輕型汽油車實際道路行駛工況與實驗室工況油耗對比分析

冉林堯，杜寶程

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輕型汽油車實際道路行駛工況與實驗室工況油耗對比分析

冉林堯，杜寶程

（中國汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401122）

選擇兩臺滿足國六排放標準的輕型汽油車在進行了WLTC和NEDC循環(huán)工況下的實驗室工況試驗，并對其按照RDE測試規(guī)程進行了實際道路行駛工況試驗，探討實際道路行駛工況的油耗結果與實驗室工況油耗的對比。用碳平衡的方法計算各工況油耗，結果表明實際道路行駛工況的油耗結果和實驗室工況結果偏差都在5%之內，WLTC工況與實際道路行駛工況之間的偏差更小。在低速階段實際行駛油耗與實驗室差異較大，而在高速階段，WLTC循環(huán)工況油耗與實際道路油耗很接近。

實際道路行駛工況；NEDC工況；WLTC工況；燃油消耗量

前言

近年來，中國的機動車保有量持續(xù)增加，統(tǒng)計數據顯示截至2017年年底，中國機動車保有量達到3.101億輛，其中汽車2.17億輛（含新能源汽車153.0萬輛）。中國機動車保有量的持續(xù)增長也帶來了一系列問題，如交通擁堵、空氣污染、能源安全等。目前，我國輕型車Ⅰ型試驗和油耗的型式認證采用NEDC工況，2016年我國已發(fā)布的第六階段排放標準，Ⅰ型試驗工況變?yōu)閃LTC，Ⅱ型試驗由國Ⅴ標準的汽油車雙怠速與柴油車自由加速試驗改變?yōu)閷嶋H道路排放試驗（RDE），油耗型式認證工況沿用NEDC工況。為對比現有排放控制技術車輛的實際行駛污染物排放下的油耗以及WLTC 和NEDC 工況下的油耗特性，本文中選擇2輛滿足國六排放標準的輕型汽油車在實驗室中進行WLTC 和NEDC 工況排放試驗，并使用便攜式車載排放測量系統(tǒng)( PEMS) 按照RDE 測試規(guī)程進行實際行駛排放測試，研究實際道路行駛與實驗室工況的油耗差異。

1 研究方法與數據處理

1.1 試驗車輛與測試設備

試驗車輛選取2輛汽油車，滿足國六排放標準，車輛的主要技術參數見表1。

表1 試驗車輛主要參數

兩臺車在實驗室內進行NEDC和WLTC工況下的排放試驗，同時使用PEMS 在實際道路中進行排放測試。PEMS主要由分析單元、排氣流量傳感器、GPS 和溫濕度計等組成。主要測試設備見表2。

表2 設備型號廠商

1.2 測試工況

試驗室內排放測試工況為NEDC 和WLTC。NEDC工況由四個市區(qū)，一個市郊工況組成；WLTC 工況由低速、中速、高速和超高速4 部分組成，工況如圖1所示。

圖1 實驗室工況曲線

實際道路排放測試路線由市區(qū)、市郊和高速路段3 部分組成。試驗應按市區(qū)—市郊—高速路段的順序連續(xù)進行，試驗應該連續(xù)進行，試驗結果中可以包括試驗開始和結束在相同地點的行程。市郊行駛可以被市區(qū)（行駛距離很短）行駛中斷，高速行駛可以也被市區(qū)或市郊（行駛距離很短）行駛中斷。根據車輛行駛速度的大小，區(qū)分車輛運行道路的屬性，市區(qū)道路：車輛行駛速度在60km/h 以下；市郊道路：車輛行駛速度在60km/h 和 90km/h 之間；高速路：車輛行駛速度大于90km/h。行駛路線應包括 34%的市區(qū)路段、33%的市郊路段和33%的高速路段，上述各段行駛比例的誤差應控制在±10%以內，但市區(qū)路段的行駛比例不能低于總行駛距離的29%。試驗持續(xù)時間在90min-120min 之間，市區(qū)、市郊和高速路段的行駛距離均應在16km以上。本文中選擇在重慶市江津雙福城區(qū)、重慶繞城高速完成實際道路行駛工況試驗。以B車為例，實際道路行駛工況速度曲線如圖2所示。

圖2 實際道路行駛工況速度曲線

1.3 數據處理

油耗計算方法（碳平衡法），根據《輕型汽車燃料消耗量試驗方法GB /T19233—2008》，由質量守恒原理可知，燃燒的產物CO2、CO 和THC 中碳元素均來自于汽油。

