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一、前言

    美國環保署與國家公路交通安全管理局於2011年9月公告重型車輛溫室氣體及油耗管理標準(Greenhouse Gas Emissions and Fuel Efficiency Standards for Medium- and Heavy-Duty Engines and Vehicles),並自2014年起開始實施。此一階段的管理對象為重型引擎、曳引車(Class7~8, Tractors)、職業車輛(Class 2b~8, Vocational Vehicles)、重型貨車與箱型車(Class 2b~3, Heavy-duty Pickup Trucks and Vans)。2015年6月美國環保署與國家公路交通安全管理局預告第二階段的管理標準,除第一階段的管理對象外,增加納入重型拖車(Trailers)的相關規定,預計自2018年起陸續開始實施。

    美國同時管理重型車輛的引擎油耗和整車油耗,引擎依標準型態測試油耗,整車依車輛架構資料與零組件性能資料模擬計算求出油耗,以下將分別介紹模擬計算方法、測試方法與油耗標準。

 

 

二、美國重型車輛油耗模擬計算方法介紹

    美國重型車輛油耗模擬計算方法,可輸入車輛廠牌型式、車輛駕駛艙資料、車輛空氣阻力係數、輪胎滾動阻力係數、變速箱與傳動系統資料、引擎油耗資料,有無使用輕量化技術、惰轉熄火裝置及速度限制裝置等資料。

    第一階段標準使用的模擬計算軟體為GEM Simulation Model v2.0.1,如圖1所示,運算所需的車重資料、引擎油耗資料、變速箱與傳動系統資料、車輛附件系統等資料均為預設值,廠商僅可輸入車輛空氣阻力係數及輪胎滾動阻力係數等兩種測試數據,詳如表1所示。第二階段標準的模擬計算軟體為GEM_P2v1.1,運算所需的車輛架構資料可由廠商提供輸入值,並可輸入車輛空氣阻力係數、輪胎滾動阻力係數及引擎油耗等三種測試數據,詳如表1所示。重型車輛油耗模擬計算的行車型態為ARB Transient cycles(如圖2)、55 mph定速行駛及65 mph定速行駛,依各車種別之權重係數計算油耗值,如表2所示。

 

1 美國重型車輛油耗模擬計算軟體

 

1 美國重型車輛油耗模擬計算軟體使用資料表

主要運算參數

第一階段

第二階段

車重

預設值

預設值

輪胎滾動阻力係數

測試值(採用ISO 28580測試方法)

測試值(採用ISO 28580測試方法)

車輛空氣阻力係數

曳引車依測試值(建議採用實車滑行法,或定速扭矩、風洞、CFD等測試方法)查表,其他車種為預設值。

曳引車依測試值(建議採用實車滑行法,或定速扭矩、風洞、CFD等測試方法)查表,其他車種為預設值;或使用測試值

引擎油耗

預設值

可選擇使用預設值或測試值。

變速箱與傳動系統

預設值

可選擇使用預設值或採用廠商提供的輸入值。

車輛附件系統

預設值

預設值

選擇是否使用輕量化技術

審核可減小模擬計算車重之額度。

審核可減小模擬計算車重之額度。

選擇是否使用惰轉熄火裝置、速度限制裝置等其他節能裝置

審核節能裝置,給予減量效益。

審核節能裝置,給予減量效益;或其他測試認定方式。

 
 

2 美國ARB Transient cycles行車型態圖

 

2 美國重型車輛油耗模擬計算的行車型態權重係數

 

ARB Transient cycles

55 mph

65 mph

日艙(day cabs)曳引車

19%

17%

64%

臥艙(sleeper cabs)曳引車

5%

9%

86%

第一階段之傳統重型車輛

42%

21%

37%

第一階段之複合動力重型車輛

75%

9%

16%

第二階段之多用途(Multi-Purpose)重型車輛

82%

15%

3%

第二階段之區域用(Regional)重型車輛

50%

28%

22%

第二階段之市區用(Urban)重型車輛

94%

6%

0%

 

 

 

