营运货车能效等级评定方法研究

'分类号：U4610710-2013222020专业硕士学位论文营运货车能效等级评定方法研究张志芳导师姓名职称李良敏副教授蔡凤田研究员专业学位类别申请学位级别硕士工程硕士交通运输工程及领域名称论文提交日期2015年5月6日论文答辩日期2015年6月4日学位授予单位长安大学 StudyonclassificationmethodofenergyefficiencyofcommercialtrucksinChina’sroadtransportADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhangZhifangSupervisor：Prof.LiLiangminProf.CaiFengtianChang’anUniversity,Xi’an,China 摘要当前，我国能源利用率低，能源供需紧张局面长期存在。随着经济社会的快速增长，货物运输需求日益盛旺，营运货车的能效水平与我国交通运输行业的节能工作有着密切联系。在前期工业产品能效标准与能效标识及营运货车燃油消耗量限值管理取得显著节油效果的基础上，对营运货车开展能效等级管理工作。本文以能效评价指标的相关数据为研究的基础数据，并为确保基础数据的准确性和可靠性进行验证试验，探讨了营运货车能效等级划分的合理性与必要性，并对能效等级的各个限值进行了确定。主要工作如下：基于对日本汽车基准能效指标、消费者的认知情况及营运货车燃油消耗量限值的评价指标等，确定营运货车的能效评定指标为综合燃油消耗量（L/100km），并从车辆技术方面和使用方面分析了能效的影响因素。考虑到现行货车分类标准并没有体现各类货车燃油消耗量的差异性，沿用JT719-2008《营运货车燃料消耗量限值及测量方法》中货车的细化分类，采用基于质量分类的方法，将营运汽车（单车）、自卸汽车和半挂汽车列车按2t为一个间隔进行分类。为确保基础数据的准确性和可靠性，根据《交通运输产品等级及评定方法通则》对交通运输部汽车运输节能技术服务中心车辆燃料消耗量公告平台上提供的能耗数据进行了检验。通过分析满足营运货车燃油消耗量第二阶段限值的2012-2014年公告车型能效分布及能效差异程度，并结合车辆技术水平如排量、轻量化技术、燃油消耗量的变化情况，进一步说明了对货车进行能效等级管理的合理性与必要性。最后根据《交通运输产品等级及评定方法通则》规定，将营运货车的能效分为准入、节能和先进三个等级，通过数理统计学方法分析现有营运货车能耗的分布情况，并基于MATLAB软件根据覆盖率（符合率）来测算各等级限值。关键词：营运货车，能效评价指标，验证试验，划分方法i AbstractAtpresent,Chineseenergyutilizationrateislowandenergysupplyanddemandtensionsexistforalongperiod.Withtherapidgrowthofeconomyandfreighttransportdemandincreasing,theenergyefficiencyofcommercialtrucksiscloselylinkedtotransportationindustry’senergy-savingwork.Theenergyefficiencystandardandenergylabelsystemandfuelconsumptionlimitforcommercialtruckshavebeenproventoeffectivelyimproveproductenergyefficiency.Basedonthis,wedecidetoclassifytheenergyefficiencyofcommercialvehicles.Thispaperhastakenrelevantdataofenergyefficiencyevaluationastheresearchobject,andtheprooftestisconductedtoensuretheaccuracyofbasicdata.Byanalyzingthelevelofenergyefficiencyandchangesofthestateoftechnology,wecanknowclassificationofenergyefficiencyofcommercialtrucksisnecessaryandrational.Themethodisproposedtoclassifytheenergyefficiencybycoincidencerate.Themainworkofthispaperisasfollows:BasedontheautomobilebenchmarkenergyefficiencyindexinJapan,consumers’cognitionandtheevaluationindexintheentrymanagementofroadfreightvehicle,thispaperchoosesthefuelconsumptionperhundredkilometersastheevaluationindex.Theaffectingfactorsofenergyefficiencyincludingvehicletechnologyandtheuseareintroduced.Currenttruckclassificationscan’treflectthefuelconsumptiondifferences.BasedonJT719-2008“measuringmethodsandfuelconsumptionlimitsofcommercialtruck”,allthetruckswereclassifiedintodifferentgroupsby2tasanintervalaccordingtothetotalmass.Toensuretheaccuracyandreliabilityoftheunderlyingdata,accordingto“generalevaluationmethodofenergyefficiencyintransportationindustry”,verificationtestofenergyconsumptiondatawhichisprovidedbythebulletinplatformoftheDepartmentofTransportationMotorTransportEnergyTechnologyCenterhasbeenconducted.Thispaperanalyzesthedistributionanddegreeofdifferenceofenergyefficiencyof2012--2014proclamationcommercialtrucks,whichmeetthesecondphaselimit.Technicalconditionofvehicles,suchaschangesindisplacement,lightweighttechnology,fuelconsumptionisalsointroduced.Classificationofiii