研究周報 | NEDC工況存在五大嚴(yán)重問題,中國工況應(yīng)盡早執(zhí)行
在剛剛召開的中國電動汽車百人會2018年會上,中國汽車技術(shù)研究中心資深首席專家李孟良發(fā)表了《中國工況的起因、研究過程與結(jié)果》主題演講,并現(xiàn)場提及一個振奮人心的好消息:中國工況已經(jīng)開發(fā)完成!
1、歷經(jīng)千辛萬苦,中國工況可彪炳千古
據(jù)介紹,中國工況先后有77個課題團隊、近1100名科研人員參與其中,在41個代表性城市展開了實驗調(diào)查。每個城市至少采集了100輛車的實際行駛數(shù)據(jù)。截至2017年9月,項目組在41個代表性城市建立了約5500輛車的采集車隊(輕型車、重型車和新能源汽車),收集了約4400萬公里的運動特征、動力特征和環(huán)境特征數(shù)據(jù)。相較于WLTC的394輛車、64.5萬公里開發(fā)用數(shù)據(jù),這是迄今為止全球規(guī)模最大、范圍最廣、參數(shù)最多的調(diào)查,完全能夠全面了解我國廣闊區(qū)域內(nèi)各類車輛實際行駛工況研究。
圖1 中國工況數(shù)據(jù)采集城市分布情況
至此,作為連續(xù)九年蟬聯(lián)全球汽車產(chǎn)銷量第一的汽車大國,這是自1989年我國頒布輕型汽車排氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)開始要求使用歐洲ECE十五工況以來,中國汽車產(chǎn)業(yè)首次有了自己獨立的運行工況,結(jié)束了長達近30年沿用國外工況的歷史。
而歷史慘痛經(jīng)驗表明,NEDC作為三階段油耗法規(guī)、國三排放、國四排放乃至輕型混合動力汽車能耗測試的基礎(chǔ)運行工況,實際上是對歐洲車企大開方便之門,無論是乘用車還是商用車,均可以借助NEDC的便利在中國市場大行其道,基本無需考慮匹配中國實際道路環(huán)境,省去了大量的技術(shù)開發(fā)基礎(chǔ)、體系、測試、標(biāo)定工作,相比美國、日本等國家的汽車產(chǎn)品和技術(shù)導(dǎo)入更加便捷。
當(dāng)然,說這個話并不等于我們就應(yīng)該沿用美國、日本的工況,那就會變成另一種矯枉過正。核心意思在于,我國只有擁有獨立的工況,才能擁有獨立的技術(shù)開發(fā)環(huán)境,才能建設(shè)具有中國特色的汽車工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)體系,才能擁有建設(shè)強國的基礎(chǔ)。從這個意義上出發(fā),中國工況的橫空出世,在我國汽車工業(yè)史上用“彪炳千古”四個字來形容,毫不為過!
在此,首先感謝中國工況研究組所有成員!歷時3年的艱辛付出,你們辛苦了!
