汽车试验工况概述

本章分为五部分，主要介绍试验工况、不同车型的经济性试验以及排放试验，分别从试验设备、试验原理和试验方法等方面进行讲述，最后分别以具体试验实例展示试验过程，强化关键知识点。

概 述

在保证汽车动力性的基础上，以尽可能低的能量消耗行驶的能力，称作汽车的经济性。汽车经济性是车辆非常重要的性能，往往是客户购买车辆时非常关注的参数。经济性的评价指标主要有：L/100km、km/L、W·h/km、g/km（碳排放值）、L/h 等。对于电动汽车来说，常用续驶里程作为其经济性指标。

汽车排放是汽车的排气排放物、蒸发排放物、曲轴箱排放物的总称。其中排气排放物是指发动机排气管排出的 CO、CO2、CH、NOx  及碳颗粒等物质，是汽车排放物的主要组成部分。汽车排放会对环境造成较大危害，因此世界各国对汽车的排放制定了严苛的管控标准。

汽车经济性和排放性能的影响因素很多，为了准确测试和评价车辆的经济性和排放性能，国家制定了一系列的测试及评价标准，这些标准对试验环境温度、载荷、工况、设备等影响因素做了详细的规定。常用的测试标准有 GB/T 19233—2020《轻型汽车燃料消耗量试验方法》、GB/T 27840—2021《重型商用车燃料消耗量测量方法》、GB/T 18386.1—2021

《电动汽车能量消耗量和续驶里程试验方法 第 1 部分：轻型汽车》、GB/T 19753—2021《轻型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法》、GB 18352.6—2016《轻型汽车污染物排放限值及测试方法（中国第六阶段）》等。

为降低车辆的平均油耗和排放，除了积极推广混合动力和纯电动汽车外，还可以通过研究测试技术来优化车辆性能，达到经济性、驾驶性和排放等性能最优的控制逻辑。

试验工况

对车辆在道路上行驶状况（如加速、减速、匀速和怠速等）的运动特征进行调查和解析，形成能够代表车辆运动状态的速度与时间曲线，即为车辆行驶工况。

不同国家在这些影响因素上存在较大差异，因此制定了不同用途的工况曲线。自美国加州 1966 年开发出世界上第一个车辆循环工况 FTP72 后，世界各主要汽车生产销售的国家和地区均开展了相关研究和开发，形成了种类繁多、用途各异的循环工况。本节主要介绍经济性和排放所用的中国汽车测试工况（China Automotive Test Cycle，CATC）和全球统一轻型车测试工况（Worldwide-harmonized Light Vehicles Test Cycle，WLTC）。

一、试验工况的作用和分类

1、按行驶工况构造形式分类

根据行驶工况的构造不同，可将试验工况分为瞬态工况和模态工况。所谓瞬态工况， 指的是在瞬态行驶工况，速度 -   时间曲线与车辆的实际运行过程非常相似，必须符合车辆的实际运行特征。瞬态工况的代表有 CATC 工况。所谓模态工况，指的是在模态行驶工况，速度 - 时间曲线主要由一些线段组成，分别代表匀速度、匀加速度和匀减速度等运行工况， 其特点是试验操作较为简单，但不太符合车辆的实际运行特征。模态工况的代表有欧洲NEDC 工况。

2、按行驶工况的使用目的分类

（1 )认证工况

由权威部门颁布，具有法规效用、通用的评价标准，认证工况范围宽，对地域针对性不强，是一种由大量真实道路工况合成的具有代表性的工况，如 CATC、WLTC等。

（2 )开发工况

以企业产品开发或满足特定市场需求而设定的工况，如针对山城重庆开发的高温爬坡工况、合肥市区城市工况等。

3、常见试验工况

到目前为止，已形成数百条不同试验目的的试验工况，常见工况见表 4-1。

表 4-1 常见工况

二、中国工况

试验工况是车辆能耗测试、排放测试和限值判定的基础，是汽车工业的基础性技术。21世纪初，我国直接采用欧洲的 NEDC 工况对汽车产品进行能耗、排放认证。随着汽车保有量的快速增长，道路交通状况已发生很大的变化，NEDC 工况已不能满足要求。2015 年1 月，中国工业和信息化部联合财政部、环保部，下达了开发符合中国车辆实际行驶状况的测试工况任务，由中国汽车技术研究中心牵头行业 40 余家车企参与，最终完成了中国工况的开发。

1、中国工况构建概述

中国汽车行驶工况开发过程主要包括：试验规划、数据采集与处理、权重因子开发、工况合成、工况验证等环节。

（1 )试验规划

中国工况服务的汽车性能评价指标包括能耗、排放等。综合考虑人口、汽车保有量、GDP等多项指标以及我国各典型城市、地区地理、气候特点等因素确定工况数据采集城市、车辆类型等。

（2 )数据采集与处理

车辆在相应城市自由行驶，采集参数包括车辆位置信息、动力驱动系统信息、电池信息、排放及环境信息，通过车载终端将数据信息发送到远程数据平台。

将车辆运行数据切分为怠速片段和运动片段；根据制定的包含运行时间、速度范围、加速度范围、最大怠速时长、均速比例和数据缺失率在内的短片段筛选规则对短片段进行筛选，获取可用于工况开发的短片段。根据最大速度将短片段划分为不同速度区间下的运动和怠速片段特征库。基于平均速度、速度分布等典型工况特征进行数据稳定性分析，确认用于工况构建的数据符合统计学要求。

（3 )权重因子开发

获取对应城市的低频动态交通量大数据，建立速度流量模型，利用获取的低频动态交通大数据计算各城市路网上相应行驶车队的总行驶时间，建立总行驶时间随平均速度的变化趋势，速度流量关系为

