撰文/ 錢亞光編輯/ 張 南設計/ 趙昊然
電動汽車續(xù)航不準已經是司空見慣的事情了,在溫度適宜且開得溫柔一些的話,基本打8折,一旦跑高速或寒冷冬天開空調,6折、5折也是司空見慣。
實際上,電動汽車能耗及續(xù)航里程會受到溫度、載重、坡度、駕駛習慣、路況等諸多因素的綜合影響,加上車輛的電池管理系統(tǒng)水平參差不齊,車輛實際續(xù)航與標定數據有所出入是不可避免的。
2021年10月1日起,大部分新能源新車都以CLTC(China light-duty vehicle test cycle)綜合工況續(xù)航里程替換了原先的NEDC(New European Driving Cycle)工況續(xù)航里程。
10月8日,特斯拉官網上的Model 3(參數丨圖片) Performance車型顯示的續(xù)航里程從之前的 605km變?yōu)榱?75km,而新款(78.4kWh)的電池容量僅比老款(76.8kWh)多了1.6kWh,之所以續(xù)航里程得到提升,完全是由于其NEDC工況續(xù)航標準被替換為了 CLTC工況續(xù)航標準。
隨后的廣州車展上,各大品牌發(fā)布的純電動全新車型都開始宣傳CLTC工況續(xù)航里程,比如凱迪拉克LYRIQ CLTC工況下的續(xù)航里程超過650km;沙龍機甲龍CLTC續(xù)航里程802km;BMW iX xDrive 50車型CLTC標準下續(xù)航里程最高可達665km;AION LX Plus CLTC綜合續(xù)航里程1008km;奧迪Q5 e-tron CLTC續(xù)航里程最高560km;福特Mustang Mach-E長續(xù)航后驅SE版,CLTC續(xù)航里程619km。
同款車型,幾乎相同的硬件參數,僅僅修改成了CLTC工況,續(xù)航里程就大幅提升,這無疑讓針對中國實際情況設計、替代NEDC工況或WLTP工況,并作為電動車續(xù)航新國標的CLTC綜合工況的靠譜程度受到質疑。
落伍過時的NEDC工況
NEDC是New European Driving Cycle的縮寫。這套工況測試標準可以追溯到1970年代的ECE-15標準,最新的一次修正在1997年,時間實在有些久遠。在燃油車時代,NEDC的油耗標準就已經是出了名的不準。
我國在2003年后對機動車排放測試的標準一直都借鑒NEDC,2019年以后,電動車的續(xù)航測試也開始使用NEDC工況測試,續(xù)航里程雖然比以前的等速續(xù)航里程強了一些,但由于工況不是為電動汽車設計,離實際續(xù)航里程相差很遠。
這個測試循環(huán)標準主要參考的是歐洲的典型道路環(huán)境,包括了4個市區(qū)工況循環(huán)和一個郊區(qū)/高速工況循環(huán),行駛距離11km,總用時為1180秒。
市區(qū)工況循環(huán)測試的時候最高車速為50km/時,平均車速為18.77km/h測試時加速、維持速度、減速、停止,反復進行四次,每個循環(huán)時間為195秒,共計780秒,行駛1.013 km,最大加速度1.042 m/s2,平均加速度0.599 m/s2。
而郊區(qū)/高速工況測試時,車子模擬一段從靜止加速至60km/h,此后均勻加減速,分別以50km/h、60km/h、100km/h和120km/h勻速行駛一段時間,最高車速為120km/h,平均車速為62.6km/h,有效行駛時間400秒,共行駛6.955km;最大加速度0.833m/s2,平均加速度0.354m/s2。這些測試都是在實驗室里進行的。
