WLTC 與 NEDC 比較及對(duì)汽車(chē)油耗的影響淺析

郭千里，趙冬昶，陳 平，劉復(fù)星，劉 勇

（中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心 數(shù)據(jù)資源中心，天津 300300）

WLTC 與 NEDC 比較及對(duì)汽車(chē)油耗的影響淺析

郭千里，趙冬昶，陳 平，劉復(fù)星，劉 勇

（中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心 數(shù)據(jù)資源中心，天津 300300）

歐盟切換至全球輕型汽車(chē)測(cè)試循環(huán)（Wor1dwide Light-duty Test Cyc1e， WLTC）已指日可待，利用排放標(biāo)準(zhǔn)和WLTC 官網(wǎng)數(shù)據(jù)，繪制出 WLTC 和 NEDC 兩種循環(huán)速度和加速度分布圖，對(duì)循環(huán)特征值包括相對(duì)正加速度 RPA 進(jìn)行了對(duì)比。從NEDC 到WLTC，冷啟動(dòng)影響減弱，停車(chē)時(shí)間比例縮短，更接近于經(jīng)濟(jì)行駛速度，手動(dòng)統(tǒng)一換擋要求改變等，都有利于節(jié)油。同時(shí)，行駛波動(dòng)性增大，速度與加速度覆蓋范圍更寬，又不利于節(jié)油。單純 NEDC 和 WLTC 循環(huán)切換帶來(lái)的油耗變化很可能較為有限，這在二則者的國(guó)外初步試驗(yàn)數(shù)據(jù)中得到了佐證。

WLTC；NEDC；速度與加速度分布；RPA；油耗

NEDC（New European Driving Cyc1e），中文名稱(chēng)為新歐洲測(cè)試循環(huán)。2000 年，歐盟開(kāi)始在乘用車(chē)和輕型商用車(chē)排放和燃料消耗量型式認(rèn)證試驗(yàn)中執(zhí)行NEDC循環(huán)，目前中國(guó)則完全復(fù)制執(zhí)行該循環(huán)。循環(huán)包括1部——市區(qū)循環(huán)和2部——市郊循環(huán)兩部分，其中1部由4個(gè)重復(fù)的單元所構(gòu)成，每個(gè)單元根據(jù)速度和時(shí)間區(qū)分為 15個(gè)不同工況，市郊循環(huán)分為 13 個(gè)工況，NEDC 是穩(wěn)態(tài)循環(huán)，持續(xù)時(shí)間共 1 180 s。

WLTC-Wor1dwide Light-duty Test Cyc1e， 中 文名稱(chēng)：全球輕型汽車(chē)測(cè)試循環(huán)，分為低速段（Low）、中速段（Medium）、高速段（High）和超高速段（Extra High）四部分。WLTC 是瞬態(tài)循環(huán)，持續(xù)時(shí)間共 1 800 s。

目前，世界上另外兩個(gè)作為汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)大國(guó)和技術(shù)強(qiáng)國(guó)——的美國(guó)和日本則都分別實(shí)施各自的測(cè)試循環(huán)。隨著時(shí)間的推移，汽車(chē)行駛工況發(fā)生了一定程度的改變，汽車(chē)技術(shù)也在不斷進(jìn)步。另外，目前測(cè)試法規(guī)中對(duì)某些環(huán)節(jié)的限定還較為寬松，這些因素再加上行駛環(huán)境和駕駛習(xí)慣的不同，造成實(shí)際行駛油耗和排放 RDE（Rea1 Driving Emission）與型式認(rèn)證油耗和排放 產(chǎn)生了較大偏差。

為了降低企業(yè)滿(mǎn)足多種試驗(yàn)循環(huán)要求的研發(fā)成本，同時(shí)也為了使排放和油耗型式認(rèn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)更加貼近于實(shí)際行駛數(shù)據(jù)，聯(lián)合國(guó) WP.29 下環(huán)境和能 源 工 作 組 GRPE（Working Party on Po11ution and Energy）于 2007 年 11 月設(shè)立全球輕型汽車(chē)測(cè)試程序 WLTP（Wor1dwide Harmonized Light Vehic1e Test Procedures）工作組，中文名稱(chēng)：全球輕型汽車(chē)測(cè)試程序，WLTP 分為 WLTC 循環(huán)和測(cè)試程序兩大部分。2009 年 6 月，項(xiàng)目工作正式展開(kāi)，2013 年，WLTC制定完成，現(xiàn)在 WLTP 測(cè)試程序比計(jì)劃略慢，正在穩(wěn)步推進(jìn)。

