1、图 2-1 工况开发技术路线1图 2-2 工况开发技术路线2图 2-3 工况开发技术路线32.2.2数据采集主要收集3类数据：1）车辆实际运行数据2）交通量大数据3）车载排放测试数据。2.2.3工况开发经过前述各项流程，起草组为我国各种类型车辆建立了实际行驶工况数据库，包括原始数据库、统计分析数据库、工况构建数据库，通过对细分车辆类型的工况特征进行数据分析及对比，最终确定了整车测试用典型工况体系。2.3关键技术问题说明工况开发技术路线主要包括以下7个步骤：1）试验规划在试验规划中，通过分析常驻人口、GDP、汽车保有量、道路面积（万平方米）、公共汽（电）车数量（辆）、车均道路面积（平方米/辆）等
2、十个指标，结合新能源示范城市，完成典型城市的选择；通过问卷调查等方式确定了车辆和驾驶员的选择方案，并据此进行数据采集的工作。通过科学的试验规划，保证数据采集工作可以覆盖到各种典型的城市、道路、时段、车辆和驾驶员的类型。2）数据采集及预处理利用自主行驶的方法在各典型城市采集车辆运行数据（采集频率为1Hz）；为了保证数据的真实性，采集过程中不规划数据采集道路，让车辆自由行驶。通过超过一年的自主行驶，为乘用车、轻型商用车和各类型的重型商用车分别建立了工况数据库。将车辆运行数据切分为怠速片段和运动片段以满足工况构建的需求；制定了包含运行时间、速度范围、加速度范围、最大怠速时长、匀速比例和数据缺失率在内
3、的两级筛选规则，并利用上述规则对短片段进行筛选。3）数据处理和分析定义了48种特征参数对片段特征进行详细的描述，在此基础上对短行程进行有效性判断、分类和选择。表1 短行程特征参数序号特征参数1运行时间（s）25速度分布40_50比例（%）2加速时间（s）26速度分布50_60比例（%）3减速时间（s）27速度分布60_70比例（%）4匀速时间（s）28速度分布70_80比例（%）5怠速时间（s）29速度分布80_90比例（%）6里程 （km）30速度分布90_100比例（%）7最大速度 （km/h）31速度分布100_110比例（%）8最大加速度 （km/h）32速度分布110_120比例（%
4、）9最大减速度 （km/h）33加速度分布 3.5 m/s2比例（%）以短片段特征为基础，采用主成分分析加聚类分析的方式，对短行程库进行划分和定义：划分出的各库中的短行程分别反映了特定类型车辆在不同的道路类型和交通状况下的行驶情景，对应工况循环的不同速度区间；计算各库的综合特征值，作为多区间工况构建的基础。4）确定工况体系构成经过系统了解、全面考察各类型车辆在不同地域、道路和交通状况下的行驶情景，归纳提取运行特征作为工况开发的基础；下一步，对比分析不同类型车辆的典型特征，若发现特定车型的运行工况特征与其他车型存在显著、本质和结构化的差异，则为其单独定制工况循环。最后确定了能够全面覆盖各类型车辆
5、多种行驶情景并准确反映其运行特征的工况体系构成。表2 整车测试用典型工况体系适用车辆类别工况曲线乘用车CLTC-P轻型商用车CLTC-C城市客车CHTC-B普通客车CHTC-C货车（3500kg5500kg）CHTC-HT自卸汽车CHTC-D半挂牵引车列车CHTC-TT5）权重因子开发仅在乘用车工况构建过程中，采用GIS交通量大数据，建立速度-流量模型，计算各城市路网上所有行驶车辆的总行驶时间（VHT）；计算不同速度区间的权重以及同各速度区间不同城市的权重。6）统一的速度-加速度联立分布建立计算各城市各速度区间的速度-加速度联立分布，利用权重因子矩阵进行加权，获取各个速度区间统一的速度-加速度
6、联立分布。7）工况短片段组合确定根据速度区间的权重和工况曲线的总时长确定各速度区间的时长；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和时长分布确定各速度区间需要选择的运动片段数目和候选片段时长；以区间的速度-加速度分布为基准进行卡方检验确定最优的片段组合作为中国工况曲线。8）工况验证通过试验验证对所构建工况的可操作性进行验证，并基于现有的测试规程分析不同工况曲线对油耗和排放的影响，确定最终的中国工况曲线。另外，3类数据采集主要包括：1）车辆实际运行数据采集起草组在41个代表性城市，建立了包含5048辆车的采集车队，覆盖传统轻型车、重型车和新能源汽车，收集了约5500万公里的
