鄭天雷，王 兆，保 翔，金約夫

(中國汽車技術(shù)研究中心 天津300300)

中國和國外重型商用車油耗水平模擬對比分析

鄭天雷，王 兆，保 翔，金約夫

(中國汽車技術(shù)研究中心 天津300300)

對比分析了中國、美國、日本重型商用車燃料消耗量計算模型在車型分類、試驗工況、評價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)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)和整車參數(shù)，以中國、美國、日本燃料消耗量計算模型為工具，分別對各車型燃料消耗量進(jìn)行模擬計算。通過比較車型燃料消耗量計算結(jié)果與中國、美國、日本現(xiàn)行燃料消耗量標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)指標(biāo)，評估我國重型商用車燃料消耗量和國際先進(jìn)水平的差距，為確定2020年我國重型商用車整體節(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的需求，更是我國汽車產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。我國《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際先進(jìn)水平”的發(fā)展目標(biāo)，因此準(zhǔn)確評估我國和國外重型商用車燃料消耗量水平差距對于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的制定和實施至關(guān)重要。重型商用車技術(shù)狀態(tài)復(fù)雜，各國所采用的試驗質(zhì)量、試驗方法、評價單位等差異較大，無法對標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行直接對比。本研究以我國重型商用車為研究對象，基于中國、美國和日本標(biāo)準(zhǔn)模擬軟件分別進(jìn)行燃料消耗量測算，通過與中國、美國和日本相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)比較，間接評估目前中國重型商用車燃料消耗量與國際先進(jìn)水平的差距，為我國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 計算模型對比

近年來，全球主要國家和地區(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、美國和日本均已正式發(fā)布并實施了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，歐洲法規(guī)仍在制定中。在試驗方法方面，中國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了底盤測功機(jī)和模擬計算兩種方法；美國和日本則主要基于各自開發(fā)的計算模型采用模擬計算法測試?？傮w上看，中、美、日計算模型原理接近，均是根據(jù)車輛參數(shù)、行駛阻力和試驗工況等計算得到的發(fā)動機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速和扭矩對發(fā)動機(jī)萬有特性數(shù)據(jù)進(jìn)行插值和積分計算，但具體的試驗工況、評價單位、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算模型在車型分類、試驗工況、評價單位等方面的差異：

表1 中、美、日重型商用車油耗計算模型對比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算模型的差異主要體現(xiàn)在3個方面：①適用范圍和車型分類的差異，同一車型在不同計算模型和標(biāo)準(zhǔn)體系中對應(yīng)不同的分類和限值；②試驗條件的差異，包括試驗工況和載荷狀態(tài)等，其中主要試驗工況的特征參數(shù)對比如表2所示；③計算模型輸入和輸出參數(shù)的差異，計算模型輸入?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的燃料消耗量水平。除基本車輛參數(shù)外，中國計算模型輸入?yún)?shù)主要包括發(fā)動機(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阻力；美國計算模型輸入?yún)?shù)包括空氣阻力(對于牽引車)和滾動阻力，采用內(nèi)置的發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)；日本計算模型輸入?yún)?shù)包括發(fā)動機(jī)和傳動系數(shù)據(jù)，采用內(nèi)置的行駛阻力數(shù)據(jù)。這也就意味著，中國計算模型可以同時反映發(fā)動機(jī)和整車行駛阻力對燃料消耗量的影響，而美國和日本模型僅能分別反映車輛行駛阻力和發(fā)動機(jī)對燃料消耗量的影響，在后面的燃料消耗量水平對比中需要著重考慮。

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 試驗車型情況Tab.3 Status of test vehicle models

本研究根據(jù)2015年我國貨車、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)量中選取市場主流車型，同時覆蓋不同排量、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，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。試驗車型情況如表3所示。

除試驗車型基本參數(shù)和變速器各檔位傳動比之外，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)動機(jī)萬有特性試驗和道路滑行試驗，獲取了滿足中國、美國和日本計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個重型商用車相關(guān)參數(shù)和試驗數(shù)據(jù)分別輸入中國、美國和日本計算模型，計算得到各車型在各國測試方法下相應(yīng)的燃料消耗量，并分別與各國現(xiàn)行重型商用車燃料消耗量標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)進(jìn)行對比，分析達(dá)標(biāo)率差異。中國現(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，中國標(biāo)準(zhǔn)為車型限值標(biāo)準(zhǔn)，美國和日本標(biāo)準(zhǔn)為針對企業(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 中國標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)率

各試驗車型滿足我國現(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)比例相對較低。

圖1 各類車型滿足現(xiàn)行中國國標(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)行國標(biāo)限值對比Fig.2Comparison of fuel consumption of various vehicle models with current international limiting value standards

3.2 美國標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)率

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

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

各試驗車型與美國現(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法規(guī)對比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)和計算模型車型分類中沒有自卸汽車，因此這里主要對比其他4類車型。

各試驗車型與日本現(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比

圖7匯總了貨車等5類車型與中國、美國、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，美國和日本計算模型限定的輸入?yún)?shù)有限，并不能完全反映車輛行駛阻力和發(fā)動機(jī)對燃料消耗量的影響。若以美國和日本作為目前國際商用車先進(jìn)水平的代表，預(yù)計我國重型商用車燃料消耗量與國際先進(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，同時新制定出臺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)國家相比，我國重型商用車先進(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車型，利用中國、美國和日本模擬工具進(jìn)行了燃料消耗量計算和統(tǒng)計分析。通過與各國標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，間接反映了目前我國重型商用車燃料消耗量和國際先進(jìn)水平的差距。若以美國和日本作為目前國際商用車先進(jìn)水平的代表，預(yù)計我國重型商用車燃料消耗量與國際先進(jìn)水平的差距至少在10%,以上。

通過本研究的開展，為客觀評估我國重型商用車燃料消耗量與國際先進(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)、實現(xiàn)《規(guī)劃》提出的“2020年商用車新車燃料消耗量接近國際先進(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］ 全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會. 重型商用車輛燃料消耗量測量方法[S]. GB/T 27840—2011，北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

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

［5］ 全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會. 汽車發(fā)動機(jī)性能試驗方法[S]. GB/T 18297—2001，北京：中國標(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