純電動公交車技術性能標準化測試方法

李 成，葉 磊，劉好德，劉榮先

（1.交通運輸部科學研究院，北京 100029；2.城市公共交通智能化交通運輸行業重點實驗室，北京 100029；3.重慶車輛檢測研究院有限公司，重慶 401122；4.電動汽車安全評價重慶市工業和信息化重點實驗室，重慶 401122）

0 引言

近年來，我國城市公共交通行業新能源汽車推廣應用效果顯著。2015 年以來，交通運輸部先后出臺《關于加快推進新能源汽車在交通運輸行業推廣應用的實施意見》（交運發〔2015〕34號）[1]《交通運輸部關于全面深入推進綠色交通發展的意見》[2]《交通運輸部關于全面加強生態環境保護堅決打好污染防治攻堅戰的實施意見》（交規劃發〔2018〕81 號）[3]等政策文件。自2016 年起，每年新增及更換的公交車輛中，新能源公交車占比均超過85%，2019 年更是達到了96%。新能源公交車總量從2012 年的1.3 萬輛增長至2019 年底的40.9 萬輛，在全國公交車中占比近60%，其中，純電動公交車數量達32.4 萬輛[4]。隨著純電動公交車市場占有率不斷提升，車輛技術水平不斷進步，公交企業和乘客對新能源車的接受度和滿意度均明顯提升。但是，新能源公交爆發式增長的同時，也出現部分無法滿足公交運營要求的產品混入市場、車輛研發與用戶需求存在一定程度的脫節、《道路機動車輛生產企業及產品公告》（以下簡稱“《產品公告》”）中車輛性能數據與用戶真實的感受存在較大差距、公交企業較難選到滿意車輛等問題。為了落實國家《新能源汽車產業發展規劃（2021—2035 年）》[5]等新的政策要求，推動新能源公交車的高質量發展，提升車輛技術性能，亟需建立科學全面的純電動公交車運營性能評價方法，通過公正客觀的測試，把好的產品推薦給公交企業，破除車輛采購中的地方保護行為，引導形成優勝劣汰的良好發展環境。

純電動公交車性能測試相關研究可以分為性能評價指標研究和測試方法研究兩類。在性能評價指標方面，王震坡等[6]總結了續駛里程、單位里程容耗、單位里程能耗等純電動汽車常用的能耗經濟性評價參數，經過分析比較后提出以能量利用率作為純電動汽車能耗經濟性和動力性綜合評價參數；中國汽車工程研究院股份有限公司[7]提出了針對新能源乘用車的綜合評價體系，從能耗、安全、體驗3 個維度開展評價，并且融合了大數據評價方法，對車輛里程、充電時長和動力電池故障等進行監測；陳勇[8]針對動力性指標、續駛里程以及經濟性指標在設計和使用過程中相互制約的特點，在綜合考慮上述指標的基礎上提出了純電動汽車的評價方法，并對市場上部分純電動車型的相關指標數據進行了對比，提出了設計和選用建議。在測試方法方面，中國汽車技術研究中心有限公司[9]在行業內較早地制定和發布了純電動乘用車測試規程，提出了從續駛與能耗、充電、安全、動力、操控、舒適、便利性和品質7 方面開展性能測試與評價的方法；葉磊等[10-11]模擬公交車停車起步、加速、穩速、滑行減速和制動減速停車等場景提出了純電動城市客車測試方法，對不同車型的測試數據進行了對比分析；劉會勝等[12]針對汽車環境適應性，提出了高溫干熱特殊環境下對新能源汽車的動力性、熱管理、邊界條件下的警示功能及制動能量回收反饋等進行測試的方法；霍云龍等[13]對我國純電動乘用車能耗認證測試中正在使用的幾種工況進行了對比；沈健等[14]指出我國純電動客車測試時普遍使用的工況法與等速法均無法很好地反映我國公交車輛實際的運行特點和動態特性；李耀華等[15]通過采集西安市不同區域不同時間段的道路狀況信息提出了西安市純電動客車行駛工況；國際公共交通聯合會（International Association of Public Transport,UITP）[16]發布了適用于新能源客車的城市循環（Electric Standardised On-Road Test Cycles,E-SORT）能量消耗測試方法，設定了城市、城郊和混合3 種基礎循環工況，各工況均包含加速、勻速、減速、停車和開門操作，一個完整的標準化測試由重復這些基礎操作循環完成，對測試中的平整度、坡度等道路條件以及溫度、風速等環境條件均提出了標準化要求，其思路可以借鑒，但其工況適合歐洲城市，與我國實際情況有較大差異。