2、NEDC的漏洞百出和不切實際
感謝之余,出于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)哪康模请娖囈廊灰獙EDC工況的各種不合理進行陳述,以引出本文的主旨。
NEDC(全稱:New European Driving Cycle)工況是歐洲由市區(qū)運轉(zhuǎn)循環(huán)和市郊運轉(zhuǎn)循環(huán)兩部分組成。市區(qū)循環(huán)由4個195秒的小循環(huán)單元組成,包括怠速,啟動,加速以及減速停車等幾個階段,最高車速50 km/h,平均車速18.35 km/h,最大加速度1.042 m/s²,平均加速度0.599 m/s²。市郊循環(huán)時間400s,最高車速120 km/h,平均車速62 km/h,最大加速度0.833 m/s²,平均加速度0.354 m/s²。
很明顯,NEDC循環(huán)存在著幾個嚴(yán)重的問題。
一是測試方法簡單粗暴,多數(shù)時間處在勻速狀況下。NEDC工況全過程僅有16個上升沿,還不及21個穩(wěn)態(tài)工況的數(shù)量多,而且4個市區(qū)小單元還完全一致,導(dǎo)致車輛大部分處在平穩(wěn)運行過程中。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。說不好聽點,這個工況基本可以用來當(dāng)做領(lǐng)導(dǎo)專職司機的駕駛范本。
圖2 NEDC工況運行示意
二是測試時間短,里程少,典型的過把癮就走。NEDC工況全程運行1180秒,也就是20分鐘不到,4×1.013+6.955=11.007公里。與美國FTP75、歐洲WLTC相比運行過程偏短,僅行駛里程略長于日本的JC08。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)。
表1 國外主要工況部分運行參數(shù)對比
循環(huán)名稱 |
行駛總時間 |
行駛總里程 |
最高車速 |
平均車速 |
NEDC |
1180秒 |
11.007公里 |
120km/h |
33.6km/h |
FTP75 |
3066秒 |
36.46公里 |
129.2km/h |
42.79km/h |
WLTC |
1800秒 |
23.27公里 |
131.1km/h |
46.54 km/h |
JC08 |
1200秒 |
8.171公里 |
82 km/h |
24.4 km/h |
三是基本不考慮環(huán)境溫度對車輛運行的影響。以新能源為例,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,最大差異達到了16%以上。這是因為NEDC運行規(guī)則里面根本沒考慮到高低溫狀態(tài)下車輛開啟/關(guān)閉空調(diào)的影響因素,但實際上空調(diào)對于整車能耗的影響至少在5%以上。
圖3 不同環(huán)境溫度下的純電動乘用車能耗表現(xiàn)
*來源:中汽中心、第一電動網(wǎng)
四是無法真實反映插混和普混車輛的能耗水平。由于NEDC全程僅僅行駛11.007公里,而混合動力車型能耗測試結(jié)果可近似簡化為25×油電混合狀態(tài)能耗值÷(25+最大純電續(xù)航里程),現(xiàn)行的混合動力車型如此短的里程下完全是偷偷占便宜,讓那些1.X升的插混公告油耗“暗爽多年”。
五是對節(jié)能技術(shù)發(fā)展有失公允。在技術(shù)水平相近的情況下,NEDC運行規(guī)則對于小排量渦輪增壓更加有利,這種有利主要體現(xiàn)在NEDC工況更多考察發(fā)動機低負(fù)荷狀態(tài),而小排量增壓發(fā)動機在低負(fù)荷狀態(tài)下比更大排量的自然吸氣發(fā)動機更節(jié)油不假,但放到所有工況就不盡其然了,高負(fù)荷、急劇變化的工況條件下小排量增壓發(fā)動機將更多進入高油耗區(qū)域,這就好比偏理科的小排量增壓與更全面的節(jié)能型大排量去參加高考,而高考只考數(shù)理化。
圖4 不同排量的某品牌發(fā)動機不同扭矩下的油耗對比
而歸根到底,這是各國技術(shù)路線選擇下的政策壓制。歐洲前期之所以選擇NEDC工況,與其汽車技術(shù)體系有很大關(guān)系。長久以來,歐洲均以柴油機為主要動力類型,自然吸氣汽油機的能耗與日本和美國始終有所差距。為此,以前歐洲對碳排放重點控制,并通過NEDC和碳排放稅來利于小排量增壓,壓制美國和日本,同時還通過對NOX排放放寬,增強柴油機的優(yōu)勢。比如,此前法國對少于110g/km碳排放的車輛最高獎勵5000歐元/輛,但超過150g/km的車輛則需繳納2600歐元的稅款,超過245g/km的車輛每年還要額外繳納160g/km。
所以,這種漏洞百出又帶有明顯利益傾向的工況,讓歐洲小排量增壓技術(shù)在國內(nèi)市場橫行無忌。然而人家卻在近期“瀟灑轉(zhuǎn)身”,準(zhǔn)備啟用WLTC,汽油機技術(shù)路線也開始由“DownSizing”向“RightSizing”轉(zhuǎn)變,比如奧迪就將利用EA888 Gen.3B 2.0T來切換此前的EA888 Gen.3 1.8T,實現(xiàn)“不同車輛合適排量”的正確發(fā)展思路。而國內(nèi)很多車企卻被帶向了“DownSizing”的溝里,一時半會兒出不來。
圖5 奧迪新開發(fā)的EA888 Gen.3B 2.0T發(fā)動機
3、其它國家采用哪些工況?又具備什么樣的特色?
