Запас хода электромобиля. что такое оценочные ездовые циклы nedc, js08, epa и wltp

Что такое американский стандарт EPA?

В сравнении с предыдущим стандартом, американский цикл EPA (Environmental Protection Agency) более строгий к испытаниям. Свое название стандарт взял от организации, которая его создала, более точное название FTP-75 (Federal Test Procedure 75). Первые разработки стандарта начаты еще в 1978 году, но самая актуальная доработка в направлении электромобилей была представлена в 2008 году.

Основной ценностью американского стандарта EPA считается многогранность и обширность. Общее время тестирования электромобиля длится на протяжении 31 минуты на дистанции 17,8 км. На протяжении этого периода электромобиль делает 22 полные остановки с последующим нагрузочным разгоном. При этом время простоя составляет не больше 20% от всего времени измерительного цикла, что в разы меньше, нежели в европейском цикле NEDC.

Средняя скорость испытания электромобиля по стандарту EPA – 35 км/час, а вот максимальная не больше 91,2 км/час. Отдельно предусмотрен цикл испытаний за городом, где предполагаются переменные скоростные режимы, а средняя скорость не превышает 78 км/час. Помимо стандартных вариантов EPA испытания электромобиля, предусматриваются отдельные измерения. Например, так званный US06, резкий разгон электромобиля со светофора, в условиях жесткого городского потока. Второй вариант SC03 предусматривает полную нагрузку электроники (имеется ввиду включенная оптика, кондиционер, аудиосистема, всевозможные подогревы) и испытания в холодных погодных условиях.

Можно сказать, это главные достоинства, за которые американский цикл EPA уважают производители автомобилей, которые хотят показать настоящие возможности. Реалистично заключается в быстром передвижении, частый старт/стоп, как в городском цикле, динамика разгона и конечно же полная нагрузка на электронику электромобиля, в том числе и кондиционер. Такие необычные циклы и показывают такую большую разницу между европейским стандартом NEDC и американским EPA. Но если придерживаться экономной езды, и прочим правилам, то запас хода электромобиля существенно возрастает.

Евро нормы выбросов вредных веществ для автомобилей

Евро-3, Евро-4, Евро-5 — у каждого автолюбителя на слуху эти слова. А что они обозначают, и откуда взялись? В далеком уже 1992 году страны Евросоюза ввели на своей территории норму Евро-1, которая устанавливала предельно допустимое содержание токсичных веществ в выхлопных газах автомобилей. В течение каждых последующих 4-5 лет Евросоюз ужесточал эти нормы.

Выбросы загрязняющих веществ регулируются отдельно для легковых и легких коммерческих автомобилей, для грузовых автомобилей и автобусов.

Ограничения касаются содержания окиси углерода, оксидов азота, углеводородов и твердых частиц (сажи). Дизели для грузовых автомобилей с 2000 года (Евро-3) дополнительно проходят тест на дымность.

Ужесточение норм Евро-5 и Евро-6 в основном касаются дизельных автомобилей, существенно ограничивая содержание выбросов твердых частиц (сажи) и оксидов азота.

Анализ ОГ по методу CVS

Выбросы вредных веществ автомобилями определяются на беговых барабанах. Пока автомобиль «движется» на барабанах в соответствии с определенными циклами движения (цикл NEDC), откалиброванные измерительные системы определяют концентрацию отдельных компонентов выхлопа. Конечно, в ходе измерений возможны ошибки. Чтобы исключить их, выполняется несколько измерений или серий измерений, из результатов которых затем выводится среднее значение. Свести возможные ошибки к минимуму можно и путем использования различных измерительных приборов и испытательных стендов.

Метод CV5 начали использовать в 1972 году в США для анализа токсичности ОГ на легковых автомобилях и легких грузовиках с дизельными двигателями. Технология CVS состоит в следующем: после взятия проб в объем ОГ добавляется эквивалентное объему пробы количество чистого воздуха, при этом суммарный объем ОГ и добавленного воздуха поддерживается постоянным.

Преимущества этого метода состоят в следующем:

• учет реального индивидуального объема выхлопных газов;
• реальное определение параметров движения в каждый момент времени (разгон, торможение);
• предотвращение конденсации водяного пара;
• уменьшение потерь окислов азота;
• предотвращение взаимных реакций компонентов выхлопа (особенно СН).