因此，根據尾氣中CO2、CO 和THC 的含量，汽油的密度和碳含量，就可以計算出汽油消耗量，計算公式見式（1）：

FC=0.1154[(0.866*HC)+(0.429*CO)+(0.273*CO2)]/D（1）

式中：

FC—汽油消耗量，單位為升每100千米（L/100km）；

HC—測得的碳氫排放量，單位為克每千米（g/km）；

CO—測得的一氧化碳排放量，單位為克每千米（g/km）；

CO2—測得的二氧化碳排放量，單位為克每千米（g/km）；

D—288K(15℃)下試驗燃料的密度，單位為千克每升（kg/L）。

同理，汽油瞬時消耗量也可以用碳平衡方法計算得到，見公式（2）：

FR=0.001154[(0.866*HC)+(0.429*CO)+(0.273*CO2)]/D（2）

式中：

FR—汽油瞬時消耗量，單位為升每秒（L/s）；

HC—測得的碳氫排放速率，單位為克每秒（g/s）；

CO—測得的一氧化碳排放速率，單位為克每秒（g/s）；

CO2—測得的二氧化碳排放速率，單位為克每秒（g/s）；

D—288K(15℃)下試驗燃料的密度，單位為千克每升（kg/L）。

公式（1）中系數0.1154是由公式（12+氫碳比）/12*10計算獲得，允許將實測氫—碳比代入此時求得新系數，按新系數進行燃料消耗量計算。由于HC排放量僅為CO2排放量的1‰~2‰，計算燃料消耗量中影響甚微，可以忽略因為氫—碳比的變化引起的HC中碳量變化對計算結果的影響。

2 結果分析

2.1 不同工況下的油耗結果對比

圖3為NEDC、WLTC工況和實際道路行駛工況下A、B兩臺車的油耗結果，其中車輛A在實際道路行駛工況下油耗結果與NEDC工況結果偏差在4.82%，與WLTC工況結果偏差在3.88%；其中車輛B在實際道路行駛工況下油耗結果與NEDC工況結果偏差在4.59%，與WLTC工況結果偏差在-3.69%。

圖3 三個工況下兩臺車的綜合油耗

圖4 車輛A在不同工況下各階段的油耗

圖5 車輛B在不同工況下各階段的油耗

為了更好的分析不同工況下的油耗結果，NEDC、WLTC工況都參考實際道路行駛工況的要求，通過車速來劃分市區(qū)（V<60km/h）、市郊（60km/h≤V<90km/h）、高速階段（V≥90km/h）。并單獨列出各工況下的冷啟動油耗。

圖4為車輛A在不同工況下各階段的油耗結果，可以得出市區(qū)階段NEDC工況的油耗值小于WLTC工況與實際道路行駛工況的油耗值，WLTC工況與實際道路行駛工況的油耗值更接近；市郊階段NEDC工況的油耗值更接近實際道路行駛工況的油耗值，都大于WLTC工況的油耗值；高速階段NEDC工況與WLTC工況的油耗值相近，都小于實際道路行駛工況的結果。

圖5為車輛B在不同工況下各階段的油耗結果，可以得出市區(qū)階段NEDC工況的油耗值小于WLTC工況與實際道路行駛工況的油耗值，WLTC工況與實際道路行駛工況的油耗值基本相同，與車輛A在市區(qū)階段的規(guī)律一致；市郊階段NEDC工況的油耗值更接近實際道路行駛工況的油耗值，都小于WLTC工況的油耗值；高速階段NEDC工況與WLTC工況的油耗值相近，都小于實際道路行駛工況的結果。從圖4、圖5可以得知，冷啟動階段的油耗遠高于其他各階段，NEDC工況油耗小于WLTC工況的油耗，都遠小于實際道路行駛工況的油耗。

綜上， WLTC工況更能體現實際道路行駛工況在各階段的油耗規(guī)律，與實際道路行駛工況的油耗結果更接近。

2.2 研究不同工況曲線速度的分配比例情況，對比分析不同速度段的油耗貢獻率

圖6 不同工況曲線速度的分配

圖6是各工況在不同階段的速度分配比例， 0-30km/h速度段，NEDC工況的速度比例為48%，WLTC工況的速度比例為27%，實際道路行駛工況的速度比例為50%左右；30-60km/h速度段，NEDC工況的速度比例為32%，WLTC工況的速度比例為41%，實際道路行駛工況的速度比例為13%左右；60-90km/h速度段，NEDC工況的速度比例為13%，WLTC工況的速度比例為17%，實際道路行駛工況的速度比例為19%左右；≥90km/h速度段，NEDC工況的速度比例為7%，WLTC工況的速度比例為15%，實際道路行駛工況的速度比例為18%左右。從速度分配比例的情況可以得出：0-30km/h速度段，實際道路行駛工況速度分配比例接近于NEDC工況；30-60km/h速度段，實際道路行駛工況速度分配比例遠小于NEDC工況和WLTC工況；60-90km/h速度段以及≥90km/h速度段，實際道路行駛工況速度分配比例比較接近WLTC工況。

