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李孟良:“中国工况”的起因、研究过程与结果(附图)

中国机械工业联合会机经网  发布时间:2018-01-22 16:26:34  来源:中国电动汽车百人会


1月20-21日,以“把握全球变革趋势 实现高质量发展”为主题的中国电动汽车百人会论坛(2018)在北京举行。活动现场,中国汽车技术研究中心资深首席专家李孟良分享了“中国工况的起因、研究过程与结果”为题目的精彩发言。

  

  中国汽车技术研究中心资深首席专家 李孟良

  1月20-21日,以“把握全球变革趋势 实现高质量发展”为主题的中国电动汽车百人会论坛(2018)在北京举行。活动现场,中国汽车技术研究中心资深首席专家李孟良分享了“中国工况的起因、研究过程与结果”为题目的精彩发言。

  尊敬的各位领导、专家,大家上午好!我是中国汽车技术研究中心的李孟良,非常高兴今天在这里向大家做个报告,内容是关于工信部“中国新能源汽车产品检测工况研究和开发”项目。题目是“中国工况的起因、研究过程与结果”。

  汇报三个方面内容,分别是项目背景、研究过程以及中国工况对车辆油耗排放的影响。

  首先报告中国工况项目的起因。

  目前全球范围内的汽车排放能耗检测工况主要有美国、欧洲两大体系。大家知道,我国一直采用欧洲的检测工况,如图中蓝线NEDC。

  随着我国汽车保有量的快速增长,道路交通状况发生很大变化,车辆实际行驶平均车速、油耗、排放与实验室认证结果差距很大。国内权威研究趋势表明,车辆能耗认证结果与车辆的实际行驶表现状况不符且差异越来越大。自然吸气车型的油耗差异为28%,增压车型为32%,轻型车整体差异为29%。

  油耗差异问题主要出哪里?普遍认为,问题出在实验室检测工况与实际道路行驶工况存在较大差异,主要包括:1)行驶工况与挡位 2)检测工况不包括外部多变的环境影响;3)也不包括空调开启等实际驾驶情况。

  欧洲在多年的实践中,也发现NEDC工况的诸多不足,转而采用世界轻型车测试工况(WLTC)。但从上的两张图上,我们可以看出怠速时间比和平均速度这两个最主要的工况特征,世界工况与历年来我国一些主要的乘用车实际工况权威调查的统计结果的差异更大。因此我们不能简单跟随欧洲。

  为了解决检测工况这一瓶颈问题,在国家相关部委的关心领导下,经过多年酝酿和策划,以及马凯副总理两次批示,在财政部支持下,2015年3月,工信部下达委托中国汽车技术研究中心牵头组织行业实施“中国工况”研究任务,展开为期三年的全面深入研究。

  项目以开发法规检测工况为主要目标,包括乘用车和各类商用车的全国标准基本工况和附加工况,并制修订基于新工况的汽车油耗排放测试标准草案。

  2017年12月,项目组顺利开发完成了项目规定的轻型、重型汽车的行驶工况,包括构建了2条轻型车和6条各类商用车的工况曲线。

  接下来,我向大家报告一下项目的主要研究过程。大家知道,开发方法是基础、数据采集是关键。关于开发方法,先后邀请际国内外专家进行了20余次专题研讨会和行业大会,为工况开发提供有力保障。形成了政府监督指导、两级专家委员会把关,行业广泛参与、国际合作的项目运营机制。

  项目组借鉴国内、国际在工况开发方面的经验,积极利用现代测量技术、信息技术和计算机技术等结合新技术,在之前仅采集行驶数据的单一方法基础上,增加交通GIS数据,以及对载客特征和空调使用特征调查。创造性地形成收集三种不同数据类型的中国工况开发技术路线。

  利用交通GIS全道路低频动态大数据,计算车辆在四类不同速度区间的实际周转量及其系数,更客观准确地提供车辆在四类不同速度区间的行驶宏观分布。克服了之前规划试验路线的主观性。

  在传统的行驶工况数据采集方面,利用CAN+GPRS技术,实现多城市、大规模车辆同步测试,保证获得的数据在相同时间、不同空间的可比性。

  具体到工况构建。我们借鉴WLTC工况构建的先进方法,结合中国实际数据构建工况。这里的实际,就是我们利用低频动态大数据,用于不同城市得速度-加速度分布加权,以及不同速度行驶区间的长度划分,以及中国实际驾驶工况特征数据。

  再看关键的数据采集。

  中国工况涉及面很广,为了保证数据收集和研究工作无死角,项目组做了充分大量的组织工作,保障数据的采集。先后有77个课题团队、近1100名科研人员参与其中,在41个城市展开了实验调查。

  在中国工况的数据采集过程中,综合考虑了人口、汽车保有量、GDP等多项指标以及我国各典型城市、地区地理、气候特点,最终选择了41个有代表性的城市,其中包括4个直辖市、27个省会城市以及其他10个重要的典型城市。这些城市覆盖了其辖区。”

  典型城市选定后,项目组在每个城市至少采集了100辆车的实际行驶数据,并且按照各个城市车型分布结构,逐步建立了稳定的数据采集车队。截至2017年9月,项目组在41个代表性城市建立了约5500辆车的采集车队(轻型车、重型车和新能源汽车),收集了约4400万公里的运动特征、动力特征和环境特征数据。其中,传统轻型车、重型车、各类新能源车累计里程分别为2260万公里、1490万公里和650万公里。相较于世界上规模最大的WLTC的394辆车、64.5万KM的开发用数据,这是迄今为止全球规模最大、范围最广、参数最多的调查,完全能够全面了解我国广阔区域内各类车辆实际行驶工况研究,以及深入分析工况对排放和油耗影响的需要。