實際測試中,車輛將處于封閉空間內,測試溫度在20-30°C之間,被固定在滾筒臺架上,用和輪胎接觸的滾筒帶動電機來模擬不同工況下的阻力,通過風機和電機來模擬風阻,非行駛的負載例如空調、大燈、音響、加熱座椅之類的設備都會被關閉。
NEDC循環(huán)工況的特點是測試時間短、里程小、速度低、變速少,基本不考慮環(huán)境溫度對能耗的影響,也沒有充分考慮市區(qū)交通堵塞時車輛不斷啟停的情況,市郊/高速工況更是加速和勻速的測試,讓車輛核心部件能夠維持良好的工作狀態(tài),和日常開車時遇到的頻繁起步停車、大腳油門超車等工況完全不匹配。
另外,NEDC工況續(xù)航標準從誕生之初,到它最后一次更新標準就沒考慮過與傳統(tǒng)燃油車結構、工況完全不同的新能源汽車。這就是NEDC續(xù)航會與實際續(xù)航有較大差異的原因,尤其在夏天開冷氣,冬季開暖氣的情況下打折較為嚴重。
更符合實際的WLTC工況
WLTC循環(huán)是WLTP(Worldwide Harmonised Light Vehicles Test Procedure,世界統(tǒng)一輕型汽車測試程序)的一部分,參考了全球多地的典型道路環(huán)境,具備瞬態(tài)特征,更加符合道路實際行駛狀態(tài)。
適用于傳動的內燃機、混合動力、電動車等乘用車輛,并獲得污染物排放、二氧化碳、油耗、電耗等各種參數。
2009年起,聯(lián)合國歐洲經濟委員會(UNECE)牽頭,由歐洲、美國、日本等國的眾多專家聯(lián)合研究,于2015年正式編纂了WLTP測試規(guī)程,并得到歐盟、中國、日本、美國的認可,2019年9月1日起,所有歐盟國家的新車都采用了WLTP測試標準。中國也是簽約國之一,2021年7月1燃油汽車和插混汽車正式全面實行WLTP測試標準,將其作為國VI排放測試的依據。
WLTC測試先將車輛按照功率質量比分類≤22、22-34和≥34的標準,制定了Class 1、2、3三套測試曲線,電動乘用車基本上是按照功率重量比最大的Class 3標準測試的。
WLTC循環(huán)的臺架測試分為中低速、中速、高速與超高速四部分,持續(xù)時間分別為589秒、433秒、455秒和323秒,對應的最高速度分別為56.5km/h、76.6km、97.4km、131.3km/h。加速、減速、勻速、怠速的占比約為30%、27%、28%、12%。加減速次數達到了50余次,頻繁的加減速也增加了車輛取得優(yōu)異成績的難度。
與NEDC相比,WLTC測試時間延長到了1800秒;速度曲線變化更多樣化,平均時速提高到了46.5 km/h,最高速度達到了131.3 km/h,測試距離為23.25 km,是NEDC測試的兩倍。
WLTC測試循環(huán)時間更長,冷啟動對整個測試過程的影響程度有所降低,還考慮了車輛的滾動阻力、擋位、車重(貨物、乘客)、剎車、短暫停車等情況,怠速測試比例大幅下降,甚至連對電池影響較大的溫度也考慮了進來,過去不參與測試的車內電器也被包含在內。
對于電耗的測試,車輛電池在臺架試驗上開始測試時必須充滿電。測試結束后,工程師立即將車輛重新連接到充電器上。連接電纜裝有電流表,可以檢測到電池在充電過程中的能量損耗。因此測試出的續(xù)航里程也更加接近現實使用情況,電動車的能耗測試結果比NEDC會有26%-30%惡化。
在WLTP測試過程中,除了WLTC循環(huán),還增加了RDE(Real Driving Emissions,真實路況駕駛排放)循環(huán)作為補充,包含34%城市、33%鄉(xiāng)村和33%高速公路駕駛循環(huán),覆蓋90%的路況以及溫度、海拔、負載、坡度、風向等諸多環(huán)境因素,相當接近于現實行駛狀況。測試中車輛會行駛90-120分鐘,最高車速會達到145km/h。