7、车辆运动特征、动力特征和环境特征数据。采集城市覆盖京津冀地区、东北地区、华东地区、华中地区、华南地区、长三角、珠三角、西南地区、西北地区等；采集道路覆盖市区、郊区、主干路、支路、快速路、次干路和高速等；采集时间覆盖春夏秋冬四季、工作日、节假日、高峰时段和平峰时段。综上，采集车队覆盖我国的主要城市和地区，同时覆盖了不同的道路类型和行驶条件，采集的车辆覆盖各种车辆类型。2）交通量大数据收集起草组获取了41个城市一年的全路网交通低频动态大数据，该数据为每5 min更新一次的道路平均速度，共有二十亿条，虽然这些车只是城市车辆的一部分，但是足够分散的样本和足够大的数量，使得其数据能够反映实时的交通状态和
8、我国车辆运行的宏观分布。3）车载排放测试起草组在41个城市共计进行了81辆车的实际道路排放测试，记录了采集频率为1Hz下，城市、城郊和高速工况下的气态污染物、颗粒物和CO2的排放数据。将获取的实际道路排放和油耗数据，与采用整车测试用典型工况测试循环的实验室测试结果进行比较，用于工况验证中能耗和排放的技术分析。2.4标准工作基础起草单位中国汽车技术研究中心有限公司具备独立的第三方汽车产品检测及技术服务机构，积累了大量的台架测试数据、实际道路排放测试数据等，其检测过程及结果具备国家认证认可监督管理委员会（CNCA）资质认定、中国合格评定国家认可委员会（CNAS）实验室认可。起草单位同时承担了工信部
9、下达的“中国新能源汽车产品检测工况研究和开发”项目，在全国41个典型城市建立行驶数据库并开发了中国工况体系，有着丰富的工况开发经验和数据基础。经过大量的台架试验和实际道路测试试验，本标准提出的整车测试用典型工况覆盖各种车型，检测结果更加接近实际道路测试值，具有一定的先进性、科学性和可操作性。三、主要试验（或验证）情况分析整车测试用典型工况曲线构建完成后，工况运转的合理性、车辆跟随性以及对能耗和排放的影响均未可知，需要通过工况验证进行评价修正。验证工作主要选择各类主流技术车型进行开展，验证内容主要包括工况曲线的可操作性，以及工况对能耗和排放的影响。验证结果显示，大多数主流车型能够正常跟随工况曲线
10、，某些低排量车出现跟线困难的问题，可以借鉴国六标准中的downscale方法对高速段进行缩减。能耗和排放的验证结果表明，利用整车测试用典型工况进行台架测试的结果，会比原法规工况更接近实际道路测试结果。四、标准中涉及专利的情况本标准不涉及专利。五、预期达到的社会效益、对产业发展的作用的情况本标准是贯彻落实汽车产业中长期发展规划和节能与新能源汽车技术路线图的重要措施。工况是汽车行业的一项重要共性基础技术，是车辆能耗排放测试方法和限值标准制定的依据，是国家节能减排战略实现和企业技术路线选择的重要技术支撑，直接影响汽车在实际道路、环境条件下的能耗、舒适型和可靠性。通过建立整车测试用典型工况，可以为企业
11、车型开发提供基准，促进企业基于中国实际工况进行车辆开发和标定，有利于引导具有实际效果技术的导入和匹配优化，实现自主创新发展。六、采用国际标准和国外先进标准情况，与国际、国外同类标准水平的对比情况，国内外关键指标对比分析或与测试的国外样品、样机的相关数据对比情况6.1 采用国际标准和国外先进标准情况本标准未采用国际标准。6.2 与国际、国外同类标准水平的对比情况车辆行驶工况，主要用于确定车辆污染物排放量和燃油消耗量，是一种测试工具，由时间速度的序列来描述。整车测试用典型工况是在调查本国或地区的行驶工况基础上制定出来，是制定排放或油耗测试方法和标准的基础。自美国加州1966年开发出世界上第一个车辆
12、循环工况FTP72（Fedral Test Procedure）以来，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，目前已经形成了种类繁多、用途各异的循环工况。根据行驶工况在国际上采用情况，可以将其分为三大类：美国循环工况、欧洲循环工况和日本循环工况。本世纪初，我国政府在没有基础数据积累的情况下，直接采用了欧洲的行驶工况（NEDC）。下面将对各典型工况循环进行详细介绍。6.2.1美国行驶工况20世纪60年代，通过对美国洛杉矶市上下班的公共汽车的运行工况进行实测,得到了美国联邦车辆行驶循环FTP72，又称UDDS。该曲线被美国环保局（简称EPA）用作车辆排放认证。随后，相关调研发现洛杉矶市
