重型車燃料消耗量及溫室氣體排放法規對比

文 / 鄭天雷 金約夫 王兆 中國汽車技術研究中心

近些年來，隨著全球汽車產銷量快速增長以及石油等不可再生資源的逐漸枯竭，世界汽車行業面臨著能源短缺和溫室氣體排放的雙重壓力，其中，重型車每年排放的CO2占汽車排放總量的1/4以上。許多國家和地區已著手制定重型車燃料消耗量及溫室氣體排放相關法規。2006年，日本發布了全球上首個重型車燃料消耗量標準，并計劃于2015年實施。中國和美國相關標準法規于2011年相繼發布，其中，中國自2012年2月起對重型商用車輛實施燃料消耗量管理，成為全球最先實施相關標準的國家。歐洲重型車溫室氣體排放法規正在制定過程中，尚未正式發布。

本文從評價體系、評價單位、試驗方法和駕駛循環四個方面對中國、美國、日本以及歐洲的重型車燃料消耗量及溫室氣體排放法規（或草案）進行系統的對比和分析。

1 評價體系

美國法規適用對象除重型皮卡與面包車、作業車輛和列車牽引車三類車型外，還涵蓋了作業車輛和列車牽引車所裝配的重型發動機，對車輛與發動機分別進行評價和管理。中國、日本和歐洲的相關標準法規則只針對車輛。

車型評價體系主要包括車型限值評價體系、企業平均評價體系兩種。

1.1 車型限值評價體系

中國現行標準采用單車燃料消耗量限值評價體系。標準以與燃料消耗量線性相關度最高的最大設計總質量作為基準參數，依據最大設計總質量進行分檔，在每個分檔內規定統一的燃料消耗量限值，綜合工況燃料消耗量高于限值的車型將被禁止生產。車型燃料消耗量限值評價體系主要針對相同最大設計總質量下燃料經濟性差、技術落后的車型，通過限值要求將其淘汰出市場，從而提高行業整體的燃料經濟性水平。

1.2 企業平均評價體系

美國法規采用企業平均評價體系，根據車型參數建立車型燃料消耗量及CO2排放量目標值。對于作業車輛與列車牽引車，法規按照車輛重量、駕駛室類型等進行分組，每個分組內對應同一燃料消耗量及CO2排放目標值。對于重型皮卡和面包車，法規則根據重量等參數建立與燃料消耗量和CO2排放量的目標值曲線。企業在某一年度內生產的重型車，以車型產量作為權重系數，結合單車型燃料消耗量及目標值進行加權計算，可以得到該企業的平均燃料消耗量及目標值，最終確認企業在該年度是否滿足法規要求。同時，法規允許企業的燃料消耗量或溫室氣體排放積分在同一車型類別內進行平均、儲存和交易，在控制整體燃料消耗量水平的同時給企業以更大的靈活性。日本標準采用了與美國類似的分組企業平均評價體系。

2 評價單位

各國相關標準法規中的評價單位包括燃料消耗量、燃料經濟性和CO2排放量單位三種。中國和日本相關標準分別沿用了最大設計總質量3.5t以下的輕型汽車的評價單位，其中中國采用燃料消耗量單位l/100km，日本采用燃料經濟性單位km/l。美國法規同時采用了燃料消耗量和CO2排放量兩種評價單位，但對以貨物運輸為主的作業車輛與列車牽引車引入“油耗/噸公里”概念，采用“gal/1000t·miles”作為單位。歐洲則采用CO2排放量評價單位，并計劃引入“克/噸公里”排放量評價單位。

從幾種評價單位的對比來看，燃料消耗量單位l/100km與燃料經濟性單位km/l或mile/gal之間存在倒數關系，而燃料消耗量單位l/100km與CO2排放單位g/km或g/mile間存在線性換算關系，輕型汽車采用以上幾種單位的差異并不大。重型商用車最大設計總質量跨度非常大，美國和歐洲在原評價單位中加入車型質量，構造“油耗/噸公里”單位，在反映車輛燃料消耗量的同時兼顧運輸能力和效率。中國則通過設置更為細致的限值分檔，盡量減少同一分檔內不同總質量導致的燃料消耗量差異。