energyefficiencyofcommercialtrucksisnecessaryandrational.Finally,theenergyefficiencyofcommercialtruckwasclassifiedintothreelevels(entry,energy-savingandadvanced)throughthreelimits(entry,energy-savingandadvanced)byreferenceto“generalevaluationmethodofenergyefficiencyintransportationindustry”.ThepaperfiguresoutallthethreelimitsbasedonthecoincidenceratebyMatlab.Keywords:Commercialtruck,Theevaluationindexofenergyefficiency,Verificationtest,Classificationmethodofenergyefficiencyiv 目录第一章绪论............................................................................................................................11.1研究背景.....................................................................................................................11.1.1研究背景..........................................................................................................11.1.2课题来源..........................................................................................................21.2国内外能效管理的发展现状...................................................................................31.2.1国外研究现状..................................................................................................31.2.2国内研究现状..................................................................................................41.3论文研究的意义.........................................................................................................61.4论文的主要内容.........................................................................................................7第二章营运货车能效评价指标及影响因素........................................................................92.1能效评价指标的确定.................................................................................................92.2影响因素...................................................................................................................102.2.1车辆技术方面................................................................................................112.2.2使用方面........................................................................................................142.3本章小结...................................................................................................................17第三章营运货车分类及基础数据验证..............................................................................183.1营运货车的分类.......................................................................................................183.1.1我国现行营运货车分类标准........................................................................183.1.2营运货车的细化分类....................................................................................203.2研究基础数据...........................................................................................................213.3油耗数据验证试验...................................................................................................243.3.1车辆核查与试验条件....................................................................................253.3.2等速油耗道路试验方法................