再见NEDC ,你好WLTC

2021-03-03

开电动汽车的朋友都知道,NEDC续航里程没有不打折的,春秋天打八折,到了夏天和冬天,续航里程就更短了;NEDC油耗也一样不靠谱,百公里油耗怎么也得加上一两升才会和实际油耗贴点边。这是为什么呢?因为NEDC的数值是在实验室里的理想工况下测出来的,和实际驾驶环境差别太大了。

 

在中国,采用NEDC(New European Driving Cycle,新欧洲驾驶循环)测试出来的油耗数据和电耗数据与实际数据相差较大已是不争的事实。有数据表明,NEDC油耗与实际油耗的差异在30%左右,而NEDC电耗与实际油耗的差异在20%左右。这种误差已经让NEDC无法真实反映我国汽车行业节能减排的实际情况。

 

怎么能让标称的油耗和电耗真实一点呢?只有改变测试的方法,使之更客观、更准确地反映实际驾驶路况。

 


 

2021年2月20日,国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准发布了由工业和信息化部组织制定的《乘用车燃料消耗量限值》强制性国家标准(GB 19578-2021),并将于7月1日起正式实施。

 

其中提出在2025年前,传统能源乘用车、插电式混合动力乘用车的试验工况将由NEDC切换为WLTC(Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle,全球轻型车辆测试循环),工况的改变将影响车辆综合燃料消耗量,这就意味着NEDC标准将全面退出国内的机动车油耗及电动车续航里程的工信部标准。

 


 

WLTC是WLTP(Worldwide Light-duty Test Procedure,全球轻型汽车测试规程)中的燃料耗量测试循环。与上世纪70年代的NEDC工况相比,2015年正式完成的WLTC测试工况更为严苛,最高车速、平均速度、最大加减速度以及加减速幅度、测试行驶时间都比NEDC有了较大提升,难度明显增加,且没有周期性的加速、减速,可以更好地体现在不同拥堵程度的路面车速时快时慢的实际驾驶情况。

 

WLTC测试工况已经率先于2018年9月1日在欧洲实行,当时由于准备时间较短,测试流程相当漫长,有车型不能及时通过WLTP认证,扰乱了车厂的生产,也影响车企的整体销量与净利润,给部分欧洲车企带来了不小的困扰。

 

宝马在欧洲市场停售了M3和M760Li;奥迪在欧洲停产了RS3车系,暂停生产SQ5;标致则在2018年6月底到10月初暂停了308 GTi的生产;大众集团暂停了Passat GTE和Golf GTE的生产;保时捷的主力插电混合动力车型Panamera轿车以及Cayenne SUV也暂时停产。

 

英国电动汽车制造商和贸易商协会(SMMT)表示:在多数情况下,WLTP标准将得到更大的二氧化碳排放数据,与NEDC相比可能高达20%;来自汽车行业数据供应商JATO通过对18个典型车型进行评估,认为各车型的排放数据实际增长量为13%至18%。

 


WLTC对于中国车企的挑战

 

可以肯定地说,WLTC对于多数中国车企来说,也同样充满了挑战。工信部在2019年1月发布的《乘用车燃料消耗量限值》(征求意见稿)编制说明中曾明确,新国标旨在持续推动传统燃油汽车节能降耗,同时服务和促进新能源汽车发展,确保实现新能源汽车发展目标,最终达到我国乘用车新车平均燃料消耗量水平在2025年下降至4.0 L/100km,对应二氧化碳排放约为95g/km的国家总体节能目标(基于NEDC循环)。

 


 

在WLTC工况下,车辆的平均速度、最高速度、最大加速度等都有提升,反映的是在车速波动大、怠速工况少,速度区间广,测试周期长且没有特别规律性等瞬态工况的车辆能耗水平,更接近实际使用情况。

 

同时,WLTC工况会让被检测产品的负荷增大、油耗增加,不但插混与普混的能耗表现将会大打折扣,而且削弱了怠速启停和48V微混等技术的节油效果,还严重暴露了小排量涡轮发动机在负荷剧烈波动下耗油量、排放量甚至比同等功率输出的自然吸气发动机更高的事实。

 

另外,新国标将车型燃料消耗量的评价体系从基于整备质量分组的阶梯式变更为基于整备质量的直线式,因此,企业想要通过在整车重量上“做文章”从而降低油耗的做法已经行不通了。

 

还有,新国标分别对车辆燃料消耗量限制以及与限值对应二氧化碳排放量的参考值、车辆燃料消耗量生产一致性以及车辆更改和认证扩展提出了要求。

 