既有研究表明，能耗、續駛里程、動力性是開展純電動公交車性能評價時普遍關注的核心指標，但測試方法尚不統一，尤其是測試時采用的工況與公交車輛實際運營環境差異較大，導致測試結果對行業的參考價值較低。本文結合國內外研究成果，提出針對純電動公交車關鍵性能指標的標準化測試方法，并利用實際測試數據開展分析評價，以期推動國家層面盡快制定純電動公交技術性能的評估方法和標準，從而指導行業管理部門、公交企業、車輛生產企業和第三方機構利用規范方法對純電動公交車性能進行評價，幫助行業客觀認識純電動公交車實際技術水平，幫助用戶合理選購優質產品。

1 純電動公交車運營性能測試標準化方法設計

在實際道路環境測試純電動公交車運營性能時，測試方法應盡量接近實際運營場景，同時應易于開展車型間比較，以方便公交企業參考測試結果。

運營性能測試的主要目的是幫助公交企業選購車輛，測試對象宜為已經進入《產品公告》，能在市場上購買到的車型。而對于已經進入《產品公告》的車型，在對樣車進行測試前，需核查車輛配置，核查的主要參數包括整備質量、車長及儲能裝置等。樣車參數應與《產品公告》備案參數保持一致，其中，動力蓄電池的電量須和《產品公告》備案參數一致，整備質量公差允許范圍為±3%，車長公差允許范圍為±1%。同時，樣車應配備車載終端，在測試過程中按照《電動汽車遠程服務與管理系統技術規范第3 部分：通信協議及數據格式》（GB/T 32960.3—2016）[17]要求持續上傳相關數據，建議上傳頻率不低于1次/s。

為方便公交企業進行橫向比較，建議在測試中設定統一的裝載質量，而不是按車輛設計的最大裝載質量的一定比例進行裝載。考慮公交車輛實際運營中的載客數量，建議8m 段車型按2t 質量進行裝載，10m 和12m 段車型按3t 質量進行裝載。

為盡量減少駕駛操作對測試結果的影響，駕駛員在測試中應使用實踐中常規的駕駛方法，因此不建議使用車輛生產企業提供的專業駕駛員，而須由測試機構提供專業駕駛員，測試前應保證駕駛員有半天以上時間熟悉車輛；為避免因不同駕駛員的駕駛習慣影響測試結果，在同一輛樣車的測試過程中安排多名駕駛員進行輪換。

1.1 能耗測試方法

能耗測試方法需重點考慮兩個方面：一是如何設置合理的行駛工況；二是如何準確地獲取車輛耗電量。

關于行駛工況設計，按照目前執行的《電動汽車能量消耗率和續駛里程試驗方法》[18]（GB/T 18386—2017）標準，公交車輛生產企業在申請《產品公告》時可以選擇使用基于等速法的測試結果或基于工況法的測試結果，兩種方法均在測試用車架上進行。由于基于等速法的能耗測試結果更低，現實中車輛生產企業均申報等速法測試結果，造成《產品公告》中的能耗值與實際差距較大，對公交企業的參考價值較低。2019 年，《中國汽車行駛工況第2 部分：重型商用車輛》（GB/T 38146.2—2019）[19]發布，其中的中國城市客車行駛工況（CHTC-B）是綜合考慮了我國多個城市的公交車輛實際使用情況后設計的新工況，建議在實際環境的能耗測試中采用。在我國多數城市，冬夏兩季都需要使用空調來保證公交車廂內能達到適宜溫度，因此，空調開啟狀態下的能耗值更能體現車輛綜合能耗水平，也便于公交企業測算未來的能耗支出。考慮乘客舒適度，建議夏季測試時將溫度設定為26℃，冬季測試時設定為21℃。在測試時，應要求車內溫度穩定在設置溫度±2℃。同時，為反映公交車運營中上下客開門時內外空氣流通增加的空調負荷對能耗的影響，建議在測試中設置一定的開門次數，如可在1個循環工況中設置2次開門，每次開門時間可設為17s（考慮一般公交站上下客用時）。

