汽车燃油经济性评价方法

1、汽车燃油经济性评价方法the methods of evaluating vehicle fuel economy 2008 年 6 月 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第57页摘要汽车的燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油能使汽车行驶的里程来衡量。随着油价的攀升，近年来，汽车生产企业、汽车消费者及国家对汽车燃油经济性都十分关注，油耗不论对于车主还是国家来说都是一个十分重要的问题，尤其对于我国这样一个汽车年产量和保有量都在快速增长、石油资源有限的大国来说，制定更加完善的汽车燃料经济性评价标准具有十分重要的意义。国内外关于汽车燃油经济性的研究也逐渐增多，本文介绍了汽

2、车燃油经济性目前国内外的状况，主要有欧洲ece工况、美国ftp75工况和日本10-15工况，以及汽车燃油经济性对节约能源，减少环境污染、国家的能源安全以及消费者个人的意义，随后分析了现行国内外燃油经济性评价试验方法的不足，汽车实际行驶过程中各种工况因素对汽车燃油消耗量的影响，最后试着提出一种新的评价方法，即采用加权平均的方法来计算汽车的燃油消耗，通过与国家燃油经济性标准和类似车型的比较来评价某类汽车的燃油经济性好坏。采用加权平均的方法来评价汽车的燃油经济性，能够把影响汽车燃油消耗的各种因素都考虑进去，如路况因素、负载因素和汽车附件等等因素，故能较准确的评价汽车的燃油经济性。关键词：燃油经济性

3、工况模型 燃油经济性评价方法abstract vehicle fuel economy is usually valued by the fuel consumption of the vehicle travelling 100 km under certain run common condition or the mileages the vehicle travelling with certain fuel. in recent years, as oil prices rising, car manufacturers, car consumers and the state ar

4、e very concerned about vehicle fuel economy, fuel consumption are a very important issue for both the owners and the countries, especially for our country which has rapid growths of car annual out put and capacity ,but the oil resources is limited, so develop more comprehensive fuel economy standard

5、s for evaluation of automotive is of great significance. at home and abroad the studies on vehicle fuel economy is gradually increasing, the paper introduce the situation of the automobile fuel economy at home and abroad, mainly introduce the europe ece model,the united states ftp75 model and japan

6、10-15 model, and the significances of automobile, fuel economy to conserving energy,reducing environmental pollution the states energy security and the personal consumer, then analysis the shortages of the current test methods domestic and international,and the various factors impacting vehicle fuel

7、 consumption in the course of the actual car travelling, on the final ,the paper try to give a new evaluation method, using the weighted average method to calculate fuel consumption of motor vehicles, and evaluating fuel economy of certain type vehicle through the comparison to the national fuel eco

8、nomy standards and similar cars.using the weighted average method to evaluate vehcle fuel economy,we can take all the factors which effect fuel consumption of vehicles into account,such as road model factors,load faotors and vehicle accessories factors and so on,so it can evaluate the vehicle fuel e

9、conomy more exactly.key words: fuel economy working condition model the methods of evaluating vehicle fuel economy 目录第1章 绪论11.1背景介绍11.2 汽车燃油经济性评价方法的意义21.3 国内外研究概况31.3.1 国外研究状况31.3.2 国内研究状况51.4 本文的主要内容61.5 本章小结6第2章 目前汽车燃油经济性评价的各种方法及指标72.1 欧洲燃油经济性评价工况及指标72.1.1 欧洲燃油经济性标准72.1.2 欧洲评价工况82.1.3 欧洲燃油经济性评价指标8

10、2.1.4 欧洲油耗计算102.2 美国燃油经济性评价工况及指标112.2.1美国燃油经济性标准112.2.2 美国评价工况132.2.3 评价指标122.2.4 美国油耗计算142.3 日本燃油经济性评价指标及工况142.3.1燃油经济性标准142.3.2 日本评价工况162.3.3日本燃油经济性评价指标162.3.4 日本油耗计算172.4 我国汽车燃油经济性评价指标及工况172.4.1 我国燃油经济性标准172.4.2 我国评价工况192.4.3 我国燃油消耗计算242.5 比较242.6 各国油耗计算方法的比较252.7 本章小结25第3章 汽车运行工况的调查分析263.1 汽车运行工

11、况特征263.2 汽车运行工况特征参数对燃油消耗量的影响分析283.2.1时间特征参数对燃油消耗的影响分析283.2.2速度特征参数油耗的影响分析313.2.3 加速度特征参数对油耗的影响分析333.3 本章小结37第4章新的评价方法及试验方法的提出384.1 汽车燃油经济性评价试验方法384.1.1 对运动学片段的分析394.1.2 试验工况的构建404.2 燃油经济性评价方法424.3 计算演示484.4 本章小结50总结及展望52全文总结52展望52致谢54参考文献55第1章 绪论1.1背景介绍汽车是当今社会的主要交通运输工具之一，汽车工业的发展给社会经济带来重大机遇和活力，同时也给人类