................................................................263.3.3综合燃油消耗量的确定................................................................................273.3.4试验结果分析................................................................................................283.4本章小结...................................................................................................................31第四章营运货车能效水平及技术水平分析......................................................................334.1营运货车能效分布特性分析...................................................................................334.1.1营运普通货车能效分布特性分析................................................................334.1.2自卸汽车能效分布特性分析........................................................................344.1.3半挂汽车列车能效分布特性分析................................................................354.2营运货车技术水平分析...........................................................................................37v 4.3本章小结...................................................................................................................41第五章营运货车能效等级划分方法..................................................................................425.1等级评定方法...........................................................................................................425.1.1等级评定依据................................................................................................425.1.2等级限值确定方法........................................................................................435.2营运货车能效等级划分...........................................................................................435.3本章小结....................................................................................................................48总结与展望..............................................................................................................................50总结..................................................................................................................................50展望..................................................................................................................................51参考文献..................................................................................................................................52附录......................................................................................................................................55致谢......................................................................................................................................57vi 第一章绪论第一章绪论1.1研究背景1.1.1研究背景2014年《能源矿产环保行业市场研究报告》指出，我国产品消耗与国际先进水平差[1]距依然较大，能源利用效率为发达国家的90%。根据2011年美国能源情报署发表的《WordEnergyOutlook2011》预测：20年后我国的能源总消耗将为世界消耗总值的22.6%，居于世界各国首位。未来能源供应依旧是我国在相当长的一段时间内需要面对[2]的重大关键点。能源问题在我国经济可持续发展过程中有着举足轻重的作用，是一个迫切需要国家、社会、群众关注且切实行动的重大问题。2012年，工信部做了大量的调查研究后发现：我国每年生产的石油总量约有50%左右都被用以驱动汽车行驶，其中商用车和乘用车燃油消耗各占一半左右。以2012年市场上重型商用车辆与乘用车保有量所占的比重大约[3]为7:43来说，重型车辆必须受到足够重视。随着经济和社会的快速发展，货物运输的需求越来越庞大，载货汽车保有量近年来呈现逐年递增的趋势，截至到2013年底全国载货汽车约为2207万辆，其中载货汽车2016万辆，甩挂汽车191万辆。