圖1為能耗測試中一個循環工況的速度曲線。每個循環中包含停車起步、加速、滑行減速和制動減速停車及開關門等環節。測試時應在車道上相應位置設置標牌提示駕駛員，駕駛員按照車輛綜合性能測試儀的指示行駛并監控速度偏差，應保證車輛當前速度與規定速度誤差在±3km/h 內。在每個試驗循環中，允許超出公差范圍的累計時間不超過30s。

圖1 一個循環工況的速度曲線

為了減少測試中各種不確定因素的影響，應進行較長距離的測試。綜合考慮測試準確性要求和測試成本，建議按照上述循環工況進行10個循環的測試，車輛行駛距離合計約55km，行駛時間合計約3.6h。為便于測試工作的組織安排，每次測試確保在半天時間內完成。表1所示為由10個循環工況組成的完整測試工況的特征值統計結果。

表1 完整測試工況的特征值

對于車輛耗電量計量，有兩種方法相對方便、準確。第一種是為車輛安裝功率分析儀，能準確測量電量消耗，不需要對測試開始時的車輛SOC（State of Charge，電池充電狀態）進行過多限制。第二種是不加裝測試設備，根據充電量來推算耗電量，測試方法較為復雜：測試開始前對車輛進行充電使SOC 為100%，完成測試后對樣車再次充電至SOC 為100%，記錄充電量作為耗電量；兩次充電須采用相同的充電條件，按照統一的功率（如60kW）進行。測試時可根據設備條件選擇對應的方法，建議優先采用第一種安裝功率分析儀的測試方法。由于不同廠家的SOC 計算和顯示的策略不同，不建議采用基于SOC 變化量來推算車輛耗電量的方法。

1.2 續駛里程測試方法

為提高測試效率，建議同時測試續駛里程與能耗。可根據完成完整測試工況后的用電量和該車型的動力蓄電池電量來推算其實際續駛里程，不必采用行駛至車輛電量耗盡的測試方法。續駛里程計算公式為：

式（1）中：S為續駛里程（km）；L為完整的能耗測試工況的行駛里程數（km）；EB為動力蓄電池總能量（kWh）；E為能耗測試中的耗電量（kWh）。

1.3 動力性測試方法

公交車日常運營中的平均時速不足20km/h，很少高速行駛。同時，為了防止乘客跌倒，在車輛起步時不能快速提速，因此公交車與乘用車相比在動力性上的要求較低。但公交車輛在兩個場景下仍需具備足夠的動力性能，一是在地勢變化較大或立交橋較多的城市，需要公交車輛具有良好的爬坡能力；二是在車輛運營中有快速超車完成變線的需求，因此，公交車的動力性應從爬坡時間和加速時間兩個指標進行評價。

（1）爬坡時間測試方法。考慮城市中多數線路不會有過大坡度，建議測試坡道的坡度設為12%。測試時將車輛停放于試驗坡道的起步區域，自由選擇動力輸出模式檔位，起動車輛。車輛全油門起步，記錄其從起步爬至坡頂的時間，單位為s。每輛車共進行3 次爬坡測試，取3 次爬坡時間的算術平均值作為最終結果。

（2）加速時間測試方法。為更好地契合公交車提速超車變線的應用場景，應測試車速從30km/h提速到60km/h的加速時間，而不是測試起步時的加速時間。參考《電動汽車動力性能試驗方法》（GB/T 18385—2005）[20]中的測試方法，測試時將車輛行駛至加速測試車道，自由選擇動力輸出模式檔位，將車輛加速至（30±1）km/h，并維持該速度勻速行駛，然后將加速踏板快速踩到底，使車輛加速至60km/h，記錄這一加速時間，單位為s，以相反方向行駛重復測試一次，取兩次測得時間的算術平均值作為最終測試結果。

2 測試結果分析

2.1 樣本數據

本文提出的測試方法在全國新能源公交車性能評價賽（Electric Bus Performance Assessment Competition,EB-PAC）中得到應用，按照本文提出的工況曲線、載重和空調設置測試出的各項結果為研究提供了樣本數據。該賽事在2020年有24款車型參賽，車長包括8m 段、10m 段和12m 段3個類別，參賽的生產企業包括了近年來在我國城市客車市場銷量較高的絕大多數企業。參賽車型均為已進入《產品公告》的在售車型，具體參賽車型和各車型技術參數信息可分別在活動主辦方網站和相關管理部門網站查詢。

