孫龍 耿艷 曹磊 張建偉 雷利剛

（中國(guó)汽車技術(shù)研究中心）

世界各國(guó)對(duì)輕型車排放都有嚴(yán)格的控制要求，并制定強(qiáng)制性排放法規(guī)。法規(guī)中的排放試驗(yàn)方法是依托于試驗(yàn)循環(huán)實(shí)現(xiàn)的。作為輕型汽車排放試驗(yàn)方法的重要組成部分，試驗(yàn)循環(huán)模擬汽車在實(shí)際道路行駛工況[1-3]。研究試驗(yàn)循環(huán)是汽車排放研究的基礎(chǔ)工作，也是確定汽車排放總量及其環(huán)境影響的重要依據(jù)[4]。文章對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行輕型車尾氣排放法規(guī)的試驗(yàn)工況從速度、加速度以及速度和加速度的聯(lián)合分布3個(gè)不同角度進(jìn)行了對(duì)比分析，總結(jié)了各試驗(yàn)工況的特點(diǎn)，為我國(guó)制定相應(yīng)的測(cè)試工況提供了一定依據(jù)。

1 測(cè)試工況的種類

全球范圍內(nèi)輕型車尾氣排放法規(guī)的試驗(yàn)工況主要有美國(guó)、歐洲和日本三大體系[5-8]。其他國(guó)家均在不同程度上采用這些法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，尤以采用歐洲和美國(guó)法規(guī)的比較多[9-12]。按行駛工況構(gòu)造形式分為以美國(guó)工況“FTP-75”為代表的實(shí)際行駛工況（瞬態(tài)工況）和以歐洲工況“ECE+EDUC（NEDC）”為代表的合成行駛工況（模態(tài)工況）[13-14]。

1.1 美國(guó)排放法規(guī)工況

1.1.1 FTP-75工況

美國(guó)EPA排放法規(guī)的試驗(yàn)循環(huán)采用FTP-75循環(huán)，適用于所有新生產(chǎn)的輕型汽車（LDV）、最大總質(zhì)量不超過(guò)4 536 kg的中型乘用車（MDPV）和最大總質(zhì)量不超過(guò)3 885 kg的輕型貨車（LDT）。圖1示出美國(guó)FTP-75法規(guī)測(cè)試工況曲線。

1.1.2 SFTP測(cè)試程序工況

2004年以后，美國(guó)輕型汽車排放法規(guī)增加了激進(jìn)高速循環(huán)（SFTP-US06）和空調(diào)模擬循環(huán)（SFTP-SC03）為補(bǔ)充循環(huán)。SFTP將輕型汽車分為3個(gè)級(jí)別：輕型汽車（LDV）、輕型貨車（LDT）和中型乘用車（MDPV）。

1）SC03工況。SC03試驗(yàn)主要測(cè)試車輛在夏季空調(diào)全負(fù)荷開(kāi)啟的特定行駛循環(huán)下的排放量。樣車所處環(huán)境需要滿足（35±5）℃，相對(duì)濕度40%，車輛中心線與擋風(fēng)玻璃底邊交點(diǎn)與車輛中心線與后窗底邊交點(diǎn)的光強(qiáng)平均值為（850±45）W/m2，試驗(yàn)過(guò)程中，樣車空調(diào)始終保持最全負(fù)荷運(yùn)載。樣車需要先運(yùn)行一遍SC03測(cè)試，然后熄火在該環(huán)境下保持540～660 s方可進(jìn)行試驗(yàn)。圖2示出美國(guó)SC03工況曲線。

2）US06工況。US06試驗(yàn)是考察測(cè)試樣車在高速度、高加速度情況下的排放情況，主要模擬美國(guó)主干線和高速公路的行駛工況。法規(guī)要求首先進(jìn)行一個(gè)高速度、高加速度的US06測(cè)試，對(duì)車輛進(jìn)行預(yù)處理，然后進(jìn)行60～120 s的怠速，隨后進(jìn)行US06循環(huán)開(kāi)始正式測(cè)試。圖3示出美國(guó)US06工況曲線。

1.2 歐洲排放法規(guī)工況

歐洲進(jìn)行輕型車排放測(cè)試的法規(guī)工況是NEDC循環(huán)。NEDC循環(huán)分為1部和2部2個(gè)階段：1部為ECE15循環(huán)，模擬市區(qū)駕駛工況，該循環(huán)特點(diǎn)是車速低、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷低和排氣溫度低，平均車速18.7 km/h，最高車速50 km/h；2部為EUDC循環(huán)，平均車速62.6 km/h，最高車速120 km/h。中國(guó)輕型車排放法規(guī)引用歐盟排放法規(guī)，測(cè)試工況也是NEDC循環(huán)。圖4示出歐洲NEDC工況曲線。

1.3 日本排放法規(guī)工況

日本自2011年起采用JC08循環(huán)，適用范圍為最大總質(zhì)量不超過(guò)3 500 kg的輕型汽車。圖5示出日本JC08工況速度時(shí)間曲線。

表1示出5種測(cè)試工況的基本特征信息。其中FTP-75工況是持續(xù)時(shí)間和測(cè)試?yán)锍套铋L(zhǎng)的測(cè)試工況；SC03和US06工況持續(xù)時(shí)間最短，但US06工況是最高車速最大、平均車速最高以及最大加速度最大的測(cè)試工況；NEDC工況的最高車速比US06工況略小，但平均車速較低；JC08工況的怠速比例是最高的。