因此,WLTC工况可能会引导车企进行新一轮的技术调整,发动机设计和技术路线将因两种试验工况的切换而发生改变。“如使用NEDC试验标准,车企会设计出小排量涡轮增压发动机。但如果实行WLTC标准,车企会选择自然吸气发动机,各类发动机对应不同工况下的油耗水平存在明显差异。”全国乘用车市场信息联席会秘书长崔东树表示。

 

除了发动机研发可能从一味小型化向寻找适中尺寸过渡,专用于增程式混合动力的高效发动机可能会有较好的发展前景;48V混动系统可能会向高压混动系统发展;同时巨大的压力可能会促进主机厂趋于靠发展新能源汽车来平衡企业的平均燃料消耗量。

 


 

其实,工况测试方案很多,除了NEDC,美国的EPA系列,日本的JC系列,2015年中国也启动了中国工况CATC的研究工作,并且在2018年初完成了中国工况的整体设计工作,相对来说CATC更适合中国的实际情况。那么为什么现在会用WLTC呢?

 

原因很简单,因为我国的环保排放控制已经选择了WLTC作为标准,油耗测试如果一步到位,采用CATC中国工况,对企业来讲就要做两个不同的循环测试,确实是一种负担。在目前给企业减负的整体氛围下,只能先用WLTC作为过渡,再逐步切换到CATC。

 

下面我们来看看WLTC与其他测试标准的对比。

 


NDEC循环测试标准 

 

NEDC测试标准可以追溯到1970年代的ECE-15标准,最新的一次修正在1997年,时间实在有些久远。这个测试循环标准主要参考的是欧洲的典型道路环境,包括了4个市区工况循环和一个郊区工况循环,总用时为19分20秒。

 

市区工况循环测试的时候最高车速为50km/h,平均车速为18.77km/h,每个循环时间为195秒,行驶1.013 km,最大加速度1.042 m/s²,平均加速度0.599 m/s²;而郊区工况占用380秒,测试时最高车速为120km/h,平均车速为62.6km/h,有效行驶时间400秒,共行驶6.955km路程;最大加速度0.833 m/s²,平均加速度0.354 m/s²这些测试都是在实验室里进行的。

 




 

NEDC 循环工况的特点是测试时间短、里程小、速度低、变速少,基本不考虑环境温度对能耗的影响,也没有充分考虑市区交通堵塞时车辆不断启停的情况,市郊工况更是加速和匀速的测试,车辆核心部件能够维持良好的工作状态,因此存在着几个严重的问题:

 

一是测试过程,多数时间处在匀速状况下。这与实际驾驶过程完全脱轨,根本不能反映实际能耗和排放情况。

 

二是测试时间短,里程少。NEDC工况全程运行时间不到20分钟,总里程11.007公里。过于简短的过程无法详细测试车辆在不同运行条件下的特征参数。

 

三是基本不考虑环境温度对车辆运行的影响。根据中汽中心组织的测试,部分车型在NEDC工况下的百公里耗电量与高温光照空调下的耗电量差异较大,最大差异达到了16%以上。

 

四是无法真实反映插混和油电混合车辆的能耗水平。由于NEDC全程仅行驶11.007公里,插混车型在如此短的里程下可以完全用电行驶,和实际行驶情况差别较大。

 

五是对节能技术的考察不够全面,更多是出于对欧洲汽车工业情况的考虑,侧重考察发动机低负荷状态,对于小排量涡轮增压更加有利,其实在高负荷、急剧变化的工况条件下,小排量增压发动机的油耗相当高。

 


EPA循环测试标准

 

EPA是美国环境保护署(Environmental Protection Agency)的英文缩写,EPA循环测试标准是美国环保署制定的用来衡量内燃机乘用车尾气排放和燃油经济性及电动汽车续航里程的测试程序,主要参考了美国的典型道路环境,最新版在2008年修订的。

 

测试标准包括城市工况(The FTP-75 proper)、高速工况(HWFET or HFET)、激烈驾驶工况(SFTP US06)和空调使用工况(SFTP SC03)。其中城市工况包括冷启动过渡阶段、稳态阶段、热浸阶段以及热启动过渡阶段,持续时间1877秒,行驶距离17.77km,平均车速34.12km/h,最高车速91.25 km/h。

 

高速工况测试运行两次,两次运行之间最大间隔时间17秒。第一次运行是车辆预处理,第二次运行是实际测试与排放测量。持续时间76秒,总行驶距离16.45 km,平均车速 77.7 km/h。

 

激烈驾驶工况是为了考察测试样车在高速度、高加速度情况下的排放情况。首先进行一个高速度、高加速度的测试,对车辆进行预处理使车辆达到暖机条件。然后进行60-120秒的怠速,随后直接进入高速度、高加速度驾驶循环开始正式试验。持续时间596 秒,行驶距离12.8km,平均车速77.9km/h,最高车速129.2km/h。

 

