鄭天雷，王 兆，保 翔，金約夫

(中國(guó)汽車技術(shù)研究中心 天津300300)

中國(guó)和國(guó)外重型商用車油耗水平模擬對(duì)比分析

鄭天雷，王 兆，保 翔，金約夫

(中國(guó)汽車技術(shù)研究中心 天津300300)

對(duì)比分析了中國(guó)、美國(guó)、日本重型商用車燃料消耗量計(jì)算模型在車型分類、試驗(yàn)工況、評(píng)價(jià)單位和輸入輸出等方面的差異。選取典型重型商用車車型，基于發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和整車參數(shù)，以中國(guó)、美國(guó)、日本燃料消耗量計(jì)算模型為工具，分別對(duì)各車型燃料消耗量進(jìn)行模擬計(jì)算。通過比較車型燃料消耗量計(jì)算結(jié)果與中國(guó)、美國(guó)、日本現(xiàn)行燃料消耗量標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)指標(biāo)，評(píng)估我國(guó)重型商用車燃料消耗量和國(guó)際先進(jìn)水平的差距，為確定2020年我國(guó)重型商用車整體節(jié)能目標(biāo)和第三階段燃料消耗量限值標(biāo)準(zhǔn)制定提供技術(shù)支撐和依據(jù)。

重型商用車 燃料消耗量 模擬對(duì)比

0 引 言

加快培育和發(fā)展節(jié)能環(huán)保汽車，既是緩解燃油供應(yīng)矛盾、減少尾氣排放、改善大氣環(huán)境的需要，也是未來和諧汽車社會(huì)的需求，更是我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。我國(guó)《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012—2020年)》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》)中明確提出了“2020年商用車新車燃料消耗量接近國(guó)際先進(jìn)水平”的發(fā)展目標(biāo)，因此準(zhǔn)確評(píng)估我國(guó)和國(guó)外重型商用車燃料消耗量水平差距對(duì)于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的制定和實(shí)施至關(guān)重要。重型商用車技術(shù)狀態(tài)復(fù)雜，各國(guó)所采用的試驗(yàn)質(zhì)量、試驗(yàn)方法、評(píng)價(jià)單位等差異較大，無法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行直接對(duì)比。本研究以我國(guó)重型商用車為研究對(duì)象，基于中國(guó)、美國(guó)和日本標(biāo)準(zhǔn)模擬軟件分別進(jìn)行燃料消耗量測(cè)算，通過與中國(guó)、美國(guó)和日本相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)比較，間接評(píng)估目前中國(guó)重型商用車燃料消耗量與國(guó)際先進(jìn)水平的差距，為我國(guó)重型商用車第三階段燃料消耗量限值標(biāo)準(zhǔn)整體節(jié)能目標(biāo)的確定提供了參考依據(jù)。

1 計(jì)算模型對(duì)比

近年來，全球主要國(guó)家和地區(qū)均開展了重型商用車燃料消耗量標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的制定工作，其中中國(guó)、美國(guó)和日本均已正式發(fā)布并實(shí)施了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，歐洲法規(guī)仍在制定中。在試驗(yàn)方法方面，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了底盤測(cè)功機(jī)和模擬計(jì)算兩種方法；美國(guó)和日本則主要基于各自開發(fā)的計(jì)算模型采用模擬計(jì)算法測(cè)試?？傮w上看，中、美、日計(jì)算模型原理接近，均是根據(jù)車輛參數(shù)、行駛阻力和試驗(yàn)工況等計(jì)算得到的發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速和扭矩對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性數(shù)據(jù)進(jìn)行插值和積分計(jì)算，但具體的試驗(yàn)工況、評(píng)價(jià)單位、輸入?yún)?shù)等存在較大差別。表1總結(jié)了中、美、日重型商用車燃料消耗量計(jì)算模型在車型分類、試驗(yàn)工況、評(píng)價(jià)單位等方面的差異：

表1 中、美、日重型商用車油耗計(jì)算模型對(duì)比Tab.1 Comparison of fuel consumption calculation models of different heavy-duty commercial vehicles made in China，US and Japan

總體上，中、美、日重型商用車燃料消耗量計(jì)算模型的差異主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：①適用范圍和車型分類的差異，同一車型在不同計(jì)算模型和標(biāo)準(zhǔn)體系中對(duì)應(yīng)不同的分類和限值；②試驗(yàn)條件的差異，包括試驗(yàn)工況和載荷狀態(tài)等，其中主要試驗(yàn)工況的特征參數(shù)對(duì)比如表2所示；③計(jì)算模型輸入和輸出參數(shù)的差異，計(jì)算模型輸入?yún)?shù)和考慮的影響燃料消耗量的因素越多，就越能反映車輛真實(shí)的燃料消耗量水平。除基本車輛參數(shù)外，中國(guó)計(jì)算模型輸入?yún)?shù)主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)和行駛阻力兩部分，其中行駛阻力包括空氣阻力和滾動(dòng)阻力；美國(guó)計(jì)算模型輸入?yún)?shù)包括空氣阻力(對(duì)于牽引車)和滾動(dòng)阻力，采用內(nèi)置的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)；日本計(jì)算模型輸入?yún)?shù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系數(shù)據(jù)，采用內(nèi)置的行駛阻力數(shù)據(jù)。這也就意味著，中國(guó)計(jì)算模型可以同時(shí)反映發(fā)動(dòng)機(jī)和整車行駛阻力對(duì)燃料消耗量的影響，而美國(guó)和日本模型僅能分別反映車輛行駛阻力和發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)燃料消耗量的影響，在后面的燃料消耗量水平對(duì)比中需要著重考慮。

