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科普 | NEDC、CLTC、CHTC等哪種測試工況測出的能耗更科學(xué)?

2022-05-28 19:15:53·  來源:清研華科  
 
最近,一些買電動車的消費者找到小編發(fā)牢騷:「以前電動車的NEDC綜合續(xù)航很虛,盼著國家出臺一個真實的、扎實的駕駛工況來治一治,沒想到新出的CLTC工況更虛?。?/div>

最近,一些買電動車的消費者找到小編發(fā)牢騷:「以前電動車的NEDC綜合續(xù)航很虛,盼著國家出臺一個真實的、扎實的駕駛工況來治一治,沒想到新出的CLTC工況更虛??!」

這是真的嗎?如果真的更虛,為什么要花大力氣推出CLTC、CHTC中國工況呢?哪種測試工況結(jié)果更科學(xué)呢?

帶著這個疑問,小編請教了相關(guān)專家、進行了大量調(diào)研,才得到粗淺的理解,分享給大家:

1什么是CLTC、CHTC中國工況?


CLTC與CHTC的全稱分別是China Light-duty Vehicle Test Cycle(中國輕型車測試工況)與China Heavy-duty Commercial Vehicle Test Cycle(中國重型車商用車測試工況)。

簡單理解,CLTC是針對乘用車制定的、CHTC是針對商用車制定的。這個理解并不嚴(yán)謹(jǐn)(CLTC-P針對輕型乘用車,CLTC-C針對的是輕型商用車),但對咱們吃瓜群眾來說,完全夠用!

咱們在評價CLTC、CHTC虛不虛的時候,通常是與其它駕駛循環(huán)比出來的。乘用車領(lǐng)域,常拿來與CLTC對比的有NEDC、WLTC、EPA,它們的基本情況如下:

· NEDC(New European Driving Cycle):新歐洲駕駛工況。歐洲與中國的主要測試工況,直到2020年才被替代為WLTC。

· WLTP(World Light Vehicle Test Procedure):世界輕型車測試規(guī)程。歐洲開發(fā)出的新標(biāo)準(zhǔn),命名為「世界標(biāo)準(zhǔn)」,挺霸氣。

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· CLTC (China Light Vehicle Test Cycle):中國輕型車測試工況。由中汽研中心牽頭,行駛超過41個代表性城市,建立了包含3832輛車的采集車隊,覆蓋傳統(tǒng)乘用車、輕型商用車和新能源汽車,收集了約3278萬公里的車輛運動特征、動力特征和環(huán)境特征數(shù)據(jù)后編制而成,2021年10月正式實施。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為《電動汽車能量消耗量和續(xù)駛里程試驗方法》。

· EPA (Environmental Protection Agency):美國環(huán)保局制定的一種測試標(biāo)準(zhǔn),一直在美國實施。

商用車領(lǐng)域,常拿來與CHTC對比的是C-WTVC工況

· C-WTVC (China World Transient Vehicle Cycle):中國重型商用車瞬態(tài)工況。根據(jù)GB/T 27840-2011《重型商用車燃料消耗量測試方法》,在全球重型商用車的WTVC基礎(chǔ)上調(diào)整后生成的。類比理解,C-WTVC可以認(rèn)為是商用車領(lǐng)域的WLTP。

· CHTC (China Heavy-duty Commercial Vehicle Test Cycle) :中國重型車商用車測試工況。由中國汽車技術(shù)研究中心聯(lián)合行業(yè)知名整車企業(yè)、檢測機構(gòu)和高校成立了標(biāo)準(zhǔn)編制組起草制定。類比理解,CHTC可以認(rèn)為是商用車領(lǐng)域的CLTC。

大家其實更關(guān)心乘用車,畢竟買車都是買乘用車嘛,誰家沒事買個重卡去露營呢?那咱們就從乘用車聊起。


2乘用車領(lǐng)域:CLTC真的虛嗎?

為了回答此題,我打開了塵封已久的Matlab,畫了大半天的把各個循環(huán)重新算了一遍:

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粗暴理解的話,駕駛工況其實就是不同的車速曲線。我們將NEDC、WLTC、CLTC-P畫在同一張圖上,可以看出如下區(qū)別:

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·真實性:NEDC循環(huán)由筆直的折線組成,缺乏真實性。WLTC與CLTC-P循環(huán),至少「看起來像」真實開出來的速度曲線,隨機性較強、車速變化較為劇烈。

·平均速度:目測是WLTC>NEDC>CLTC。目測不太準(zhǔn)確,我們畫出三種循環(huán)的直方圖:很明顯,80km/h以上的高速區(qū)間里,WLTC要明顯多于NEDC與CLTC-P。

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進一步地,我們可以計算出三種循環(huán)的平均速度:全程平均速度,以及去掉「怠速狀態(tài)」后的行駛平均速度??梢钥吹剑琖LTP的平均速度遠高于NEDC與CLTC,而CTLC比NEDC還低。