2.2 《產品公告》值與測試值差異分析

2020 年全國新能源公交車性能評價賽（EBPAC）于2020年9月15日—2020年9月17日在重慶舉行，比賽期間的氣溫在26～28℃之間。參賽車型能耗和續駛里程的《產品公告》值和比賽中的實測值如表2所示。

表2 各米段能耗和續駛里程平均水平對比

對比能耗和續駛里程的《產品公告》值和實測值可知，兩者差異的平均值分別達到28.7%和26.1%。從各米段平均值來看，《產品公告》值與實測值相比，12m 段車型能耗低216.9Wh/km，續駛里程高213km；10m 段車型能耗低71.5Wh/km，續駛里程高95km；8m 段車型能耗低90.2Wh/km，續駛里程高68km。由于《產品公告》值采用等速法測試，且空調全程處于關閉狀態，企業較容易針對單一工況進行功率點優化，能耗較低；實測值采用新發布的CHTC-B 工況，包含加速、減速、急加速、急減速、勻速、怠速等場景，設置了爬坡路段且開啟空調，能耗較高，測試結果更接近車輛投入使用后的實際情況，對公交企業的參考意義更大。為了在實測中表現更好，客車生產企業會綜合考慮更多因素，采用更先進的技術來優化車輛設計，這也更能反映客車企業的技術水平。

各車型的能耗與續駛里程的《產品公告》值和測試值對比如圖2 所示。由圖可知，車型間的差異程度并不相同。以12m 段車輛的能耗為例，C6 和C7 車型的《產品公告》值與測試值的差異較小，約為50Wh/km，而C2 和C4 車型的《產品公告》值與測試值之差高達360Wh/km，10m段中的B1 和B6 車型的能耗實測值甚至低于《產品公告》值；續駛里程的《產品公告》值與實測值的差異程度同樣不一致，C2 等車型相差約300km，而B1等車型則幾乎沒有差異。這說明公交企業購車時如果僅按照《產品公告》值的高低順序進行選擇，并不能選到未來在實際運營中表現更好的車型。因此，建議公交企業能以EB-PAC比賽實測結果等為參考，并結合本地城市交通和公交線網的實際狀況，科學地選擇新能源公交車輛的車型。

圖2 樣本車型能耗與續駛里程的《產品公告》值和實測值

2.3 車型間差異分析

從圖2 中的能耗實測值來看，車型間的差異較大。12m 車型中能耗最大值與最小值相差251Wh/km，如以最小值為基準值，則最大值與最小值間的差值相對于基準值的差異比例為43.4%；10m車型能耗最大值與最小值相差291Wh/km，差異比例達64.5%；8m 車型能耗最大值與最小值相差166Wh/km，差異比例為39.5%。這說明客車生產企業間技術水平有較大差異，公交企業能否基于實測數據科學選擇能耗低的車輛，對未來運營成本和節能減排效果有很大影響。但是，即使是能耗最高的車型，其能耗水平也低于1kWh/km，由于多數公交企業充電價格低于1 元/kWh，運營中的車輛動力成本將不高于1 元/km，相對傳統燃油/燃氣公交車的動力成本，純電動公交車優勢非常顯著。

如圖2 所示，續駛里程實測值在不同車型間差異也較大。12m 車型續駛里程最大值與最小值相差187km，如同樣以最小值為基準值，則差異比例為48.3%；10m 車型續駛里程最大值與最小值相差356km，差異比例為93.0%；8m 車型續駛里程最大值與最小值相差231km，差異比例為100.9%。除了車輛的動力電池帶電量不同之外，能耗不同也帶來續駛里程的差異。12m 車型續駛里程平均值為463.0km，10m 車型續駛里程平均值為511.2km，8m車型續駛里程平均值為313.2km，均大幅超過公交車輛日均運營里程的平均水平，已經可以緩解公交運營企業對純電動車輛續駛里程的焦慮。在下一步產品規劃中可考慮結合當地公交的實際運營需求，適當減少動力電池帶電量，降低購置成本，此外可通過減重來降低能耗，節約運營中的充電成本。

