10.16638/jki.1671-7988.2018.18.022
轻型汽油车实际道路行驶工况与实验室工况
油耗对比分析
冉林尧，杜宝程
（中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆401122）
摘要：选择两台满足国六排放标准的轻型汽油车在进行了WLTC和NEDC循环工况下的实验室工况试验，并对其按照RDE测试规程进行了实际道路行驶工况试验，探讨实际道路行驶工况的油耗结果与实验室工况油耗的对比。用碳平衡的方法计算各工况油耗，结果表明实际道路行驶工况的油耗结果和实验室工况结果偏差都在5%之内，WLTC工况与实际道路行驶工况之间的偏差更小。在低速阶段实际行驶油耗与实验室差异较大，而在高速阶段，WLTC循环工况油耗与实际道路油耗很接近。
关键词：实际道路行驶工况；NEDC工况；WLTC工况；燃油消耗量
中图分类号：U467.5 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2018)18-60-04
Comparative analysis of fuel consumption of light duty gasoline vehicle under actual
driving condition and laboratory condition
Ran Linyao, Du Baocheng
（China automotive engineering research institute co., ltd., Chongqing 401122）
Abstract:Two light-duty gasoline vehicles meeting the national emission standards were tested under WLTC and NEDC cycle conditions in laboratory, and the actual road driving test was carried out according to RDE test rules. The comparison of fuel consumption between the actual road driving conditions and the laboratory working conditions was discussed. Carbon balance method was used to calculate fuel consumption under various working conditions. The results show that the devia -tion between the fuel consumption results of actual road driving conditions and laboratory operating conditions is within 5%, and the deviation between WLTC operating conditions and actual road driving conditions is smaller. The actual fuel consum -ption in low speed stage is quite different from that in laboratory, but in high speed stage, the fuel consumption in WLTC cycle is very close to the actual road fuel consumption.
Keywords: actual road driving condition; NEDC working condition; WLTC working condition; fuel consumption CLC NO.: U467.5 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2018)18-60-04
前言
近年来，中国的机动车保有量持续增加，统计数据显示截至2017年年底，中国机动车保有量达到3.101亿辆，其中汽车2.17亿辆（含新能源汽车153.0万辆）。中国机动车保有量的持续增长也带来了一系列问题，如交通拥堵、空气污染、能源安全等。目前，我国轻型车Ⅰ型试验和油耗的型式认证
作者简介：冉林尧，男，助理工程师，就职于中国汽车工程研究院股份有限公司。主要从事汽车排放检测。杜宝程，男，高级工程师，就职于中国汽车工程研究院股份有限公司。主要从事汽车排放检测。
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冉林尧 等：轻型汽油车实际道路行驶工况与实验室工况油耗对比分析