Испытательные циклы для Европейских грузовых автомобилей

Для автомобилей с разрешенной полной массой более 3,5 т и количеством мест более 9 с вводом в действие норм Евро-3 (в октябре 2000 года) был введен 13-ступенчатый цикл испытаний, европейский цикл испытаний в установившихся режимах (ESC, Рис. «13-режимные испытания по нормам EЭC с европейским циклом на установившихся режимах ESC» ). Цикл испытаний предписывает выполнение измерений в 13 установившихся режимах, определяемых по кривой полной на­грузки двигателя. Выбросы, измеренные в каждой рабочей точке, взвешиваются в соответствии с определенными весовыми коэффициентами. Это также относится к выходной мощности двигателя. Результаты испытаний определяются для каж­дого токсичного вещества путем деления суммы взвешенного количества выбросов на сумму взве­шенных значений выходной мощности.

Во время сертификации могут быть выпол­нены три дополнительных цикла контроля со­держания NO_x. Количество выбросов NO_x не должно значительно отличаться от уровней, измеренных в соседних рабочих точках. До­полнительные испытания имеют целью пре­дотвращение появления модификаций дви­гателя специально для проведения испытаний.

Так же как нормы Евро-3, цикл ЕТС (евро­пейский переходной цикл, рис. «Цикл испытаний на переходных режимах ЕТС для Европы» ) был введен для определения количества газообразных выбросов и твердых частиц, а цикл испытаний ELR (европейский цикл испытаний последо­вательных ступеней нагрузки при постоянной частоте вращения) — для измерения дымности выхлопа. В соответствии с нормами Евро-3 цикл ЕТС применим только к грузовым автомобилям с оборудованием для очистки отработавших газов (сажевые фильтры, каталитические нейтрализаторы DeNO_x); с вводом в действие норм Евро-4 (октябрь 2005 года) этот цикл стал обязательным для всех автомобилей.

Цикл испытаний разработан, исходя из реальных условий движения, и включает три раздела: городской цикл, загородный цикл и цикл движения по скоростной автомагистрали. Продолжительность испытаний составляет 30 мин., а периоды времени, в течение которых должны поддерживаться заданные значения частоты вращения коленчатого вала и крутя­щего момента, указаны в сек. С введением в 2013 году норм Евро-6 должны быть введены в действие всемирные согласованные испыта­тельные циклы двигателей.

Предписанные предельно допустимые зна­чения должны быть в равной степени соблю­дены по результатам циклов WHSC (Всемирный согласованный стационарный цикл) и WHTC (Всемирный согласованный цикл). Новой осо­бенностью является зона WNTE (Всемирная со­гласованная зона «не превышения»), которая до этого была принята только в США. Испытания NTE выполняются в любом режиме движения в пределах указанного диапазона частоты вра­щения коленчатого вала/крутящего момента; при этом допускается превышение предельно допустимого количества выбросов приблизи­тельно на 25%. По сравнению с использую­щимися в настоящее время в Европе циклами испытаний согласованные испытания двига­теля предусматривают более низкие нагрузки двигателя (меньшее количество рабочих точек при полной нагрузке, а во время испытаний в переходных режимах — большее количество фаз с высокими оборотами двигателя). Соот­ветствующее снижение температуры отработав­ших газов представляет проблему для активных систем очистки отработавших газов, требующих регулярной регенерации.

Все европейские испытательные циклы на­чинаются при горячем двигателе.

Выбросы реального привода

АВЛ ПЕМС — крепится на легковой автомобиль

Наряду с лабораторной процедурой ЕЭК ООН ввела испытание в реальных условиях вождения на выбросы NOx и других твердых частиц , которые являются основной причиной загрязнения воздуха . Эта процедура называется испытанием на выбросы реальных накопителей (RDE) и проверяет, не превышаются ли законодательные ограничения на выбросы загрязняющих веществ при реальном использовании. RDE не заменяет лабораторный тест (единственный имеющий юридическую ценность), но дополняет его. Во время RDE автомобиль испытывается в различных условиях вождения и внешних условиях, включая разную высоту, температуру, дополнительную полезную нагрузку, движение под гору и под гору, медленные дороги, быстрые дороги и т. Д. Кроме того, попутный поток воздуха, который получает автомобиль, не кондиционируется. положением ветрового вентилятора, что может вызвать изменения в измеренных выбросах при лабораторных испытаниях.