13、内行车量一天平均启动4.7次，其中冷启动2次，热启动2.7次，因此，1975年在FTP72基础上加上了热启动部分，形成了FTP75测试循环。图 6-1 美国工况体系介绍由于交通网络的发展，道路出现许多主干线和高速道路，车辆高速运行时间比例越来越大，加之空调使用率增长、低温环境多等因素，使得发动机主要污染物排放特征发生了改变，EPA又补充了多种工况，如极端驾驶工况US06、车辆高温空调满负荷运行的SC03以及高速公路工况SFTP（Supplement FTP），最终形成了目前的适用于乘用车和轻型商用车的五工况体系，全面反映了车辆的各种实际使用情况，具体如图6-1所示。1）FTP75FTP75循环
14、由冷启动、瞬态及热启动三部分组成，如图6-2所示。FTP75第3部与第1部完全相同的部分，第1部为冷启动、第3部为热启动。在2部结束后和第3部之间，发动机停机10分钟。FTP75循环里程为17.77km，时长1874秒，平均车速34.1km/h。FTP的前2部是FTP72。图 6-2 FTP75 工况图样2）US06FTP75是一个人们通勤工况，而US06则反映了高速或高加速度的驾驶行为。US06平均车速77.9km/h、最高车速129.2km/h。其里程为12.8km，时长596秒。图 6-3 US06工况3）SC03SC03为高温空调全负荷运转循环，其循环里程为5.8km，时长596秒，平
15、均车速34.8km/h，最高车速88.2km/h。图 6-4 SC03工况4）HWFETHighway Fuel Economy Test Cycle （HWFET）是高速公路燃料经济性循环，它模拟了车辆在高速公路上的行驶状况。HWFET循环里程为16.45km，时长765秒，平均车速11.4km/h，最高车速77.7km/h。 图 6-5 高速循环5）耐久工况SRC循环是2005年美国环保局为了预测CAP 2000项目中轻型汽车整个生命周期内排放而开发的标准道路循环（Standard Road Cycle）。具体如图 6-6所示，其中横轴为循环的序号，而非时间。SRC循环由7个部分组成，每个
16、循环长度5.95km。SRC循环平均车速74.5km/h，最高车速120.7 km/h。图 6-6 SRC循环美国重型汽车排放测试循环有FTP重型车瞬态工况、CBD中心商业区循环和BAC循环。FTP重型车瞬态工况目前用于美国重型车发动机排放试验。该瞬态工况实际是根据重型车UDDS测试工况开发而成的，考虑到了美国不同重型卡车、巴士在市区、市周、快速路等地点的交通状况。CBD中心商业区循环是美国SAE J 1376 标准中提供的重型车底盘测功机循环。该循环是一个锯齿形的行驶模式，由14个基本循环组成。BAC 循环是 SAE J1376 标准中为测量重型车燃料经济性设计的循环。 代表市中心（B）-主
17、干线（A）-通勤（C）路况。图 6-7 FTP瞬态、55mph、65mph 巡航循环图 6-8 CBD和BAC循环6.2.2 欧洲行驶工况1）NEDC1972年欧洲开始实行统一的工况试验法，1974年欧洲综合法规制定完成，即欧洲经济委员会的ECE15，1984年后修订为ECE15-04。2017年之前，欧洲采用的是NEDC工况，如图6-9所示。NEDC工况由ECE（Urban Driving Cycle）+EUDC（Extra Urban Driving Cycle）两部分组成。第一部分用于模拟传统的城市道路工况，由 4个 ECE15工况组成，每一个ECE15工况都包括了加速、减速、匀速和怠速
18、共 15 种工况，第一部分持续时间为 780s，总行驶里程为4.052km，平均车速为18.7km/h。1部具有低速、低负荷和低排气温度的特性。由于车辆城郊运行比例增加和NOx排放管理的加严，1992年增补了模拟市郊行驶的2部工况，持续时间为400s，行驶里程为6.955km，平均车速62.6km/h，该部分最高车速为120km/h。从2000年开始的欧洲/排放法规取消了发动机保持怠速运转40s后开始第一个循环的规定。图 6-9 欧洲NEDC工况总体上，NEDC 工况持续时间为 1180s，行驶里程11.007km，平均车速为33.6km/h，最高车速120km/h，最大加速度为1.04m/s
19、2。2）WLTC为了提出一个全世界通用的、更加符合实际道路交通状况的车辆行驶工况，世界车辆法规协调论坛（WP.29）成立了轻型汽车全球排放法规（WLTP，Worldwide Light-duty Test Procedure）开发工作小组，小组内的相关研究人员开发了WLTC。图6-10、图6-11是WLTC开发过程的简介。2009年，该工作正式启动成立了工作组，该工作组下又分两个子工作组DHC（Development of the Harmonized Test Cycle）和DTP（Development of Test Procedure），还有指导委员会和验证团队。其中，DHC负责测试工