表1 5種不同測(cè)試工況的基本特征表

2 工況速度分布分析

對(duì)5個(gè)法規(guī)測(cè)試工況分別按照5 km/h的速度間隔將工況覆蓋的速度范圍進(jìn)行分割，統(tǒng)計(jì)整個(gè)測(cè)試循環(huán)中各個(gè)速度工況點(diǎn)在各速度區(qū)間內(nèi)的數(shù)量。圖6示出FTP-75，SC03，US06，NEDC，JC08 測(cè)試工況的速度分布柱形圖。圖6中條形柱對(duì)應(yīng)的數(shù)值為工況點(diǎn)速度落入速度區(qū)間內(nèi)的工況點(diǎn)個(gè)數(shù)，帶點(diǎn)曲線為工況點(diǎn)頻率累計(jì)百分比曲線。

2.1 分布占比最大的區(qū)間

5個(gè)測(cè)試工況中，各速度區(qū)間內(nèi)工況點(diǎn)分布是不同的，但每個(gè)工況都有一個(gè)分布占比最高的速度區(qū)間。除US06工況外，其余4個(gè)工況低于5 km/h的工況點(diǎn)占比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他各個(gè)速度區(qū)間內(nèi)的工況點(diǎn)占比。該速度區(qū)間占比最高的工況為JC08工況，占比為32.67%；US06工況在該速度區(qū)間內(nèi)的占比為10.5%，在整個(gè)工況中的占比并不是最高的。US06工況占比最高的速度區(qū)間為 110～115 km/h，占比為 11.5%，略高于 0～5 km/h速度區(qū)間段分布。

2.2 速度分布特征

研究5個(gè)測(cè)試工況中除了小于5 km/h速度區(qū)間的其他速度區(qū)間內(nèi)的工況點(diǎn)分布特征，發(fā)現(xiàn)不同工況的速度分布特征各不相同，彼此之間的差異較大。

FTP-75工況的速度點(diǎn)主要分布在25～60 km/h區(qū)間內(nèi)，區(qū)間5～25 km/h以及75～95 km/h的速度點(diǎn)分布相對(duì)較為均勻。工況中有少量速度點(diǎn)分布在60～75 km/h區(qū)間內(nèi)，該速度區(qū)間將整個(gè)工況分成了高速段和低速段2段速度區(qū)間，呈現(xiàn)明顯的分段情況。大部分的工況點(diǎn)分布在速度小于60 km/h相對(duì)中低速度區(qū)間內(nèi)。

SC03工況的速度點(diǎn)主要分布在20～30 km/h和40～60 km/h 2個(gè)速度區(qū)間內(nèi)，速度區(qū)間5～20 km/h和30～40 km/h的工況點(diǎn)分布較為均勻。其余有少量工況點(diǎn)分布在大于60 km/h的速度區(qū)間內(nèi)。在40～60 km/h速度區(qū)間內(nèi)，40～45 km/h速度區(qū)間內(nèi)分布的工況點(diǎn)最多，其余各個(gè)速度區(qū)間的工況點(diǎn)數(shù)量依次遞減。在5～40 km/h速度區(qū)間內(nèi)，除了 20～30 km/h外，其余各個(gè)速度區(qū)間段內(nèi)的工況點(diǎn)分布情況相近。

US06工況的速度點(diǎn)主要集中分布在80～120 km/h的速度區(qū)間內(nèi)，在此區(qū)間內(nèi)的95～115 km/h速度區(qū)間內(nèi)的工況點(diǎn)分布尤為集中。120 km/h以上的速度區(qū)間以及5～80 km/h的速度區(qū)間內(nèi)工況點(diǎn)的分布相近但占比較少。US06工況點(diǎn)主要分布在較高速度區(qū)間內(nèi)。

NEDC工況是穩(wěn)態(tài)工況，其工況點(diǎn)分布主要集中在勻速工況速度點(diǎn)所在的速度區(qū)間內(nèi)。NEDC工況中的勻速工況速度有 15，32，35，50，70，100，120 km/h 7 個(gè)非怠速工況速度點(diǎn)。工況點(diǎn)主要分布在15～20，35～40，50～55，70～75，100～115 km/h 速 度 區(qū) 間內(nèi)，其余速度區(qū)間內(nèi)的工況點(diǎn)分布較少。NEDC工況點(diǎn)主要集中在某一個(gè)速度區(qū)間內(nèi)，其累計(jì)百分比曲線具有明顯的拐點(diǎn)和階梯變化。NEDC工況在5～35 km/h低速區(qū)間內(nèi)相比其他未包含勻速工況點(diǎn)速度區(qū)間的工況點(diǎn)較多且集中。

JC08工況的工況點(diǎn)在10～55 km/h區(qū)間內(nèi)比較集中且均勻分布，在高于55 km/h的區(qū)間里工況點(diǎn)分布得較少，且速度越高，工況點(diǎn)分布越少。JC08工況的速度主要分布在中低速區(qū)域內(nèi)，且分布比較均勻，該工況相比其他4種工況的分布均勻性較好。

5 個(gè)法規(guī)工況中，F(xiàn)TP-75，SC03，JC08 工況的工況點(diǎn)主要分布在中低速度區(qū)間內(nèi)；US06工況的工況點(diǎn)則主要分布在80 km/h以上的高速區(qū)間內(nèi)，這與其余4種工況有非常大的差異；NEDC的工況點(diǎn)主要分布在穩(wěn)態(tài)工況速度點(diǎn)所在區(qū)間內(nèi)，具有明顯的分布跳躍性。

（待續(xù)）