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大體上來說,車速越高,續(xù)航越低。根據(jù)Peter Mock[1]等人的研究,燃油車的WLTC工況將比NEDC工況平均碳排放(也就是油耗)高5.7%-7.7%。

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由于電動車沒有變速箱,所以能耗對車速更加敏感,粗略估計能耗將提高15%。不少電動車可選擇顯示NEDC續(xù)航或WLTC續(xù)航,就采用了一個簡單的換算公式:

WLTP續(xù)航=NEDC續(xù)航 × 0.85

CLTC的平均速度比NEDC還低,因此測出來的電動車?yán)m(xù)航可能會提高1.5%[2]-3.0%[3]。也可能會提高更多,甚至達到5%-10%。

眾所周知,油車的NEDC油耗很虛,電車的NEDC續(xù)航也很虛。因此,大家都翹首以盼WLTP與CLTC新標(biāo)準(zhǔn)的實施。

結(jié)果大家發(fā)現(xiàn):WLTP確實更扎實了一些,但并未在中國實施(僅短暫地在燃油車上實施);在中國實施的CLTC續(xù)航甚至比NEDC還虛!

越改越虛了,這是搞啥呢?這不禁讓人想破口大罵,該不會立法機構(gòu)被車企給綁架了吧?

其實,這是想多了 —— CLTC不僅是為電動車制定的,更是為燃油車制定的;甚至可以大膽地說,CLTC的出現(xiàn),就是針對燃油車的。

剛才我們從速度角度對比了三個循環(huán),下面咱們再對比一下加速度 —— 衡量駕駛劇烈程度的指標(biāo)。

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圖中可以看到,NEDC最溫和,目測CLTC的加速度比WLTP更劇烈,也就是加速更多,制動也更快。假設(shè)車重2噸,三種循環(huán)下的百公里驅(qū)動能量分別為6.22kWh、8.51kWh、9.68kWh,駕駛最劇烈的果然是CLTC!

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劇烈駕駛,會對燃油車的油耗與排放造成不利影響:

·對油耗的影響:燃油車無法回收制動能量,制動多會顯著增加油耗。電動車的CLTC續(xù)航比較高的,往往也是制動能量回收技術(shù)做得比較好的!雖然電動車WLTP續(xù)航比CLTC續(xù)航差別可達20%,但燃油車在兩種循環(huán)下的油耗卻差不多[4]!

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·對排放的影響:這個就很復(fù)雜了,要不直接看結(jié)果吧。文獻[5]顯示,相同行駛距離下,CLTC的CO排放比WLTC高55.40%、THC排放高79.30%。另外一個文獻[4]也顯示出,CLTC的排放要比WLTP多不少。燃油車直呼:CLTC太難了??!

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實際上,CLTC對電動車造成的影響微乎其微,對燃油車的影響則是毀天滅地的!從燃油車角度來看,CLTC是比WLTP還要難得多的駕駛循環(huán)!

說白了,電動汽車的能耗特性太簡單了,給了速度曲線就能算出個八九不離十。由于基于電磁原理的電機響應(yīng)很快,所以不管是規(guī)則曲線(NEDC)、還是復(fù)雜曲線(WLTP或CLTC),對電動車來說無所謂的。

從電動車的角度來看,最新的WLTP、CLTC與傳統(tǒng)的NEDC并沒有本質(zhì)區(qū)別,無非就是乘個系數(shù)換算一下的事情,沒必要花費人力物力去改標(biāo)準(zhǔn)。抱怨CLTC太虛的電動車主可以歇歇了,這本來就是為了針對燃油車而生的標(biāo)準(zhǔn),你們電動車拼個單湊合用一下就行了。


3商用車領(lǐng)域:CHTC有何特點?

商用車有個特點是「專車專用」:沒人會拿重卡跑貨拉拉,也沒人拿長途客車當(dāng)公交用。

考慮這一情況,CHTC進一步細分成了6個工況:城市客車工況(CHTC-B)、客車(不含城市客車)工況(CHTC-C)、貨車工況(CHTC-T)、自卸汽車工況(CHTC-D)、半掛牽引車(CHTC-S)工況[7]。

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進一步細分的思路,也并不是CHTC的首創(chuàng)。之前的C-WTVC也劃分出了市區(qū)循環(huán)、公路循環(huán)與高速循環(huán)[8]。

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根據(jù)GB/T 27840-2011《重型商用車燃料消耗量測試方法》,依據(jù)車輛類型與最大設(shè)計總質(zhì)量的不同,不同細分類型的商用車采用不同比例的市區(qū)、公路、高速循環(huán)來測試。

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與乘用車領(lǐng)域相似,CHTC的怠速比例增加、平均車速降低,理論上對電驅(qū)動總成的商用車有利,但對傳統(tǒng)動力非常不利。

