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摘 要：在全球排放和油耗法规里美国标准是最为严格的，从中国油耗法规不断加严的现实国情出发，对轻型车美标油耗的测试方法进行研究是很有必要的。美国最新油耗测试方法包括了五个循环工况，涵盖了低温启动，空调使用，野蛮驾驶等实际车辆行驶中会遇到的情况，对车辆的考核比较全面务实。本文利用中汽中心已有的试验测试设备，对美标五工况循环测试方法以及测试结果的加权计算方法进行研究，从而形成完整的美标油耗测试规程，为后续相关研究奠定基础。
关键词：油耗；美国标准；五工况；测试方法
中图分类号：TK411 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2015）03-0001-05
Abstract： The American standard is the most strict one in global emissions and fuel consumption regulations. According to the actual situation in China that the fuel consumption regulation contitunes to be stricter， it is necessary to research the American standard test method for light vehicle fuel consumption. The latest American fuel consumption test method covers five driving cycles， covering the cold start， air condition， aggressive driving， so it is more comprehensive and pragmatic for the assessment of vehicle. In this paper， we do the research for the American standard five-cycle test method and the test result calculation method using the test equipment in CATARC， to make a complete American standard fuel consumption test procedures and lay the foundation for future research.
Key Words： fuel consumption； American standar； five cycles； test method
1 引言
中国现行的油耗测试方法是根据欧盟已经实施多年的工况循环和测试方案来制订的。根据中国的实际国情看，该方案存在变速工况少，测试时间短，高速行驶时间短等问题，造成测试结果与实际用户使用情况差别较大。而美国采用的FTP75 循环变速行驶频繁而且规律性差，更为贴近实际使用情况，并且在2008年又增加了高速/加速，空调和低温等工况，来更加准确和全面的对车辆的燃油经济性进行评价。
现行的联邦轻型车燃油消耗量标签值是采用五种工况循环进行测试，并对测试结果进行加权计算得到。五种工况包括FTP75循环，低温FTP75循环，SC03循环（空调），HWFET循环（高速）和US06循环（野蛮驾驶）。相比于欧盟的NEDC循环，该方案对车辆的燃油经济性考核更为全面务实。根据目前中国油耗法规不断加严的发展趋势以及中国轻型车实际道路行驶的情况来看，对美标油耗法规的测试方法进行相关研究是十分有必要的。
2 工况循环测试方法研究
2.1 FTP75循环
FTP75循环由冷启动，瞬态和热启动三部分组成，热启动在2部结束后发动机停机10分钟后开始。循环全长17.77km，时长1874秒，平均车速34.1km/h。
该循环试验为冷启动试验，运行一个UDDS循环作为预处理，浸车温度为68F～86F（20～30摄氏度），浸车时间12～36小时。试验温度同样为68F～86F（20～30摄氏度），冷却风机定量送风，风量为5300cfm（9010m?/h），试验时发动机机舱盖需打开。此外需要注意的是，除THC外其余气体的气袋采样流量不能小于0.17cfm（4.8L/min），FID及HFID的THC采样流量不能小于0.066cfm（1.87 L/min）。
2.2 低温FTP75循环