3 試驗方法

重型商用車輛燃料消耗量測試方法包括實測試驗和模擬計算兩種，其中實測試驗又可按照試驗場所分為兩種：一種是在試驗室底盤測功機上進行的室內試驗；另一種是在路面上進行的道路試驗。道路試驗由于無法實現瞬態工況且試驗結果可比性和重復性較差，目前已經較少采用。

3.1 模擬計算

模擬計算法可以在計算機上模擬測定車輛在各種工況下的燃料消耗量，具有數據可靠、重復性好成本較低的優點，目前中國、美國、日本和歐洲相關試驗方法中均包含模擬計算法。其中，中國、日本和歐洲的模擬計算法較為接近，均是以真實發動機萬有特性數據為基礎進行計算，得到的結果是車輛接近實際的“真實油耗”。美國在進行模擬計算時未采用實際發動機數據，而是采用了內置標準發動機模型，因此得到的并不是車輛的“真實油耗”，發動機的燃料消耗量通過臺架試驗進行測定。

3.2 底盤測功機試驗

底盤測功機試驗可實現各種復雜道路試驗工況且試驗數據可靠、重復性好，但試驗過程較復雜、試驗成本較高，目前中國和美國采用了這種試驗方法。美國法規依據車輛類型劃分，規定重型皮卡和面包車采用底盤測功機試驗，其他車輛和發動機分別采用模擬計算以及發動機臺架試驗測定燃料消耗量。中國相關標準根據車輛類型、油耗、車型參數等族系特征進行區分，基本型車輛采用底盤測功機試驗，變型車輛可采用模擬計算。

4 駕駛循環

駕駛循環是車輛燃料消耗量及排放測試的基礎，對于再現車輛實際行駛過程、真實反映車輛燃料消耗量及排放具有重要影響。早期受技術水平限制，燃料消耗量測試只能在室外進行，車輛在平坦路面上以簡單模態工況或等速工況行駛測定燃料消耗量作為衡量經濟性的指標。隨著測試技術和設備的發展，底盤測功機或模擬程序可以運行更為復雜和接近實際駕駛行為的瞬態工況。目前，中國、美國、日本和歐洲相關標準法規均已采用或計劃采用瞬態工況法測定燃料消耗量。

4.1 中國

由于中國尚未開發重型車行駛工況，標準是以世界重型車輛瞬態循環為基礎調整加速度和減速度形成C-WTVC駕駛循環，由市區、公路和高速工況三部分組成。針對不同車型的實際行駛條件，標準對貨車、自卸汽車、客車、城市客車、半掛牽引車在市區、公路和高速工況下的行駛里程進行了調查，確定了相應運行比例以加權計算綜合燃料消耗量，使燃料消耗量結果與中國道路運輸條件和車輛技術特點相適應。

4.2 美國

美國法規里重型皮卡及面包車采用與輕型汽車相同的試驗方法及駕駛循環，但是車輛試驗質量有所不同。

除重型皮卡及面包車外，列車牽引車與作業車輛均采用計算模型計算燃料消耗量及CO2排放量，采用的工況循環包括瞬態循環、55mph循環和65mph循環三部分，但是作業車輛與列車牽引車在不同駕駛循環的權重系數有所不同。

4.3 日本

日本相關標準規定所有重型車輛采用JE05和坡道工況。其中JE05循環代表了城市工況，80km/h坡道工況代表了城間工況，不同類型的車輛對應不同的城間比。

4.4 歐洲

歐洲重型車輛CO2排放法規目前正在制定過程中。歐洲除進行節能潛力分析、試驗方法研究外，還專門根據車輛實際行駛情況開發了相應的瞬態循環工況。其中，貨車包括長途運輸、區域運送、城區運送、市政公用事業和施工五種工況；客車則包括城區、城際和長途客車三種工況。與中國、美國和日本所采用的“速度—時間”形式的試驗工況不同，歐洲更傾向于采用“速度—路程”形式的試驗工況。

5 結論

隨著能源和環境問題日益凸顯，中國、美國、歐洲和日本等主要汽車生產和銷售國家或地區均制定或正在制定相關標準法規以控制重型車燃料消耗量。由于車輛狀態、技術水平等方面差異，各國重型車燃料消耗量的測量方法、評價單位、評價體系等存在明顯的不同，也體現了不同的管理思路。隨著汽車節能技術的發展和應用，后續各國還將持續開展相關工作，繼續完善和加嚴重型車燃料消耗量標準法規。