本文對(duì) WLTC 和 NEDC 兩種循環(huán)特征進(jìn)行了比較，分析了從 NEDC 到 WLTC 對(duì)汽車(chē)油耗 帶來(lái)的影響，并引用了二則者的國(guó)外初步試驗(yàn)數(shù)據(jù)加以佐證。

表1 NEDC 循環(huán) 1 部第 1 單元逐秒車(chē)速表

1 NEDC 循環(huán)逐秒車(chē)速表構(gòu)建

中國(guó)第五階段排放標(biāo)準(zhǔn)[1]和歐洲現(xiàn)階段排放標(biāo)準(zhǔn)[2]109-110均給出了相同的測(cè)試循環(huán)各穩(wěn)態(tài)工況下的速度、加速度和持續(xù)時(shí)間等數(shù)據(jù)，但未直接給出勻加減速過(guò)程中的逐秒車(chē)速，而瞬時(shí)速度和加速度在進(jìn)行循環(huán)特征分析時(shí)是必不可少的。本文根據(jù)國(guó)內(nèi)外排放標(biāo)準(zhǔn)表格數(shù)據(jù)，計(jì)算整理出NEDC循環(huán)逐秒瞬時(shí)速度，為節(jié)省篇幅，僅列出1部第1單元數(shù)據(jù)

和2部數(shù)據(jù)，見(jiàn)表 1和表2。

表2 NEDC 循環(huán) 2 部逐秒車(chē)速表

1 部第 2、3、4 單元數(shù)據(jù)重復(fù)第 1 單元 1 ～ 195 s數(shù)據(jù)。通過(guò)計(jì)算和比對(duì)，可以發(fā)現(xiàn)國(guó)五排放標(biāo)準(zhǔn)GB 18352.5—2013 第 46 頁(yè)表 CA.1“操作序號(hào) 23 加速度-0.86 m/s2”有誤，應(yīng)為“-0.99 m/s2”。

2 WLTC 與 NEDC 外觀特征值比較

2.1 NEDC 速度曲線(xiàn)和加速度曲線(xiàn)

加速度和距離計(jì)算采用 WLTP 官方網(wǎng)站公布的WLTC 循環(huán)計(jì)算公式[3]246-247。

加速度公式：

式（1）和式（2）中，（ti-ti-1）=1。

圖1為根據(jù)表1和表2數(shù)據(jù)繪制的NEDC速度和加速度曲線(xiàn)。

圖1 NEDC 速度和加速度曲線(xiàn)

2.2 WLTC 速度曲線(xiàn)和加速度曲線(xiàn)

WLTC循環(huán)根據(jù)車(chē)輛的“額定功率/行駛質(zhì)量”指標(biāo)和最高車(chē)速指標(biāo)共構(gòu)建了三類(lèi)4種速度曲線(xiàn)[3]21-22，以供各個(gè)國(guó)家和地區(qū)選用，本文僅針對(duì)最普遍的 C1ass 3b 曲線(xiàn)進(jìn)行分析。

表3 WLTC 循環(huán)速度曲線(xiàn)分類(lèi)

2017 年1月UNECE文件對(duì)WLTP修訂2建議，將“行駛質(zhì)量”改為“行駛質(zhì)量 -75 kg”，分類(lèi)界限保持不變。由于是建議文件，故本文暫沿用以前正式規(guī)定。

圖2 WLTC，C1ass 3b 速度和加速度曲線(xiàn)

圖2 為 根 據(jù) WLTP-15-12e 數(shù) 據(jù)[3]48-65繪 制 的WLTC，C1ass 3b 速度和加速度曲線(xiàn)。

2.3 WLTC 與 NEDC 外觀特征值對(duì)比

本文計(jì)算出的 NEDC 循環(huán)外觀特征值見(jiàn)表 4。

與國(guó)五排放標(biāo)準(zhǔn)[1]和歐洲現(xiàn)階段排放標(biāo)準(zhǔn)[2]94循環(huán)特征數(shù)據(jù)相比較，只有1部四個(gè)單元距離和對(duì)應(yīng)1部距離合計(jì)出現(xiàn)差異，其它均一致。本文計(jì)算出 NEDC 循環(huán) 1 部每個(gè)單元的距離為 1 018 m，國(guó)五和歐盟標(biāo)準(zhǔn)為 1.013 km。但也有國(guó)外資料給出NEDC 循環(huán)全部距離 11.03 km[4]，與本文計(jì)算結(jié)果相同。

