重型車燃料消耗量及溫室氣體排放法規(guī)對比

文 / 鄭天雷 金約夫 王兆 中國汽車技術(shù)研究中心

近些年來，隨著全球汽車產(chǎn)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(yè)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(qū)已著手制定重型車燃料消耗量及溫室氣體排放相關(guān)法規(guī)。2006年，日本發(fā)布了全球上首個重型車燃料消耗量標(biāo)準(zhǔn)，并計(jì)劃于2015年實(shí)施。中國和美國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)于2011年相繼發(fā)布，其中，中國自2012年2月起對重型商用車輛實(shí)施燃料消耗量管理，成為全球最先實(shí)施相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的國家。歐洲重型車溫室氣體排放法規(guī)正在制定過程中，尚未正式發(fā)布。

本文從評價體系、評價單位、試驗(yàn)方法和駕駛循環(huán)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(guī)（或草案）進(jìn)行系統(tǒng)的對比和分析。

1 評價體系

美國法規(guī)適用對象除重型皮卡與面包車、作業(yè)車輛和列車牽引車三類車型外，還涵蓋了作業(yè)車輛和列車牽引車所裝配的重型發(fā)動機(jī)，對車輛與發(fā)動機(jī)分別進(jìn)行評價和管理。中國、日本和歐洲的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)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(yè)平均評價體系兩種。

1.1 車型限值評價體系

中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)采用單車燃料消耗量限值評價體系。標(biāo)準(zhǔn)以與燃料消耗量線性相關(guān)度最高的最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量作為基準(zhǔn)參數(shù)，依據(jù)最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量進(jìn)行分檔，在每個分檔內(nèi)規(guī)定統(tǒng)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(chǎn)。車型燃料消耗量限值評價體系主要針對相同最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量下燃料經(jīng)濟(jì)性差、技術(shù)落后的車型，通過限值要求將其淘汰出市場，從而提高行業(yè)整體的燃料經(jīng)濟(jì)性水平。

1.2 企業(yè)平均評價體系

美國法規(guī)采用企業(yè)平均評價體系，根據(jù)車型參數(shù)建立車型燃料消耗量及CO2排放量目標(biāo)值。對于作業(yè)車輛與列車牽引車，法規(guī)按照車輛重量、駕駛室類型等進(jìn)行分組，每個分組內(nèi)對應(yīng)同一燃料消耗量及CO2排放目標(biāo)值。對于重型皮卡和面包車，法規(guī)則根據(jù)重量等參數(shù)建立與燃料消耗量和CO2排放量的目標(biāo)值曲線。企業(yè)在某一年度內(nèi)生產(chǎn)的重型車，以車型產(chǎn)量作為權(quán)重系數(shù)，結(jié)合單車型燃料消耗量及目標(biāo)值進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，可以得到該企業(yè)的平均燃料消耗量及目標(biāo)值，最終確認(rèn)企業(yè)在該年度是否滿足法規(guī)要求。同時，法規(guī)允許企業(yè)的燃料消耗量或溫室氣體排放積分在同一車型類別內(nèi)進(jìn)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(yè)以更大的靈活性。日本標(biāo)準(zhǔn)采用了與美國類似的分組企業(yè)平均評價體系。

2 評價單位

各國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)中的評價單位包括燃料消耗量、燃料經(jīng)濟(jì)性和CO2排放量單位三種。中國和日本相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分別沿用了最大設(shè)計(jì)總質(zhì)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(jīng)濟(jì)性單位km/l。美國法規(guī)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(yùn)輸為主的作業(yè)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(jì)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(jīng)濟(jì)性單位km/l或mile/gal之間存在倒數(shù)關(guān)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(guān)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(shè)計(jì)總質(zhì)量跨度非常大，美國和歐洲在原評價單位中加入車型質(zhì)量，構(gòu)造“油耗/噸公里”單位，在反映車輛燃料消耗量的同時兼顧運(yùn)輸能力和效率。中國則通過設(shè)置更為細(xì)致的限值分檔，盡量減少同一分檔內(nèi)不同總質(zhì)量導(dǎo)致的燃料消耗量差異。

3 試驗(yàn)方法

重型商用車輛燃料消耗量測試方法包括實(shí)測試驗(yàn)和模擬計(jì)算兩種，其中實(shí)測試驗(yàn)又可按照試驗(yàn)場所分為兩種：一種是在試驗(yàn)室底盤測功機(jī)上進(jìn)行的室內(nèi)試驗(yàn)；另一種是在路面上進(jìn)行的道路試驗(yàn)。道路試驗(yàn)由于無法實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)工況且試驗(yàn)結(jié)果可比性和重復(fù)性較差，目前已經(jīng)較少采用。

