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，基于發動機試驗數據和整車參數，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行模擬計算。通過比較車型燃料消耗量計算結果與中國、美國、日本現行燃料消耗量標準法規指標，評估我國重型商用車燃料消耗量和國際先進水平的差距，為確定2020年我國重型商用車整體節能目標和第三階段燃料消耗量限值標準制定提供技術支撐和依據。

重型商用車 燃料消耗量 模擬對比

0 引 言

加快培育和發展節能環保汽車，既是緩解燃油供應矛盾、減少尾氣排放、改善大氣環境的需要，也是未來和諧汽車社會的需求，更是我國汽車產業健康可持續發展的必然選擇。我國《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012—2020年)》(以下簡稱《規劃》)中明確提出了“2020年商用車新車燃料消耗量接近國際先進水平”的發展目標，因此準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標準法規的制定和實施至關重要。重型商用車技術狀態復雜，各國所采用的試驗質量、試驗方法、評價單位等差異較大，無法對標準技術指標進行直接對比。本研究以我國重型商用車為研究對象，基于中國、美國和日本標準模擬軟件分別進行燃料消耗量測算，通過與中國、美國和日本相應標準比較，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準整體節能目標的確定提供了參考依據。

1 計算模型對比

近年來，全球主要國家和地區均開展了重型商用車燃料消耗量標準法規的制定工作，其中中國、美國和日本均已正式發布并實施了相關標準法規，歐洲法規仍在制定中。在試驗方法方面，中國標準規定了底盤測功機和模擬計算兩種方法；美國和日本則主要基于各自開發的計算模型采用模擬計算法測試。總體上看，中、美、日計算模型原理接近，均是根據車輛參數、行駛阻力和試驗工況等計算得到的發動機瞬時轉速和扭矩對發動機萬有特性數據進行插值和積分計算，但具體的試驗工況、評價單位、輸入參數等存在較大差別。表1總結了中、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準體系中對應不同的分類和限值；②試驗條件的差異，包括試驗工況和載荷狀態等，其中主要試驗工況的特征參數對比如表2所示；③計算模型輸入和輸出參數的差異，計算模型輸入參數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。除基本車輛參數外，中國計算模型輸入參數主要包括發動機數據和行駛阻力兩部分，其中行駛阻力包括空氣阻力和滾動阻力；美國計算模型輸入參數包括空氣阻力(對于牽引車)和滾動阻力，采用內置的發動機數據；日本計算模型輸入參數包括發動機和傳動系數據，采用內置的行駛阻力數據。這也就意味著，中國計算模型可以同時反映發動機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動機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對比Tab.2Comparison of duty parameters of different heavyduty commercial vehicles made in China，US and Japan

2 基礎車型數據

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

本研究根據2015年我國貨車、客車、半掛牽引車、自卸汽車和城市客車產銷分布，從車型數量和產銷量較大的總質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，產銷量占比較大且總質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和變速器各檔位傳動比之外，研究中依據GB/T 18297—2001和GB/T 27840—2011標準進行了發動機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據。

3 數據分析

將上文所述39個重型商用車相關參數和試驗數據分別輸入中國、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的燃料消耗量，并分別與各國現行重型商用車燃料消耗量標準法規進行對比，分析達標率差異。中國現行標準為GB 30510—2014《重型商用車輛燃料消耗量限值》(第二階段)，美國現行法規為中重型車燃料經濟性和溫室氣體法規(第一階段)，日本現行標準為重型車燃料經濟性標準(第一階段)。其中，中國標準為車型限值標準，美國和日本標準為針對企業的平均燃料經濟性標準，這里主要與企業平均燃料經濟性標準中相應的車型目標值進行比較。

3.1 中國標準達標率

各試驗車型滿足我國現行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標準于2015年7月起全面實施，因此研究中選取的車型已多數滿足該標準，總體達標率達到61.5%,。其中，客車達標比例最高，為83.3%,，自卸汽車和城市客車達標比例相對較低。

圖1 各類車型滿足現行中國國標限值情況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標準中相應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行國標限值對比Fig.2Comparison of fuel consumption of various vehicle models with current international limiting value standards

3.2 美國標準達標率

各試驗車型滿足美國現行法規的比例如圖3所示。總體上看，研究中選取的試驗車型多數無法滿足美國現行法規，達標率僅為24.2%,。

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

各試驗車型與美國現行法規相應車型目標值的比較情況如圖4所示。貨車等5類車型平均燃料消耗量均高于相應目標值。

圖4 各類車型燃料消耗量和美國法規對比Fig.4Comparison of fuel consumption of various vehicle models with US limiting value standards

3.3 日本標準達標率

各試驗車型滿足日本現行標準比例如圖5所示。由于日本標準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行標準相應車型目標值的比較情況如圖6所示。貨車等4類車型平均燃料消耗量均高于相應目標值。

圖5 各類車型滿足日本標準情況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準對比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、日本現行標準法規相應車型限值(或目標值)的比較情況。

圖7 各類車型燃料消耗量和中、美、日標準對比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參數有限，并不能完全反映車輛行駛阻力和發動機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水平的代表，預計我國重型商用車燃料消耗量與國際先進水平的差距至少在10%,以上。

3.5 技術差距分析

近年來，我國重型商用車行業通過加大技術和資金投入開展節能技術研發和應用取得了較大進步，同時新制定出臺的重型商用車輛燃料消耗量標準也在一定程度上促進了節能技術的發展。然而，由于成本和技術來源等因素限制，與汽車產業發達國家相比，我國重型商用車先進節能技術應用比例仍較低，重型商用車產品燃料消耗量與國際先進水平仍存在較大差距。

4 結 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行了燃料消耗量計算和統計分析。通過與各國標準進行比較，間接反映了目前我國重型商用車燃料消耗量和國際先進水平的差距。若以美國和日本作為目前國際商用車先進水平的代表，預計我國重型商用車燃料消耗量與國際先進水平的差距至少在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水平差距、確定重型商用車第三階段燃料消耗量限值標準整體節能目標、實現《規劃》提出的“2020年商用車新車燃料消耗量接近國際先進水平”發展目標提供了理論支撐。■

［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］ 全國汽車標準化技術委員會. 重型商用車輛燃料消耗量測量方法[S]. GB/T 27840—2011，北京：中國標準出版社，2012.

［4］ 全國汽車標準化技術委員會. 重型商用車輛燃料消耗量限值[S]. GB 30510—2014，北京：中國標準出版社，2014.

［5］ 全國汽車標準化技術委員會. 汽車發動機性能試驗方法[S]. GB/T 18297—2001，北京：中國標準出版社，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對比分析[J]. 節能，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對比[J]. 節能與環保，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