表5為本文計(jì)算得出的WLTC循環(huán)外觀特征值。WLTC 和 NEDC 兩種循環(huán)外觀特征值的對(duì)比見(jiàn)表 6。

表4 NEDC 循環(huán)外觀特征值

表5 WLTC, C1ass 3b 循環(huán)外觀特征值

表6 WLTC 與 NEDC 循環(huán)外觀特征對(duì)比

3 WLTC 與 NEDC 速度與加速度分布特征比較

速度—加速度分布特征采用兩種方式表達(dá)：（1）散點(diǎn)圖。（2）氣泡圖。

參考 WLTC 的方法[5]30，將速度和加速度各自按大小進(jìn)行分組，再繪制出矩陣式氣泡圖，氣泡大小表示以圓心為代表的分組區(qū)域內(nèi)統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)的多寡。

散點(diǎn)圖位置表達(dá)精確，但不反映重疊累計(jì)情況；氣泡圖雖能反映重疊累計(jì)情況，但圓心點(diǎn)只是滿(mǎn)足一定條件的集合中心，而非真實(shí)的重合。

3.1 WLTC 速度與加速度分布

圖3 WLTC，C1ass 3b 速度和加速度分布散點(diǎn)圖

圖5 WLTC，C1ass 3b 速度和加速度氣泡圖 - 低速

圖6 WLTC，C1ass 3b 速度和加速度氣泡圖 - 中速

圖7 WLTC，C1ass 3b 速度和加速度氣泡圖 - 高速

圖8 WLTC，C1ass 3b 速度和加速度氣泡圖 - 超高速

3.2 NEDC 速度與加速度分布

圖9 NEDC 速度和加速度分布散點(diǎn)圖

圖10 NEDC 速度和加速度分布?xì)馀輬D

4 WLTC 與 NEDC 特征值 RPA 比較

4.1 RPA 概念與計(jì)算公式

相對(duì)正加速度（The Re1ative Positive Acce1eration，RPA）中文名稱(chēng)：相對(duì)正加速度，其的計(jì)算公式[5]16為：式中： RPA 為相對(duì)正加速度，m/s2；vi為 i秒速度，m/s；ai+為（i-1）秒到 i秒間的正值加速度，m/s2；x為循環(huán)行駛距離，m。說(shuō)明：本文加速度采用式（1），未采用參考文獻(xiàn)[5]16中的公式，因?yàn)榭紤]該點(diǎn)和前一點(diǎn)速度的計(jì)算方法比考慮下一點(diǎn)和前一點(diǎn)速度的方法更加科學(xué)，這也是 WLTP 后期參考文獻(xiàn)[3]246-247使用的方法。

RPA 反映循環(huán)速度曲線(xiàn)的波動(dòng)性，該值大，則波動(dòng)性也大。另外，該值還可以按以下分析進(jìn)行理解：分母是循環(huán)距離；分子是當(dāng)車(chē)輛處于正加速度時(shí)（此時(shí)車(chē)輛噴油加速行駛），單位質(zhì)量下噴油所做的功。

4.2 WLTC 與 NEDC 特征值 RPA 對(duì)比與分析

表7為根據(jù)式（3）和本文前面數(shù)據(jù)計(jì)算而得到的結(jié)果。

表7 WLTC 與 NEDC 循環(huán) RPA 對(duì)比

WLTC 工作組成員 Heinz Steven 指出[6]：“RPA不能直接比較，應(yīng)該與平均速度相關(guān)聯(lián)，一起進(jìn)行評(píng)價(jià)，而且該平均速度也必須是不含停車(chē)的平均速度。

圖11 不同循環(huán) RPA 比較[6]

由圖 11可知：在歐盟，當(dāng)不含停車(chē)的平均車(chē)速大于 25 km/h 以后，整體上隨著該類(lèi)平均車(chē)速的增大，RPA 呈減小態(tài)勢(shì)。

對(duì)比表 7 中的數(shù)據(jù)，WLTC 循環(huán)不含停車(chē)的平均車(chē)速為 53.2 km/h，大于 NEDC 對(duì)應(yīng)平均車(chē)速44.1 km/h，而 WLTC 循環(huán) RPA 值為 0.159 m/s2，高于 NEDC 對(duì)應(yīng) RPA 值 0.116 m/s2，顯示 WLTC 循環(huán)比NEDC循環(huán)具有更大的動(dòng)態(tài)波動(dòng)性。