低温FTP75循环工况与FTP75循环相同，以UDDS循环作为预处理，浸车温度为10F～30F（-12～-2摄氏度），浸车时间12～36小时。试验时平均温度应为15F～25F（-10～-4摄氏度），冷却风机设置及气袋采样流量要求均与FTP75相同，试验时发动机机舱盖需打开。
在试验过程中应将空调开关关闭，但需利用加热器和风扇对前车窗进行除霜除雾。加热器应设置在最大加热状态，将气流吹向前车窗，空气循环为外循环，风扇关闭。在测试的第2个加速（125秒），应将风扇开启并迅速调至最大速度，该设置应在130秒时完成。持续至第6个怠速（505秒）时，应将风扇速度设置在空气流动的最低方式，之后测试的其余部分风扇速度根据经验进行控制。
2.3 SC03循环
SC03循环是美国法规的一个补充循环，目的是反映在使用空调时发动机负荷，排放及燃油经济性情况。循环全长5.8km，时长596秒，平均车速34.8km/h，最高车速88.2km/h。
SC03为热启动试验。若试验距上次排放试验小于2小时，则可运行505，866，highway， SC03，US06中任一循环作为预处理，否则则应运行UDDS作为预处理。预处理环境条件应与试验时相同。 试验时环境平均温度为93F～97F（34～36摄氏度），光照强度850±45w/m2，测点为车辆前后窗底部中心线。试验时迎面风机跟踪车速，发动机舱盖关闭，并将所有车窗关闭。
将空调设置为最大，风量设置为最大，温度为最凉的状态，内循环。车辆起动前空调就应处于ON的状态。
2.4 US06循环
US06循环是美国法规的一个补充循环，主要是为了弥补FTP75循环的不足，反映车辆高速或高加速度时的状态。循环全长12.8km，时长596秒，平均车速77.9km/h，最高车速129.2km/h。
US06循环预处理原则与SC03循环相同，环境条件应与试验时相同。试验时环境温度为68F～86F（20～30摄氏度），冷却风机定量送风，风量为15 000 cfm，发动机机舱盖应打开。
进行US06测试时，在指定的时间范围内，若油门大于或等于85%的全开位置（WOT），则应通过测功机减载使油门开度降到85%的全开位置以下。指定的5个时间段为：49～69s；83～97s； 135～165s；315～335s；568～583s。在规定时间段内若油门位置小于85%WOT测功机应恢复至原载荷加载。
2.5 HWFET循环
HWFET循环主要模拟车辆在高速公路上的行驶状况，全长16.45km，时长765秒。测试包括两个HWFET循环，两循环之前为15秒的怠速工况，第1个循环是预处理，第2个是正式试验。
HWFET为热启动试验。若试验距上次排放试验超过3小时或浸车温度有明显变化，则应在两个HWEFT循环前多运行一个UDDS作为预处理。预处理环境条件应与试验时相同。试验温度为68F～86F（20～30摄氏度），冷却风机定量送风，风量为5 300cfm（9 010m?/h），试验时发动机机舱盖需打开。
3 计算方法研究
美标油耗五工况加权计算结果是通过对市区阶段和市郊阶段分别进行加权计算，再进行总加权得到，具体的计算方法如下：
3.1 市区加权计算
CityFE=0.905×
3.1.1 Start FC计算
Start FC=0.33×
Start Fx=3.6×
BAG YFx指的是在背景温度为75F或20F的FTP试验（即FTP75试验和低温FTP75试验）中指定的气袋燃油消耗量，单位为MPG。
3.1.2 Running Fc计算
其中，US06 City FE指的是US06试验中市区部分的油耗，SC03FE指的是SC03试验中的油耗，单位均为MPG。
3.2 市郊加权计算
Highway FE=0.905×
3.2.1 Start FC计算
Start FC=0.33×
Start Fx=3.6×
BAG YFx指的是在背景温度为75F或20F的FTP试验（即FTP75试验和低温FTP75试验）中指定的气袋燃油消耗量，单位为MPG。
3.2.2 Running FC 计算
其中，US06 City FE指的是US06试验中市区部分的油耗，SC03FE指的是SC03试验中的油耗，HWFETFE指的是HWFET试验中的油耗，单位均为MPG。
3.3 最终结果加权计算
对计算后的市区和市郊结果进行加权，得到总加权燃油消耗量，计算公式如下：
4 不同测试方法比较
由于欧盟法规和美国法规对于燃油消耗量的试验规程和计算方法完全不同，因此车辆燃油消耗量测试结果也必然存在较大差异。为了对其差异性进行研究，本文选取了三辆不同排量的轻型汽油车（比亚迪某型车，上海大众某型车，北京奔驰某型车），分别根据欧盟和美国的标准进行试验，并将结果进行比较。试验数据如下表：
将试验结果根据美标以及欧盟法规的燃油消耗量计算公式进行计算，得到三辆样车的油耗情况如下图：（图中美标结果已折算为km/h）。