Для измерения выбросов во время дорожных испытаний автомобили оснащаются портативной системой измерения выбросов (PEMS), которая отслеживает уровни загрязняющих веществ и CO ₂ в режиме реального времени. PEMS состоит из сложной контрольно-измерительной аппаратуры, которая включает: современные газоанализаторы, расходомеры выхлопных газов , интегрированную метеостанцию , систему глобального позиционирования (GPS), а также подключение к сети . Протокол не указывает одну PEMS в качестве эталона, но указывает набор параметров, которым должно удовлетворять его оборудование. Собранные данные анализируются, чтобы убедиться, что внешние условия, при которых принимаются меры, соответствуют допускам и гарантируют юридическую силу.

Пределы вредных выбросов такие же, как WLTP, умноженные на коэффициент соответствия. Факторы соответствия учитывают погрешность контрольно-измерительных приборов , которая не может гарантировать такой же уровень точности и повторяемости лабораторных испытаний, а также влияние самой системы PEMS на испытываемое транспортное средство. Например, во время проверки выбросов NOx используется коэффициент соответствия 1,5 (допуск на 50% выше нормы).

Прогнозирование цикла вождения

Это метод прогнозирования будущих ездовых циклов и моделей для различных типов транспортных средств. Эти циклы используются в качестве важных исходных данных при проектировании и оценке будущих систем силовой передачи и концепций транспортных средств. На сегодняшний день устаревшие ездовые циклы используются на этапе проектирования, и в связи с этим не учитываются изменения условий движения и инфраструктуры, произошедшие за последнее десятилетие. Следовательно, потребность в новых ездовых циклах, представляющих сегодняшний день или несколько следующих десятилетий, очень велика. Этот метод может прогнозировать будущий ездовой цикл путем интеграции доступных данных измерений, симуляторов дорожного движения с высокой точностью и моделей дорожного движения для тяжелых транспортных средств. Желательно, чтобы модели имитации дорожного движения генерировались автоматически и использовались для сбора прогнозируемых ездовых циклов.

Мониторинг в реальных условиях дорожного движения

Стандарт ЕС также требует проведения испыта­ний для подтверждения соответствия на бывших в эксплуатации автомобилях, как части цикла испытаний Типа I. Минимальное количество автомобилей испытуемой модели равно трем, в то время как максимальное количество варьи­руется в зависимости от процедуры испытаний.

Испытуемые автомобили должны отвечать следующим критериям:

• Пробег должен составлять от 15 000 до 80 000 км, а время эксплуатации автомо­биля — от 6 месяцев до 5 лет (для Евро-3);
• Регулярные технические осмотры произ­водились с интервалами, предписанными производителем;
• Автомобили не должны демонстрировать признаков ненадлежащей эксплуатации (например, вмешательств, капитального ремонта и т.д.).

Если количество вредных выбросов существенно превышает предельные значения, установленные стандартами, должна быть определена причина высокого содержания загрязняющих веществ. Если несколько, случайным образом отобранных автомобилей демонстрируют высокие значения содержания загрязняющих веществ по одной и той же причине, результаты испытаний призна­ются отрицательными. Если причины различны, регламент испытаний может быть расширен, при условии, что не будет превышено максимальное количество испытуемых автомобилей.

Если аттестационная организация опреде­лит, что данная модель автомобиля не отвечает критериям, производитель должен разработать программу действий по устранению дефекта. Про­грамма действий должна распространяться на все автомобили с одинаковым дефектом. При необхо­димости должна быть запущена программа отзыва.

Европейские циклы испытаний для легковых автомобилей

Цикл MNEDC для легковых автомобилей и малотоннажных грузовых автомобилей

Настройка режимов работы

Автомобиль выдерживается в течение, как минимум, 6 ч при температуре от 20 до 30°С. С 2002 года температура наружного воздуха при пуске двигателя для испытаний Типа VI снижена до -7°С (только для автомобилей с бензиновыми двигателями).

Сбор отработавших газов

Отработавшие газы собираются в мешки в те­чение двух фаз испытаний: городского цикла движения (UDC) с максимальной скоростью 50 км/ч и загородного цикла движения (EUDC) с максимальной скоростью 120 км/ч. Масса собранных в ходе испытаний токсич­ных веществ соотносится с пройденным рас­стоянием.