20、况的开发和验证，DTP负责测试程序的开发和验证。工况开发主要有以下几部分工作：基础数据收集、行驶工况开发、行驶工况验证等。其中收集数据用了大约2年的时间，直至2011年4月所有成员国才完成基础数据采集工作，工况开发和验证耗时约2年时间，2013年底工况验证完成，形成了最终的测试工况。WLTC循环里程为23.27km，时长1800s，其中市区工况3.12km，市郊4.74km，高速7.14km，超高速8.25km，循环平均速度46.54km、怠速比例为13%。图 6-10 WLTP工作组总体概述图 6-11 DHC工作组的开发计划图 6-12 DTP工作组开发计划图 6-13 WLTC工况测试程
21、序开发与工况开发是相辅相成的，DTP工作组计划要完成常规车试验室测试程序、电动汽车测试程序、污染物种类和基准油的确定等。从WLTP的工作计划来看，一个测试程序的开发涉及的内容较多，是一个很长的过程，至少需要6年的时间。3）ETC和WTVC循环欧盟重型车主要是针对发动机进行排放认证，在欧6之前使用的测试工况为ETC（Europe Transient Cycle）和ESC（Europe Stable Cycle）。WP.29下重型车世界统一工况工作组在2001年制定了WTVC（世界瞬态汽车工况），作为世界统一的发动机测试工况的基础。基于WTVC工况开发了世界统一的发动机测试工况WHTC（World
22、 Harmonized Transient Cycle），该工况将在欧6发动机排放测试中进行使用。图 614 ETC和WTVC循环另外，欧洲已经针对当地重型商用车辆的不同用途开发了12条工况循环，曲线为速度-里程曲线，并包含了坡度信息，主要应用于重型商用车的燃料消耗量模拟计算。6.2.3日本行驶工况1）10工况和10-15工况从1966 年开始，日本便着手控制车辆的排放污染，对新车进行4 工况检测。1976 年之前，日本采用的是10工况（如图6-15所示）法模拟城市内车辆的行驶工况，全长0.664km，时长135秒，最大车速40km/h，平均车速17.7km/h。整个循环以40km/h车速热车
23、15分钟后开始，连续运行6个相同的循环。排放结果以最后5个循环的试验结果进行计算，总里程3.32km，时长675秒。1976 年之后，新生产的车型采用11工况法，并且从冷启动开始，循环重复4次，对全过程进行采样，即冷启动排放测试。1991年开始，新车采用10-15工况试验法，10-15工况是在10工况循环基础之上增加了一个最高车速为70km/h的15工况循环演变而来的。10-15工况循环包含了三个10工况循环以及一个15工况循环。在进行排放及燃料经济性试验时，首先以60km/h车速热车15分钟后开始，随后进行怠速试验、5分钟60km/h车速热车及一个15工况循环，然后运行10-15工况循环，并
24、以其排放和燃料经济性测量结果作为试验结果。整个10-15工况循环全长4.16km，时长660秒，最大车速70km/h，平均车速22.7km/h。日本10-15工况也属于模态工况，与欧洲的NEDC工况相似。由于日本认证工况、欧洲认证工况和美国认证工况之间具有良好的相关性，因此日本很长一段时间内都在使用自己的工况。10-15工况曲线如图6-16所示。图 6-1510工况图 6-16 10-15工况2）JC08测试循环在后来的使用过程中，日本发现10-15这种模态工况无法很好地反映出车辆的实际排放和油耗。2005 年，日本基于车辆在东京、大阪和名古屋等地区的实际驾驶特征开发并发布了JC08工况，该工况为瞬态工况，主要模拟了城市中拥堵的交通状况，包括了城区、中心城区以及高速道路三部分。JC08工况循环全长8.171km，时长1204秒，最大车速81.6km/h，平均车速24.4km/h，循环曲线如图6-17所示。从2008年起到2011年10月，JC08循环将逐步在日本法规中实施。在过渡期内，通过调整不同循环的权重系数实现：2008年10月起：冷启动JC08循环占25%，热启动10-15循环占75%；2011年10月起：冷启动JC08循环占25%，热启动JC08循环占75%。在试验时，JC08循环分别以冷启动和