由图可以看出：三辆样车美标的试验结果均高于欧标试验结果。在市区阶段，欧标循环速度变化规律，平稳，而美标速度变化起伏较大且极不规律，而且加入了低温下起动，空调使用等情况，因此市区阶段油耗结果高于欧标，三辆样车分别比欧标结果高约7.3%，6.3%和11.9%。在市郊阶段，欧标循环速度变化平缓，匀速行驶所占比例很大，而美标循环没有匀速行驶且速度变化起伏大，并且加入了US06急加急减速工况以及空调使用等情况，因此油耗结果高于欧标，三辆样车美标结果分别比欧标结果高约42.8%，33.2%和30.6%。总油耗加权结果三辆样车美标结果分别比欧标结果高约30.4%，27.4%和28.6%，差异很大。
5 总结
美国轻型车燃油消耗量标签值是通过五种工况循环进行测试，并对测试结果进行加权计算得到。五种工况包括FTP75循环，低温FTP75循环，SC03循环（空调），HWFET循环（高速）和US06循环（野蛮驾驶）。每个循环的试验条件和对车辆的准备各不相同。采用美标加权计算出的燃油消耗量相比于中国执行已久的欧盟测试循环NEDC得出的燃油消耗量要高出很多，这是由于美标循环曲线变速频繁，而且增加了空调，低温启动，急加减速等工况，而NEDC循环变速平稳规律，工况相对简单。因此可以认为美标测试方法得出的燃油消耗量更为接近实际使用情况。
参考文献
[1] GB18352.5-2013. 轻型汽车污染物排放限值及测量方法[S].
[2] GBT19233-2008. 轻型汽车燃油消耗量试验方法[S].
[3] PART600-FUEL ECONOMY AND GREENHOUSE GAS EXHAUST EMISSIONS OF MOTOR VEHICLES[S].
[4] 郑天雷.全球车辆循环的调查研究报告[J].中汽中心谭题研究报告.2011.3.
[5] The International Council on CleanTransportation. Passenger Vehicle Greenhouse Gas and Fuel Economy Standards： A Global Update[R]. US， 2007.
[6] PART86-CONTROL OF EMISSIONS FROM NEW AND IN-USE HIGHWAY VEHICLES AND ENGINES[S].
[7] 高继东， 李孟良， 王建海. 轻型汽车燃油经济性测试方法的相关性研究[J]. 汽车工程， 2005， 27（4）： 395-398.
[8] 刘希玲， 丁焰. 我国城市汽车行驶工况调查研究[J]. 环境科学研究， 2000， 13（1）： 23-27.
关键词：油耗；美国标准；五工况；测试方法
中图分类号：TK411 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2015）03-0001-05
Abstract： The American standard is the most strict one in global emissions and fuel consumption regulations. According to the actual situation in China that the fuel consumption regulation contitunes to be stricter， it is necessary to research the American standard test method for light vehicle fuel consumption. The latest American fuel consumption test method covers five driving cycles， covering the cold start， air condition， aggressive driving， so it is more comprehensive and pragmatic for the assessment of vehicle. In this paper， we do the research for the American standard five-cycle test method and the test result calculation method using the test equipment in CATARC， to make a complete American standard fuel consumption test procedures and lay the foundation for future research.