12、社会带来了不小的负面影响，如汽车交通事故、能源浪费以及环境污染等。目前汽车用燃料主要是汽油、柴油、煤油等石油产品，世界石油资源的很大一部分都消耗在汽车上，而汽车尾气的排放则是增长最快的空气污染源之一。在发达国家城市区域，汽车是co、no二和hc等空气污染的主要来源。目前汽车安全、节能与环保已成为国际性的研究热点和方向，是汽车工业可持续发展战略研究的重要组成部分。自1973年发生世界石油危机后，各国都十分重视节约燃油，而燃油很大部分都是消耗在汽车上。近年一路上升的油价和日益严重的环境问题，更是使汽车燃油经济性受到各国政府、汽车制造业和汽车使用者的重视。燃油经济性好，可以降低汽车的使用消费、减少国

13、家对进口石油的依赖性、节约石油资源；同时也降低了发动机产生的co的排放量，起到防止地球变暖的作用，同时也减少了co、no和hc等对空气的污染。各国也制定了适合本国的燃油经济性评价方法及相关法规来提高燃油经济性和控制机动车燃油消耗，并在不断的改进以更好的适应本国实际情况。近年来我国经济快速发展，汽车工业发展速度也很快，每年保有量以10%以上的速度在增长，轿车生产的速度达到1520%。据统计，我国各类汽车产量由1991年的70.4万辆增加到2001年的233.44万辆，平均年增长率为15%，是同期世界汽车增长率的10倍。2002年我国汽车产量为320万辆，预计到2010年将达到600万辆。而截至2

14、006年底，我国车辆保有量已达到4985万辆，而且，在国外发达国家轿车保有量一般占汽车车总数的70%以上，我国仅为30%左右，轿车发展空间很大，这给我国带来了巨大的能源的压力。同时，我国汽车技术水平相对落后，单车燃油消耗明显高于国外。有关数据显示，欧美国家的中档轿车百公里平均耗油在6.57.5升，而我国的中档轿车百公里油耗为8.39.2升，我国汽车每百公里平均油耗比发达国家高20%以上，其中轿车油耗比日本高20%25%，比欧洲高10%15%，比美国高5%20%。汽车燃油消耗迅速增长，在我国石油消耗中所占的比例日益增大，并成为我国进口石油增加的主要原因。汽车每年约消耗我国汽油总产量的85%，柴油

15、总产量的20%。据海关统计，截至2006年我国进口原油达1.45亿吨，成品油进口3638万吨，总价值819.62亿美元，创历史新高，预测到2020年，我国石油需求量将超过4亿吨，对外依存度将超过60%，能源短缺问题日益加重。由于车辆的快速增长，汽柴油需要量也呈现较大的增长速度，从1995年到2002年，汽柴油需要量从7700万吨，增长到12400万吨，增长率达到7.04%。一般汽柴油要占到原油加工量的50%以上。原油加工量从1995年的1.49亿吨，增长到2000年的约2.2亿吨，增长率达到8.0%。高速增长的石油需求给石油开采和炼制工业带来压力，国内原油资源缺乏，90年代以来，原油产量年均增

16、长仅为250多万吨左右，2002年总产量达到1.67亿吨。仅满足需求量的76%左右，缺口都是由进口原油解决。减少汽车排放、提高其燃油经济性和开发新的代用燃料将对改善环境污染，缓解能源危机作出巨大贡献。自从汽车诞生以来，燃油经济性作为重要的性能指标之一，成为汽车技术人员多年来研究的焦点。近年来，由于安全及排放问题日益突出，对燃油经济性的关注有所淡薄，但随着世界性的石油危机的发生，燃油经济性再次被提到了议事日程。提高汽车的燃油经济性，从总体上控制汽车燃油消耗已经成为我国政府和汽车行业所面临的重要课题。如果不尽早对汽车的燃料消耗量进行准确评估，并采取严格的控制措施，将严重影响我国的能源安全，影响汽车

17、工业乃至国民经济的可持续发展。2004年10月29日我国正式出台了首个汽车油耗强制性国家标准乘用车燃料消耗量限值（gb19578-2004），规定了汽车每百公里消耗燃油的最高指标，填补了我国汽车节能标准的空白。2006年下半年国家发改委公布了407种车型的油耗数据，标志着我国政府已开始重视汽车油耗对国家能源战略的影响。目前的汽车燃油经济性评价指标主要有等速百公里油耗单一指标和据典型循环工况油耗综合指标。不同国家的循环工况也不同，目前世界上主要有美国的cafe工况、欧洲的ece工况和日本的10-15工况，其他国家地区大多以上述三种工况来制定适合本国或本地区的工况，如我国就是参照欧洲循环工况来制定

18、燃油评价工况和评价指标。1.2 汽车燃油经济性评价方法的意义汽车的燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油能使汽车行驶的里程来衡量。在我国及欧洲，燃油经济性指标的单位为l/100km，即行驶100km所消耗的燃油升数，此值越大，汽车的燃油经济性越差。美国的为mpg或mile/usgal,指的是每加仑燃油行驶的英里数，此数值越大，汽车的燃油经济性越好。等速百公里燃油消耗量是一种常用的评价指标，指汽车在一定载荷（我国标准规定轿车为半载、货车为满载）下，以最高档在水平良好路面上等速行驶100km的燃油消耗量。但等速行驶工况并不能全面反应汽车的实际运行情况，特别是在市区行驶中频