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采用NEDC 工况，2016年我国已发布的第六阶段排放标准，Ⅰ型试验工况变为WLTC ，Ⅱ型试验由国Ⅴ标准的汽油车双怠速与柴油车自由加速试验改变为实际道路排放试验（RDE ），油耗型式认证工况沿用NEDC 工况。为对比现有排放控制技术车辆的实际行驶污染物排放下的油耗以及WLTC 和NEDC 工况下的油耗特性，本文中选择2辆满足国六排放标准的轻型汽油车在实验室中进行WLTC 和NEDC 工
况排放试验，并使用便携式车载排放测量系统( PEMS) 按照RDE 测试规程进行实际行驶排放测试，研究实际道路行驶与实验室工况的油耗差异。
1 研究方法与数据处理
1.1 试验车辆与测试设备
试验车辆选取2辆汽油车，满足国六排放标准，车辆的主要技术参数见表1。
表1  试验车辆主要参数
两台车在实验室内进行NEDC 和WLTC 工况下的排放试验，同时使用PEMS 在实际道路中进行排放测试。PEMS 主要由分析单元、排气流量传感器、GPS 和温湿度计等组成。主要测试设备见表2。
表2  设备型号厂商
1.2 测试工况
试验室内排放测试工况为NEDC 和WLTC 。NEDC 工况由四个市区，一个市郊工况组成；WLTC 工况由低速、中速、高速和超高速4 部分组成，工况如图1所示。
图1  实验室工况曲线
学车程序
实际道路排放测试路线由市区、市郊和高速路段3 部分组成。试验应按市区—市郊—高速路段的顺序连续进行，试验应该连续进行，试验结果中可以包括试验开始和结束在相同地点的行程。市郊行驶可以被市区（行驶距离很短）行驶中断，高速行驶可以也被市区或市郊（行驶距离很短）行驶中断。根据车辆行驶速度的大小，区分车辆运行道路的属性，
市区道路：车辆行驶速度在60km/h 以下；市郊道路：车辆行驶速度在60km/h 和 90km/h 之间；高速路：车辆行驶速度大于90km/h 。行驶路线应包括 34%的市区路段、33%的市郊路段和33%的高速路段，上述各段行驶比例的误差应控制在±10%以内，但市区路段的行驶比例不能低于总行驶距离的29%。试验持续时间在90min-120min 之间，市区、市郊和高速路段的行驶距离均应在16km 以上。本文中选择在重庆市江津双福城区、重庆绕城高速完成实际道路行驶工况试验。以B 车为例，实际道路行驶工况速度曲线如图2所示。
图2  实际道路行驶工况速度曲线
1.3 数据处理
油耗计算方法（碳平衡法），根据《轻型汽车燃料消耗量试验方法GB /T19233—2008》，由质量守恒原理可知，燃烧的产物CO2、CO 和THC 中碳元素均来自于汽油。
因此，根据尾气中CO2、CO 和THC 的含量，汽油的密度和碳含量，就可以计算出汽油消耗量，计算公式见式（1）：
FC=0.1154[(0.866*HC)+(0.429*CO)+(0.273*CO 2)]/D （1） 式中：
FC —汽油消耗量，单位为升每100千米（L/100km ）； HC —测得的碳氢排放量，单位为克每千米（g/km ）；大众cross blue
CO —测得的一氧化碳排放量，单位为克每千米（g/km ）； CO 2—测得的二氧化碳排放量，单位为克每千米（g/km ）； D —288K(15℃)下试验燃料的密度，单位为千克每升（kg/L ）。
同理，汽油瞬时消耗量也可以用碳平衡方法计算得到，见公式（2）：
FR=0.001154[(0.866*HC)+(0.429*CO)+(0.273*CO 2)]/D （2） 式中：
FR —汽油瞬时消耗量，单位为升每秒（L/s ）； HC —测得的碳氢排放速率，单位为克每秒（g/s ）； CO —测得的一氧化碳排放速率，单位为克每秒（g/s ）；
CO 2—测得的二氧化碳排放速率，单位为克每秒（g/s ）； D —288K(15℃)下试验燃料的密度，单位为千克每升（kg/L ）。别克lacrosse
公式（1）中系数0.1154是由公式（12+氢碳比）/12*10计算获得，允许将实测氢—碳比代入此时求得新系数，按新系数进行燃料消耗量计算。由于HC 排放量仅为CO 2排放量的1‰~2‰，计算燃料消耗量中影响甚微，可以忽略因为氢—碳比的变化引起的HC 中碳量变化对计算结果的影响。
汽车实用技术
62 2 结果分析
2.1 不同工况下的油耗结果对比
图3为NEDC 、WLTC 工况和实际道路行驶工况下A 、B 两台车的油耗结果，其中车辆A 在实际道路行驶工况下油耗结果与NEDC 工况结果偏差在4.82%，与WLTC 工况结果偏差在3.88%；其中车辆B 在实际道路行驶工况下油耗结果与NEDC 工况结果偏差在4.59%，与WLTC 工况结果偏差在-3.69%。
图3  三个工况下两台车的综合油耗
图4  车辆A 在不同工况下各阶段的油耗
胖哥汽车频道图5  车辆B 在不同工况下各阶段的油耗
为了更好的分析不同工况下的油耗结果，NEDC 、WLTC 工况都参考实际道路行驶工况的要求，通过车速来划分市区（V<60km/h ）、市郊（60km/h ≤V<90km/h ）、高速阶段（V ≥90km/h ）。并单独列出各工况下的冷启动油耗。
图4为车辆A 在不同工况下各阶段的油耗结果，可以得出市区阶段NEDC 工况的油耗值小于WLTC 工况与实际道路行驶工况的油耗值，WLTC 工况与实际道路行驶工况的油耗值更接近；市郊阶段NEDC
工况的油耗值更接近实际道路行驶工况的油耗值，都大于WLTC 工况的油耗值；高速阶段NEDC 工况与WLTC 工况的油耗值相近，都小于实际道路行驶工况的结果。