Key Words： fuel consumption； American standar； five cycles； test method
1 引言
中国现行的油耗测试方法是根据欧盟已经实施多年的工况循环和测试方案来制订的。根据中国的实际国情看，该方案存在变速工况少，测试时间短，高速行驶时间短等问题，造成测试结果与实际用户使用情况差别较大。而美国采用的FTP75 循环变速行驶频繁而且规律性差，更为贴近实际使用情况，并且在2008年又增加了高速/加速，空调和低温等工况，来更加准确和全面的对车辆的燃油经济性进行评价。
现行的联邦轻型车燃油消耗量标签值是采用五种工况循环进行测试，并对测试结果进行加权计算得到。五种工况包括FTP75循环，低温FTP75循环，SC03循环（空调），HWFET循环（高速）和US06循环（野蛮驾驶）。相比于欧盟的NEDC循环，该方案对车辆的燃油经济性考核更为全面务实。根据目前中国油耗法规不断加严的发展趋势以及中国轻型车实际道路行驶的情况来看，对美标油耗法规的测试方法进行相关研究是十分有必要的。
2 工况循环测试方法研究
2.1 FTP75循环
FTP75循环由冷启动，瞬态和热启动三部分组成，热启动在2部结束后发动机停机10分钟后开始。循环全长17.77km，时长1874秒，平均车速34.1km/h。
该循环试验为冷启动试验，运行一个UDDS循环作为预处理，浸车温度为68F～86F（20～30摄氏度），浸车时间12～36小时。试验温度同样为68F～86F（20～30摄氏度），冷却风机定量送风，风量为5300cfm（9010m?/h），试验时发动机机舱盖需打开。此外需要注意的是，除THC外其余气体的气袋采样流量不能小于0.17cfm（4.8L/min），FID及HFID的THC采样流量不能小于0.066cfm（1.87 L/min）。
2.2 低温FTP75循环
低温FTP75循环工况与FTP75循环相同，以UDDS循环作为预处理，浸车温度为10F～30F（-12～-2摄氏度），浸车时间12～36小时。试验时平均温度应为15F～25F（-10～-4摄氏度），冷却风机设置及气袋采样流量要求均与FTP75相同，试验时发动机机舱盖需打开。
在试验过程中应将空调开关关闭，但需利用加热器和风扇对前车窗进行除霜除雾。加热器应设置在最大加热状态，将气流吹向前车窗，空气循环为外循环，风扇关闭。在测试的第2个加速（125秒），应将风扇开启并迅速调至最大速度，该设置应在130秒时完成。持续至第6个怠速（505秒）时，应将风扇速度设置在空气流动的最低方式，之后测试的其余部分风扇速度根据经验进行控制。
2.3 SC03循环
SC03循环是美国法规的一个补充循环，目的是反映在使用空调时发动机负荷，排放及燃油经济性情况。循环全长5.8km，时长596秒，平均车速34.8km/h，最高车速88.2km/h。
SC03为热启动试验。若试验距上次排放试验小于2小时，则可运行505，866，highway， SC03，US06中任一循环作为预处理，否则则应运行UDDS作为预处理。预处理环境条件应与试验时相同。 试验时环境平均温度为93F～97F（34～36摄氏度），光照强度850±45w/m2，测点为车辆前后窗底部中心线。试验时迎面风机跟踪车速，发动机舱盖关闭，并将所有车窗关闭。
将空调设置为最大，风量设置为最大，温度为最凉的状态，内循环。车辆起动前空调就应处于ON的状态。
2.4 US06循环
US06循环是美国法规的一个补充循环，主要是为了弥补FTP75循环的不足，反映车辆高速或高加速度时的状态。循环全长12.8km，时长596秒，平均车速77.9km/h，最高车速129.2km/h。
US06循环预处理原则与SC03循环相同，环境条件应与试验时相同。试验时环境温度为68F～86F（20～30摄氏度），冷却风机定量送风，风量为15 000 cfm，发动机机舱盖应打开。
进行US06测试时，在指定的时间范围内，若油门大于或等于85%的全开位置（WOT），则应通过测功机减载使油门开度降到85%的全开位置以下。指定的5个时间段为：49～69s；83～97s； 135～165s；315～335s；568～583s。在规定时间段内若油门位置小于85%WOT测功机应恢复至原载荷加载。
2.5 HWFET循环
HWFET循环主要模拟车辆在高速公路上的行驶状况，全长16.45km，时长765秒。测试包括两个HWFET循环，两循环之前为15秒的怠速工况，第1个循环是预处理，第2个是正式试验。
HWFET为热启动试验。若试验距上次排放试验超过3小时或浸车温度有明显变化，则应在两个HWEFT循环前多运行一个UDDS作为预处理。预处理环境条件应与试验时相同。试验温度为68F～86F（20～30摄氏度），冷却风机定量送风，风量为5 300cfm（9 010m?/h），试验时发动机机舱盖需打开。