19、繁出现的加速、减速、怠速停车等行驶工况。因此，在对实际行驶车辆进行跟踪测试统计的基础上，各国都制定了一些典型的循环行驶试验工况来模拟实际汽车运行状况。循环行驶试验对汽车的速度、加速度、行驶时间和距离等作了详细的规定,这种循环行驶工况包括有多种工况条件下汽车的燃油消耗状况,例如轿车多工况燃油消耗的测定有25个工况循环,称为轿车25工况试验,包括怠速、加速、换档、匀速、减速、怠速等循环行驶工况,因此通常以循环行驶工况燃油消耗量作为汽车综合性评价指标。建立一个准确的汽车燃油经济性评价方法，能为某一类车辆在某一地区的能量消耗量或排放水平提供检测依据，对汽车制造商来说，可以给未来车辆的设计制造能提供一定

20、的指导作用，生产出更经济更环保的车辆；对一个国家或地区而言，结合相应的燃油经济性标准，能够有效的迫使制造商提高汽车的燃油经济性，控制汽车的燃料消耗量，节省石油资源，减少汽车尾气排放对环境的影响，减少国家对进口石油的依；对消费者个人来说，购买一辆燃油经济性好的车，在石油价格居高不下的今天，能够很好的减低汽车使用费用。要评价和控制车辆燃油经济性，首先要建立正确的评价燃油消耗量试验方法。1.3 国内外研究概况1.3.1 国外研究状况汽车燃油经济性评价中一个主要的方面就是对汽车燃油消耗的研究，国外对汽车燃油消耗的研究起步比较早。20世纪20年代初，国外就开始进行相关研究，这一时期的研究多数是针对发动机

21、进行的，通过分析燃烧过程，改善发动机结构，来提高燃烧效率，从而实现节能。随后，由于受全球石油危机的影响，汽车燃油消耗问题开始日益为人们所重视，发达国家率先进行了这方面的研究，着重对车辆自身结构进行研究，开发车辆节能技术，如采用增压装置、雾化装置、稀薄燃烧技术、磁化节油技术、电子化油器技术等。随着认识水平的不断提高，人们越来越意识到对汽车油耗的研究不能单一的改进汽车自身的性能，还应研究实际道路上行驶工况变化等因素对汽车燃油消耗的影响，如燃油消耗与道路设施之间、与交通流运行特征之间的关系等。从20世纪70年代开始，美国等国家对汽车燃油消耗研究开始转向影响交通系统油耗的各个要素，对运输系统燃油消耗模

22、型、节能策略等进行了大量研究，并结合本国、本地区的实际交通状况进行燃油消耗规律的分析。美国、欧洲、日本都先后建立了ftp-7行驶工况、ece十eudc代表工况和japan10-15代表工况等，如图1-1、图1-2和图1-3所示。并且以这些模拟实际道路运行状况下的行驶工况为基础，进行燃油消耗研究，这些研究为运输系统节能提供了必要的理论基础，在实际中也得到了具体应用，如世界银行hdm模型体系等。目前各国采用的行驶工况主要来自汽车工业发达国家同时这些国家仍不断地对车辆行驶工况修正和补充。此外，美国在二十世纪八十年代开始在试验室利用碳平衡原理，采用模拟循环工况通过测排放数据来推导油耗值，随后欧洲、日本

23、也开始采用碳平衡原理结合模拟循环工况来测量油耗，目前国内也在进行利用碳平衡原理推导油耗值的研究。在油耗测量方面，美国、日本和欧洲各国汽车油耗的测试循环和测量设备各不相同，测试范围也不全一致，但都是模拟汽车实际道路运行状况下，多工况法汽车油耗测试方法，主要限制产量较大的轻型(包括微型)车辆。欧洲法规或指令只规定了m1类车的测试方法，且近十多年来不断变化。早期是分别测量低速城市工况(即ece15工况)油耗和90、120km/h的等速油耗；93年开始采用城市工况和城郊高速工况(eudc)的复合工况油耗，在排放实验室用碳平衡法而不是用油耗仪直接测量；2000年开始采用冷启动而不是原来的热启动状态下的工

24、况法来测量油耗，以求更真实测量汽车实际油耗。以欧洲为例，1995年欧洲轿车平均排放量(采用模拟实际的冷启动后工况法测试循环)为185g/km，2000年降低至169g/km，2008年将进一步降低至140g/km(相当于汽油车百公里油耗为5.9l，也是在1995年的基础上减低了约25%)；美国是分别测量模拟市区(平均车速31.7km/h)和高速公路(平均车速77.4km/h)运行状态的工况法油耗，加权平均后作为汽车名义油耗。日本测量的是1015工况(平均车速22.7km/h)运行下的平均油耗。 图1-1 美国ftp75工况 图1-2 欧洲ece工况 图1-3 日本10-15工况1.3.2 国内