空调使用工况考察车辆在夏季高温空调全负荷开启的特定行驶循环下的排放情况。测试时需要开启空调,实验室温度为35℃,相对湿度为40%,试验过程中空调始终开启在最大制冷量。首先运行一遍此工况对车辆进行预处理,然后熄火并在该环境下热浸540-660秒后热启动进行此工况驾驶循环开始正式试验。持续时间596 秒,行驶距离5.8 km),平均车速34.8 km/h,最高车速88.2 km/h。

 

针对插电式混合动力车和纯电动车,EPA于2010年开始,采用了能量当量转化的方法计算能耗,以33.7千瓦时电量等效于消耗1加仑汽油,折算出电动车的“MPG(每英里行驶里程数)”值,为示区别单位以“MPGe”来表示。MPGe的数值越大,代表等效能耗越低。

 


 

在纯电车型标签上,EPA标注了车辆的续航能力和充满电的时间。上图标识中,1表示车辆类型与燃料种类;2表示燃油经济性;3表示燃油经济性与其他车辆的比较;4表示5年累计节约或多花销的费用(相比平均车型);5表示燃油消耗率;6表示平均年油耗(能耗)费用;7表示燃油经济性和温室气体比率;8表示二氧化碳排放信息;9表示排放颗粒物比率;10表示详细描述;11表示二维码;12表示数据来自http://www.fueleconomy.gov;13表示续航里程;14表示充电所需时间。

 


 

在插混车型的标签上,EPA会标出单独用油和单独用电时的能效,再根据该车的纯电续航里程等因素,综合估算出它的“综合工况能效”,单位也以MPGe来表示,这种标示方式显然更为科学。

 

插混车型除了显示纯电续航里程的能力和充电时间,还要对内燃机的燃油经济性作出判断,综合评估后给出最终的购买参考数值。

 

EPA测试电动车时,每辆电动汽车都充满电,然后在室内放置一夜。第二天,再把这辆电动车放在一个测功机上进行测试,然后通过一套模拟城市或高速公路的驾驶标准来执行驾驶任务。

 

EPA测试标准相比其他的测试标准时间长、里程长、速度高、变速多,而且了考虑环境温度对能耗的影响,因此循环工况更严苛,也更贴近大城市的工作环境,相对来说是最接近实际油耗和实际续航里程的测试标准。

 


JC08循环测试标准

 

JC08是日本在2007年开始推行的工况,制定过程之中比较多地借鉴了EPA思路,但也有一些自己的特色,目前仅在日本国内应用,影响力有限。

 

该工况的冷启动和热启动分别占到了25%和75%。与NEDC相比,JC08循环匀速行驶的时间极少,松油门的次数也更多,考虑到驾驶者频繁深踩油门动作、等红绿灯状况、紧急制动和郊区碎石路段的使用工况。JC08测试时通常不会踩停,但会急减速,实在需要踩停,之前的速度也多设置在50km/h左右,更符合实际驾驶情况。

 


WLTC循环测试标准

 

WLTC是WLTP中的燃料耗量测试循环。为了获得更符合实际的油耗和污染物排放数据,2009年起,联合国欧洲经济委员会牵头,由欧洲、美国、日本等国的众多专家联合研究,于2015年正式编纂了WLTP测试规程。

 

它参考了全球多地的典型道路环境,具备瞬态特征,更加符合道路实际行驶状态,中国也是签约国之一,并将其作为国VI排放测试的依据。

 

 

WLTP由WLTC测试循环和测试规程两大部分组成。其特点是在全世界范围内收集真实的行驶工况数据,并针对不同的车速,增加城市拥堵工况的比重。欧洲从2018年9月1日开始开始使用这种循环测试标准。

 

其中的WLTC循环标准,首先按照车辆功率和质量的比值分为三个等级,分别为≤22、22~34和≥34。

 

在每一个级别的驾驶测试中,WLTC测试循环分为低速、中速、高速与超高速四部分,模拟了城市、环路、乡村和高速路段4种不同工况,更贴近消费者的日常用车情况。

 

循环中低速、中速、高速与超高速四部分的持续时间分别为589秒、433秒、455秒和323秒,最高速度达到了131km/h。加速、减速、匀速、怠速的占比约为30%、27%、28%、12%。加减速次数达到了50余次,频繁的加减速也增加了车辆取得优异成绩的难度。

 


 

测试过程中还增加了RDE(Real Driving Emissions,真实路况驾驶排放)循环作为WLTC的补充,这个循环是在实际道路上进行,车辆会行驶90-120分钟,包括市区、市郊、高速三种工况,最高车速会达到145km/h,行驶过程中会采用便携式排放测量系统(PEMS)作为采集工具。

 