表2 中、美、日重型商用車主要工況參數(shù)對(duì)比Tab.2Comparison of duty parameters of different heavyduty commercial vehicles made in China，US and Japan

2 基礎(chǔ)車型數(shù)據(jù)

表3 試驗(yàn)車型情況Tab.3 Status of test vehicle models

本研究根據(jù)2015年我國(guó)貨車、客車、半掛牽引車、自卸汽車和城市客車產(chǎn)銷分布，從車型數(shù)量和產(chǎn)銷量較大的總質(zhì)量中選取市場(chǎng)主流車型，同時(shí)覆蓋不同排量、排放水平和輪胎類型等，以盡可能接近目前我國(guó)重型商用車新車平均燃料消耗量水平。研究共選取重型商用車車型39個(gè)，其中，產(chǎn)銷量占比較大且總質(zhì)量分布較廣的貨車和客車選取了更多車型。試驗(yàn)車型情況如表3所示。

除試驗(yàn)車型基本參數(shù)和變速器各檔位傳動(dòng)比之外，研究中依據(jù)GB/T 18297—2001和GB/T 27840—2011標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性試驗(yàn)和道路滑行試驗(yàn)，獲取了滿足中國(guó)、美國(guó)和日本計(jì)算模型要求的輸入數(shù)據(jù)。

3 數(shù)據(jù)分析

將上文所述39個(gè)重型商用車相關(guān)參數(shù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別輸入中國(guó)、美國(guó)和日本計(jì)算模型，計(jì)算得到各車型在各國(guó)測(cè)試方法下相應(yīng)的燃料消耗量，并分別與各國(guó)現(xiàn)行重型商用車燃料消耗量標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)進(jìn)行對(duì)比，分析達(dá)標(biāo)率差異。中國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為GB 30510—2014《重型商用車輛燃料消耗量限值》(第二階段)，美國(guó)現(xiàn)行法規(guī)為中重型車燃料經(jīng)濟(jì)性和溫室氣體法規(guī)(第一階段)，日本現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為重型車燃料經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)(第一階段)。其中，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)為車型限值標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)和日本標(biāo)準(zhǔn)為針對(duì)企業(yè)的平均燃料經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)，這里主要與企業(yè)平均燃料經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的車型目標(biāo)值進(jìn)行比較。

3.1 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)率

各試驗(yàn)車型滿足我國(guó)現(xiàn)行GB 30510—2014《重型商用車輛燃料消耗量限值》(第二階段)的比例，如圖1所示。由于GB 30510—2014標(biāo)準(zhǔn)于2015年7月起全面實(shí)施，因此研究中選取的車型已多數(shù)滿足該標(biāo)準(zhǔn)，總體達(dá)標(biāo)率達(dá)到61.5%,。其中，客車達(dá)標(biāo)比例最高，為83.3%,，自卸汽車和城市客車達(dá)標(biāo)比例相對(duì)較低。

圖1 各類車型滿足現(xiàn)行中國(guó)國(guó)標(biāo)限值情況Fig.1 Satisfaction status of limiting values of various vehicle models meeting with prevailing national standards in China

各試驗(yàn)車型與GB 30510—2014標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)限值的差值情況如圖2所示。

圖2 各類車型燃料消耗量和現(xiàn)行國(guó)標(biāo)限值對(duì)比Fig.2Comparison of fuel consumption of various vehicle models with current international limiting value standards

3.2 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)率

各試驗(yàn)車型滿足美國(guó)現(xiàn)行法規(guī)的比例如圖3所示?？傮w上看，研究中選取的試驗(yàn)車型多數(shù)無法滿足美國(guó)現(xiàn)行法規(guī)，達(dá)標(biāo)率僅為24.2%,。

圖3 各類車型滿足美國(guó)法規(guī)情況Fig.3Satisfaction status of various vehicle models meeting with US laws and regulations

各試驗(yàn)車型與美國(guó)現(xiàn)行法規(guī)相應(yīng)車型目標(biāo)值的比較情況如圖4所示。貨車等5類車型平均燃料消耗量均高于相應(yīng)目標(biāo)值。

圖4 各類車型燃料消耗量和美國(guó)法規(guī)對(duì)比Fig.4Comparison of fuel consumption of various vehicle models with US limiting value standards