25、研究状况国内对汽车燃油消耗的研究起步较晚，与发达国家相比还存在较大差距。在90年代之前国内主要是进行车辆节能技术的研究，近几年才开始对运输系统的燃油消耗规律进行研究，如交通部公路科学研究所在“九五”期间对我国公路上燃油消耗的规律进行了大量的调查研究，建立了适合于公路燃油消耗的预测模型（1998年）；河北公路规划设计院在“公路技术经济指标研究”中，结合河北省公路进行了大量的油耗调查，建立了山区和平原地带的单车油耗、交通流油耗与运行速度的回归模型（2000年）；吉林大学研究了变速交通流下的车辆燃油消耗模型及北方寒冷地区低温对燃油消耗的影响规律（2002年）；东南大学在自然基金委的支持下对城市交通系

26、统燃油消耗进行了深入研究，建立了城市道路交通系统燃油消耗的宏观预测模型和微观模型，并分析了不同道路行驶、不同的行驶工况对汽车燃料消耗的影响，如针对汽车在通过信号交叉口时减速、怠速停车、加速离开过程中的燃油消耗进行研究，得出相应的计算方法，建立了信号交叉口的汽车燃油消耗增量模型等（2002年）；天津内燃机研究所以华利微型面包车和桑塔纳轿车为研究对象，在天津市不同道路上对油耗进行了详细的测试，获得了大量的实际燃油消耗数据，通过这些数据研究了车速、加速度等行驶特征参数对实际道路燃油消耗的影响关系（2003年）；山东理工大学应用实证对比分析的方法，以济青高速公路和国道102线的实际交通情况为范例，应用

27、统计方法建立了高速公路与普通公路的车速-油耗模型（2004年）；武汉理工大学通过在试验场、试验室以及城市道路进行实车试验，模拟欧洲ece-15+eudc工况、典型城市综合工况、典型城市高速工况等，通过油耗仪法与碳平衡法测定油耗并对油耗数据进行比较，进而分析了不同环境对油耗的影响。总的说来，近年来国内关于汽车燃油消耗的研究正在逐渐增多。1.4 本文的主要内容燃油经济性评价方法是评价车辆燃油经济性的标准，本文通过分析国内外目前的燃油经济性评价方法、研究概况和汽车实际运行工况，深入了解各种影响汽车燃油经济性的因素，最后在别人相关研究的基础上尝试提出一种新的汽车燃油经济性评价方法，以便更准确的评价汽车

28、的燃油经济性。1.5 本章小结（1）本章介绍了汽车燃油经济性背景；（2）介绍了燃油经济性对环境、国家及消费者个人的意义；（3）介绍了汽车燃油经济性国内外目前的研究状况。第2章 目前汽车燃油经济性评价的各种方法及指标一般认为影响汽车燃油消耗的因素有30多种，概括起来主要有四大类，即汽车自身特性，道路交通情况，自然环境和驾驶水平及习惯。到现在为止，研究汽车自身特性的燃油消耗较多，并且相应的节油技术在汽车设计、制造以及使用方面已得到了广泛的应用，相比之下，针对其它因素的研究较少，尤其道路交通状况对汽车燃油消耗的影响，而交通状况等因素对汽车实际燃油的消耗有很大影响。本章主要从车辆运行工况这方面来分析汽

29、车的燃油经济性评价方法及指标。 目前世界上汽车燃油经济性的评价方法及指标主要欧洲的90km/h、120km/h等速百公里油耗、ece-r15循环工况评价法；美国的城市循环工况和公路循环工况法；日本的10-15工况评价法。我国的汽车燃油经济性评价方法主要是参照欧洲制定的。2.1 欧洲燃油经济性评价工况及指标2.1.1 欧洲燃油经济性标准一个国家或地区的燃油经济性标准往往是和车辆燃油经济性联系在一起的，燃油经济性标准越严格，相应的对车辆的燃油经济性要求就越高。欧洲汽车工业目前承诺通过与欧盟委员会达成的自愿协议来消减乘用车二氧化碳排放。1998年 3月签订的 acea(associationdes

30、constructeurs europensdautomobiles)协议是一个集体承诺,欧洲汽车生产厂商协会及它的成员承诺自愿消减在欧盟销售的机动车二氧化碳排放率。特别是这个协议建立了整个汽车工业在欧洲销售的新机动车的平均机动车排放目标,协议规定到 2008年，在欧洲销售的新机动车要达到排放 140g/km二氧化碳(5.8l/100km)的平均目标,并且有可能将该协议延伸到2012年的 120g/km二氧化碳(4.9l/100km)。另外,之前的 2003年有一个中期标准范围为 165-170g/km二氧化碳。这份协议包括所有成员公司(宝马、戴姆勒 -克莱斯勒、菲亚特、福特、通用、保时捷、标

31、志雪铁龙、雷诺和大众集团)在欧盟生产和进口到欧盟的车辆。作为与 acea协议的一部分,欧盟委员会 1998年开始与韩国公司(韩国汽车生产商联合会 kama包括大宇、现代、起亚和双龙)和日本公司(日本汽车生产商联合会 jama包括大发、本田、五十铃、马自达、三菱、尼桑、斯巴鲁、铃木和丰田)展开类似的谈判。jama和kama同意作出类似 acea的承诺,但加入如下变动的事项:(1)kama到 2004年才达到2003年中期目标；(2)jama2003年的中期目标范围更宽一些,为 165-175g/km二氧化碳；（3)jama和 kama都有额外的一年时间来达到最终的 140g/km二氧化碳目标值。