5 從 NEDC 到 WLTC 對(duì)油耗的影響分析

5.1 影響定性分析

從 NEDC 到 WLTC 對(duì)油耗的定性影響分析見(jiàn)表8。

5.2 二手國(guó)外初步試驗(yàn)數(shù)據(jù)兩則

5.2.1 JRC，2015 年 6 月發(fā)布的試驗(yàn)數(shù)據(jù)[4]

機(jī)構(gòu)：the Joint Research Center（JRC）of the European Commission，意大利。

圖12 JRC 有關(guān) WLTC 與 NEDC 的 CO2排放比較

表8 從 NEDC 到 WLTC 對(duì)油耗的定性影響

圖12中，橫坐標(biāo)車(chē)輛編號(hào)代表不同汽柴油類(lèi)型及動(dòng)力總成配置，縱坐標(biāo)代表“WLTC 的 CO2值 /NEDC 的 CO2值”，虛線(xiàn)代表平均比值為：0.97±0.06。

該組試驗(yàn)定義為C組試驗(yàn)，僅循環(huán)和換擋策略發(fā)生變化，NEDC 實(shí)施強(qiáng)制統(tǒng)一換擋，WLTC 實(shí)施各車(chē)輛計(jì)算換擋，其它測(cè)試程序完全采用 NEDC方法，包括測(cè)試質(zhì)量和道路載荷等完全相同。平均比值為 0.97，說(shuō)明參與試驗(yàn)車(chē)輛的 WLTC 平均CO2排放量還略低于 NEDC 平均值，圖中還可以看出不同配置車(chē)輛該比值的差異。

CO2排放量與油耗基本呈正相關(guān)關(guān)系。

5.2.2 Bosma1 Automotive R & D Institute Ltd，2015年 4 月 SAE Technica1 Paper試驗(yàn)數(shù)據(jù)[7]

機(jī)構(gòu)：Bosma1 Automotive R & D Institute Ltd，波蘭。

圖13所采用的試驗(yàn)方法與圖 9類(lèi)似，兩種循環(huán)除了實(shí)施各自的換擋策略和循環(huán)外，其它測(cè)試程序完全采用 NEDC 方法，包括測(cè)試質(zhì)量和道路載荷等完全相同。

圖13 BOSMAL 有關(guān) WLTC 與 NEDC 油耗比較

試驗(yàn)表明：5輛試驗(yàn)車(chē) NEDC 油耗均高于WLTC 油耗，高出程度有所差異。論文闡明：在NEDC、WLTC 和美國(guó) FTP-75 三種循環(huán)中，油耗差異一般較少超過(guò)5%。論文還指出：在不同循環(huán)下，有關(guān)測(cè)試質(zhì)量和道路載荷的規(guī)定將對(duì)油耗產(chǎn)生比循環(huán)本身更為顯著的影響。

6 結(jié)論

WLTC 與 NEDC 相比：

（1）歐盟和中國(guó)目前實(shí)施的 NEDC 循環(huán)由每個(gè)單元包含15工況且重復(fù)4次的市區(qū)循環(huán)和和另外1 個(gè)包含 13 工況的市郊循環(huán)所構(gòu)成。NEDC 屬于穩(wěn)態(tài)工況循環(huán)，其等速時(shí)間比例達(dá) 37.0%；而 WLTC屬瞬態(tài)工況循環(huán)，瞬態(tài)是發(fā)展潮流。

（2） 從 NEDC 到 WLTC，循環(huán)時(shí)間由 1 180 s增大到 1 800 s，冷啟動(dòng)時(shí)間比例大大縮短，且停車(chē)時(shí)間比例縮減。不停車(chē)平均速度由 44.1 km/h 增加到53.2 km/h，更接近于經(jīng)濟(jì)行駛速度。此外，短行程數(shù)量也由13個(gè)減少到8個(gè)。這些都有助于油耗的降低。

（3）對(duì)于手動(dòng)變速器汽車(chē)，NEDC 不區(qū)分車(chē)輛，根據(jù)速度和加速度曲線(xiàn)設(shè)定統(tǒng)一的換擋要求；而WLTC則因車(chē)而異，計(jì)算換擋，更有利于汽車(chē)節(jié)油。

（4）從 NEDC 到 WLTC，速度曲線(xiàn)由穩(wěn)態(tài)變瞬態(tài)。不停車(chē)平均速度增加的同時(shí)，相對(duì)正加速度指標(biāo) RPA 值增加，行駛的動(dòng)態(tài)波動(dòng)性增大。此外，最大速度和最大加速度都在增加，速度-加速度分布覆蓋的范圍更寬，負(fù)荷增加。這些整體上都不利于汽車(chē)節(jié)油；但對(duì)于大排量、大比功率、多擋化的車(chē)輛則較有利。

（5）在假設(shè)其它條件不變的情況下，單純由NEDC 到 WLTC，平均油耗會(huì)有所變化，但幅度很可能較為有限，且因車(chē)而異。這在兩則二手國(guó)外初步試驗(yàn)數(shù)據(jù)中得到了佐證。真正油耗變化幅度有待進(jìn)一步測(cè)算和試驗(yàn)。