据推算，我国[4]汽车的燃油消耗中，商用车燃油消耗占比为68%。因此，在未来相当长的一段时间内，商用车辆燃油消耗管理将是我国汽车节能工作关注的热点。日本近期针对商用车推出了新的限值标准来约束各大车企所生产的汽车的燃油消耗量，先将车辆按照总质量分为不同级别，针对各个级别的汽车公司分别制定了燃油经[5]济性限值。美国CAFE标准中规定了2012-2016年车型中的轻型客货车和乘用车燃油消耗量，针对其他公路车辆的温室气体排放和燃油经济性，于2011年11月正式颁布了[6]《中重型发动机和车辆温室气体排放和燃油经济性》，并将于2014车型年开始执行。我国交通运输部于2008年发布了JT711-2008《营运客车燃料消耗量限值及测量方法》和JT719-2008《营运货车燃料消耗量限值及测量方法》，使得我国总质量3500kg以上车辆受到严格的油耗管理，约束燃油消耗量很高的车辆进入市场，并对营运车辆燃料消耗量规定了两个阶段的限值要求，各限值执行时间分别为2010年3月1日和2011年9月1日。我国营运车辆燃料消耗量限值标准采用了与日本相同的按质量或车长分组的单1 长安大学硕士学位论文车燃料消耗量评价体系。标准以综合燃油消耗量作为评价指标，将客车或货车分别按照车长或总质量分为若干个不同的车长区间或质量段，并且每个车长区间或质量段内都要[7]评估其燃油消耗量，制定对应的单车油耗限值。尽管各国汽车燃油消耗量限值标准不同，但通过汽车认证制度、生产一致性检查等措施有效推动限值标准的实施，是推动节能工作在汽车工业中开展的重要手段，并取得了可观的节油效果。与此同时，大量实践证实了能效标准与标识制度不仅能够激励和促进产品能效的发展，不断推动节能技术的革新，而且成为用能产品高效化市场发展的需求。促进用能产[8]品市场规范化，对于环境和资源的破坏也会得到进一步的改善。由于国内外的能源形势愈发的严峻，以及经济生活水平提高所带来的能源需求的提高，更高效利用能源是人类的必然追求，深入推广能效标识制度可以显著缓解我国的资源危机和环境危机，进一[9]步为我国的经济可持续发展保驾护航。近几年，依据我国交通发展战略要求：绿色、循环、低碳，2009年10月底，国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会发布GBT24489-2009《用能产品能效指标编制通则》，适用于家用电器、电器照明器具、交通运输工具等重点用能产品，其[10]中交通运输工具包括轿车、客车、货车、摩托车、电车等。交通运输部对交通运输行业重点用能设备能效水平进行深入研究，制订了《交通运输产品能效等级及评定方法通则》，此能效管理标准适用于公路水路交通运输产品能效等级及评定方法标准的编制。营运货车作为交通运输行业重点用能设备，基于前期交通运输部开展的燃料消耗量限值准入管理工作，具备进行能效等级划分的数据基础。因此，本论文开展营运货车能效等级评定工作，以不断推动节能技术的应用，提高能源效率水平，促进行业的节能工作。1.1.2课题来源本文的研究依托于交通运输节能减排能力建设项目“营运车辆能效和二氧化碳排放强度等级及评定方法研究”，围绕着《燃油动力营运货车能效和二氧化碳排放强度等级及评定方法》、《天然气动力营运货车能效和二氧化碳排放强度等级及评定方法》、《燃油动力营运客车能效和二氧化碳排放强度等级及评定方法》、《天然气动力营运客车能效和二氧化碳排放强度等级及评定方法》四项标准草案进行编制工作。本文主要针对燃油动力营运货车能效等级及评定方法展开研究，制订等效评定方法，确定各个能效等级限值。2 第一章绪论1.2国内外能效管理的发展现状能源效率的意义是：在一定的条件下，能源服务不变的前提下，减少其能源投入。能效标准主要是用来规范用能产品能效（能耗）指标及要求，一般包括三个方面，即能效限定值、节能评价值以及目标能效限定值等。能效限定值是用来界定市场上各类用能产品有无资格上市的一个限值，需要在标准的实验室测定其详细信息。节能评价值是在标准测试条件下，节能产品应达到的最低能效指标。在能效标准颁布2～5年后正式实施的能效限定值，也称为超前能效指标。世界各个地区降低能耗的最有效的手段就是针对耗能商品制订能效标准，能效标准及其配套的能效标识广泛而深刻的应用就是要能够鼓励企业发展高能效产品，使得市场上一些高能耗的产品得以淘汰，最终达到节约能源[11]的目标。1.2.1国外研究现状1992年9月欧盟委员会颁布了欧盟同一能效标识法规《能源效率标识导则》，强制各个成员国的家电企业（电冰箱、空调、洗衣机等8大类）在标准试验机构测试其商品的能源效率等级、年耗能量等信息，并且其商品上强制张贴体现上述信息的能效标识。为了更进一步加强对企业的管理监督以及以确保标识信息的准确性，EuropeanUnion于1997年10月实施了新的制度，即制造商之间互相监督机制，每个成员国对标识的监督检查机制和处罚形式不同。欧盟实施标识制度，在能源利用率方面取得了显着成效。据统计发现，1992年至2000年，欧洲范围内的家用冰箱累积能源消耗量减少16%，预测[12]估计到2020年减少至21%。在汽车工业节能方面，德国亦走在世界前列，率先规定只有符合在燃油消耗量标准以内的新车才能够张贴节油标识并上市销售。鼓励汽车发动机改造，柴油发动机比汽油发动机能耗低35%，将汽油发动机改造为柴油发动机，取得了较为明显的节能效果；鼓励推广生物燃料的使用以减少能耗，提高能效并减少二氧化[13]碳排放量；对不同的汽车采用不同的税收政策，以提高汽车行业节能工作的效果。1978年美国颁布国家节能政策法案，强制性能效标识被广泛应用在洗衣机、荧光灯、水龙头等家用商品。其后，为了更好地减少能源消耗，降低温室气体排放，引导群众选择能源效率，于1992年开始实施自愿性能效标识制度，即能源之星计划。能源之星标识广泛运用在家用电器、办公设备、照明、家用电子及工业建筑等方面，并且对群众的3 长安大学硕士学位论文消费习惯有所改变，群众及生产厂家对能效有了概念性认识，促进市场能效水平的提高，[14]使得国家和社会的资源压力和环境压力有了很大的改善。2004年，美国在卡车协会和货运行业的帮助下，由环保局牵头，通过与运输行业之间的公私合营，开始实施了绿色货运计划（SmartWay），以达到节能减排的目的。该计划对工作方法、技术项目、融资项目、扩展和教育培训、国际运动等作了规定。其中SmartWay认证技术包括改进空气动力学技术（导流板、侧裙等）、提高发动机效率、降低滚动阻力、提高动力传动系[15]统的效率和减少负载（如改换铝制轮毂）等5个方面的内容。2011年11月美国环保署（EPA）和运输部国家公路交通安全管理局（DOT/NHTSA）联合颁布了《中重型发动机和车辆温室气体排放和燃油经济性》，这是美国首个重型商用车辆燃油经济性以及温室气体排放标准，在重型市场的复杂性以及技术、管理等控制燃油经济性的可行性方面都有着较为深刻的认识。DOT/NHTSA预计当该标准正常实施后，重型汽车将会节[6]约油耗7%～20%左右。