圖7 車輛B不同工況下各速度段油耗貢獻率

以車輛B為例，分析不同工況下各速度段的油耗貢獻率，如圖7所示。NEDC工況下，0-30km/h速度段油耗貢獻率為33%，30-60km/h速度段油耗貢獻率為27%，60-90km/h速度段和≥90km/h速度段的油耗貢獻率均為20%；WLTC工況下，0-30km/h速度段油耗貢獻率為19%，30-60km/h速度段油耗貢獻率為30%，60-90km/h速度段段的油耗貢獻率為19%，≥90km/h速度段的油耗貢獻率為32%；實際道路行駛工況下，0-30km/h速度段油耗貢獻率為30%，30-60km/h速度段油耗貢獻率為10%，60-90km/h速度段的油耗貢獻率為22%，≥90km/h速度段的油耗貢獻率為39%。從各工況下不同速度段的油耗貢獻率的情況可以得出：NEDC工況的燃油消耗主要集中在0-30km/h速度段和30-60km/h速度段；WLTC工況的燃料消耗主要集中在30-60km/h速度段和≥90km/h速度段；實際道路行駛工況的燃料消耗主要集中在0-30km/h速度段和≥90km/h速度段。

綜上，從速度分配比例情況可以得出，在速度低于60km/h的階段，實際道路行駛工況與實驗室工況的差異較大，在速度大于60km/h階段，實際道路行駛工況與WLTC工況更接近；從不同工況下各速度段的油耗貢獻率情況可以得知，實際道路行駛工況在在0-30km/h速度段的油耗貢獻率情況與NEDC工況接近；在60-90km/h速度段，油耗貢獻率與NEDC以及WLTC工況基本一致；在≥90km/h速度段油耗貢獻率情況與WLTC工況接近。

3 結論

（1）實際道路行駛工況的綜合油耗結果與實驗室工況的綜合油耗結果偏差都在5%之內，更接近WLTC工況的綜合油耗；實際道路行駛工況在各階段的油耗規(guī)律更接近WLTC工況。

（2）實際道路行駛工況與實驗室工況在冷啟動階段的油耗遠大于各工況下的其他階段的油耗以及各工況的綜合油耗。

（3）實際道路行駛工況于實驗室工況的速度分配比例在速度低于60km/h的階段，實際道路行駛工況與實驗室工況的差異較大，在速度大于60km/h階段，實際道路行駛工況與WLTC工況更接近。實際道路行駛工況在在0-30km/h速度段的油耗貢獻率情況與NEDC工況接近，在≥90km/h速度段油耗貢獻率情況與WLTC工況接近。

（4）實際道路行駛工況與現階段的實驗室工況有一定的相關性，但是其規(guī)律也不能完全從實驗室工況曲線體現出來，在以后的研究中，可以建立大數據庫，采集更多的數據，建立更好體現實際道路行駛工況的實驗室工況曲線。

[1] 朱慶功,楊正軍,溫溢等.輕型汽車實際道路行駛與實驗室工況污染物排放對比研究[J].汽車工程,2017,39(10):1125-1129.

[2] 盧笙,吳燁,張少君等.基于車載診斷系統(tǒng)的輕型乘用車實際道路油耗特征分析[J].環(huán)境科學學報,2018,38(5):1783-1790.

[3] 龐然.基于實際道路使用工況的汽車燃油消耗研究[D],2017.

[4] GB 19233-2008T輕型汽車燃料消耗量試驗方法.2008.

[5] GB 18352.6-2016輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第六階段)[S]. 2016.

Comparative analysis of fuel consumption of light duty gasoline vehicle under actual driving condition and laboratory condition

Ran Linyao, Du Baocheng

（China automotive engineering research institute co., ltd., Chongqing 401122）

Two light-duty gasoline vehicles meeting the national emission standards were tested under WLTC and NEDC cycle conditions in laboratory, and the actual road driving test was carried out according to RDE test rules. The comparison of fuel consumption between the actual road driving conditions and the laboratory working conditions was discussed.Carbon balance method was used to calculate fuel consumption under various working conditions. The results show that the devia -tion between the fuel consumption results of actual road driving conditions and laboratory operating conditions is within 5%, and the deviation between WLTC operating conditions and actual road driving conditions is smaller.The actual fuel consum -ption in low speed stage is quite different from that in laboratory, but in high speed stage, the fuel consumption in WLTC cycle is very close to the actual road fuel consumption.

actual road driving condition; NEDC working condition; WLTC working condition; fuel consumption

A

1671-7988(2018)18-60-04

U467.5

A

1671-7988(2018)18-60-04

CLC NO.: U467.5

冉林堯，男，助理工程師，就職于中國汽車工程研究院股份有限公司。主要從事汽車排放檢測。杜寶程，男，高級工程師，就職于中國汽車工程研究院股份有限公司。主要從事汽車排放檢測。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.022