雖然針對NEDC工況暴露的問題進行了優(yōu)化,但這并不意味著WLTP測試完全符合實際情況,它依然存在一定偏差。比如低速工況負荷較低且變化不夠劇烈、低速工況占比仍然偏少,雖然加速、減速較頻繁,看起來十分接近消費者用車情況,但加速過程時長過久(如靜止將車速提升到45km/h需用25秒),依舊無法準確模擬消費者日常用車的真實場景。
最為嚴苛的EPA工況
EPA是美國環(huán)境保護署(Environmental Protection Agency)的英文縮寫,EPA循環(huán)測試規(guī)范的正式名稱FTP-75(Federal Test Procedure 75) ,是美國環(huán)保署制定的用來衡量內燃機乘用車尾氣排放和燃油經濟性及電動汽車續(xù)航里程的測試程序,主要參考了美國的典型道路環(huán)境。
EPA測試包括了城市工況、高速工況、激烈駕駛工況、空調使用工況及低溫運行工況,在后來針對電動車的重現,又追加了關于電動車的測試標準,即1加侖汽油等于33.705千瓦時(度電)的標準。
在城市工況(UDDS)測試,包括冷啟動過渡階段(505秒)、穩(wěn)態(tài)階段(506-1372秒),熱浸(最少540 s, 最多 660 秒),熱啟動過渡階段 (0-505 秒)。整個測試持續(xù)時間1877秒,共行駛17.77km,平均速度為34.12km/h,最高速度為91.25km/h。
高速工況(HWFET)測試中使用預熱發(fā)動機并且不停車,行駛距離16.45km,平均速度77.7 km/h,最高時速為97 km/h,總持續(xù)時間為765秒。公路工況測試要運行兩次,最大間隔時間17秒。第一次運行是車輛預處理,第二次運行是實際測試與排放測量。
激烈駕駛工況(US06)首先進行高速度、高加速度的測試,對車輛進行預處理使車輛達到暖機條件,然后進行60-120秒的怠速,隨后直接進入高速度、高加速度駕駛循環(huán)開始正式試驗。行駛距離為12.8km,平均時速77.9km/h,最高車速129.2 km/h,持續(xù)時間為596秒。
空調使用工況(SC03)是為了表現出夏季高溫下車輛使用空調裝置后相關的發(fā)動機負荷和排放。實驗室溫度為35℃,相對濕度為40%,試驗過程中空調始終開啟在最大制冷量。首先運行一遍此工況對車輛進行預處理,然后熄火并在該環(huán)境下熱浸540-660秒后熱啟動,開始正式試驗。測試距離5.8km,平均時速34.8 km/h,最高時速88.2 km/h,持續(xù)時間596秒。
另外還有一個低溫運行工況(Cold UDDS),測試過程與城市工況一致,只是將溫度從正常的25℃(20℃-30℃之間),調整至-7℃,進行測試。實測結果通過各種循環(huán)的不同比例計算所得。
針對插電式混合動力車和純電動車,EPA于2010年開始,采用“MPGe能量當量法”把電動車能耗折算成每加侖行駛英里數,計算方式為33.705kWh相當于1 gallon(加侖)汽油,而1 gallon約等于3.785L,所以這也讓EPA測試結果更加接近實際用車情況。MPGe的數值越大,代表等效能耗越低。
EPA測試電動車時,首先,要把車子電量徹底跑干,測試前將車輛充滿電,之后靜置一夜,第二天測試重復市區(qū)工況、高速工況等不同循環(huán),直至車子電量不足以支撐其完成整個循環(huán)為止。結束后再次將車子充滿電,測得實際續(xù)航里程和電耗值。