三、美國重型車輛油耗相關測試方法介紹

    美國重型車輛油耗相關測試方法,在模擬計算方法中主要有車輛空氣阻力係數、輪胎滾動阻力係數及引擎油耗等項。對於車輛空氣阻力係數值建議採用實車滑行法測試,或另外可由定速扭矩法、風洞測試、計算流體力學軟體等方式獲得。模擬計算時並非直接使用車輛空氣阻力係數量測數據,而是依據量測之CdA數據查詢對應的範圍等級(Bin),再以該範圍的CdA預設代表值作為運算的參數。此方法僅適用於Class 7~8曳引車,其他重型車輛則是直接給定一車輛空氣阻力係數(Cd)預設值。例如:Class 7、日艙、低艙頂高之曳引車CdA量測數據為4.4 m2,落於Bin III 4.2~4.5 m2範圍等級,預設代表值為4.3 m2。而其他Class 2b~7重型車輛Cd預設值為0.6、Class 8重型車輛Cd預設值為0.7。

    輪胎滾動阻力係數測試依照ISO 28580程序進行,要求分別輸入車輛轉向輪及驅動輪的滾動阻力係數數據,並要求車輛所使用的輪胎其滾動阻力係數必須低於要求的標準,如表3所示。而拖車所使用的輪胎則要求其滾動阻力係數必須低於6.0 kg/metric ton,並建議降至5.1 kg/metric ton與4.7 kg/metric ton以下。

    引擎油耗測試分為引擎油耗標準要求的標準測試,及模擬計算軟體要求的穩態油耗性能測試兩部分。曳引車的引擎油耗標準測試依照the Supplemental Engine Test (SET)進行,其他重型車輛依照the Heavy-duty Federal Test Procedure(Heavy-duty FTP)進行。而模擬計算用的穩態油耗性能測試則依照40 CFR 1036.535 - Determining engine fuel maps and fuel consumption at idle規定進行,在引擎轉速範圍取13個轉速測試點,每點容許轉速誤差20 rpm或20%;在引擎扭矩範圍取11個扭矩測試點,每點容許扭矩誤差20Nm或20%。

除了前述零組件性能測試項目之外,若車輛有使用輕量化技術,則依據所使用輕量化技術類別,給予一可減小模擬計算車重之額度。例如:Class 7、日艙、低艙頂高之曳引車與拖車預設模擬車重為46,500磅,若2個轉向輪使用超輕鋁合金寬基輪胎、每輪給予可減重30磅,4個驅動輪使用超輕鋁合金寬基輪胎、每輪給予可減重147磅,則共可減少648磅的模擬計算車重;若駕駛艙再使用鋁合金艙頂與車門,則分別可再減少60磅與40磅的模擬計算車重。若車輛有使用惰轉熄火裝置、速度限制裝置等其他節能裝置,則審核該節能裝置並給予一核定的減量效益,例如:模擬計算結果為300 g/ton-mile,所使用節能裝置核定減量效益為5%,則核定結果為285 g/ton-mile。對於重型車輛使用的技術或裝置節能效益,後續將持續發展適合的測試或認定方式。

另外,第二階段法規要求廠商每年須使用重型車輛底盤動力計,測試提報5種車型的油耗。該測試依ARB Transient cycles、55 mph定速行駛及65 mph定速行駛方式進行,測試工作得委外進行,且現階段測試結果不需與模擬計算結果進行比對。

 

 

3 美國重型車輛輪胎要求的滾動阻力係數標準

輪胎滾動

阻力係數

[kg/metric ton]

Class 8

臥艙高頂

曳引車

Class 8

臥艙中低頂

日艙高頂

曳引車

Class 7

Class 8

日艙中低頂

曳引車

Class 7

日艙高頂

曳引車

Class 8

其他重型車輛

Class 7~6

其他重型車輛

Class 5~2b

其他重型車輛

2010車型年

轉向輪

7.8

7.8

7.8

7.8

9.0

9.0

9.0

驅動輪

8.2

8.2

8.2

8.2

2014車型年

轉向輪

6.54

6.87

6.99

6.87

8.1

8.1

8.1

驅動輪

6.92

7.26

7.38

7.26

2017及之後車型年

轉向輪

6.54

6.87

6.99

6.87

8.1

8.1

8.1

驅動輪

6.92

7.26

7.38

7.26

 

 

 