图5为车辆B 在不同工况下各阶段的油耗结果，可以得出市区阶段NEDC 工况的油耗值小于WLTC 工况与实际道路行驶工况的油耗值，WLTC 工况与实际道路行驶工况的油耗
值基本相同，与车辆A 在市区阶段的规律一致；市郊阶段NEDC 工况的油耗值更接近实际道路行驶工况的油耗值，都小于WLTC 工况的油耗值；高速阶段NEDC 工况与WLTC 工况的油耗值相近，都小于实际道路行驶工况的结果。从图4、图5可以得知，冷启动阶段的油耗远高于其他各阶段，NEDC 工况油耗小于WLTC 工况的油耗，都远小于实际道路行驶工况的油耗。
综上， WLTC 工况更能体现实际道路行驶工况在各阶段的油耗规律，与实际道路行驶工况的油耗结果更接近。 2.2 研究不同工况曲线速度的分配比例情况，对比分析不同
速度段的油耗贡献率
图6  不同工况曲线速度的分配
图6是各工况在不同阶段的速度分配比例， 0-30km/h 速度段，NEDC 工况的速度比例为48%，WLTC 工况的速度比例为27%，实际道路行驶工况的速度比例为50%左右；
30-60km/h 速度段，NEDC 工况的速度比例为32%，WLTC 工况的速度比例为41%，实际道路行驶工况的速度比例为13%左右；60-90km/h 速度段，NEDC 工况的速度比例为13%，WLTC 工况的速度比例为17%，实际道路行驶工况的速度比例为19%左右；≥90km/h 速度段，NEDC 工况的速度比例为7%，WLTC 工况的速度比例为15%，实际道路行驶工况的速度比例为18%左右。从速度分配比例的情况可以得出：0-30km/h 速度段，实际道路行驶工况速度分配比例接近于NEDC 工况；30-60km/h 速度段，实际道路行驶工况速度分配比例远小于NEDC 工况和WLTC 工况；60-90km/h 速度段以及≥90km/h 速度段，实际道路行驶工况速度分配比例比较接近WLTC 工况。
图7  车辆B 不同工况下各速度段油耗贡献率
以车辆B 为例，分析不同工况下各速度段的油耗贡献率，如图7所示。NEDC 工况下，0-30km/h 速度段油耗贡献率为33%，30-60km/h 速度段油耗贡献率为27%，60-90km/h 速度段和≥90km/h 速度段的油耗贡献率均为20%；WLTC 工况下，
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0-30km/h 速度段油耗贡献率为19%，30-60km/h 速度段油耗贡献率为30%，60-90km/h 速度段段的油
耗贡献率为19%，≥90km/h 速度段的油耗贡献率为32%；实际道路行驶工况下，0-30km/h 速度段油耗贡献率为30%，30-60km/h 速度段油耗贡献率为10%，60-90km/h 速度段的油耗贡献率为22%，≥90km/h 速度段的油耗贡献率为39%。从各工况下不同速度段的油耗贡献率的情况可以得出：NEDC 工况的燃油消耗主要集中在0-30km/h 速度段和30-60km/h 速度段；WLTC 工况的燃料消耗主要集中在30-60km/h 速度段和≥90km/h 速度段；实际道路行驶工况的燃料消耗主要集中在0-30km/h 速度段和≥90km/h 速度段。
综上，从速度分配比例情况可以得出，在速度低于60km/h 的阶段，实际道路行驶工况与实验室工况的差异较大，在速度大于60km/h 阶段，实际道路行驶工况与WLTC 工况更接近；从不同工况下各速度段的油耗贡献率情况可以得知，实际道路行驶工况在在0-30km/h 速度段的油耗贡献率情况与NEDC 工况接近；在60-90km/h 速度段，油耗贡献率与NEDC 以及WLTC 工况基本一致；在≥90km/h 速度段油耗贡献率情况与WLTC 工况接近。
3 结论
（1）实际道路行驶工况的综合油耗结果与实验室工况的综合油耗结果偏差都在5%之内，更接近WLTC 工况的综合油耗；实际道路行驶工况在各阶段的油耗规律更接近WLTC
工况。
（2）实际道路行驶工况与实验室工况在冷启动阶段的油耗远大于各工况下的其他阶段的油耗以及各工况的综合油耗。
（3）实际道路行驶工况于实验室工况的速度分配比例在速度低于60km/h 的阶段，实际道路行驶工况与实验室工况的差异较大，在速度大于60km/h 阶段，实际道路行驶工况与WLTC 工况更接近。实际道路行驶工况在在0-30km/h 速度段的油耗贡献率情况与NEDC 工况接近，在≥90km/h 速度段油耗贡献率情况与WLTC 工况接近。
（4）实际道路行驶工况与现阶段的实验室工况有一定的相关性，但是其规律也不能完全从实验室工况曲线体现出来，在以后的研究中，可以建立大数据库，采集更多的数据，建立更好体现实际道路行驶工况的实验室工况曲线。
参考文献
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（上接第48页） 5 致谢
本文获得广东海洋大学大学生创新创业训练计划项目资助（No.CXXL2017068），感谢黄小玲副教授（硕士生导师）的建议。
参考文献
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