歐盟重型車油耗制度

一、歐盟重型車輛耗能管理方式介紹

       歐盟於2017年12月完成重型車輛耗能管理法規COMMISSION REGULATION (EU) 2017/2400,考量重型車輛種類、形式繁多,對重型車輛採取零組件性能測試及整車油耗模擬的管理方式,要求業者自2019年1月開始進行零組件認證,2019年7月開始提報16噸以上4x2及全部6x2大貨車、曳引車耗能相關資料,2020年1月開始提報16噸以下大貨車、曳引車耗能相關資料,2020年7月開始提報全部6x4及全部8x4大貨車、曳引車耗能相關資料。 

       歐盟重型車輛耗能管理之零組件性能項目包括:引擎油耗、變速箱與傳動系統效率、輪胎滾動阻力係數、車輛空氣阻力係數、附件系統耗能特性等。其中,可採用代表零組件實測性能參數(稱為certified values)的項目有:引擎油耗、變速箱與傳動系統效率、車輛空氣阻力係數、輪胎滾動阻力係數。並對此要求業者提供測試報告等資料,解釋同一零組件族群下的零組件其性能可用測試代表零組件之性能作為代表,使得對重型車輛二氧化碳排放與油耗並無明顯差異。由實測獲得性能參數外,歐盟對變速箱與傳動系統效率、車輛空氣阻力係數、附件系統耗能特性,提供法規指定性能參數(稱為standard values)讓業者選擇使用。此外,歐盟要求重型車輛零組件須有認證標誌,並且執行品質一致性測試。對於有疑慮的零組件得額外要求進行量測,確保對整車的二氧化碳排放與油耗沒有不良影響。  

       歐盟重型車輛整車油耗模擬使用的計算工具為VECTO(the vehicle energy consumption calculation tool),可模擬長途、郊區、市區、垃圾收集、工程等多種行車型態的油耗,如圖1~5所示,對於曳引車以組合重型半拖車後之半聯結車進行整車耗能模擬,對於兼供曳引大貨車區分為以大貨車型態及組合全拖車後之全聯結車進行整車耗能模擬。為了解並管理模擬計算與實際道路行駛狀態的用油差異,2019年2月歐盟公布重型車輛道路驗證測試程序,藉由記錄車輛行駛過程中的燃油消耗量、傳動輪扭矩及轉速、引擎轉速、引擎冷卻風扇轉速、及傳動系統狀態等資料,並將資料輸入模擬計算軟體,比較模擬結果與實測結果的差異,方法如圖6所示。  

       歐盟仍持續研究並增修訂重型車輛耗能管理方式與管理範圍,例如:對總重量7.5公噸以下大貨車、大客車及複合動力重型車輛的模擬與管理方法、對使用引擎廢熱回收等先進技術的節能效果模擬或認定方法等,並將提出整車耗能標準或目標值作為車輛認證管理的要求。   

圖1 長途運輸車輛行車型態   

 

圖2 郊區運輸車輛行車型態

  

圖3 市區運輸車輛行車型態

 

圖4清潔車輛垃圾收集行車型態

 

圖5 工程車輛行車型態(歐盟仍持續更新中)

 

圖6 歐盟重車耗能管理道路驗證測試程序圖

 

二、歐盟重型車輛整車油耗模擬計算介紹  

       歐盟重型車輛整車油耗模擬計算首先須判斷車輛所屬的類別,大貨車與聯結車依其軸數、軸組型態、底盤型態及總重量區分等級,共分為18個級距,如表1所示。其中,第0級距(3.5~7.5噸大貨車),歐盟尚未決定採取模擬計算或直接以實車測試的管理方法。第6~8, 13~14級距(6軸或8軸車輛及多軸傳動車輛),因車輛數量相對較少,且須進一步研究模擬的精確性,歐盟暫時未納入管理。  

       對應各車輛所屬類別級距,有其指定的模擬行車型態、模擬標準車身規格(如表2所示)、及建議的模擬載重量(如表3、圖7所示)參數。例如:國內常見之17噸4x2大貨車屬於第4級距,須模擬長途運輸、郊區運輸及垃圾收集等3個行車型態,模擬長途運輸行車型態時,建議模擬的載重量為14.0噸(不得超出最大載重量)及1.9噸;模擬郊區運輸行車型態時,建議模擬的載重量為4.4噸及0.9噸;模擬蒐集垃圾行車型態時,建議模擬的載重量為3.0噸及0.6噸。另外,業者可依需求進行其他載重量的模擬與宣告。模擬時,業者可依實際打造的車身量測空氣阻力係數進行模擬,或者選擇使用以搭配B4標準車身的空氣阻力係數預設值Cd-Adeclared = 8.4 m2。B4標準車身為箱式,長7,450 mm、寬2,550 mm、高2,980 mm、導角半徑50~80 mm,屬於風阻相對較大的情況。      

表1 歐盟大貨車及聯結車耗能管理車輛類別

 

                            表2 歐盟重型車輛整車油耗模擬之標準車身規格及風阻係數

標準車身等級

長[mm]

