世界主要整車道路試驗工況循環(huán)研究

曲德鑫 于忠貴 王劍鋒 曹亮 劉玉明

摘 要：乘用車在正式上市銷售前均需要做整車油耗、排放認(rèn)證，根據(jù)試驗結(jié)果確定其排放及油耗水平是否符合當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)政策要求。為最大限度的模擬實際駕駛工況，同時為確定統(tǒng)一的試驗標(biāo)準(zhǔn)，各國家或地區(qū)均會制定統(tǒng)一的整車道路試驗工況循環(huán)，用于整車排放、油耗試驗。文章主要研究世界上主要乘用車市場所在地的整車試驗工況特點，并加以分析。

關(guān)鍵詞：整車試驗工況循環(huán);NEDC;WLTC;FTP75;US06;SC03;HEFET;JS08

中圖分類號：U467.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2019）12-123-04

Abstract： Passenger cars need to do the fuel consumption and emission certification of the whole vehicle before they are officially listed for sale. According to the test results， whether the emission and fuel consumption levels meet the local regulations and policies. In order to maximize the actual driving conditions， and to determine a uniform test standard， each country or region will formulate a unified cycle of vehicle road test conditions for vehicle emissions and fuel consumption tests. The main purpose of this paper is to study the world`s major vehicle test cycle， and analyze.

Keywords： vehicle test cycle; NEDC; WLTC; FTP75; US06; SC03; HEFET; JS08

CLC NO.： U467.1 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）12-123-04

引言

為保護(hù)環(huán)境、降低能耗，世界上大多數(shù)國家或地區(qū)乘用車在正式上市銷售前均需要做整車油耗、排放認(rèn)證，根據(jù)試驗結(jié)果確定其排放及油耗水平是否符合當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)政策要求。由于實車實際使用工況每個用戶各有不同，因此整車油耗、排放試驗無法完全模擬實際駕駛情況。為最大限度的模擬實際駕駛工況，同時為確定統(tǒng)一的試驗標(biāo)準(zhǔn)，各國家或地區(qū)均會制定統(tǒng)一的整車道路試驗工況循環(huán)，用于整車排放、油耗試驗。目前世界上較大的乘用車研制、銷售市場主要集中在北美、歐洲以及東亞地區(qū)（中、日、韓），各國根據(jù)本國各有特點的用車習(xí)慣及實際情況均制定了不同的整車道路試驗工況循環(huán)，本文主要針對各主要工況循環(huán)特點進(jìn)行研究說明。

1 中國-歐洲整車試驗工況

因我國的整車試驗工況基本參考?xì)W洲相關(guān)法規(guī)制定，因此將我國與歐洲的整車試驗工況放在一起說明。

我國以及歐洲均在進(jìn)行由現(xiàn)有NEDC試驗工況向WLTC工況的過渡工作。我國目前實行第四階段油耗法規(guī)與國Ⅴ排放法規(guī)均應(yīng)用NEDC工況，新發(fā)布的國Ⅵ排放法規(guī)應(yīng)用WLTC工況，計劃2020年實行。至于我國下一階段油耗法規(guī)應(yīng)用哪種工況目前還未可知，但基本可以確定不會再使用NEDC。對于歐洲而言，歐盟已于2017年逐步棄用NEDC工況，改為全面采用WLTC工況循環(huán)。

完整的NEDC試驗需先運(yùn)行4個市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)，接著運(yùn)行1個市郊運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)。工況運(yùn)行圖如圖1所示。

對于WLTC工況循環(huán)，雖然從整個循環(huán)上看我國與歐盟一致，但在實際運(yùn)用上卻略有差別。歐盟根據(jù)功率質(zhì)量比將車輛分為三個級別并對應(yīng)6種試驗循環(huán)，統(tǒng)稱WLTC循環(huán)，如表1及圖2、圖3、圖4;而我國國Ⅵ排放法規(guī)中要求，所有應(yīng)試車輛，無論功率與質(zhì)量如何，均需進(jìn)行一個完整的WLTC循環(huán)，即按歐盟法規(guī)規(guī)定的Class3循環(huán)進(jìn)行。

我國乘用車市場將最直觀的感受到由NEDC循環(huán)切換到WLTC循環(huán)帶來的影響。從工況結(jié)構(gòu)上看，NEDC更趨近于穩(wěn)態(tài)工況，其加減速均較為平和，且基本程勻加減速狀態(tài)，而WLTC循環(huán)明顯為動態(tài)工況，車輛加減速無明顯規(guī)律，相對更符合真實駕駛情況;從車輛所用發(fā)動機(jī)實際工況點上看，經(jīng)過在某車型上分析，在跑WLTC循環(huán)時應(yīng)用的工況點要遠(yuǎn)多于NEDC，詳見圖4，因此要求車輛所用發(fā)動機(jī)要在更多的工況點下有較優(yōu)的動力、經(jīng)濟(jì)性，同時要求車輛-發(fā)動機(jī)-變速器之間匹配更加合理。

同時由于WLTC循環(huán)加速度更高（NEDC最大加速度為1.04m/s2，WLTC為1.75m/s2），對車輛動力性有更高的要求，如按傳統(tǒng)“通過降低發(fā)動機(jī)排量（動力性）以達(dá)到降油耗”思路進(jìn)行車發(fā)匹配，將很可能在跑WLTC循環(huán)時，車輛會在部分工況下運(yùn)行到“噴油加濃”區(qū)域，從而對油耗及排放產(chǎn)生不利影響。針對該問題在某車輛上進(jìn)行研究時，也證明了該問題發(fā)生的可能性，如圖5中紅色圓圈區(qū)域。