(1)美國FTP75
實際上美國開發(fā)出很多種不同的工況,只是現(xiàn)在主要應(yīng)用的是FTP75工況而已。該工況是在以前FTP72基礎(chǔ)上增加了熱車等環(huán)節(jié)而成。共分成三個部分,分別是冷啟動、瞬態(tài)運行、熱啟動。在瞬態(tài)運行之后會進行一個熄火浸車處理,時間大概在9分鐘到11分鐘之間。
圖6 FTP75工況運行示意
FTP75的優(yōu)點很明顯,就是更加貼近實際和瞬態(tài)。從圖6中可以看出,F(xiàn)TP75的上升沿數(shù)量極多,明顯的急加速工況出現(xiàn)31次,非常激烈,而怠速時間也更長,相比NEDC的變化更加劇烈,更加符合實際駕駛特征。
圖7 FTP75工況與NEDC工況運行對比
另外,F(xiàn)TP75還增加了兩個附屬工況,一個是US06,專門用于考察高速大負(fù)荷。首先車輛會進行一個高速、高加速度的測試,然后對車輛進行預(yù)處理使車輛達到暖機條件,最后進行1分鐘到2分鐘的怠速狀態(tài),隨即直接進入US06駕駛循環(huán)開始正式試驗。
圖8 US06工況
此外,SC03工況用來對夏季高溫下的空調(diào)開啟狀態(tài)進行單獨測試。此時的試驗溫度會在35攝氏度(正負(fù)不超過5攝氏度)下進行,光照平均值要達到850±W/m2,也是進行預(yù)處理后熄火、熱浸、熱啟動再開始試驗。
圖9 SC03工況
這三個工況進行完后,才會加權(quán)得到最終的測試值,大概是高速對市區(qū)為45:55,最后還會乘以一個0.905 的修正系數(shù),做到了全面覆蓋。更有特點的是,美國的能耗測試計算方法也做到了精準(zhǔn)細(xì)分,比如輕型車油耗也采用2個FTP75測試、1個常規(guī)測試、1個低溫測試、一個HWFET/US06/SC03測試,再進行加權(quán)。
美國的FTP75還有一個優(yōu)點可以借鑒的是,其在進行測試時,基本會采用幾臺車測試,降低了車企在車輛上做手腳的可能性。
(2)歐洲WLTC
前文已經(jīng)提到,NEDC是歐洲給自家車企做的一面保護盾,那為什么要自廢武功,又搞一個WLTC,還要聯(lián)合全世界一起來搞,堂而皇之的稱為世界工況呢?