1992年日本在《节约能源法》中严格制定了能源消耗标准，并于1999年增加了一项很重要的节能管理措施，开始实施强制性能效标识制度（即领跑者制度“Top-Runner”），所针对的产品达20多种，包括货运车辆、家电、办公电器等用能设备，方便购买者对[16]商品能效进行比较。其中在制定车辆燃油消耗量标准时，先将汽车按总质量分成不同级别，再确定各级别内的相应汽车公司单车最低燃油消耗量。据相关调查显示，“领跑者计划”使得商品的能源转换的效率有了一个很大的提高，在2000-2001年期间，日本电冰箱能效、复印机、汽车燃油消耗量的能效水平分别提高17%、3%和8.5%。“领跑者计划”不断刺激日本企业节能技术的发展，促使市场商品的技术指标加速上升，使的商[17]品价值中的技术创新含量不断提高，最终使得节能效果超出预期。1.2.2国内研究现状2005年我国开始发布能效标识的相关政策，国家发改委、国家质检总局联合颁布实施《能源效率标识管理办法》。该标准规定《目录》中的产品必须贴有能源效率标识，标识中的能效等级需在认可的测试实验室或检测机构进行测试。截止到2011年，参照《中华人民共和国实行能源效率标识的产品目录》共通过七批，这项准则由国家发展改革委、国家质检总局和国家认监委组织制定的。2006年国务院发布的《关于加强节能工作的决定》（国发[2006]28号）提出“加强实施强制性能效标识制度，扩大能效标识在4 第一章绪论[18]家用电器、电动车、汽车和建筑上的应用”。数据显示，能效实施三年以来，我国房间空调平均能效提高了6.4%，家用电器平均能效提高了4.98%，取得了显著的节能成效。2008年4月1日实施的新的《节能法》第18、19条明确了我国能效标识制度的实施、管理及法律责任使得标识的规格、粘贴方式以及使用范围更具适用性和可操作性。鉴于当前能源资源的匮乏，人口增多的压力，我国对于小型家电的管控也日益严格，2010年出台了相关法规对电火锅，电热水器，电磁灶等小型家电产品实行强制性粘贴能效标识。但我国的能效标准与日本、美国、欧盟相比，仍然存在很多不足，主要是由于我国[19]的能效标识制度起步晚，理论落后，标准也不够系统，没有长久的规划等。因而，我国标准化研究院需要不断学习国际先进标准，以不断推进和完善我国的能效标准的制定和实施。在交通运输节约能源和减低能耗方面，交通部根据1985年国务院实施的《节能法管理暂行条例》，并结合我国交通行业的实际情况，于1995年颁布《交通行业节能管理实施条例》。该条例对我国交通行业的节能工作起到了一定的监督管理作用，并且初步建立了一些基本的技术服务体系；但是由于当时的局限性，并没有对交通行业管理做出实质性的突破，没能真正体现交通行业节能的特点。1986年交通部制订了《交通行业贯彻节约能耗法实施细则》，加强了交通行业在能源能耗方面的管理，对管理体系、基础工作、节能技术政策等划定了详细的实施细则。交通部后又制订《交通行业能源利用监测管理暂行规定》、《汽车、船舶节能产品公布规则》等一系列有关交通行业节能的规范及法规，鼓励和推广节能技术和产品，在汽车和船舶行业推出了大量的节能新产品、新技术，均取得了一定的成效。近年来，交通行业的节能规范和标准的实施为我国的节能工作贡献颇多，成绩斐然；而且随着法规不断完善其涉及面已越来越广，交通行业管理机构的建设也更加得完善，企业职责也更加明确，节能意识、节能技术、节能产品在交[20]通行业的传播也更加宽泛。此外，对交通能源利用监测管理系统的形成、交通工程建设项目合理用能管理的规范和优化运输结构都有很大影响，而且大力支持公共交通。2009年10月30日国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会发布GBT24489-2009《用能产品能效指标编制通则》，并与2010年5月1日实施。此标准依据不同的技术特点和物理特性将各用能产品的能效等级作了分级。一般要分为为3级或5级，1级表示产品的能源利用率最高，2级为节能评价值，3级或5级表示能效限定值。用能5 长安大学硕士学位论文产品想要进行销售就得使其在能效限定值范围以内。国家根据节能政策的需求、各个种类用能产品的现状以及未来发展状况来制定能效限定值。一般要限制当前高能耗产品的销售，使得10%～20%的高能耗产品逐渐被淘汰。为了更好地进行节能产品认证和评价，节能评价值要经过严格的取值确定，其取值方法主要是两种：（1）考察各类用能产品的技术特点及当前能源利用效率状况，以当前国内市场10%～25%的高能效产品为取值原则；（2）通过计算产品的全寿命周期成本，确定其技术所能达到的经济最佳点，然后进[15]行取值。交通运输部在参照《用能产品能效指标编制通则》的基础上，提交了交通运输行业标准《交通运输产品能效等级及评定方法》，标准的核心内容为能效等级的确定。适用于公路水路交通运输产品能效等级及评定方法标准的编制。交通运输用能产品能效等级表示交通运输用能产品能源使用效率水平高低的分级。交通运输重点耗能产品能效等级分为三级（1级、2级、3级）。其中1级最高，3级最低。规定交通运输产品能效等级评定的测试条件，包括环境、温度、湿度等条件要求。此标准并对交通运输产品能效等级评定的测试仪器，包括仪器名称、型号和对仪器功能要求等进行了说明。1.3论文研究的意义能效标识制度被越来越多的国家所采用，究其原因主要在于在能源的日益匮乏和目前的市场经济条件下，能效标识制度是节约能源、提高能效的一项有效措施。它不仅能够主导群众节约利用能源，提高企业产品能源利用效率，而且对用能产品市场起到一定的规范作用。一方面提高了一些高耗能设备的能源利用水平，减缓了对能源需求持续快速增长的趋势，另一方面也减少了污染物排放量，从而取得了较好的经济和社会效益。在交通运输行业，也应加大能效管理制度，借鉴工业产品及前期交通产品的能效等级划[21]分方法，提高交通运输行业的节能工作。目前，我国的重型商用车产品油耗状况并不乐观，工信部于2011年对我国的数百家重型商用车做了调查，结合同时期的国外水平，不难发觉与世界先进水平还是有较大的差距：我国的同种重型汽车要比世界发达国家消耗用油高出大约五分之一。不仅如此，我国的企业在一些与燃油利用率密切相关的车辆技术方面与日、欧、美等国家依然存在较大差距，譬如：发动机燃烧技术、电控技术、整车轻量化技术、高压燃油供给系统、6 第一章绪论[3]多档位变速箱等。营运货车能效等级划分就是借鉴这些成熟能效标识制度的作用从而引导行业生产、选择和使用高效节能型运输车辆，促进行业的节能减排。结合现有营运货车的能效现状，通过对现有营运货车能耗水平的统计分析，研究制定能效等级及评定方法，引导市场充分发展高能效车辆，从而促进我国汽车行业的节能工作。针对营运货车开展能效管理的重要性主要从两个方面阐述：一是从产品生产环节来看，货车能效准入限值是对其制造企业提出的最低要求，车辆制造企业会不断提高产品节能技术研发的投入，使其产品的能效性能符合车辆能效管理准入限值，同时激发了制造企业之间的产品节能技术竞争。车辆能效管理确定的能效限值随着消费市场上产品的整体性能的提高逐步提高，会进一步推动了车辆制造企业减少或取消较低能效水平产品的生产，积极地开发新的、具有高能效的产品，对我国货物运输能效水平的不断改善有很大帮助。