32、总的来说,自愿协议包括的这些公司销售的所有车辆占据了整个欧盟市场汽车销售额的 90%。根据欧盟成员国数据,2002年 acea新车车队的平均二氧化碳排放为 165g/km(汽油乘用车为 172g/km,柴油乘用车为 155g/km,替代燃料乘用车为177g/km)。这些排放结果与 2003年中期目标范围 165-170g/km二氧化碳保持一致。与 2001年相比,排放降低了 1.2%。图2-1显示了 acea成员、jama成员和 kama成员在这协议下相对未来目标值取得的进展。 图2-1 acea协议下的目标值和进展情况2.1.2 欧洲燃油经济性评价指标欧洲经济委员会规定，要测量车速为90km

33、/h、120km/h的等速百公里燃油消耗量和按ece-r.15循环工况的百公里燃油消耗量，各取1/3相加作为混合百公里燃油消耗量来评价汽车的燃油经济性。欧洲的燃油消耗量的测定是结合排放测试进行的。目前欧洲使用的是ece+eudc工况(如图2-2所示)。ece+eudc工况可以分为两部分。第一部分为传统的城市道路行驶工况(city driving cycle)，是城市行驶过程的一个简化代表。该部分由15种行驶方式组成，通常称为“十五工况法”，共进行4个十五工况循环，测试时间持续780s，总行驶里程为4.052km，平均车速18.7km/h。第二部分为一个附加的市郊行驶工况(extra urban

34、 driving cycle)，代表市郊车辆运行过程，测试时间为400s，行驶里程6.955mk，平均车速62.6km/h，该部分最高速度为120kmh/。从图2-2速度时间曲线中分析发现，欧洲循环稳定速度的比例偏高；各种驾驶状况的分布不均，如平均驾驶工况的持续时间短而中心市区驾驶工况的持续时间长等，而且平均加速度值也比真实的要低一些；ece循环仅接近过去时代的城市中心状况，且不具有广泛适用性。总之，这种循环存在着相当的局限性。2.1.3 欧洲评价工况在欧洲，为研究适合欧洲的交通状况的循环，研究人员系统地比较各种己有的用于测量和控制排放程序(欧洲、日本和美国)和技术(采样和分析装备等)，通过各

35、种不同的车辆，研究车辆行使工况。依据道路拥挤程度或流量大小，分类定义成不同道路区域如市区、郊区和高速以及平均速度、加速度的多种层级归类，人为地开发和层叠成稳定的速度和加速度段。用于在底盘测功机上认证轻型车排放的dec，在欧洲又称为mvge-a，现发展成为新dec(ndec)。在该循环里局部循环速度是恒定的，是一种稳态工况。包括市内(ece15，economy commission for europe)、市郊(eudc， extra urban driving cyele)或市郊低功率车(eudcl，extra urban driving cyele low-power)。ece15是一个包括

36、4个代表市区驾驶状况的运转循环(udc)，具有低速、低负荷和低排气温度的特性。由于车辆城郊运行比例增加，1992年开发了代表高速行驶工况的eudc或eune_low片段，在ece15基础上增加l个eudc或eudc_low，就构成现在大家熟悉的ece+eudc（图2-2）。在2000年之前(即欧洲11排放法规)实际应用时，工况不计量0-40s的运转。而欧洲m/w排放法规则由于更加严格控制车辆排放(考核发动机冷启动排放)，排放采样和运转循环同步，采用完整的运转循环，并称之为新欧洲运转循环(简称nedc)。其持续时间为12205，平均速度为32.12km/h，最大加速度为1.06m/52。模态循环

37、用于能源消耗(或排放)方面，由于变速策略的不同可能造成测试结果有一些细微差异。欧洲ecer15.04所采用的运转循环，针对手动和自动档车辆就考虑了这种差异：工况的行驶距离和平均速度分别为4.06mk和18.7km/h以及3.98km和18.4km/h。 图2-2 ece+eudc工况循环当欧洲循环被认为不充分时，研究人员确认ftp72循环能相对较好地阐明满足欧洲城市的平均交通状况。主要原因是由于nedc属于模态循环，并不能代表真实的驾驶状况。由于开发新型动力车辆的需要，欧洲基于rbtie一euramhyzme项目开发了一组称之为hyzme循环的实际行驶工况，它属于瞬时循环。hyzem包含了市内

