摘要: 为了揭示中国轻型车各测试工况的特征，本文研究了NEDC, WLTC, CLTC-P和CLTC-C四种测试工况的差异及对油耗的影响。研究结果表明：NEDC对巡航工况考察权重较大，驾驶激烈程度最低；WLTC侧重对高速工况的加、减速工况的考察，驾驶最为激烈；CLTC-P和CLTC-C对怠速、匀速及加、减速工况的考察相对均衡，驾驶激烈程度介于NEDC和WLTC之间，且CLTC-P略大于CLTC-C工况。对于轻型汽油车，NEDC切换到WLTC后油耗平均恶化12%左右，切换到CLTC-P和CLTC-C后油耗平均分别恶化14%和10%左右。对于轻型柴油车，NEDC切换为WLTC工况后油耗平均恶化10%左右，切换到CLTC后油耗变化不明显。
Abstract:
The differences of NEDC, WLTC, CLTC-P and CLTC-C driving cycles and their influences on fuel consumption were studied, which to reveal the characteristics of different driving cycles of Chinese light-duty vehicles. The results show that NEDC has a large weight on cruising mode and the driving intensity is the lowest. WLTC focuses on acceleration and deceleration at high speed, and driving is the most intense. CLTC-p and CLTC-C are relatively balanced in idle speed, uniform speed, acceleration and deceleration conditions, and the driving intensity is between NEDC and WLTC, however, CLTC-P was greater than that of CLTC-C. For light-duty gasoline vehicles, fuel consumption deteriorates by about 12% on average after switching from NEDC to WLTC, 14% and 10% on average after switching to CLTC-P and CLTC-C, respectively. For light-duty diesel vehicles, fuel consumption deteriorates by about 10% on average after NEDC switches to WLTC mode, while fuel consumption does not change significantly after switching to CLTC.
1. 前言
汽车的测工况是汽车行业一项重要的共性基础技术，是车辆油耗/排放测试方法和限值标准的基础。2021年以前我国轻型车一直采用NEDC (New European Driving Cycle)测试工况对汽车产品油耗和排放进行认证，为汽车产品评价和节能技术的发展做出了重要贡献 [1] [2] [3] 。
近年来，随着汽车保有量的快速增长，我国道路交通状况发生很大变化，发现以NEDC工况为基准评价的汽车实际油耗和排放与认证结果偏差较大。另外，现有的NEDC工况不适于评价电动空调、制动能量回收和怠速启停等新技术的节能效果 [4] [5] [6] [7] 。因此2016发布的GB 18352.6-2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》，规定循环测试工况采用WLTC (World Wide Light-duty Test Cycle)循环，于2021年7月1日起开始全面执行 [8] 。
但研究显示 [9] [10] ，轻型车WLTC工况的工况特征与我国实际道路工况的差异也比较大，因此，2019 年10月国家市场监督管理总局和中国国家标准化管理委员会联合发布了CATC (China Automotive Test Cycle，中国汽车测试工况)，其包括GB/T 38146.1-2019《中国汽车测试工况第一部分轻型汽车》和GB/T 38146.2-2019《中国汽车测试工况第二部分重型商用车辆》，该工况预计将成为今后国内汽车的测试基准。2025年之前，轻型汽车中的汽柴油车、混合动力汽车、替代燃料汽车将采用WLTC测试工况，2025年之后，所有车型都将采用CATC标准工况。