Цикл WLTP

В течение непродолжительного периода цикл MNEDC должен быть заменен более реалистич­ным циклом и соответствующей процедурой испытаний (WLTP, всемирный согласованный цикл испытаний для легких автомобилей). Среди прочих, в этом направлении на уровне ООН/ЕЭК работают ЕС, Китай, Индия, Япония, Корея и США.

Какова процедура WLTP?

Основная разница с разработанным еще в 80-х годах циклом NEDC основанного на лабораторных испытаний и теоретического профиля вождения, состоит в том, что единый стандарт WLTP разработан с использованием данных, собранных со всего мира и отражает повседневный профиль вождения.

Цикл WLTP работает в течение 30 минут и измеряемое расстояние составляет 23,25 км

Испытательный этап вождения WLTP подразумевает четыре различных скоростных оценки: от низкой до сверхвысокой. Каждая из них включает множество фаз вождения: остановка, резкая остановка, торможение, ускорение, резкое ускорение. Также, если сравнивать с NEDC цикл WLTP работает в течение более длительного периода времени: 30 минут по сравнению с 20 минутами. Измеряемое расстояние в цикле также значительно больше: 23,25 километра, по сравнению с 11 км для NEDC. Для расчета различий в экономии топлива и вредных выбросов применяются несколько новых математических моделей, гораздо более сложных и точных, чем для NEDC.

Диапазон замеры скоростей для города составляет 56,5 км/ч и 76,6 км/ч, для трассы это 97,4 км/ч и 131,3 км/ч

Выполнение испытаний

Общая настройка

Автомобиль устанавливается на стенд с бего­выми барабанами, ведущими колесами на 6арабан (рис. «Измерение состава отработавших газов на стенде с беговыми барабанами» ). Это означает, что силы, воздействующие на автомобиль, т.е. моменты инерции, сопротивление качению и аэродинамическое сопротивление должны моделироваться таким образом, чтобы количество выбросов, произ­водимых во время испытаний на стенде, было сравнимо с количеством, производимым во время дорожных испытаний. Для этого на старых стендах использовались асинхронные электродвигатели, двигатели постоянного тока или даже электродинамические замедлители, генерирующие зависимые от скорости нагрузки, воздействующие на ролики. На более современных машинах для воспроизведения этой инерции применяются электрические маховики. На более старых испытательных стендах для моделирова­ние массы автомобиля используются маховики различных размеров, присоединяемые к роли­кам при помощи быстродействующих соеди­нительных муфт. Охлаждение обеспечивается вентилятором, располагаемым на небольшом расстоянии от автомобиля.

Выхлопная труба автомобиля герметично соединяется с системой сбора отработавших га­зов — система разбавления газов описана ниже. Здесь собирается часть отработавших газов. По окончании испытаний выполняется анализ отработавших газов на предмет содержания токсичных веществ (углеводородов, оксидов азота и оксида углерода), а также диоксида углерода (для определения расхода топлива).

После ввода в действие норм контроля токсичности отработавших газов предельное содержание твердых частиц было первоначально установлено только для автомобилей с дизельными двигателями. В течение нескольких последних лет законодатели начали распространять эти ограничения также на автомобили с бензиновыми двигателями.

Для определения содержания твердых частиц используется так называемый «смесительный канал», в котором создается высокая внутренняя турбулентность потока (число Рейнольдса > 40 000). Для вычисления количества выбросов в виде твердых частиц в зависимости от нагрузки также используются фильтры.

Кроме того, в исследовательских целях часть отработавших газов может непрерывно собираться в соответствующих точках системы выпуска отработавших газов автомобиля или смесительного канала для анализа концентраций различных токсичных веществ.

Цикл испытаний повторяется водителем на автомобиле. Требуемая и фактическая скорости движения отображаются на мониторе.

В некоторых случаях, с целью улучшения по­вторяемости результатов вместо водителя используется автоматическая система управ­ления движением.

Наладка стенда для испытаний автомобилей с дизельными двигателями

Для определения количества выбросов, про­изводимых автомобилями с дизельными двигателями, необходимо выполнить опреде­ленную переналадку испытательного стенда и в определенной степени изменить технологию измерений. Вся система отбора проб, вклю­чая измеритель концентрации углеводородов, должна быть нагрета до 190 °С. Это необхо­димо для того, чтобы предотвратить конденса­цию углеводородов, которые имеют высокую точку кипения, или испарить углеводороды, которые уже сконденсировались на компонен­тах системы выпуска отработавших газов.