二是从消费者角度来看，不仅加深了消费者对单个用能产品能效等级的理解，形成购买和使用高能效产品的偏好，而且还逐渐提高了消费者的节能意识。消费者对其高能效货车产品的需求直接推动了汽车制造厂商及时调整产品的设计、开发、生产和销售计划，减少或取消较低能效水平产品的生产，积极地开发新的、具有高能效水平的产品，促进货车市场的整体进步，不断推动节能技术的应用，提高能源效率水平。因此，开展营运货车能效等级评定的研究是很有必要的。1.4论文的主要内容第1章结合商用车燃料消耗量管理现状、介绍了国内外能效管理政策及研究，通过分析能效标识制度在节能减排中起到的作用，指出对营运货车能效进行等级评定，对实现交通行业的节能工作具有极其重要的实际意义。第2章确定营运货车的能效评定指标，并从车辆技术方面和使用方面对能效的影响因素作了详细介绍。第3章对营运货车进行分类，说明了营运货车能效等级划分基础数据的来源，并对企业提供的数据根据《交通运输产品等级及评定方法通则》中有关统计数据的规定进行验证检验，以确保基础数据的准确性和可靠性。第4章分析满足燃油消耗量第二阶段限值的2012—2014年公告车型能效分布及能效差异情况，其次对2010—2014年公告车型的关键技术参数的变化情况进行对比分析，7 长安大学硕士学位论文掌握我国营运货车能效总体水平、分布情况及车辆技术水平。第5章能效等级划分方法，根据《交通运输产品等级及评定方法通则》规定，交通运输重点耗能产品能效等级分为三级（1级、2级、3级），其中1级最高，3级最低。将营运货车的能效分为准入、节能和先进三个等级，限值的确定方法采用领跑者方法，通过对现有营运货车的能耗的分布情况，根据覆盖率（符合率）来测算各阶段限值。8 第二章营运货车能效评价指标及影响因素第二章营运货车能效评价指标及影响因素能源效率（能耗）指标是以用能产品的能源效率或能源消耗量等表示的能源利用效[22]率性能参数，也称能效指标。通过分析能效指标的影响因素，来反映影响货车能效水平的因素。2.1能效评价指标的确定营运货车作为重点的用能产品，在进行研究能效等级划分前需要确定能效指标。根据定义可知，评价货车能效的指标要能够反映货车的能源效率或能源消耗量。基准能效就是在一定的现实边界条件下，利用处于正常状态下的监测设备，测出一定时间段内的该产品能源消耗和能源效率水平做出评估。1999年3月31日日本颁布了《货用车性能提高的判断基准》，根据车辆重量类别给出各个基准能效值。下表2.1是车辆总重量3.5t以上卡车的基准能效，从表中可以看出卡车的基准能效评价指标采用的是[23]每升燃油行驶的里程数（km/L）。该指标是表征汽车燃油经济性的一种。表2.1日本卡车的基准能效车辆总质量m总（t）最大载货mz（t）基准能效（km/L）mz≤1.510.831.5＜mz≤2.010.353.5＜m总≤7.52.0＜mz≤3.09.51mz＞3.08.127.5＜m总≤8.0——7.248.0＜m总≤10.0——6.5210.0＜m总≤12.0——6.0012.0＜m总≤14.0——5.6914.0＜m总≤16.0——4.9716.0＜m总≤20.0——4.15m总＞20.0——4.04据J.D.PowerandAssociates第12期基于对2013年4月和5月之间注册购买新汽车9 长安大学硕士学位论文或卡车的3万车主的调查，得出了影响消费者购车最为关键的因素是其燃油经济性。虽然自2014年以来油价已持续几个月下跌，但是燃油经济性依然成为消费者购车考虑的[24]首要因素，并且已是连续四年成为最关键的影响因素。营运货车能效等级评定的目的是引导行业生产、选择和使用高效节能型运输车辆，促进行业的节能工作，也就是说能效等级的评定就是为了降低营运货车能源消耗量，改善货车能源利用率。通过分析能效指标概念、日本基准能效的评价指标及影响消费者购车的关键因素，可以看出能效与车辆燃料经济性有着密切关系。在我国评价货车燃油经济性的指标常采用单位行程的燃料消耗量，即L/100km，或单位运输工作的燃料消耗量，即L/t·km作为评价指标。其中计算货车吨公里油耗时，首先要计算该货车在一定期间内出车次数及在这段时期内的总载质量，这两个参数的获取比较困难，可靠性及准确性也较差。因而[25]评价燃油经济性指标的单位采用L/100km。本文对营运货车能效的分析是基于前期营运货车燃油消耗量管理积累的能耗数据进行的，燃油消耗量限值的评价指标为综合燃油消耗量。因此考虑到消费者对燃油经济性的认知程度及我国营运货车燃油消耗量的管理工作，最终确定营运货车能效的评价指标为综合燃料消耗量（L/100km）。2.2影响因素能效的评价指标为综合燃油消耗量，营运货车能效水平的影响因素可以通过分析影[25]响燃油消耗的因素来反映。汽车行驶的百公里燃油消耗量计算公式：2gCAVdVeDaaQGfcosGsinm36000T21.15dt（2.1）其中：T—传动效率；－燃料密度；ge－发动机有效油耗率，g/（kWh）；m—货车质量，kg；G—作用于汽车上的重力，G=mg;10 第二章营运货车能效评价指标及影响因素f—滚动阻力系数；α—路面坡度，°；Va—车速，km/h；CD—空气阻力系数；2A—汽车迎面面积，m；—汽车旋转质量换算系数；dVa2dt—行驶加速度，ms。由公式（2.1）可以看出燃油消耗量受发动机有效功率、行驶车速、货车质量等具体因素影响，但是在实际的运行过程中，燃油消耗量不仅受到车辆性能结构、设计制造水平和工艺水平等的影响，还与档位选择、运行条件及使用因素有关。总的来说，有两个[26]方面的因素影响营运货车能效水平，即车辆技术和使用方面。2.2.1车辆技术方面1.发动机发动机对货运车辆能效有着关键性的作用。发动机燃烧室的形状、压缩比、排量、进气系统、配气相位等结构参数都决定着货车的燃料消耗量，因此发动机的技术水平决定着车辆能源利用效率。2013年影响货运车辆燃油经济性一文中指出，在目前的柴油机燃烧技术条件下，柴油发动机燃料的能量分配如下图2.1所示。热辐射损失26%，废气排出损失24%，只有50%的燃料化学能转化为发动机的动力。而在50%的发动机动力中，在换气的过程中损失大约4%的能量，并且需要额外的1.5%的能量克服发动机内部摩擦阻力，再加上有2.5%的能量被发动机的附加零件（冷却风扇、发电机等）所消耗掉，[27]最后只有42%真正用来驱动车辆。要减少燃油消耗，关键就在于改善发动机结构性能，将其能源的转化效率最大化。11 长安大学硕士学位论文图2.1发动机燃料能量分配图目前，改善发动机的结构及性能常选用的技术有：（1）采用可变气门技术（VVT:VariableValveTiming），就是在不同的转速下通过凸轮轴的相位角来改变进排气门的关闭时间，燃烧质量得到改善，这样就能使得发动机在低速运行的状态下扭矩增加，而在[28]较高转速时其最大功率上升。（2）采用废气涡轮增压技术，是增加进气量的一种。是利用废气的能量将进气压缩并随之进入气缸，用以提高充气密度，随着进气量的增加，[29]提供的燃油量增加，提高了发动机的输出功率。（3）一般来说，相同排量的发动机缸数的不同，燃料燃烧质量不同。例如六缸发动机会比四缸发动机更省油一些，因为六缸发动机燃烧更充分。