设定不同速度区间之间的阈值，用该速度阈值切分总行驶时间分布，统计各速度区间的交通量，利用各速度区间的交通量除以总的交通量，便可获得不同速度区间的权重因子；用各个城市不同速度区间的交通量除以各速度区间总的交通量，便可以得到各速度区间不 同城市的权重。

（4）工况合成

计算各城市各速度区间的速度 - 加速度联立分布，利用各速度区间不同城市的权重进行加权，获取各个速度区间统一的速度 -  加速度联立分布。根据实际需求和实践经验，确定工况曲线总时长。各速度区间的权重乘以工况曲线的总时长得到各速度区间的时长。根据各速度区间的时长和对应速度区间运动片段及怠速片段的平均时长确定各速度区间需要选择的运动片段数目和怠速片段数目：

根据各速度区间需要选择的运动片段数目和怠速片段数目以及对应的运动和怠速片段时长累计分布，采用等分的方法确定具体的运动和怠速片段时长。

根据片段时长选择出来的候选运动片段，按照笛卡儿积进行自由组合，将组合后片段的速度- 加速度联立分布与统一的速度 - 加速度联立分布进行卡方检验。由于可能的短片段组合数目较多，为了将计算量和卡方检验次数控制在合理的范围内，利用平均速度、相对正加速度、加速、减速、匀速比例等参数对短片段组合进行初步筛选，只对满足条件的短片段组合进行卡方检验。选择卡方检验结果中较好的，即卡方值最小的组合作为工况曲线。

（5）工况验证

基于整车转鼓台架，对所构建工况的跟随性进行验证，确定工况曲线的可操作性。

2、中国工况曲线

中国工况开发了 8 条能够代表中国汽车行驶特征的工况曲线，其中包括 1 条乘用车行驶工况（CLTC-P），如图 4-1 所示；1 条轻型商用车工况（CLTC-C），如图 4-2 所示；6 条重型车行驶工况（CHTC）。中国工况与其他工况相比更能体现我国的道路及车辆行驶特征，CLTC-P 与各工况数据特征对比见表 4-2 所示。

与 WLTC、NEDC、FTP75 工况相比，CLTC-P 工况的怠速比例、最高车速、平均速度等特征更能够体现出我国汽车道路行驶特征。

3、中国工况应用情况

“中国工况”建立了中国汽车行驶工况体系，填补了国内的空白，标志着我国汽车工业在技术基础领域取得了重大突破，中国工况已应用于汽车行业开发过程中的各个阶段。

图 4-1 CLTC-P 乘用车工况

图 4-2 CLTC-C 轻型商用车工况

表 4-2 CLTC-P 与各工况数据特征比较

（1）标准法规应用

其所创建的 8 条工况曲线已作为国家标准发布，如 GB/T 38146.1—2019《中国汽车行驶工况 第 1 部分：轻型汽车》、GB/T 38146.2《中国汽车行驶工况 第 2 部分：重型商用车辆》；GB/T 18386.1—2021《电动汽车能量消耗量和续驶里程试验方法 第 1 部分：轻型汽车》中，CLTC 工况已经作为电动汽车续驶里程及能耗认证使用；GB/T 27840— 2021《重型商用车燃料消耗量测量方法》中，CHTC 工况已作为重型商用车燃料消耗量测试的标准工况；GB/T 19233—2020《轻型汽车燃料消耗量试验方法》中，CLTC 工况作为能耗测试选用工况。

（2）企业开发应用

中国工况测量了车辆在不同城市、不同车辆、不同道路等情况下的行驶特征，采集的车速、位置、加速度、节气门开度等信息，可用于企业针对某一地区、某类车型的专项测 试开发，如针对重庆地区的开空调、爬坡工况验证等。

三、其他工况及应用

除中国工况外，在经济性测试及排放测试过程中广泛应用的试验工况有 NEDC工况、WLTC 工况、FTP75 工况、JC08 工况等。

1、NEDC 工况

NEDC 工况源自 20 世纪 70 年代的 ECE-15 标准，中间经过多次变化升级，在 1997 年正式定名为NEDC。一个完整的NEDC 测试循环共计1180s，由4 个市区工况小循环（1 部） 和一个郊区工况（2 部）组成，如图 4-3 所示。市区工况循环最高车速为 50km/h，平均车速为 18.77km/h，每个循环 195s，行驶 1.013 km ；郊区工况 400s，最高车速为 120km/h， 平均车速为 62.6km/h，共行驶 6.955km 路程。

图 4-3   NEDC 工况

NEDC 工况主要参考当时欧洲的汽车市场环境，包括当地的交通状况、驾驶习惯、汽车的使用环境等，其能够较好地反映车辆在道路上的行驶状况，在很长一段时间内作为各国汽车能耗和排放测试中的标准，在汽车工业发展历程中起到非常重要作用。

2、WLTC 工况

WLTC 为瞬态循环工况，是基于美国、瑞士、印度、欧盟、韩国和日本 6 个国家或地区车辆实际行驶工况特征开发的，它涉及较多车辆类别（M1、N1 和 M2 车辆，多种多样的发动机排量等），包括不同的道路类型（城市、乡村、高速公路）以及行驶工况（高峰期、非高峰期、节假日），被认为能反映现阶段车辆实际行驶情况的工况。WLTC 工况由低速、中速、高速和超高速 4 个部分组成，如图 4-4 所示。

图 4-4 WLTC 工况

从 2017 年起，各国将能耗、排放工况循环切换成 WLTC 工况。WLTC 工况也是目前我国轻型燃油车及混合动力车辆的排放测试工况。