38、循环、市郊循环和高速循环。该工况基于贯穿欧洲城市道路、89部车辆真实驾驶模式记录数据库，因而它比标准的欧洲循环更能代表驾驶条件。相对于模态循环，其稳定速度部分要少很多。平均速度40.4km/h，停车次数0.69次/km，平均加速度0.71，最大加速度1.3m/52。可能由于它是在1997年后的研究成果，尚未为官方所采用，但已被各种研究广泛使用。2.1.4 欧洲油耗计算欧盟油耗计算采用的是碳平衡法，碳平衡油耗计算法是目前国际上通行的实验室内车辆工况法油耗试验方法,即通过对汽车尾气中co,co,hc含量的取样并进行计算来得到燃油消耗量。简单的说，碳平衡法是根据质量守恒定律，汽(柴)油经过发动机燃烧

39、后，排气中碳质量总和与燃烧前的燃油中碳质量总和相等。碳原子在汽(柴)油车排气中主要以co、co和碳氢化合物(以chx表示)的形式存在。不管按照什么运转循环进行油耗试验，假定汽车运行了lmk，汽车平均油耗为fe(m/l)，燃油密度为gs(kg/l)，燃油中的碳质量比为cwf，那么: 消耗的汽油中碳质量= (g) （1-1）按照汽车排放测试标准，可测量出汽车按照运转循环运行lkm后，排气中、coco和碳氢化合物的排放量，分别是co、co和hc来表示，其单位为g/km。另外，c02、co和碳氢化合物(ch:)中碳质量比率分别为0.273、0.429、 (=12/(12+x)，所以排气中碳质量之和=

40、(g) (1-2)令(1-1)、(1-2)式右边相等，得到以下油耗计算公式: fe= (km/l) (1-3)由碳平衡原理得到的上述基本公式(1-3)，在日本、美国、欧盟标准或法规中出现了不同的表现形式并且随着时间而修正。欧盟制定的汽车油耗试验方法中，采用的碳平衡法计算油耗的公式为:汽油车: (l/100km) （1-4）柴油车: (l/100km) （1-5）以上公式假定汽、柴油的氢碳比分别为1.85、1.86，即汽、柴油中碳质量比分别为0.8664、0.8658，而且排气中的碳氢化合物的碳质量比率=0.866的情形下的简化。2.2 美国燃油经济性评价工况及指标2.2.1美国燃油经济性标准美

41、国油耗法规控制的是“公司平均燃料经济性”(cafe，company average fuel economy)，即每个制造厂每年销售的各型轿车或轻型货车，以其所占总销售量的百分比作为加权系数，乘以该型车辆的油耗，再将各车型的加权油耗总加起来，得到该厂的总平均油耗值，此值应满足法规限值的要求。也就是说，一个汽车制造厂可以生产油耗差于平均限值的车型，只要他同时生产一些油耗优于平均限值的车型，使得该厂的总平均燃油经济性不超标即可。cafe项目区分了乘用车和轻型货车，这两者分别有自己的标准限值。法规中乘用车被定义为能够搭载10个或者10个以下乘员在道路上行驶的 4轮车辆。而轻型货车则包括被设计成不在道

42、路上行驶的4轮车辆以及重量在 6000-8500磅之间，并且具有货车特性的车辆。乘用车的 cafe标准限值自 1985年以来一直没有改变，始终维持在27.5mpg(20世纪 80年代末由于汽车生产商的请求，标准甚至倒退了几年)。轻型货车的标准最近从 2004年的 20.7mpg提高到了 2005年的21.0mpg、2006年 的 21.6mpg和 2007年 的 22mpg。针对乘用车的 cafe标准还存在一些特例。第一，这些标准仅仅适用于负荷当重8500磅的车辆；第二，值得注意的例外是 cafe标准为替代燃料汽车和双燃料汽车提供了燃油经济性计算的特别处理方法。替代燃料汽车的燃油经济性通过其燃

43、油经济性 (等效于每加仑汽油或柴油行驶里程)除以0.15得到。因此如果一辆替代燃料汽车具有15mpg 的燃油经济性。 事实上，它等同于具有100mpg燃油经济性的汽车。同样的方法也适用于双燃料汽车，计算时按照替代燃料占全部使用燃料的比例进行调整。图2-3 cafe标准与乘用车及轻型货车实际燃油经济性对比参阅图2-3中燃油经济性标准发展历史及乘用车和轻型货车及整个轻型车车队分别对应的实际燃油经济性平均值，可看出自 1988年以来车队平均cafe燃油经济性一直在下降。2.2.2 美国燃油经济性评价指标美国环境保护局（epa）规定，要测量城市循环工况(udds)和公路循环工况(hwfet)的燃油经济

44、性（单位为每加仑燃油汽车行驶英里数mile/gal），并按下式计算综合燃油经济性（单位为mile/gal）综合燃油经济性= （1-6）以它作为燃油经济性的综合评价指标。美国 cafe测试工况有两个组成部分:城市道路行驶和高速道路行驶。综合的cafe工况包括 55%的城市道路行驶和 45%高速道路行驶(图 2-4、图 2-5)。 图2-4 美国城市工况 图2-5 美国高速道路行驶工况 由图2-4和图2-5可看出，美国城市循环工况的最高速度约为60mph（约97km/h），循环总时间为1798s，由四中不同工况构成；高速道路行驶工况循环总时间698s，最高速度约为60mph(越97km/h)，平均