在智電汽車看來,原因有二。一是NEDC實在是詬病得太厲害了,自己估計也不好意思了,而且環(huán)境問題也逼得歐洲必須重視整車污染物排放控制。二是歐洲在48V系統(tǒng)和插混系統(tǒng)方面的開發(fā)已經(jīng)小有成就,比如全新的Golf GTE的碳排放量僅為38g/km,能夠在更嚴(yán)格的測試程序中獲得優(yōu)勢。三是聯(lián)合全世界一起來搞就是為以后的宣傳鼓吹背書。
說完了背景說正題,不得不說這次的WLTC還是搞得很有一套的,比NEDC的測試時間、變化情況、怠速時間等方面都增加了很大幅度。
圖10 WLTC工況與NEDC工況對比
具體來講,新規(guī)會根據(jù)功率質(zhì)量比將測試車輛分成3個級別應(yīng)對6種試驗循環(huán),統(tǒng)稱為WLTC循環(huán)。循環(huán)由一個589秒的低速、433秒的中速、455秒的高速、323秒的超高速組成,最高速度達到了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,比如NEDC工況下CO和NOX排放占比明顯高于WLTC工況。
圖11 同一車輛在不同工況下PN排放情況對比
*數(shù)據(jù)源自巴斯夫測試數(shù)據(jù)
特別要說明的是,歐六排放法規(guī)里引入了RDE循環(huán)作為WLTC的補充,這個循環(huán)是在實際道路上進行,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循環(huán)的引入對于車企是極大的考驗,降低了車企為了通過測試而極度貼合工況運行規(guī)則進行的種種電噴程序開發(fā)和標(biāo)定可能性。
但WLTC并非全是優(yōu)點,低速工況變化不夠劇烈(負(fù)荷低)、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。
(3)日本JC08
JC08是日本在2007年推行的工況,制定過程之中比較多的借鑒了美標(biāo)思路,但也有一些自己的特色,目前僅在日本國內(nèi)應(yīng)用。該工況的冷啟動和熱啟動分別占到了25%和75%。整個測試中一共包含了26個上升沿,相比NEDC其勻速行駛的時間極少,松油門的次數(shù)也更多,踩停前的速度也多設(shè)置在50km/h左右,更符合實際駕駛情況。
圖12 JC08工況
JC08最大的特點在于其考慮到了減速帶和碎石路工況,這種工況通常不會踩停,但會急減速,比如1100-1200秒之間那個80km/h處的震蕩,就是在模擬這種經(jīng)常出現(xiàn)的行駛特征。
最后把NEDC、FTP75、WLTC、JC08四種工況結(jié)合起來,F(xiàn)TP75與兩個補充工況結(jié)合的測試條件理論上最嚴(yán)苛、最全面,WLTC次之,JC08則對市區(qū)/低速工況的考察最貼合實際,NEDC就不說了,都是淚。
4、為何需要我們自己的中國工況?
首先,NEDC必須被革新。如前文所述,如此漏洞百出和利益傾向嚴(yán)重的運行規(guī)則,在無形之間已經(jīng)扭曲甚至抑制了我國汽車工業(yè)的技術(shù)進步。根據(jù)iCET發(fā)布的《乘用車實際油耗與工況油耗差異年度報告2017》,國內(nèi)乘用車工況油耗與實際油耗的差異度在不斷加大,到2016年底差異度已經(jīng)達到了26%-32%的水平,也就是說,NEDC下的油耗已經(jīng)與實際油耗嚴(yán)重脫節(jié)了,但車企還不得不圍繞著NEDC做產(chǎn)品技術(shù)規(guī)劃和開發(fā)。
圖13 iCET統(tǒng)計發(fā)布的公告油耗與實際油耗比值分布
第二,從運行環(huán)境和條件來看,WLTC和FTP75確實已經(jīng)夠細(xì)致了,但是直接生搬硬套是不適合的,因為中國地形復(fù)雜、道路特征與歐美都有很大的不同。舉個簡單的例子,WLTC和FTP75都有不少時候運行在超高速條件下,比如FTP的129.2km/h和WLTC的131.1km/h,這與中國的主流行駛特征完全不同,別說適用了甚至是違法(國內(nèi)高速最高限速120km/h)。
這一點在中國工況項目組對外介紹的材料里面也得到了印證:經(jīng)過實際采集,中國工況的平均車速(29km/h)與 WLTC(46.5km/h)相比分別相差58.6%,中國工況怠速比(22%)和WLTC(13%)分別相差40%;80km/h以上車速時間比例相差77%。
最重要的是,中國工況將成為雙積分政策平穩(wěn)運行的關(guān)鍵!除了油耗測試、排放測試、新能源汽車整車技術(shù)評價等之外,符合中國實際國情與道路運行特征的中國工況,將雙積分考核等產(chǎn)生重要的影響,因為不論是CAFC值還是新能源汽車單車積分標(biāo)準(zhǔn),均建立在NEDC工況基礎(chǔ)之上,如果基礎(chǔ)運算法不公正,將直接影響到企業(yè)核算結(jié)果和獎懲措施,最終引發(fā)大量的爭執(zhí)和矛盾。
圖14 中國工況是支撐雙積分政策平穩(wěn)運行的關(guān)鍵
*圖片源自中泰證券
舉例來說,按照中國工況與實際工況能耗相差不大、NEDC差值在30%左右來衡量,一輛NEDC公告油耗為6.5L/100km的乘用車在中國工況下預(yù)計油耗將取得8.45L/100km的測試值。按1.95L/100km的差值,若年產(chǎn)5萬輛就將產(chǎn)生9.75萬分的差值,同樣的道理一輛新能源也很有可能差出0.5甚至1個積分。對于大型車企而言,傳統(tǒng)車、新能源汽車?yán)塾嫷揭黄鹁蜁a(chǎn)生差別巨大的企業(yè)核算結(jié)果,幾億元乃至數(shù)十億元的獎懲差別是非常容易出現(xiàn)的。
5、中國工況應(yīng)該什么時候執(zhí)行?
