá)了中國汽車測試循環(huán)CATC(China Automotive Testing Cycle)的研究任務(wù)。
項目組在國內(nèi)41個代表城市,建立了5500輛車(包括輕型車、重型車和新能源車)組成的采集車隊,收集了約4400萬公里的車輛運動特征、動力特征和環(huán)境特征數(shù)據(jù)。
車隊采集數(shù)據(jù)的道路覆蓋了市區(qū)、郊區(qū)、主干道、快速路、高速路等,時間也覆蓋了一年四季、工作日、節(jié)假日、高峰時段和平峰時段,以做到采集的數(shù)據(jù)最大程度貼近真實駕駛狀況,為制定CATC標(biāo)準(zhǔn)建立起可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
經(jīng)過實際采集,中國工況的平均車速(29km/h)與 WLTC(46.5km/h)相比相差58.6%,中國工況怠速比(22%)和WLTC(13%)相差40%;80km/h以上車速時間比例相差77%。
2019年10月下旬,國家市場監(jiān)督管理總局(國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會)2019年第13號國家標(biāo)準(zhǔn)公告,批準(zhǔn)發(fā)布《中國汽車行駛工況 第1部分:輕型汽車》(GB/T 38146.1-2019)、《中國汽車行駛工況第2部分:重型商用車輛》(GB/T 38146.2-2019)。這意味著,中國汽車行駛工況體系建立,填補了國內(nèi)空白。
根據(jù)規(guī)劃,2025年之前,輕型汽車中的汽柴油車、混合動力汽車、替代燃料汽車采用WLTC工況標(biāo)準(zhǔn),而重型商用車、純電動汽車、燃料電池汽車將率先采用CATC工況標(biāo)準(zhǔn),2025年之后,所有車型都將采用CATC工況標(biāo)準(zhǔn)。
在CATC還未開始導(dǎo)入前,我國仍會以WLTC作為基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行汽車產(chǎn)品檢測,CATC則作為參考標(biāo)準(zhǔn)同步推進(jìn)。而后,隨著各項評價方法及指標(biāo)陸續(xù)起草、發(fā)布及實施,從而推動WLTC逐漸向CATC切換。
CATC為不同類型的車輛設(shè)計了8種工況測試循環(huán),囊括了各種輕型汽車和重型商用車輛的測試工況。
其中中國乘用車工況(CLTC-P)去掉了WLTP中與實際工況不符的超高速行駛部分,將交通量重新劃分為3個速度區(qū)間,分別對應(yīng)低速、中速和高速,工況時長共計1800秒,其中低速區(qū)間時間比例為37.4%,中速區(qū)間時間比例為38.5%,高速區(qū)間時間比例為24.1%,平均車速為29 km/h,最大車速為114km/h,怠速比例為22.1%。
對于純電動汽車,CATC將刪除等速法,增加高低溫下開啟空調(diào)的試驗規(guī)程,其中低溫溫度設(shè)置為-7±3℃,高溫溫度設(shè)置為30±2℃,從而更客觀、真實評價純電動汽車能耗和續(xù)駛里程。此外,插電混動車型的能耗和續(xù)航里程計算方法也將會進(jìn)一步優(yōu)化,從而更貼合實際用車情況。
CATC根據(jù)中國自身的交通數(shù)據(jù)來建立的工況測試循環(huán)更能反映實際國情,根據(jù)該循環(huán)測試出來的油耗值自然也會更接近實際值。從NEDC到WLTC,再到CATC,中國汽車行業(yè)終于有了一套更符合中國國情的排放和油耗測試標(biāo)準(zhǔn),消費者能準(zhǔn)確了解到欲購車輛的真實能耗,而這種權(quán)威性標(biāo)準(zhǔn)的制定也將讓中國在全球汽車行業(yè)內(nèi)擁有更多話語權(quán)。
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