總的來說,EPA測試標準相比其他的測試標準時間長、里程長、速度高、變速多,而且了考慮環(huán)境溫度對能耗的影響,這些測試項與北美駕駛者日常用車習慣高度相似,但這種使用方式對于車速越快電耗越高的新能源電動車非常不利。相對來說,EPA是最接近燃油車實際油耗和電動車實際續(xù)航里程的測試標準。
不過,因為EPA基于美國的道路條件,測試測試復雜、成本很高,實施起來也有困難,還可能會對汽車行業(yè)產生不利影響,所以我國并未采用該測試工況標準。
如果您開的是特斯拉,由于特斯拉車機系統(tǒng)內是按照EPA工況標準顯示,實際行駛的續(xù)航里程,與EPA的標準誤差不超過10%,可以作為較為準確的參考。
為中國量身定制的CLTC工況
從上面介紹的各種工況循環(huán)標準來看,在平均速度、平均加速度、平均減速度、加速比例、減速比例、勻速比例、怠速比例等參數上都有明顯差異。
這些差異源自于標準制定者在制定標準時采集的數據是來自于哪些國家、城市或地區(qū)。國與國之間的國情不同,不同城市之間也有差異。
以往,中國一直在排放標準上引用歐洲的標準,為了讓燃料消耗量測試數據更貼近中國道路真實情況,2015年1月,工信部下達了中國汽車測試循環(huán)CATC(China Automotive Testing Cycle)的研究任務。
2016年,這項任務由中汽研牽頭、組織行業(yè)專家推進,歷時三年,總計支持經費9240萬元。該項目主要選取了41座代表性城市,針對5048輛各類汽車進行數據采集,收集了約5500萬km的車輛數據,以及21億條低頻交通大數據,路況覆蓋了市區(qū)、郊區(qū)、主干路、快速路和高速路等多種路況,并涵蓋四季、工作日、節(jié)假日、高峰和平峰等時段。
項目組還確定了采集參數范圍,涉及五大類共計22個參數,包括車輛GPS、發(fā)動機動力總成、新能源車電池電機、環(huán)境信息和車輛排放等。采集的信息包括車輛位置信息、動力驅動系統(tǒng)信息、電池信息、排放及環(huán)境信息。
經過實際采集,中國工況的平均車速(29km/h)與 WLTC(46.5km/h)相比相差58.6%,中國工況怠速比(22%)和WLTC(13%)相差40%;80km/h以上車速時間比例相差77%。
2021年2月23日,工信部在其官網上發(fā)布了《乘用車燃料消耗量限制》強制性國家標準,這套標準其實就是CATC。CATC為不同類型的車輛設計了CLTC-P、CLTC-C、CHTC-B、CHTC-C等8種工況。我們平時常說的CLTC工況是CATC的一部分,通常是指輕型乘用車工況(CLTC-P)。
2021年7月1日,傳統(tǒng)能源乘用車、插電式混合動力電動乘用車測試工況將由 NEDC切換為WLTC。2021年10月1日起,純電乘用汽車和燃料電池乘用汽車直接使用CLTC工況。2025年后,針對燃料消耗測試的WLTC標準也將被不斷完善的CLTC標準替代。
適用于乘用車的CLTC-P 累計行駛里程為14.48km,包括低速、中速和高速3 種工況,分別匹配消費者日常駕車時的城市工況、郊區(qū)工況和高速工況。
工況時長1800 秒,低速工況674秒,時間比例為37.4%;中速工況693秒,時間比例為38.5%,高速工況為433秒,時間比例為24.1%,期間平均時速為28.96km/h,高速工況最高時速為114km/h,怠速(停止)時間占比22.11% 。
CLTC工況看上去更適合我國的汽車行駛工況,但正是這樣貌似合理的設定就導致了CLTC工況續(xù)航里程比NEDC工況續(xù)航里程數值更高。
首先,CLTC工況續(xù)航標準的測試權重,相較于NEDC工況續(xù)航標準以及WLTC工況續(xù)航標準明顯更加偏向于中低速的表現。