根據(jù)以上研究，WLTC循環(huán)相對NEDC更為“激烈”，對車輛綜合性能要求更高，因此需要更優(yōu)的動力總成、標(biāo)定、車發(fā)匹配等。

2 日本整車試驗工況

日本作為全球主要的乘用車研制、消費(fèi)市場，其國內(nèi)相關(guān)試驗工況也具有一定代表性。在2008年前，日本整車試驗工況也為參考?xì)W洲制定，但在08年后其根據(jù)自身實際用車情況，制定了目前僅在日本國內(nèi)適用的JS08工況，工況圖如圖6。

該工況循環(huán)運(yùn)行全長約8.2km，運(yùn)行時間1205s，平均車速24.4km/h，最高車速80km/h。

3 美國整車試驗工況

美國整車試驗工況并非單獨(dú)一個循環(huán)，而是針對車輛在不同使用環(huán)境下，分別規(guī)定與其對應(yīng)的工況進(jìn)行整車試驗，從而最大限度的模擬車輛實際運(yùn)行情況。美國整車試驗主要以FTP75循環(huán)為主，輔以US06、SC03、HWFET工況進(jìn)行補(bǔ)充。

3.1 FTP75循環(huán)

FTP75循環(huán)由冷啟動、瞬態(tài)及熱啟動三部分組成。FTP75第3部與第1部完全相同，第1部為冷啟動、第3部為熱啟動。在2部結(jié)束后和第3部之間，發(fā)動機(jī)停機(jī)10分鐘。FTP75循環(huán)全長17.77km，時長約2500秒（包含中間停機(jī)10分鐘），平均車速34.1km/h。工況圖如圖7。

3.2 US06循環(huán)

US06反映了高速或高加速度的駕駛行為。US06平均車速77.9km/h、最高車速129.2km/h。其全長12.8km，時長600秒。工況圖如圖8。

3.3 SC03循環(huán)

SC03循環(huán)是考慮在使用空調(diào)時（空調(diào)始終最大制冷）發(fā)動機(jī)負(fù)荷、排放及燃料經(jīng)濟(jì)性影響。SC03循環(huán)全長5.8km，時長600秒，平均車速34.8km/h，最高車速88.2km/h。工況圖如圖9。

3.4 HWFET循環(huán)

HWFET循環(huán)模擬了車輛在高速公路上的行駛狀況。HWFET循環(huán)全長16.45km，時長765秒，平均車速77.7km/h，最高車速96.4km/h。工況圖如圖10。

美國通過如上4個工況循環(huán)分別模擬不同車輛運(yùn)行情況，且在實際油耗或排放法規(guī)中，針對不同循環(huán)試驗均給出對應(yīng)的試驗標(biāo)準(zhǔn)及判定值，最大限度的覆蓋實際車輛運(yùn)行情況。

4 各工況循環(huán)對比

各工況基本參數(shù)對比見表2。通過該表對比來看，NEDC在最大車速、最大加速度上均有利于試驗車跑出好的油耗、排放結(jié)果，而以FTP75為主的美國工況以及歐盟和我國后續(xù)實行的WLTC，明顯更為激烈。從整個工況下加速度對比圖上來看，美國的US06則明顯高于其他工況，如圖11。

從各工況能使發(fā)動機(jī)運(yùn)行到的區(qū)域來看，以某車型為例，NEDC基本僅應(yīng)用了發(fā)動機(jī)中低速-中低負(fù)荷區(qū)域，而WLTC和SC03會使發(fā)動機(jī)運(yùn)行至低速大負(fù)荷區(qū)域，US06會使車重/功率比較大的車輛發(fā)動機(jī)運(yùn)行至滿負(fù)荷加濃區(qū)域（如圖12），該種工況特性，無疑會加大對發(fā)動機(jī)本體性能（設(shè)計、標(biāo)定）及車發(fā)匹配的要求。

5 總結(jié)

總體而言，世界上整車試驗運(yùn)行工況主要分為歐盟、美國兩個流派。對于美國，因常年養(yǎng)成的用車習(xí)慣，一般用戶更青睞大排量、動力性強(qiáng)車輛。且美國高速公路網(wǎng)較為發(fā)達(dá)，相對地廣人稀，城際間及州際間長途運(yùn)行較為普遍，因此在制定整車試驗工況時相對側(cè)重高加速度、中高車速巡航及空調(diào)開啟時對整車的影響。如US06工況，最大加速度高達(dá)3.73m/s2，是NEDC的三倍，WLTC的兩倍。而歐洲制訂循環(huán)過程中更多的受到了歐洲汽車大廠的影響，運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)的加減速較平緩一些，車輛運(yùn)行相對穩(wěn)定。某種程度上更利于試驗樣車跑出好的排放/油耗結(jié)果的。不過隨著近些年節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)的推廣，歐洲相關(guān)機(jī)構(gòu)也意識到NEDC已無法正確體現(xiàn)車輛的真實油耗、排放水平，因此開始全面采用更注重動態(tài)工況、更為接近實車運(yùn)行情況的WLTC循環(huán)。我國目前的整車試驗工況基本參考?xì)W盟制定。

參考文獻(xiàn)

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