3.3 日本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)率

各試驗(yàn)車型滿足日本現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)比例如圖5所示。由于日本標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算模型車型分類中沒有自卸汽車，因此這里主要對(duì)比其他4類車型。

各試驗(yàn)車型與日本現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)車型目標(biāo)值的比較情況如圖6所示。貨車等4類車型平均燃料消耗量均高于相應(yīng)目標(biāo)值。

圖5 各類車型滿足日本標(biāo)準(zhǔn)情況Fig.5 Satisfaction status of various vehicle models meeting with Japanese standards

圖6 各類車型燃料消耗量和日本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比Fig.6 Comparison of fuel consumption of various vehicle models with Japanese standards

3.4 燃料消耗量水平綜合對(duì)比

圖7匯總了貨車等5類車型與中國(guó)、美國(guó)、日本現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)相應(yīng)車型限值(或目標(biāo)值)的比較情況。

圖7 各類車型燃料消耗量和中、美、日標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比Fig.7 Comparison of fuel consumption of various vehicle models with China，US and Japan standards

需要說明的是，美國(guó)和日本計(jì)算模型限定的輸入?yún)?shù)有限，并不能完全反映車輛行駛阻力和發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)燃料消耗量的影響。若以美國(guó)和日本作為目前國(guó)際商用車先進(jìn)水平的代表，預(yù)計(jì)我國(guó)重型商用車燃料消耗量與國(guó)際先進(jìn)水平的差距至少在10%,以上。

3.5 技術(shù)差距分析

近年來，我國(guó)重型商用車行業(yè)通過加大技術(shù)和資金投入開展節(jié)能技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用取得了較大進(jìn)步，同時(shí)新制定出臺(tái)的重型商用車輛燃料消耗量標(biāo)準(zhǔn)也在一定程度上促進(jìn)了節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。然而，由于成本和技術(shù)來源等因素限制，與汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)重型商用車先進(jìn)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用比例仍較低，重型商用車產(chǎn)品燃料消耗量與國(guó)際先進(jìn)水平仍存在較大差距。

4 結(jié) 論

綜上所述，本研究基于相同的試驗(yàn)車型，利用中國(guó)、美國(guó)和日本模擬工具進(jìn)行了燃料消耗量計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析。通過與各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，間接反映了目前我國(guó)重型商用車燃料消耗量和國(guó)際先進(jìn)水平的差距。若以美國(guó)和日本作為目前國(guó)際商用車先進(jìn)水平的代表，預(yù)計(jì)我國(guó)重型商用車燃料消耗量與國(guó)際先進(jìn)水平的差距至少在10%,以上。

通過本研究的開展，為客觀評(píng)估我國(guó)重型商用車燃料消耗量與國(guó)際先進(jìn)水平差距、確定重型商用車第三階段燃料消耗量限值標(biāo)準(zhǔn)整體節(jié)能目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)《規(guī)劃》提出的“2020年商用車新車燃料消耗量接近國(guó)際先進(jìn)水平”發(fā)展目標(biāo)提供了理論支撐?！?/p>

［1］ EPA，NHSTA. Greenhouse Gas Emissions Standards and Fuel Efficiency Standards for Medium-and Heavy-Duty Engines and Vehicles [S]. 2011.

［2］ Test Procedure for Fuel Consumption Rate of Heavy-Duty Motor Vehicles [S]. TRIAS 5-8—2006.

［3］ 全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). 重型商用車輛燃料消耗量測(cè)量方法[S]. GB/T 27840—2011，北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

［4］ 全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). 重型商用車輛燃料消耗量限值[S]. GB 30510—2014，北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

［5］ 全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)方法[S]. GB/T 18297—2001，北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

［6］ 鄭天雷，金約夫，王兆，等. 中美重型車油耗及溫室氣體排放法規(guī)對(duì)比分析[J]. 節(jié)能，2012，31(8)：4-7.

［7］ 鄭天雷，金約夫，王兆，等. 重型車燃料消耗量及溫室氣體排放法規(guī)對(duì)比[J]. 節(jié)能與環(huán)保，2013(10)：51-53.

Fuel Consumption of Chinese Made and Foreign Made Heavy-duty Commercial Vehicles：Simulation Comparison and Analysis

ZHENG Tianlei，WANG Zhao，BAO Xiang，JIN Yuefu
(China Automotive Technology and Research Center，Tianjin 300300，China)

This research compares and analyzes the vehicle classification，driving cycles，units，inputs and outputs of China，US and Japan’s simulation models，and selects typical heavy-duty commercial vehicle types．Based on engine test data and vehicle parameters，fuel consumption values were calculated under China，US and Japan’s simulation models．Compared with China，US and Japan’s relevant fuel consumption limits or targets，the gap of heavy-duty commercial vehicle fuel consumption between China and international advanced level was evaluated，which could provide technical support for the determination of China’s heavy-duty commercial vehicle energy-saving target in 2020.

heavy-duty commercial vehicle；fuel consumption；simulation comparison

U46

：A

：1006-8945(2016)12-0016-04

2016-11-04