四、美國重型車輛的引擎及整車油耗標準

    美國重型車輛油耗標準分別針對引擎及整車訂定,引擎油耗標準如表4所示、曳引車油耗標準如表5所示,其他重型車輛的油耗標準如表6所示。標準係以2010年為基準參考點,預期至2017年達成標準後,重型貨車(Pick-up)及箱型車燃油效率將可提升12%~17%,職業車輛燃油效率提升6~9%,而曳引車輛燃油效率則提升10~23%。依據美國環保署的研究報告,油耗法規自2014年實施到2030年將可降低7,200萬噸CO2排放,以及減少5.8億加侖燃油消耗。

 

4 美國重型引擎油耗標準

車型年

重型車輛引擎油耗標準     [gallon/(100bhp-hr)]

曳引車引擎

(SET Cycle)

其他重型車輛引擎

(Heavy-duty FTP)

Medium Heavy-Duty Diesel

Heavy Heavy-Duty Diesel

Light Heavy-Duty Diesel

Medium Heavy-Duty Diesel

Heavy Heavy-Duty Diesel

2014

4.93

4.67

5.89

5.89

5.57

2017

4.78

4.52

5.66

5.66

5.45

2021~2023

4.7053

4.4499

5.5501

5.5501

5.3438

2024~2026

4.6071

4.3517

5.4617

5.4617

5.2652

2027之後

4.5776

4.3320

5.4322

5.4322

5.2358

 

5 美國曳引車油耗標準

 

曳引車2017車型年油耗標準     [gallon/(1,000ton-mile)]

日艙

臥艙

Class 7

Class 8

Class 8

低艙頂高

10.2

7.8

6.5

中艙頂高

11.3

8.4

7.2

高艙頂高

11.8

8.7

7.1

 

曳引車2021車型年油耗標準     [gallon/(1,000ton-mile)]

日艙

臥艙

Class 7

Class 8

Class 8

低艙頂高

9.5285

7.6621

6.8762

中艙頂高

10.5108

8.2515

7.6621

高艙頂高

10.7073

8.4479

7.5639

 

曳引車2024車型年油耗標準     [gallon/(1,000ton-mile)]

日艙

臥艙

Class 7

Class 8

Class 8

低艙頂高

8.8409

7.0727

6.2868

中艙頂高

9.8232

7.6621

6.9745

高艙頂高

9.9214

7.7603

6.8762

 

曳引車2027車型年油耗標準     [gallon/(1,000ton-mile)]

日艙

臥艙

Class 7

Class 8

Class 8

低艙頂高

8.5462

6.8762

6.0904

中艙頂高

9.4303

7.4656

6.7780

高艙頂高

9.4303

7.4656

6.5815

 

 

6 美國曳引車外其他重型車輛油耗標準

 

重型車輛2017車型年油耗標準   [gallon/(1,000ton-mile)]

Light Heavy-Duty

Class 2b~5

Medium Heavy-Duty

Class 6~7

Heavy Heavy-Duty

Class 8

第一階段

36.7

22.1

21.8

 

重型車輛2021車型年油耗標準   [gallon/(1,000ton-mile)]

Light Heavy-Duty

Class 2b~5

Medium Heavy-Duty

Class 6~7

Heavy Heavy-Duty

Class 8

第二

階段

市區

29.0766

18.4676

19.4499

多用途

29.9607

18.6640

19.6464

區域

31.2377

18.2711

18.5658

 

重型車輛2024車型年油耗標準   [gallon/(1,000ton-mile)]

Light Heavy-Duty

Class 2b~5

Medium Heavy-Duty

Class 6~7

Heavy Heavy-Duty

Class 8

第二

階段

市區

27.8978

17.5835

18.6640

多用途

28.6837

17.7800

18.8605

區域

29.8625

17.4853

17.8782

 

重型車輛2027車型年油耗標準   [gallon/(1,000ton-mile)]

Light Heavy-Duty

Class 2b~5

Medium Heavy-Duty

Class 6~7

Heavy Heavy-Duty

Class 8

第二

階段

市區

26.7191

16.8959

17.8782

多用途

27.5049

17.0923

17.9764

區域

28.6837

16.6994

17.0923

 

五、相關連結

 

 

(資料最後更新日期:2016年4月28日)

 

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