3.1 模擬計(jì)算

模擬計(jì)算法可以在計(jì)算機(jī)上模擬測定車輛在各種工況下的燃料消耗量，具有數(shù)據(jù)可靠、重復(fù)性好成本較低的優(yōu)點(diǎn)，目前中國、美國、日本和歐洲相關(guān)試驗(yàn)方法中均包含模擬計(jì)算法。其中，中國、日本和歐洲的模擬計(jì)算法較為接近，均是以真實(shí)發(fā)動機(jī)萬有特性數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，得到的結(jié)果是車輛接近實(shí)際的“真實(shí)油耗”。美國在進(jìn)行模擬計(jì)算時未采用實(shí)際發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)，而是采用了內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)模型，因此得到的并不是車輛的“真實(shí)油耗”，發(fā)動機(jī)的燃料消耗量通過臺架試驗(yàn)進(jìn)行測定。

3.2 底盤測功機(jī)試驗(yàn)

底盤測功機(jī)試驗(yàn)可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜道路試驗(yàn)工況且試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠、重復(fù)性好，但試驗(yàn)過程較復(fù)雜、試驗(yàn)成本較高，目前中國和美國采用了這種試驗(yàn)方法。美國法規(guī)依據(jù)車輛類型劃分，規(guī)定重型皮卡和面包車采用底盤測功機(jī)試驗(yàn)，其他車輛和發(fā)動機(jī)分別采用模擬計(jì)算以及發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)測定燃料消耗量。中國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)車輛類型、油耗、車型參數(shù)等族系特征進(jìn)行區(qū)分，基本型車輛采用底盤測功機(jī)試驗(yàn)，變型車輛可采用模擬計(jì)算。

4 駕駛循環(huán)

駕駛循環(huán)是車輛燃料消耗量及排放測試的基礎(chǔ)，對于再現(xiàn)車輛實(shí)際行駛過程、真實(shí)反映車輛燃料消耗量及排放具有重要影響。早期受技術(shù)水平限制，燃料消耗量測試只能在室外進(jìn)行，車輛在平坦路面上以簡單模態(tài)工況或等速工況行駛測定燃料消耗量作為衡量經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)。隨著測試技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展，底盤測功機(jī)或模擬程序可以運(yùn)行更為復(fù)雜和接近實(shí)際駕駛行為的瞬態(tài)工況。目前，中國、美國、日本和歐洲相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)均已采用或計(jì)劃采用瞬態(tài)工況法測定燃料消耗量。

4.1 中國

由于中國尚未開發(fā)重型車行駛工況，標(biāo)準(zhǔn)是以世界重型車輛瞬態(tài)循環(huán)為基礎(chǔ)調(diào)整加速度和減速度形成C-WTVC駕駛循環(huán)，由市區(qū)、公路和高速工況三部分組成。針對不同車型的實(shí)際行駛條件，標(biāo)準(zhǔn)對貨車、自卸汽車、客車、城市客車、半掛牽引車在市區(qū)、公路和高速工況下的行駛里程進(jìn)行了調(diào)查，確定了相應(yīng)運(yùn)行比例以加權(quán)計(jì)算綜合燃料消耗量，使燃料消耗量結(jié)果與中國道路運(yùn)輸條件和車輛技術(shù)特點(diǎn)相適應(yīng)。

4.2 美國

美國法規(guī)里重型皮卡及面包車采用與輕型汽車相同的試驗(yàn)方法及駕駛循環(huán)，但是車輛試驗(yàn)質(zhì)量有所不同。

除重型皮卡及面包車外，列車牽引車與作業(yè)車輛均采用計(jì)算模型計(jì)算燃料消耗量及CO2排放量，采用的工況循環(huán)包括瞬態(tài)循環(huán)、55mph循環(huán)和65mph循環(huán)三部分，但是作業(yè)車輛與列車牽引車在不同駕駛循環(huán)的權(quán)重系數(shù)有所不同。

4.3 日本

日本相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定所有重型車輛采用JE05和坡道工況。其中JE05循環(huán)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(yīng)不同的城間比。

4.4 歐洲

歐洲重型車輛CO2排放法規(guī)目前正在制定過程中。歐洲除進(jìn)行節(jié)能潛力分析、試驗(yàn)方法研究外，還專門根據(jù)車輛實(shí)際行駛情況開發(fā)了相應(yīng)的瞬態(tài)循環(huán)工況。其中，貨車包括長途運(yùn)輸、區(qū)域運(yùn)送、城區(qū)運(yùn)送、市政公用事業(yè)和施工五種工況；客車則包括城區(qū)、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(yàn)工況不同，歐洲更傾向于采用“速度—路程”形式的試驗(yàn)工況。

5 結(jié)論

隨著能源和環(huán)境問題日益凸顯，中國、美國、歐洲和日本等主要汽車生產(chǎn)和銷售國家或地區(qū)均制定或正在制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)以控制重型車燃料消耗量。由于車輛狀態(tài)、技術(shù)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(xiàn)了不同的管理思路。隨著汽車節(jié)能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，后續(xù)各國還將持續(xù)開展相關(guān)工作，繼續(xù)完善和加嚴(yán)重型車燃料消耗量標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)。