（4）通过对电喷标定细化可以优化电喷匹配方面，从而缩短预热时间、控制怠速油耗、降低倒拖断油转速，从而改善发动机能效。（5）减少发动机机械摩擦损失，采取减磨设计理念能够提高发动机燃烧效率，如曲轴偏心、低张力活塞环、轻量涂层活塞、低弹力弹簧等。降低进气阻力、惯性增压作用，减轻活塞反复运动间摩擦。（6）对回油结构、循环水泵叶轮型面、机油泵泵轮，改善发动机润滑、冷却系统，同时采用铝合金缸体、塑料进气歧管等轻质材料的零部件，尽可能减轻发动机本体的重量[30]。2.传动系传动系统的匹配与否影响着整车的起步平稳、动力性、经济性等一系列汽车性能。传动系效率的提高会使得传动过程中能量的损失减少。合理的传动速比就是在全面考虑到汽车的动力性的同时，使得汽车各档位的常用工况尽可能在发动机的经济油耗区域内工作，以降低燃油消耗量，从而改善车辆能效水平。一般通过设置变速器的档位数数量来实现，档位增多后，使得车辆可以有更加适合路况而又符合燃油经济性的选择，有利于车辆的能源利用效率的提高。优化传动系速比，要根据车辆行驶时的路况和交通环境12 第二章营运货车能效评价指标及影响因素[31]来确定合适的行驶速度，例如需要长期在高速公路行驶时，可以适当提高其经济车速。传动系统中各档速比确定后，还有一种因素影响燃油消耗量，那就是传动系统机械效率。传动系统的机械效率主要有三个方面：变速器机械效率、传动轴机械效率、差速器机械效率。而提高传动效率的方法主要是保证汽车传动系的润滑，最大限度的减小其各个运动部件之间的摩擦。3.货车尺寸与质量由式2.1得出货车总质量是影响车辆燃油消耗量水平的重要参数。在技术水平一定且维持一定速度行驶的条件下，货车所受的行驶阻力和该车的总质量有很大关系。如果车辆阻力增加的话，发动机所需要产生的动力，以及燃油的消耗都要相应的变大。有研究调查显示，整车整备质量每增加25%，燃油消耗量就相应地增加8%，而减轻10%时，燃油消耗量可节省8.5%。汽车每减少100kg，可节省燃油0.3~0.5L/100km，可减少CO2[32]排放8~11g/100km。所以，为了使得汽车的能量转化率提高，必须使得汽车的重量最大限度的下降，当然汽车构件的强度，以及其安全性能也要充分考虑，这就需要汽车[19]轻量化技术。充分考虑轻型材料的刚度，利用计算机对车身、动力总成进行轻量优化。目前常采用的新型材料有高强度镁/铝合金、镁基/铝基复合材料以及纤维强化材料等。充分考虑轻型材料的刚度，利用计算机对车身、动力总成进行轻量优化。此外，质量利用系数也是货车轻量化必须考虑的因素。其值越小，制造消耗的材料越大，运输中的燃料消耗和成本越高，应尽可能提高质量利用系数。据可靠数据显示，运送一吨货物，挂车要比一般货车省油约15-20%。4.货车外形与轮胎货车外形与空气阻力有直接关系，为了提高营运货车能效，需降低空气阻力，优化货车外形。对货车外形进行合理设计改造，能使空气阻力系数有所下降，从而有效降低[33]在高速行驶时所受到的空气阻力，进而降低油耗、提高能效水平。有相关数据显示：[25]如果车辆的空气阻力系数值从0.5下降至0.3，能够有效减少燃料消耗约为22%。此外，在整车造型评审通过前，充分考虑影响空气阻力的造型设计，并结合CFD分析计算控制风阻系数值。目前常采用底盘封装技术、优化后视镜造型、安装“空气动力学附加装置”等，使得货车在行驶中可以尽可能减少空气阻力的影响。有欧洲学者对货车驾驶室的延伸或者车顶的整流罩作了与燃油消耗之间关系的研究，发现采用其中任何一种13 长安大学硕士学位论文[27]技术都可以节约将近10%的燃油。如今，有效减小空气阻力的典型技术如图2.2表示。图2.2有效减少空气阻力的典型技术轮胎与地面之间存在滚动阻力，主要是和车辆的轮胎类型、轮胎胎压及轮胎精确定位有关系。轮胎类型（斜交轮胎和子午线轮胎）对于燃油消耗的重大影响可以从图2.3（不同轮胎类型对滚动阻力的影响）中显现出来。图中显示：在同一车速下，子午线轮胎受到的滚动阻力要比斜交轮胎的小。子午线轮胎是一种新型节能轮胎，有比一般轮胎较低的内部摩擦，有助于降低轮胎的运行温度和滚动阻力，使得轮胎磨损减少、耗油量降低，提高货车能源利用效率。美国通用公司研究过滚动阻力与燃油消耗量限值之间的关系，结果发现每减少1N滚动阻力，就会节约0.01L/100km的燃油。另外，合理的轮胎气压也可以显著降低滚动阻力，据相关文献表明：当实际胎压低于标准胎压约20%时，[34]滚动阻力会上升5-8个百分点。图2.3不同轮胎类型与滚动阻力的关系2.2.2使用方面1.车速货车的速度主要由发动机的转速和档位的选择所决定。一般情况下：高车速时配合14 第二章营运货车能效评价指标及影响因素的是高档位和小油门；低车速时则是低档位和大油门。通过大量文献可以得出，中速行驶燃油消耗量最低，低速行驶时燃油消耗量增高，高速行驶时燃油消耗量显着增高。因为当货车在低速运行状态下时，发动机的负荷率低，导致其发出的功率不能够被很好利用，也就是说行驶相同里程低速时燃油消耗量增加。在较高的车速下运行时，行驶阻力特别是空气阻力急剧升高，此时发动机必须要消耗更多的油燃料以产生额外的动力来克[35]服此种阻力的增多。2.档位选择在一定道路上，营运货车使用不同的档位行驶，百公里燃油消耗量是不同的，货车能效水平自然也不同。因为在相同的道路条件和车速下，发动机发出的功率是相同的，档位越低其后备功率越大，发动机功率利用程度越低，百公里燃油消耗量也就越大，而使用高档位时相反。因此，当负荷和道路条件允许时，尽可能采用高速行驶或用高速档小油门行驶，少用中间档。总的要求是用低速档起步，尽快换入高速档，不要长时间使[36]用低速档。3.货车运用水平货车运用水平包括车辆驾驶水平、车辆技术状况的保持水平、运输组织水平等，货车运用水平直接影响道路运输的能源利用效率。在相同的运行环境下，同一辆车由不同的驾驶员操作，汽车的燃油消耗水平也有极大的差距，约30%左右。究其原因关键在于驾驶技术，实践表明，经过节油驾驶操作技术培训的司机，一般能够节省燃油约2%～12%。同时，驾驶员在平时也要对燃油供给系和点火系经常进行维护、检测，使其可以有一个良好的运行状态；经常润滑底盘，保持正常胎压，以减小汽车行驶阻力，降低油耗，提高能源利用率。平时也要对发动机加以保养，选择与其性能参数匹配的优质润滑油，实时检查发动机的密封，并保障附件的润滑，以最大限度的减少摩擦能耗。当然，传动系与行驶系也要定期润滑，保证各部件[37]的运行状态良好。随着货车使用时间的增长，车辆技术状况不可避免地要变差，出现各种各样的故障，其油耗也将随之增加，表2.2为货车发动机技术故障对燃油消耗量的影响。此外，减速器、制动器、轴承出现故障，轮胎胎压不足等，都将使燃油消耗量增加很多，降低货车能效水平。适时对车辆进行维护、检测，对保持车辆技术状况、降低燃油消耗、提高能15 长安大学硕士学位论文源利用效率都起着非常关键的作用。表2.2发动机故障对燃油消耗量的影响发动机故障名称故障造成的油耗增加率（%）空气滤清器和进气管被堵4.5因气缸活塞组和气门密封不严、活塞环烧蚀、汽缸垫损坏造成4气缸漏气电极烧坏或间隙脏污8其中1个火花塞失灵15～25提高运输组织水平、提高货车实载率是降低运输燃料成本、减少营运货车百公里燃油消耗量的有效途径。