简言之，目前中国汽车市场正处NEDC工况逐步退出，WLTC工况和CATC工况逐步介入的新旧交替阶段，因此揭示各类车型不同测试工况的特点及影响对汽车行业的发展具有重要意义，本文将分别对轻型车不同测试工况(NEDC、WLTC和CLTC)进行对比分析及对车辆油耗的影响。
2. 工况参数定义
怠速工况：车辆在行驶过程中，加速度a的绝对值小于0.15 m/s2，且车辆的行驶速度v小于0.5 km/h的工况。
匀速(巡航)工况：车辆在行驶过程中，加速度a的绝对值小于0.15 m/s2，且车辆的行驶速度v大于或等于0.5 km/h的工况，即巡航工况。
加速工况：车辆在行驶过程中，加速度a大于或等于0.15 m/s2的工况。
减速工况：车辆在行驶过程中，加速度a小于或等于−0.15 m/s2的工况。
循环平均速度：车辆在整个测试工况中运行里程除以总的运行时间的平均速度。
运行平均速度：车辆在整个测试工况中运行里程除以扣除怠速工况后运行时间的平均速度。
3. 轻型车测试工况分析
如图1所示为轻型车测试工况曲线的对比：其中NEDC共1180 s，包含一部和二部，一部为城市工况，包含四个相同的市区工况，二部为市郊及高速工况；WLTC共1800 s包含市区、市郊、高速及超高速工况；CLTC-P和CLTC-C总运行时长也是1800 s，包含市区、市郊和高速工况。上述四个工况较为详细特征参数对比见表1所示。
Figure 1. Light vehicle test condition curve
图1. 轻型车测试工况曲线
Table 1. The overall comparison of the main characteristic parameters of the four test conditions of light vehicles
表1. 轻型车四种测试工况主要特征参数总体对比
3.1. 轻型车测试工况的工况占比
表1展示了NEDC、WLTC、CLTC-P和CLTC-C四种测试工况的在加速、减速、巡航以及怠速工况下的里程和时间占比。就各工况的里程占比看，NEDC和CLTC-C的巡航工况占比最高，减速工况占比最低。WLTC的加速与减速工况占比都在30%左右，巡航工况占比略高，为41%。CLTC-P工况的里程占比更为均匀，加速、减速与匀速工况占比在1/3左右，加速里程略多。NEDC和CLTC-C测试工况时间占比最大的是巡航工况，而WLTC和CLTC-P则是加速工况；NEDC测试工况时间占比最小的工况是减速工况、而其余三种工况都是怠速工况。
可以得出，NEDC和CLTC-C更偏重对怠速和巡航工况考察，WLTC对加、减速工况的测试更加侧重，而CLTC-P对各种运行工况的考察相对更加均衡。
3.2. 轻型车测试工况的车速分布及占比分析
如表1所示，CLTC-P、NEDC和CLTC-C的最高车速、循环平均车速和运行平均车速都分别低于WLTC，其中CLTC-P的循环平均车速和运行平均车速最小，CLTC-C的最高车速最小。
从图2的各工况速度概率密度分布看，各工况的速度概率基本都呈现随车速的增大而减小趋势，NEDC、CLTC-P和CLTC-C的车速概率峰值都出现在0 km附近，其中CLTC-P随车速单调下降，NEDC和CLTC-C分别在35 km/h和90 km/h附近出现了明显的第二峰值。而WLTC的速度概率分布峰值出现在22 km/h附近，且在50 km/h附近出现了第二个峰值。
另外从速度概率累积分析看出，WLTC低速概率累积最慢、高速累积最快，而CLTC-P刚好相反，NEDC与CLTC-C介于其中且累积曲线近似，NEDC、WLTC、CLTC-P与CLTC-C四种工况车速概率累积到90%对应的速度分别为77 km/h、103 km/h和65 km/h与79 km/h。说明了NEDC、CLTC-P与CLTC-C循环工况更侧重于对中低速区域的考核，WLTC测试工况的考核更偏中高速段。
Figure 2. The speed distribution and cumulative curves of the four test conditions
图2. 四种测试工况车速分布及累积曲线
3.3. 轻型车测试工况加速度对比分析