  在乘用车中,私家车占80%,公务车占6%,出租车占14%;在商用车中,公交车占50%,重型货车占22%,城市客车占8%,中型货车占6%,专用车占13%。各种车型均有涉及。

  下面报告中国工况基础数据的主要特征。

  为了验证数据的真实性、合理性和有效性,项目组把采集到的数据与网络交通大数据(滴滴出行、高德交通)及百度GIS交通量大数据(GIS)进行了对比。以平均车速举例,无论是比较各城市的平均车速,还是比较全国综合平均车速,中国工况与网络交通大数据及百度GIS交通量大数据都较为接近,这表明中国工况符合中国实际。

  中国工况项目组参考WLTC方法,将车辆运行区间分为低、中、高和超高低四段,计算了各速度区间的交通量,以乘用车为例,通过研究发现超高速仅占8%,说明我国车辆在超高速区间驾驶数量比较少,比较符合我国实际出行状况。而用WLTC工况测试的结果是,超高速占比18%,与我国实际情况相差较大。

  为了构建准确的基础权重,中国工况项目组考虑到超高速占比8%不适于构建工况,于是将车辆运行区间划分为低速、中速和高速三个区间,三个区间的比重分别为37.4%,38.5%和24.1%。

  按照方法论中确定的工况构建方法,基于基础数据构建了2条乘用车和6条各类商用车的工况曲线。

  中国工况平均速度和怠速比较低。比较中国工况的平均车速(29km/h)与 “全球工况”(46.5km/h)相比分别相差58.6%;中国工况怠速比(22%)和全球工况(13%)分别相差40%;80km/h以上车速时间比例相差77%。显示“全球工况”与中国工况特征有显著差别,“全球工况”的特征严重偏离我国实际工况;

  新能源车方面,新能源车日出行里程与传统车基本一致。

  且中国日出行里程明显低于欧美国家。

  电动车有较大概率在城区低速且空调开启的状态下运行。

  续驶里程一般难以达到设计水平,存在里程焦虑。相比于纯电动车,PHEV用户存在较为小的里程焦虑。

  最后一部分从中国工况对车辆油耗排放的影响,看看中国工况改变了什么。

  有35家整车企业、发动机企业和检测机构参与到工况验证中,完成了100余辆车近500辆次的试验,验证车辆覆盖了国内市场的主流车型同时对新技术车型也有较好的覆盖。车型包括传统乘用车、EV、PHEV、轻重型商用车等,轻型车排量覆盖0.8~3.7L,重型车覆盖不同的类型和质量段等。

  中国工况油耗平均比NEDC工况更接近实际了约14%。而全球工况与NEDC的油耗较接近。随着排量增加,中国工况/NEDC油耗差异逐步增大。增压车型油耗也有一样规律。从多角度看,中国工况油耗都更接近真实油耗水平。

  中国工况下增压车的油耗超过公告油耗的程度要高于自然吸气车型的,这与开篇提及的社会实际调查结论相符。目前增压技术车型市场份额越来越高,类似这类节能技术的不节能,也是中国工况研究的起因之一,其适应性和真正实现节能需要“中国工况”推动。

  除了工况曲线之外,加载和空调是油耗差异的另外重要因素。中国更多乘客增加加载质量会导致油耗平均高出5.6%。空调对油耗的平均影响约为10%,对新能源车在高温制冷和低温制热相,分别使续驶里程平均下降14%和40%。

  综合工况曲线和使用工况的影响,基本解析辨明了报告开始提出实际油耗和理论油耗有29%的原因。

  在排放方面,从这两张图大家可以看出的,此图为CO和HC在三种工况下的排放结果。

  本图是试验车辆的在三种工况下的NOX排放。研究表明,车辆大部分能够满足国6a的排放限值,中国工况/WLTC/ NEDC三种测试工况的结果相当,差异不明显。

  这是因为尾气转化技术对污染排放起了重要作用,这是相比于油耗,污染排放差异不明显的主要原因。相比油耗能量守恒,污染物排放还有尾气转化技术控制,将有害物质转换为CO2和H20。汽油机热机后温度高,尾气转化技术具有很高的转化效率,污染物排放的转化不太被工况影响。

  限于时间关系,重型车方面就不介绍了,请大家会下看材料。

  最后,谈下主要结论与建议

  中国工况已经开发完成。中国工况更好地辨明及反映我国车辆在中国道路环境下的实际表现。中国工况油耗更接近真实油耗水平,而在排放方面,研究车辆大部分能够满足国6a的排放限值,中国工况/WLTC/ NEDC三种测试工况的结果相当,差异不明显。中国工况对正确引导车辆开发和标定,对促进符合我国交通特征和使用特征的节能减排技术的研究和应用,都具有重要意义。

  国内整车企业积极参与了“中国工况”开发及验证,已经展开了中国工况对未来产品影响的评价。项目组正积极推进“中国工况”在轻型、重型等各类车型能耗(油耗、电耗)和排放测试标准中应用。

  目前,“中国工况”在标准中应用的主要难点在于轻型车排放标准。希望国家能够抓紧五~六年的过渡期(五阶段油耗限值和国六排放标准b阶段计划2023年陆续实施),协调和推进油耗和排放测试检测工况向中国工况统一。

  就介绍到这里。谢谢大家聆听!

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责任编辑:机经网编辑部 tongdx
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