論文[9]指出:CHTC下的傳統(tǒng)動力總成商用車,不僅油耗會增加,怠速、低速時間段內(nèi)車輛的排氣溫度較低,保溫措施較差的車輛排放表現(xiàn)會較為惡劣。最大加、減速度和相對正加速度提高,使車輛的負荷增加,油耗增加,同時,負荷增加在一定程度上會導(dǎo)致燃燒不充分,排放惡化。

論文[9]在底盤測功上對城市客車、普通客車、貨車、自卸車、半掛牽引車等6個樣車進行試驗發(fā)現(xiàn):較之C-WTVC,CHTV下的油耗與二氧化碳排放均有較小程度的上升,而一氧化碳、氮氧化物、顆粒物等污染物排放有顯著上升。

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論文[8]通過對15種不同類型的重型商用車仿真發(fā)現(xiàn):CHTC與C-WTVC相比,綜合油耗模擬結(jié)果高出17%,市區(qū)段模擬結(jié)果高出73%,公路段模擬結(jié)果高出15%,高速段模擬結(jié)果高出3.1%。

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值得注意的一點是,CHTC怠速比例增加、平均車速降低,這對電驅(qū)動總成的商用車有利。

當(dāng)前的新能源重卡,不管是純電、混動還是氫燃料電池車,都是柴油重卡魔改而成 —— 將發(fā)動機簡單地換成電機,其它東西盡量少動。長期來看,無論是純電、混動還是氫燃料電池重卡,都需要依賴電驅(qū)動橋這項關(guān)鍵技術(shù)來提升效率。

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中央驅(qū)動的劣勢就是傳動效率比較低,根據(jù)清華大學(xué)李建秋教授在百人會論壇上的報告[10],典型傳動效率只有82.3%。

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清華團隊自2016年開始研究輪轂電機構(gòu)型,并開展了分布式驅(qū)動控制的相關(guān)項目;2019年,清華電動輪新構(gòu)型申報國際專利,電動輪技術(shù)開始應(yīng)用在氫燃料電池汽車中;2020年,清研華科新能源研究院孵化企業(yè)——清研易為公司成立,并獲得了廣泛的社會投資,開始了清華電動輪的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展之路。


目前,清研易為廣泛參與國家重大科研項目和頭部車企的前沿車型研制項目,初步形成了重卡電動輪系列、客車電動輪系列、轎車電動輪系列等輪轂電機產(chǎn)品譜系,同時研制出新一代重卡同軸雙電機分布式電驅(qū)橋產(chǎn)品。清研易為輪轂電機系統(tǒng)產(chǎn)品具有高效率、輕重量、整車適應(yīng)性好等技術(shù)優(yōu)勢,引領(lǐng)了分布式驅(qū)動領(lǐng)域的發(fā)展方向。

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上圖是來自清研易為兩款商用車產(chǎn)品,分別為重卡及客車設(shè)計,傳動效率達96%,從電機控制器輸入到輪邊輸出最高效率達94%。


4總結(jié)

與原工況相比,無論CLTC還是CHTC都有三個共同特點:傳統(tǒng)動力總成的油耗小幅提升、排放大幅提升,電驅(qū)動總成的能耗小幅降低。

一句話概括:燃油車更為難了,電動車則舒服了一些。

參考文獻

[1] Mock P, Kühlwein J, Tietge U, et al. The WLTP: How a new test procedure for cars will affect fuel consumption values in the EU[J]. International Council on Clean Transportation, 2014, 9: 35-47

[2]趙遷, 辛雨, 馬永志,等. NEDC切換到CLTC-P對純電動汽車經(jīng)濟性的影響[C]// 2020中國汽車工程學(xué)會年會論文集(2). 2020.

[3]陳松樂, 游云鵬, 馬欽鋒. 基于不同測試循環(huán)的電動汽車?yán)m(xù)駛里程與能耗分析[J]. 現(xiàn)代車用動力, 2021(3):5.

[4]劉慎微, 黃成林, 劉文亮,等. WLTC和CLTC-P循環(huán)工況及其排放污染物和油耗分析[J]. 北京汽車, 2021(1):5.

[5]中國工況相對WLTC工況的排放差異研究。梁洪浩, 封博明, 于磊里 , 涂險峰SAE2021

[6]侯聰. 基于出行特征的插電式混合動力汽車能耗評價與優(yōu)化[D]. 清華大學(xué), 2014.

[7] 《中國汽車行駛工況》國家標(biāo)準(zhǔn)第2部分:重型商用車輛征求意見稿編制說明

[8] 閆禎, 王兆, 鄭天雷,等. 不同工況下重型商用車燃料消耗量模擬計算結(jié)果對比研究[J]. 中國汽車:英文版, 2019(2):6.

[9] 宋子鈺, 陶云飛, 張暉,等. CHTC與C-WTVC工況油耗和排放的試驗研究[J]. 汽車技術(shù), 2020(6):7.

[10] 2022百人會論壇 | 商用車可持續(xù)發(fā)展論壇

https://auto.gasgoo.com/news/202203/29I70295739C1206.shtml

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