（References）：

［1］GB 18352.5—2013.輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第五階段）[S]. 北京：中國(guó)環(huán)境出版社，2013：46-49. GB 18352.5—2013.Limits and Measurement Methods for Emissions from Light-Duty Vehic1es（China 5）[S]. Beijing：China Environmenta1 Science Press，2013：46-49.（in Chinese）

［2］E/ECE/324/Rev.1/Add.82/Rev.5-E/ECE/TRANS/505/Rev.1/ Add.82/Rev.5.Uniform Provisions Concerning the Approva1 of Vehic1es With Regard to the Emission of Po11utants According To Engine Fue1 Requirements[S]. United Nations，2015.

［3］UNECE. ECE/TRANS/WP.29/GRPE/2016/3 amended by GRPE-72-09-Rev.2（WLTP-15-12e）[EB/OL]. [2016-06-06]. https://www2.unece.org/wiki/disp1ay/trans/ WLTP+15th+session.

［4］MAROTTA A，PAVLOVIC J，CIUFFO B，et a1. Gaseous Emissions from Light-Duty Vehic1es：Moving from NEDC to the New WLTP Test Procedure[J]. Environmenta1 Science & Techno1ogy，2015，49（14）： 8317-8318.

［5］UN/ECE/WP.29/GRPE/WLTP-IG DHC Subgroup. GRPE-68-03（WLTP）-Technica1 Report on the Deve1opment of the Harmonized Driving Cyc1e（DHC）[EB/OL].[2013-12]. http://www.unece.org/trans/main/wp29/wp29wgs/wp29grpe/ grpeinf68.htm1.

［6］STEVEN H. Homo1ogation Test Cyc1es Wor1dwide Status of the WLTP[C/OL]. Green G1oba1 NCAP Labe11ing / Green Scoring Workshop，Apri1 30，2013：25-26[2016-08-17]. https://www.iea.org/media/workshops/2013/ gfei1abe11ing/07.08.Homo1ogationtestcyc1eswor1dwide.pdf.

［7］BIELACZYC P，WOODBURN J，SZCZOTKA A. A Comparison of Carbon Dioxide Exhaust Emissions and Fue1 Consumption for Vehic1es Tested over the NEDC，F(xiàn)TP-75 and WLTC Chassis Dynamometer Test Cyc1es[C]// SAE Technica1 Paper，2015-01-1065.

作者介紹

郭千里（1967-），男，河北大廠(chǎng)回族自治縣人。碩士，高級(jí)工程師，主要從事國(guó)外汽車(chē)節(jié)能市場(chǎng)研究。

Te1：022-84379751

E-mai1：guoqian1i@catarc.ac.cn

Comparison of WLTC & NEDC and Preliminary Study of Their Impact on Automobile Fuel Consumption

GUO Qianli，ZHAO Dongchang，CHEN Ping，LIU Fuxing，LIU Yong
（Automotive Data Center，China Automotive Technology & Research Center，Tianjin，300300，China）

The adoption of the new WLTC test cycles by EU is just around the corner. Using emission standards and data from the WLTC official website, the paper had drawn the speed-acceleration profiles of WLTC and NEDC. The characteristic values including RPA were compared. From NEDC to WLTC, the cold start effect is weakened, the stop duration percentage is reduced, the average speed is closer to the economical driving speed, and the fixed gearshifts in NEDC switch to the calculated specific gearshifts in WLTC, these factors mentioned above will improve fuel efficiency. Meanwhile, the driving volatility increases, the speedacceleration distribution covers a wider range, resulting in an increase in fuel consumption. The simple conversion between NEDC and WLTC may have limited impact to fuel consumption, which has been verified by two sets of foreign preliminary test data.

WLTC；NEDC；speed-acceleration distribution；RPA；fuel consumption

U467.1+2

：A

10.3969/j.issn.2095-1469.2017.03.06

2016-11-18 改稿日期：2017-01-17

參考文獻(xiàn)引用格式：

郭千里，趙冬昶，陳 平，等 . WLTC 與 NEDC 比較及對(duì)汽車(chē)油耗的影響淺析［J］.汽車(chē)工程學(xué)報(bào)，2017，7(3)：196-204.

GUO Qian1i，ZHAO Dongchang，CHEN Ping，et a1. Comparison of WLTC & NEDC and Pre1iminary Study of Their Impact on Automobi1e Fue1 Consumption［J］. Chinese Journa1 of Automotive Engineering，2017，7(3)：196-204.（in Chinese）