据统计表明如果货车的实载率提高1%、3%和5%，那么可使燃[38]油消耗量分别降低3%、7.5%和15%。在欧洲国家的营运货车实载率高达70%～80%，而我国货运仅50%左右。要引导运输企业向规模化发展，提高现代物流系统，合理使用拖车运输，提高实际负载质量和里程利用率，减少道路交通的能源消耗。4.使用环境车辆使用环境包括道路条件、气候条件及交通环境。在不同的使用环境下，货车运行中所受到的阻力不同，需要克服阻力消耗的功率不同，从而影响货车能效水平。道路条件是指道路的几何条件和路面特性，如纵坡，路面平整度等。主要是由于不同道路之间的路面阻力系数不同，路面等级高，则路面条件好，需要克服的滚动阻力小，其所需的燃油消耗量也就少。有研究发现货车在好路面上，相对于较坏路面可以节油约[39]20～30％。气候条件与货车能效水平之间有着密切的联系，主要是风向、温度等的影响。对于行驶中车辆来说，风向对空气阻力有着很大的影响。逆风或侧风会使得空气相对于汽车的流动速度增加，进一步加大了车辆的空气阻力，导致车辆耗油加大。由于空气阻力在车速较快时会急剧增加，以及侧风会使得货车的空气动力学设计和部件的效果减弱。为了避免长时间风力较大所导致的燃油消耗过度，货车需要在这种情况下大幅度降低行驶速度。同理，顺风时，车前空气相对流速较小，产生的阻力较低，使得车辆的能源利用率高。此外，非涡轮增压的柴油机在高温条件下会导致发动机工作粗暴，甚至熄火，从而油耗上升。其主要原因主要有三个：（1）燃料蒸发加快，导致气阻，中断供油系统；16 第二章营运货车能效评价指标及影响因素（2）发动机冷却液温度升高，致使燃烧不稳定；（3）润滑油的粘度有所下降，进而导致润滑效果的降低，磨损耗能的升高。所以，在高温条件下应该加强对车辆的技术维护。天气寒冷时柴油的挥发性和润滑油的润滑效果较差等都会导致油耗增大。一般情况下，气温较高时燃油的消耗要低于低温情况，此外高原地区的气压低，空气稀薄，使得发动[19]机燃烧不充分，能效会大幅度下降。道路交通的拥挤将造成车辆频繁减速、加速、停车、起步。据统计分析，道路交通流密度不同，能源效率利用率会出现10%～12%的波动，这是因为在减速时一部分能量被发动机和制动装置白白耗能，使汽车实际燃油消耗量显著增加，同时道路交通拥挤使行驶车速远比经济车速小，严重影响货车能效水平。另外，减速、加速过程中速度变化[40]幅度越大，燃油消耗量增加值越大。我国货运车辆数量日益增长，通过对货车能效水平的影响因素的分析，可以看出我国营运货车的节能潜力很大，技术的不断创新与市场管理是改善货车能源利用率的行之有效的方法，不仅可以显著地提高企业和社会的能源利用效率，节省成本而且可以节省国家社会企业的石油资源，为国家发展创造更多空间。2.3本章小结本章首先对货车能效的评价指标进行了介绍，营运货车能效的研究是为了引导行业生产、选择和使用高效节能型运输车辆，促进行业的节能工作。结合能效指标概念及日本基准能效的评价指标，同时考虑消费者对燃油经济性的认知程度，确定综合燃油消耗量作为货车能效的评价指标。最后从车辆技术方面和使用方面对货车能效的影响因素作了阐述。17 长安大学硕士学位论文第三章营运货车分类及基础数据验证我国对营运货车的分类方法有国家标准、行业标准、统计报表等分类标准，考虑到各类货车燃油消耗量的差异性，要对货车分类进行细化。能耗数据作为能效等级评定研究的基础数据，首先要确保基础数据的准确性和可靠性，选择6辆货车依据《交通运输产品等级及评定方法通则》进行能耗数据的验证试验。3.1营运货车的分类3.1.1我国现行营运货车分类标准目前，营运货车分类的标准及文件主要有GB15089—2001《机动车辆及挂车分类》（表3.1）、GB/T3730.1—2001《汽车和挂车类型的术语和定义》（表3.2）、GA802—2008《机动车类型术语和定义表》（表3.3）及《交通运输综合统计报表制度》（表3.4），表中所示的是其标准和文件中的货车分类。还有GB/T3730.1—2001属于通用型标准，它对汽车的分类主要是基于车辆的外形和功能，对车辆的等级则没有特别的细分准则，适[41]用于整个汽车行业一般管理，包括统计、上牌照、政府管理和政府政策制定。表3.1GB15089—2001《机动车辆及挂车分类》规定的货车分类分类名称类型说明N类至少有四个车轮并且用于载客的机动车辆货车N1类最大设计总质量不超过3500kg的载货车辆N2类最大设计总质量超过3500kg，但不超过12000kg的载货车辆N3类最大设计总质量超过12000kg的载货车辆O类挂车（包括半挂车）O1类最大设计总质量不超过750kg的挂车挂车O2类最大设计总质量超过750kg，但不超过3500kg的挂车O3类最大设计总质量超过3500kg，但不超过10000kg的挂车O4类最大设计总质量超过10000kg18 第三章营运货车分类及基础数据验证表3.2GB/T3730.1—2001《汽车和挂车类型的术语和定义》规定的货车分类分类名称按用途分类的货车类型普通货车多用途货车全挂牵引车货车越野货车专用作业车专用货车表3.3GA802—2008《机动车类型术语和定义表》规定的货车分类货车类型车长L（mm）及总质量M（kg）重型M≥12000中型L≥6000或者4500≤M≤12000轻微L＜6000且M＜4500微型L≤3500且M≤1800表3.4《交通运输综合统计报表制度》规定的货车分类车辆种类车型分类核定载质量，t标记吨位8吨及以上的载货汽车、15吨及以上重型的公路牵引车载货汽车大型标记吨位4吨以上中型标记吨位2吨以上至4吨小型标记吨位2吨以下汽油车载货汽车柴油车上述营运货车车型分类，都没有考虑到各类货车燃油消耗量的差异性。本文营运货车的能效指标选用综合燃料消耗量表示，因此货车的分类方法应该能够反映影响燃料消耗量的主要特征，而且尽可能与已有分类保持一致，不要增加管理难度。19 长安大学硕士学位论文3.1.2营运货车的细化分类货车按照结构和功能可以分为普通货车、自卸汽车和半挂汽车列车。三种类型的货车在运行条件、用途上均有很大的区别，燃油消耗量也相差很大，因此进行单独统计。由公式（2.1）可知汽车行驶的燃油消耗量受发动机有效消耗率、汽车行驶速度、汽车总质量等的影响，汽车滚动阻力、坡度阻力及加速阻力的增加都会使得燃油消耗量升高，进而降低其能效水平。而上述三个阻力（滚动阻力、坡度阻力及加速阻力）又与车辆的总质量成正比关系。即汽车总质量的上升会导致行驶阻力上升，导致单位里程内油耗上升。从理论上讲基于整车总质量的分类方法能够反映汽车燃油消耗量的特征，具有明显的科学性。对于总质量变化较大的车辆，如货车可以沿用采用基于总质量分类的方法，但必须缩小质量段的间隔。在制定JT719-2008《营运货车燃料消耗量限值及测量方法》时，采用按2t为一个级差进行分类。本文货车能效等级评定的基础数据就是燃油消耗量管理工作积累的能耗[41]数据，所以为了研究的方便，沿用此标准中货车的细化分类。各类货车按总质量（T）进行等级划分结果见表3.5，其中总质量单位为kg。表3.5货车按总质量等级划分的结果类型编号营运普通货车营运自卸汽车营运半挂汽车列车13500