CLTC工況設置的最高速度,相比NEDC工況續(xù)航標準和WLTC工況續(xù)航標準的120km/h要低;平均車速28.96km/h,相比NEDC以及WLTP循環(huán)工況更低。
其次,CLTC工況測試的怠速時長更長。CLTC工況測試怠速時間長達23.33%/419秒,而在NEDC工況下,怠速比例占據24.93%/284秒,WLTP工況下,怠速比例占據13.06%/235秒。怠速并不會增加耗電,對于延長電動車續(xù)航里程更為有利。
第三,CLTC工況偏向于頻繁加減速,加速度要大于NEDC工況,符合國內實際走走停停的路況情況,而更加頻繁加減速的工況,對于效率更高且具備動能回收的電動車,非常有利于提升續(xù)航里程。
第四,目前CLTC測試工況是在不開空調的情況下進行的,而實際人們在炎熱或寒冷的氣候中開車,肯定是需要用到空調的。而環(huán)境溫度和空調系統(tǒng)的使用對于續(xù)航里程的影響較大,測試并沒有進行考量,因此加大了續(xù)航里程的差異。
這些情況綜合起來可以看出,CLTC工況續(xù)航標準過度強調了以城市為主的乘用車行駛工況,忽視了電動車在不同環(huán)境下駕駛的巨大能耗損失,其后果就是測試中的整車始終在以一個高回收率和低電耗需求的模式下運行,導致測試所得續(xù)航里程甚至超出了NEDC工況續(xù)航標準以及WLTC工況續(xù)航標準。
CLTC的工況設定,主要基于2016年-2018年交通GIS收集的中國汽車在道路上行駛的大量數據。而2018年我國新能源汽車滲透率僅為4.54%,全國新能源汽車保有量達261萬輛,占汽車總量的1.09%;而當時純電動汽車對外宣傳的續(xù)航里程基本上都在300km左右,更適合中低速的城市工況,CLTC工況續(xù)航標準的制定可能有推進電動車普及的成份在里面。
CLTC工況測試對續(xù)航里程的虛標,方便了制造商進行宣傳,有利于新能源汽車的推廣而對使用者可能形成更大困惑,甚至形成里程預估上的誤導,惹來不必要的麻煩。
隨著近兩年雙碳目標的推進,技術水平的大幅提升,新能源汽車已經從政策導向轉為市場導向,中國道路上新能源汽車的數量劇增,到了2021年底,全國新能源汽車保有量達784萬輛,占汽車總量的2.60%。
根據乘聯(lián)會數據,2022年3 月新能源乘用車產量43.7 萬輛,同比增加124.2%,國內零售滲透率高達28.2%,相比CLTC工況測試標準基本成形的2019年(新能源汽車滲透率僅5.0%),增長了近6倍,已經成為中國汽車市場迅速崛起的重要力量,目前的交通道路情況也與CLTC制定時大相徑庭。
不同氣候條件地區(qū),選擇新能源汽車作為主要交通工具的車主越來越多,電動汽車駕駛范圍與里程需求在不斷擴大,在目前新能源汽車特別是電動汽車補能時間長、網點不夠廣泛的情況下,里程焦慮已經成為新能源汽車使用者的主要痛點,而準確反映車輛實際續(xù)航里程也成為電動汽車駕駛者越來越重視的剛需。
好在根據工信部的規(guī)劃,CLTC標準在2025年才會全面應用于汽車行業(yè)。此前,國家相關管理部門和機構肯定會對CLTC工況測試不斷地進行更新優(yōu)化,比如將增加高低溫(高溫30±2℃,低溫-7±3℃)下開啟空調的實驗,增加對制動能量回饋水平的考察,從而更貼合實際用車情況,更客觀反映純電動汽車的能耗,更真實評價純電動汽車能耗和續(xù)航里程。
我們期待CLTC工況測試在全面實施前,可以更加科學、更加全面,以獲得與實際更接近的里程預估數據,消除人們的里程焦慮。
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