45、速度约为50mph(约80km/h)。由以上分析可知，美国高速道路行驶工况最高速度偏低，平均行驶速度也偏低，不能很好的和车辆实际行驶工况符合。还有未考虑车辆高速路运行时可能出现的天气、交通环境变化引起的车辆低速运行情况。2.2.3 美国评价工况美国汽车行驶工况很多，用于车辆燃油经济性评价的测试工况主要有：联邦测试程序(tfp75, fdeoraltestporgram)、洛杉矶(la92)和负荷模拟工况(im240)等行驶工况。具体试验工况中又分为商用车和轻型汽车工况和重型车辆工况。1）商用车和轻型汽车20世纪60年代，汽车排放的废气使美国加州洛杉矶出现了烟雾空气，为改善这种状况需要削减汽车废

46、气排放量。经过研究，从一条具有代表性的汽车上下班路线上解析出车辆的速度-时间曲线，1972年被美国环保局(简称epa)用作认证车辆排放的测试程序(简称ftp72，又称udds)。按照这种程序来控制车辆排放削减，被认为考虑了最严格的情形。ftp72由冷态过渡工况(0-505s)、稳态工况(506-1370s)构成。1975年在ftp72基础上加上600s热浸车和热态过渡工况(1970s-2475s，重复冷态过渡工况)四个阶段构成了ftp75，持续时间2475s；同时可用于车辆热启动排放的检查。由于交通网络的发展，道路出现许多主干线和高速道路，车辆高速运行时间在出行的时间比例越来越大，发动机三种主

47、要污染物的排放特征发生改变，eap发布了tfp修订。研究者们开发了许多更加反映真实交通状况的循环，如考虑了道路变化的us06、车辆开空调满负荷运行的sc03等，作为ftp的补充工况，形成sftp(supplement ftp)，并应用于2001年度后生产车型的排放测试。而被epa用于乘用车高速公路燃油经济性测试的循环(hweft)，由于道路坡度对于车辆油耗的影响，还开发了可变坡度的循环hwfe-tmtn。除了上述工况外，尚有以下几个研究成果:具有更高的最大速度和平均速度、较少的怠速运行时间和停车次数m/lie、以及更高的最大加速度的la92(洛杉矶92)。arb02:由carb(加州环保署)开

48、发的基于跟踪车辆的工况研究，目的是测试车辆的实际操作，研究结果是处在ftp72边缘之外。它包括了冷启动和行程结束部分的研究。hl07:epa协同汽车制造商开发的发动机循环，目的是测试车辆在超出一定速度范围情况下的一系列加速能力；这种加速情形下大多数车辆必须全开油门。其用于在各种速度层级开发和修正美国现有工况循环。针对未被ftp循环描述和覆盖的车辆运行工况区域，开发了一些工况循环。如代表驾驶工况的rep05(rpetfp之外)；根据启动状况研究的rem01(remainder)循环。它们以速度和加速度为目标，注重研究更加细致的瞬态变化效果。2）重型汽车重型车辆的研究近年来有侧重于瞬态工况的趋势。

49、其中bac被推荐作为测试重型车燃油经济性的操作规程(saej1376)。cbd14是商业中心区域车辆测试循环，它也是bac复合测试循环的一部分，运用14个相同的循环模拟公交车停车运行的驾驶模式。cbd14近似于cbdbus循环，但是时间步长可变。其它还有用于卡车的cbdtrukc循环、城郊通勤往返测试循环的ocmmuter循环。比较著名的还有市内测功机测试循环(uddshdv)：模拟重型汽油机市内区域的操作，运行长度为10605，33%为怠速、平均速度30.k4m/h，并用于燃油蒸发排放测试。纽约城市循环(nycc)则更是代表了市内区域道路大型车辆的运行工况。它们作为ftp标准工况被广泛应用。

50、2.2.4 美国油耗计算美国油耗法规早在1978年就采用了碳平衡法计算汽车油耗，法规中的计算公式如下:汽油车:fe= (mile/gallon) （1-7）柴油车: (mile/gallon) （1-8）上述公式是假定汽、柴油在下的密度分别为sg=0.739kg/l、0.848kg/l，.且燃油中碳质量比wcf，为0.866、排气中的碳氢化合物的碳质量比率=0.866的情形下的简化，其中c02、co、hc排放量使用英制单位gm/ile、油耗单位是mile/gallon(=0.425km/l)。1988年美国对上述油耗法规进行了修正，柴油车的油耗公式保持不变，而汽油车的碳平衡法公式修正为:(mi

51、le/gallon) （1-9）式中:nhv=试验燃料的净热值，btu/bls，根据bosch汽车工程手册，普通汽油典型值大约为42.7mj/kg(=18360btu/lbs)。2.3 日本燃油经济性评价指标及工况2.3.1日本燃油经济性标准日本政府为汽油和柴油驱动的轻型乘用车和商用车制定了一系列的燃油经济性标准，标准限值基于按重量分类的平均燃油经济性。汽油驱动的机动车将于2010年达标，而 2005年是柴油驱动的机动车达标时间。2001年法规进行了修改，以便让汽车生产厂商在某个重量类别积累信用额好用于其他的重量类别 (尽管有很多限制)。表 2-1和图 2-6说明了燃油经济性标准对汽油机动车改