3 计算方法研究
美标油耗五工况加权计算结果是通过对市区阶段和市郊阶段分别进行加权计算，再进行总加权得到，具体的计算方法如下：
3.1 市区加权计算
CityFE=0.905×
3.1.1 Start FC计算
Start FC=0.33×
Start Fx=3.6×
BAG YFx指的是在背景温度为75F或20F的FTP试验（即FTP75试验和低温FTP75试验）中指定的气袋燃油消耗量，单位为MPG。
3.1.2 Running Fc计算
其中，US06 City FE指的是US06试验中市区部分的油耗，SC03FE指的是SC03试验中的油耗，单位均为MPG。
3.2 市郊加权计算
Highway FE=0.905×
3.2.1 Start FC计算
Start FC=0.33×
Start Fx=3.6×
BAG YFx指的是在背景温度为75F或20F的FTP试验（即FTP75试验和低温FTP75试验）中指定的气袋燃油消耗量，单位为MPG。
3.2.2 Running FC 计算
其中，US06 City FE指的是US06试验中市区部分的油耗，SC03FE指的是SC03试验中的油耗，HWFETFE指的是HWFET试验中的油耗，单位均为MPG。
3.3 最终结果加权计算
对计算后的市区和市郊结果进行加权，得到总加权燃油消耗量，计算公式如下：
4 不同测试方法比较
由于欧盟法规和美国法规对于燃油消耗量的试验规程和计算方法完全不同，因此车辆燃油消耗量测试结果也必然存在较大差异。为了对其差异性进行研究，本文选取了三辆不同排量的轻型汽油车（比亚迪某型车，上海大众某型车，北京奔驰某型车），分别根据欧盟和美国的标准进行试验，并将结果进行比较。试验数据如下表：
将试验结果根据美标以及欧盟法规的燃油消耗量计算公式进行计算，得到三辆样车的油耗情况如下图：（图中美标结果已折算为km/h）。
由图可以看出：三辆样车美标的试验结果均高于欧标试验结果。在市区阶段，欧标循环速度变化规律，平稳，而美标速度变化起伏较大且极不规律，而且加入了低温下起动，空调使用等情况，因此市区阶段油耗结果高于欧标，三辆样车分别比欧标结果高约7.3%，6.3%和11.9%。在市郊阶段，欧标循环速度变化平缓，匀速行驶所占比例很大，而美标循环没有匀速行驶且速度变化起伏大，并且加入了US06急加急减速工况以及空调使用等情况，因此油耗结果高于欧标，三辆样车美标结果分别比欧标结果高约42.8%，33.2%和30.6%。总油耗加权结果三辆样车美标结果分别比欧标结果高约30.4%，27.4%和28.6%，差异很大。
5 总结
美国轻型车燃油消耗量标签值是通过五种工况循环进行测试，并对测试结果进行加权计算得到。五种工况包括FTP75循环，低温FTP75循环，SC03循环（空调），HWFET循环（高速）和US06循环（野蛮驾驶）。每个循环的试验条件和对车辆的准备各不相同。采用美标加权计算出的燃油消耗量相比于中国执行已久的欧盟测试循环NEDC得出的燃油消耗量要高出很多，这是由于美标循环曲线变速频繁，而且增加了空调，低温启动，急加减速等工况，而NEDC循环变速平稳规律，工况相对简单。因此可以认为美标测试方法得出的燃油消耗量更为接近实际使用情况。
参考文献
[1] GB18352.5-2013. 轻型汽车污染物排放限值及测量方法[S].
[2] GBT19233-2008. 轻型汽车燃油消耗量试验方法[S].
[3] PART600-FUEL ECONOMY AND GREENHOUSE GAS EXHAUST EMISSIONS OF MOTOR VEHICLES[S].
[4] 郑天雷.全球车辆循环的调查研究报告[J].中汽中心谭题研究报告.2011.3.
[5] The International Council on CleanTransportation. Passenger Vehicle Greenhouse Gas and Fuel Economy Standards： A Global Update[R]. US， 2007.
[6] PART86-CONTROL OF EMISSIONS FROM NEW AND IN-USE HIGHWAY VEHICLES AND ENGINES[S].
[7] 高继东， 李孟良， 王建海. 轻型汽车燃油经济性测试方法的相关性研究[J]. 汽车工程， 2005， 27（4）： 395-398.
[8] 刘希玲， 丁焰. 我国城市汽车行驶工况调查研究[J]. 环境科学研究， 2000， 13（1）： 23-27.