樣本車輛的動力性指標實測值如圖3 所示。12m 車型的超越加速時間平均值為8.53s，爬坡時間平均值為7.78s；10m 車型的超越加速時間平均值為9.71s，爬坡時間平均值為7.81s；8m 車型的超越加速時間平均值為9.96s，爬坡時間平均值為7.54s。不同車型間的超越加速時間差異較大，爬坡時間差異較小。12m 段組超越加速時間最大值與最小值相差3.8s，以最小值為基準值時差異比例為55.3%，爬坡時間最大值與最小值相差2.5s，差異比例為37.1%；10m 段組超越加速時間最大值與最小值相差6.4s，差異比例為104.2%，爬坡時間最大值與最小值相差1.8s，差異比例為26.5%；8m 段組超越加速時間最大值與最小值相差7.0s，差異比例為115.9%，爬坡時間最大值與最小值相差1.8s，差異比例為28.2%。雖然從公交車的使用特點來看，不必追求過大的動力性能，但必要的動力性能是公交運行效率和運行安全的重要保障，特別是在山地城市和立交橋較多的城市，動力性能尤為重要。由實測數據可看出，不同車型的動力性存在較大差異，尤其是部分車型的超越加速時間相差達1 倍以上，說明在重點保證車輛能耗水平的前提下，如何為車輛提供足夠的超越加速性能依然是行業面臨的一項技術問題，客車生產企業仍需持續提升技術實力。

圖3 動力性指標測試結果

3 純電動公交車技術性能提升建議

由前文可知，純電動公交車不同車型的性能差異較大，僅依靠《產品公告》信息并不能選擇到最優產品，建議盡快出臺純電動公交車性能評價的相關標準規范，提升性能評價的合理性，支撐相關評價工作的開展，引導質量更優的產品進入城市公交行業。本文提出的測試方法經過新能源公交車性能評價賽（EB-PAC）等活動的實踐驗證，表現出良好的科學性和實用性，得到了客車生產企業和公交運營企業的一致認可，建議在相關測試標準的編制中得到采用。

（1）在純電動公交車產品設計方面，建議客車生產企業平衡好車輛動力性和經濟性，在保證車輛有足夠動力完成運輸服務的同時盡量降低運營成本。

（2）合理設置續駛里程。由于公交車運營線路和運營趟次相對固定，每天的運營里程穩定，車輛續駛里程如能滿足一天的運營需求即能較為方便地組織在夜間停運時間段充電，而裝載過高蓄電量的電池來提升續駛里程會大幅增加車輛購置成本和運營能耗，并不能給公交運營組織帶來更多的便利。

（3）未來應繼續利用輕量化、低滾阻、低風阻等技術來提高動力系統效率，不斷提升整車的綜合能量控制技術，從而降低能耗，提高續駛里程。

（4）純電動公交車在運營中積累了大量數據，建議盡快構建交通運輸行業新能源汽車運行監測平臺，開展基于實際運營監測數據的性能分析，通過大范圍監測數據與精準測試數據的緊密結合，為公交企業車型選擇提供更多的幫助。

（5）建議將性能評價賽等交流活動作為推優扶強的重要手段，引導質量更優、使用效果更好的新能源汽車產品進入城市公交行業，提高公眾對新能源汽車的認知度和接受度，營造新能源公交車高質量發展環境。

4 結語

本文針對我國純電動公交車質量參差不齊、《產品公告》中的車輛性能參數與用戶實際感受存在較大差異、公交企業購車時缺乏參考等行業問題，提出了實際道路環境下的純電動公交車能耗、續駛里程、動力性測試方法，并利用全國新能源公交車性能評價賽（EB-PAC）測試數據開展了實例分析，探討了《產品公告》值與實測值之間的差異及不同車型間差異幅度的大小，明確了我國純電動公交車目前的技術水平，可為公交企業選購車輛提供有價值的參考；最后，基于研究結果對生產企業和管理部門提出了相關建議。

本文所用樣本是在氣溫適宜的外部環境下的測試結果，低溫和高溫對電池性能和空調耗能的影響未能得到充分體現。下一步將針對更多的車輛實際應用場景，繼續優化和完善測試方法，增加測試樣本量，更好地為《電動公交車運營性能評價規范》等標準的編制提供支撐。