RDE测试中必须覆盖90%的路况,像温度、海拔、负载、坡度、风向等诸多环境因素都有详细规定。同时测试行程中也应包含34%城市、33%乡村和33%高速公路驾驶循环,相当接近于现实工况。

 

对于电耗的测试,车辆电池在台架试验上开始测试时必须充满电。测试结束后,工程师立即将车辆重新连接到充电器上。连接电缆装有电流表,可以检测到电池在充电过程中的能量损耗。

 

虽然针对NEDC工况暴露的问题进行了优化,但这并不意味着WLTC工况完全符合实际情况,它依然存在一定偏差。

 

比如低速工况负荷较低且变化不够剧烈、低速工况占比仍然偏少、没有考虑环境温度变化等都是其不够合理的地方。

 

再如测试中加速后再减速,并在一些减速的工况中掺杂再加速的情况,虽然看起来与消费者用车情况十分接近,但加速过程时长过久(如静止将车速提升到45km/h需用25秒),依旧无法准确模拟消费者日常用车的真实场景。

 


CATC中国汽车测试循环

 

从上面介绍的各种工况循环标准来看,在平均速度、平均加速度、平均减速度、加速比例、减速比例、匀速比例、怠速比例等参数上都有明显差异。这些差异源自于标准制定者在制定标准时采集的数据是来自于哪些城市或地区。国与国之间的国情不同,不同城市之间也有差异。

 

前面提到,现在中国即将开始应用的WLTC也存在不足,其实更重要的是它并没有为中国国情专门优化,想要让测试标准真正做到切合中国国情,必须采集中国本地数据作为工况的研究基础。

 

为了让燃料消耗量测试数据更贴近中国道路真实情况,2015年1月,工信部下达了中国汽车测试循环CATC(China Automotive Testing Cycle)的研究任务。

 


 

项目组在国内41个代表城市,建立了5500辆车(包括轻型车、重型车和新能源车)组成的采集车队,收集了约4400万公里的车辆运动特征、动力特征和环境特征数据。

 

车队采集数据的道路覆盖了市区、郊区、主干道、快速路、高速路等,时间也覆盖了一年四季、工作日、节假日、高峰时段和平峰时段,以做到采集的数据最大程度贴近真实驾驶状况,为制定CATC标准建立起可靠的数据基础。

 

经过实际采集,中国工况的平均车速(29km/h)与 WLTC(46.5km/h)相比相差58.6%,中国工况怠速比(22%)和WLTC(13%)相差40%;80km/h以上车速时间比例相差77%。

 

2019年10月下旬,国家市场监督管理总局(国家标准化管理委员会)2019年第13号国家标准公告,批准发布《中国汽车行驶工况 第1部分:轻型汽车》(GB/T 38146.1-2019)、《中国汽车行驶工况第2部分:重型商用车辆》(GB/T 38146.2-2019)。这意味着,中国汽车行驶工况体系建立,填补了国内空白。

 

根据规划,2025年之前,轻型汽车中的汽柴油车、混合动力汽车、替代燃料汽车采用WLTC工况标准,而重型商用车、纯电动汽车、燃料电池汽车将率先采用CATC工况标准,2025年之后,所有车型都将采用CATC工况标准。

 

在CATC还未开始导入前,我国仍会以WLTC作为基准标准进行汽车产品检测,CATC则作为参考标准同步推进。而后,随着各项评价方法及指标陆续起草、发布及实施,从而推动WLTC逐渐向CATC切换。

 


 

CATC为不同类型的车辆设计了8种工况测试循环,囊括了各种轻型汽车和重型商用车辆的测试工况。

 

其中中国乘用车工况(CLTC-P)去掉了WLTP中与实际工况不符的超高速行驶部分,将交通量重新划分为3个速度区间,分别对应低速、中速和高速,工况时长共计1800秒,其中低速区间时间比例为37.4%,中速区间时间比例为38.5%,高速区间时间比例为24.1%,平均车速为29 km/h,最大车速为114km/h,怠速比例为22.1%。

 

对于纯电动汽车,CATC将删除等速法,增加高低温下开启空调的试验规程,其中低温温度设置为-7±3℃,高温温度设置为30±2℃,从而更客观、真实评价纯电动汽车能耗和续驶里程。此外,插电混动车型的能耗和续航里程计算方法也将会进一步优化,从而更贴合实际用车情况。

 

CATC根据中国自身的交通数据来建立的工况测试循环更能反映实际国情,根据该循环测试出来的油耗值自然也会更接近实际值。从NEDC到WLTC,再到CATC,中国汽车行业终于有了一套更符合中国国情的排放和油耗测试标准,消费者能准确了解到欲购车辆的真实能耗,而这种权威性标准的制定也将让中国在全球汽车行业内拥有更多话语权。

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