很明顯,既然中國工況已經(jīng)開發(fā)完畢,就可以選擇時機執(zhí)行,結(jié)束堂堂國六標(biāo)準(zhǔn)還在沿用WLTC的尷尬局面!
但執(zhí)行的時機確實需要深思熟慮,按照目前透露的消息,中國工況將于2022年或2023年執(zhí)行。而對于這樣一個遲到4、5年的計劃,個人表示非常的不理解!
首先,筆者贊成中國工況開發(fā)完了就上馬,這同樣是矯枉過正。法規(guī)應(yīng)該給予車企一定的適應(yīng)時間,畢竟此前所有的開發(fā)工作都是基于NEDC進行,對于一個新工況都需要充分的時間去理解、消化、運用、磨合,從軟件到硬件,從工程師到設(shè)備都需要進行大量的調(diào)試。但這個期限并不能拉長到4、5年的時間。可以作為參考的是,歐洲在去年7月就開發(fā)了WLTC,9月份就要求執(zhí)行,車企怨言很大但依然很好的執(zhí)行下來,從目前的情況來看,也談不上太大的不適應(yīng)。
其次,作為尊重研究成果和實效性來講,也應(yīng)該在1-2年后推行。中國工況的項目組成員歷時三年的時間,花費了大量的精力得到了這么寶貴的一個研究成果,如果放到4、5年后才去執(zhí)行,無疑會讓眾多辛勤付出的研究成員感到泄氣。而且,4、5年后高鐵、共享汽車、共享單車、城市軌道交通建設(shè)以及智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的推進,是否會大面積改變中國人的出行方式、是否會大面積改變道路運轉(zhuǎn)特征,都是一個很大的未知數(shù),中國工況是否還會高度契合?估計誰也不敢打包票,那為何不盡量早一點執(zhí)行,在執(zhí)行的過程中不斷搜集問題,適時判斷做出改進?
第三,不能因為在NEDC下制定的油耗目標(biāo)就因小失大、固步自封。2020年整體油耗目標(biāo)5L/100km、2025年整體油耗目標(biāo)4L/100km雖然早已定下,雖然確實會出現(xiàn)執(zhí)行后車企很難達標(biāo)的情況,但是并不是說為了完成這樣一個目標(biāo)就要讓中國工況緩行。那是因小失大、固步自封,倒不如開發(fā)一些特殊的工具包如循環(huán)外法規(guī)額外獎勵來實現(xiàn),總比為了達標(biāo)而采用不切實際的NEDC工況來實現(xiàn)“偽達標(biāo)”更好!
所以,基于獨立自主、2018-2022年雙積分測算、車企適應(yīng)性、項目成果激勵性和實效性等多方面的衡量,真心希望中國工況能夠提前上班,千萬不要遲到。
同時,筆者還希望看到,中國工況之外還能夠增加RDE、多輛車測試取平均值等國外法規(guī)執(zhí)行中可借鑒的地方,更希望看到油耗與排放法規(guī)的工況統(tǒng)一。
中國工況,歡迎您在2019年報到!

責(zé)任編輯:繼電保護
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