52、善性能的要求。假定机动车构成比例没有变化，这些目标的达到意味着相对 1995年车队平均燃油经济性14.6km/l，到 2010年汽油乘用车燃油经济性将提高23%，柴油车燃油经济性将提高 14%。根据日本政府的说明，提高的结果将导致 2010年日本机动车的车队平均燃油经济性达到35.5mpg。法规也包括没有达标相应的处罚，但是处罚力度很小。而且，2002年在日本销售的大部分车已经达到了 2010年的标准。表2-1 日本基于重量分级的汽油乘用车经济性标准 图2-6 基于重量分类的日本汽油成用车燃油经济性标注2.3.2日本燃油经济性评价指标日本和大多数欧洲国家一样，采用百公里油耗来评价汽车的燃油经济

53、性，其油耗试验是在日本10-15工况下进行的。10-15工况是在日本原有10工况改进而来的，增加了怠速工况的运转时间和高速行驶工况。2.3.3 日本评价工况日本使用 10工况法测量轿车的燃料经济性,从 1992年开始,日本对本国轿车执行了10-15工况法。从 1993年开始,对进口轿车也执行了 10-15工况法。10-15工况是在原有10工况法改进而来的。具体而言,是在原有的 10工况之上,再添加了新的 15工况。日本所以采用10-15工况法,主要原因是 10工况法不能反映高速行驶状态。和 10工况法相比,在 10-15工况法上,增加了怠速工况的运转时间,又追加了高速行驶工况(图 2-7)。与

54、欧洲行驶工况相似，日本工况也属于模态工况。日本的试验循环有10-15模式循环(model cycle)、11模式循环和13模式循环三种。在1976年之前，日本一直采用10工况(10mode)来模拟市内行驶工况，重复6次，对后5次取样，即所谓热启动。1976年度以后生产的车型，采用11工祝，从冷启动开始，重复4次循环，对全过程采样，行驶距离和平均速度分别为4.08（m）/30.6（km/h）。1991年11月，采用10.15工况，由四个10工况和一个15工况构成。虽然j10.15工况并未成为国际工况，但行驶工况的研究在日本仍得到持续和深入。日本坚持自己的工况(世界其他各国，或采用欧洲或采用美国)

55、，主要是该工况与欧洲、美国的认证行驶工况具有良好的相关性。 图2-7 日本10-15工况2.3.4 日本油耗计算日本标准协会制定的汽车油耗试验方法自1983年就采用了碳平衡法计算油耗，该标准于1994年进行了修正，但计算公式没有变化。汽油车:fe= (km/l) （1-10）柴油车:fe= (km/l) （1-11）上述公式是假定汽、柴油在下的密度分别为sg=0.749kgl/、0.849kg/l，且燃油中碳质量比cwf，为0.866、排气中的碳氢化合物的碳质量比率=0.866的情形下的简化。1997年日本标准协会修订了上述标准，充分考虑到汽、柴油组分变化的实际情况，标准中假定燃油中氢碳原子比

56、为、氧碳原子比为、排气中的碳氢化合物的氢碳原子比为:(如果不能求出，可假定汽油车为1.85、柴油车为1.90)。此时，油耗计算公式同(3)式，而且cwf= （1-12） （1-13）2.4 我国汽车燃油经济性评价指标及工况2.4.1 我国燃油经济性标准我国最近刚通过针对乘用车的新燃油经济性标准以调节快速增长的机动车市场。这些标准的主要目的是减缓中国日益增长的对进口石油的依赖，另外也是想促进外国汽车生产，厂商将能源效率更高的汽车技术带入中国市场。新的标准将分两个阶段执行：第一阶段:从2005年 7月 1日开始对新的车型生效,一年后对旧车型生效；第二阶段从 20081月1日开始生效，一年后对旧车型

57、开始生效。标准将乘用车按照重量划分为16类，包括750kg(约1500磅)的车辆到超过 2500kg(约5500磅)的车辆。标准分别对自动挡和手动挡定了要求，覆盖了小汽车、运动型多功能越野车和多用途货车（按照欧盟定义全部归类于m1类机动车） 。但是运动型多功能越野车和多用途货车不论它们使用何种变速箱，都按照自动挡乘用车的标准来要求。标准没有制定对商用车和皮卡的要求。表 2-2给出了中国新的燃油消耗量限制标准，包括最高允许燃油消耗量的限制标准(l/100km)或者最低cafe 等效mpg 限值。图2-8给出了中国标准对自动挡汽车、运动型多功能越野车和多用途货车最低cafe等效mpg限值。表2-2 中国乘用车最大允许燃油消耗量限值(l/100km)和最低cafe等效mpg值 图2-8 中国自动挡乘用车和suv/mpv燃油经济性标准2.4.2我国燃油经济性评价指标 我国燃油经济性评价指标也是采用车辆百公里燃油消耗量，主要有90km/h、120km/h的等速百公里燃油消耗量、城市四、六工况百公里燃油消耗和轻型货车十五工况百公里燃油消耗等