如图3所示，NEDC和WLTC在加速阶段的平均加速度相对较大，CLTC-P和CLTC-C的平均加速度较小；而最大加速度和最大减速度却呈现出WLTC最大、CLTC-P次之，NEDC和CLTC-C相对较小的趋势。但从加速次数看(见表1)，CLTC-P最多(49次)、WLTC和CLTC-C次之，NEDC最少(14次)。
图4为四种测试工况的加速度分布曲线，NEDC的加速度在0附近的峰值最高且呈多峰分布，说明NEDC工况怠速和巡航时间占比大且运行速度分布不均；而WLTC、CLTC-P与CLTC-C的加速度分布基本呈正态分布，且都在0附近出现峰值，按峰值和集中程度来看，CLTC-C最集中且峰值最高，其次是CLTC-P，而WLTC的分布最广、峰值最低，另外WLTC、CLTC-P与CLTC-C的3δ覆盖的范围分别为3.0、2.6、和2.6，说明WLTC加速度分布更大。因此，从加、减速工况的分析看，WLTC的瞬态变化程度最高、CLTC-P和CLTC-C次之，NEDC最小，但WLTC和CLTC-P对瞬态工况各有侧重，CLTC-P和CLTC-C更侧重于中低速工况的加速和加速次数，而WLTC更侧重高速工况的加速和加速的激烈程度。
Figure 3. Acceleration/deceleration comparison of four test conditions
图3. 四种测试工况的加/减速对比
Figure 4. Acceleration probability density distribution of four working conditions
图4. 四种工况的加速度概率密度分布
3.4. 轻型车测试工况v*a特征参数分析
借鉴GB 18352中对RDE测试工况的评价指标，选择v*a特征参数(表示车辆行驶的车速与加速度的乘积)的95%分位(v*apos95)表征测试工况的驾驶激烈程度。由图5可以看出，WLTC的v*apos95最高，CLTC-P次之，CLTC-C和NEDC相当且处于较低水平，说明WLTC最为激烈，CLTC-P次之，CLTC-C和NEDC相对更加柔和。
Figure 5. v*a distribution and v*a accumulation comparison of four working conditions
图5. 四种工况的v*a分布及v*a累积对比
为了进一步说明测试工况对车辆油耗的影响，分别统计87辆乘用车在NEDC、WLTC和CLTC-P及44辆轻型商用车在NEDC、WLTC和CLTC-C三种测试工况下循环油耗的差异，且以NEDC测试工况为基础，分析了其他两种工况的油耗增幅，分别见图6和图7。
对于乘用车，NEDC工况切换到WLTC工况后油耗平均恶化12%左右，NEDC工况切换到CLTC-P后油耗平均恶化14%左右且工况切换后油耗变化量随车辆质量的变化无明显规律。而对于轻型商用车，NEDC切换到WLTC后油耗平均恶化13%左右，而NEDC切换到CLTC-C后油耗平均恶化10%左右，且工况切换后油耗变化量油耗变化随车辆质量的变化也无明显规律。
Figure 6. The increase in fuel consumption after switching from NEDC to WLTC and CLTC-P for passenger cars
图6. 乘用车NEDC切为WLTC和CLTC-P后油耗增加情况
Figure 7. The increase in fuel consumption of light commercial vehicles after switching from NEDC to WLTC and CLTC-C
图7. 轻型商用车NEDC切为WLTC和CLTC-C后油耗增加情况
4. 结论
通过对轻型车四种测试测试工况，NEDC、WLTC、CLTC-P及CLTC-C，的对比分析，得到如下结论：
1) NEDC对巡航工况考察权重更大，瞬态程度最小，驾驶激烈程度最低；
2) WLTC侧重对加、减速工况的考察，怠速比例最小，瞬态程度最高且偏向高速工况，驾驶最为激烈；
3) CLTC-P和CLTC-C对加速、减速、巡航及怠速工况的考察相对均衡，瞬态工况主要在中低速区间，瞬态程度、速度波动及驾驶激烈程度介于NEDC和WLTC之间，但CLTC-P的瞬态程度和驾驶激烈程度大于CLTC-C。
4) 对于轻型汽油车，NEDC切换到WLTC后油耗平均恶化12%左右，切换到CLTC-P和CLTC-C后油耗平均分别恶化14%和10%左右；对于轻型柴油车NEDC切换为WLTC工况后油耗平均恶化10%左右，切换到CLTC后油耗恶化不明显。