寬[mm]

高[mm]

Cd-Adeclared [ m2]

1

6200

2550

2680

7.1

2

7400

2550

2760

7.2

3

7450

2550

2880

7.4

4

7450

2550

2980

8.4

5

7820

2550

2980

8.7

 

表3 歐盟大貨車及聯結車建議模擬載重量

 

圖7 歐盟第1~3級距大貨車及聯結車建議模擬載重量

 

歐盟重型車輛整車油耗模擬計算所使用的主要零組件性能測試參數,介紹如下:   

1. 引擎油耗

      引擎油耗是利用引擎動力計量測引擎穩態操作的油耗,操作點的轉速及扭矩設定,如圖8所示。若直接以穩態油耗資料模擬行車型態油耗,將會有誤差產生。歐盟規定以冷熱啟動的WHTC(the World Harmonized Transient Cycle)行車型態、WHSC(the World Harmonized Transient Cycle)行車型態油耗資料修正成計算耗能行車型態油耗的參數,此工作由VECTO-ENGINE執行,操作界面如圖9所示。

 

圖8 引擎油耗特性量測

圖9 VECTO-ENGINE操作界面

2. 空氣阻力係數  

       歐盟指定採用定速扭矩法(Constant speed with torque measurement )量測空氣阻力係數,認為此方法具有較高的精確度。該方法要求將車輛穩定操作在低速(10~15 km/h)及高速(85~90 km/h)兩個車速範圍,由於車輛行駛於水平、定速狀態,所以加速度力量趨於為零,此時車輛驅動力約為車輛風阻及輪胎滾阻之總和。故由車速、車輛驅動輪扭矩,配合輪胎尺寸、車輛傳動齒比、車輛縱向正投影面積、空氣密度、風速與方向等資料,再扣除輪胎滾阻後即可計算出車輛風阻值,示意如圖10。

圖10 車輛空氣阻力係數量測示意  

3. 輪胎滾動阻力 

      量測輪胎滾動阻力依Regulation (EC) No 1222/2009, Annex I part A(與ISO 28580相同)測試程序進行,其單位為N/kN,測試結果四捨五入到小數點後第一位。詳見本網站之輪胎資訊平台。 

4.變速箱及傳動系統

     變速箱及傳動系統是指將引擎動力傳送至車輪的零組件,歐盟重型車輛耗能模擬計算工具將之區分為:變速箱(transmission)、扭矩轉換器(torque converter)、其他扭矩傳遞零組件(other torque transferring component)、附加傳遞元件(additional driveline components)及傳動軸(axles)等5大類。量測方式為在設定的特定轉速下,輸入各個不同扭矩,並量測在變速箱及傳動系統輸出端的扭矩,經由比較輸出扭矩及輸入扭矩而得到傳動效率。以變速箱為例,量測轉速至少須包括:600、900、1,200、1,600、2,000、2,500、3,000 rpm及最大轉速,輸入扭矩至少須包括:200、400、600、900、1,200、1,600、2,000、2,500、3,000、3,500、4,000 Nm及最大扭矩,並且須於各個不同齒比狀況,均須執行測試。

5.附件系統

       歐盟重型車輛耗能模擬計算工具探討的車輛附件系統包括:風扇、轉向系統、電力系統、氣壓系統、空調系統及動力分導裝置等6大類,業者可依車輛實際使用的技術類別選用。例如,風扇部份可依驅動方式及控制方式進行選擇,驅動方式有:由曲軸連結、由皮帶或變速箱連結、由液壓驅動、由電動馬達驅動,液壓馬達的控制方式有:可變排量控制、定量控制。

      歐盟重型車輛整車油耗模擬計算軟體整體處理架構,如圖11所示,屬於一種反向的模擬方式(backward-looking simulation approach),先由設定的模擬行車型態、車輛操作狀態,配合油門踏板開度、控制引擎產生動力,而決定是否達到預期車速及控制修正,最後得到行車型態所使用的油耗。

圖11 歐盟重型車輛耗能模擬計算軟體架構   

 

三、歐盟重型車輛道路驗證測試介紹

        歐盟法規COMMISSION REGULATION (EU) 2019/318中規定道路驗證測試的程序方法與要求。選取的測試車輛行駛里程(磨合里程)須在20,000公里以內,並無限定車身式樣或車體尺寸大小。車輛整備須使用經校正、可追溯的儀器,規格要求如表4所示。引擎轉速、引擎冷卻風扇轉速可從車上診斷系統OBD (on-board diagnostic interface)擷取、無需量測;而傳動系統狀態由模擬計算軟體推算,OBD介面擷取之訊號用於比對。

                                                          表4 道路驗證測試車輛整備使用的儀器設備要求

儀器設備

精確度

反應時間(t90-t10)

備註

地磅

Min.(50 kg, <0.5% max. calibration)

-

 

燃油流量計

Max.(<1.0% of reading, <0.5% of max. calibration)

 2 s

可使用質量或體積流量計,要求相同。當累計超過100分鐘體積流計量仍須符合精確度要求。

燃油溫度計

 1 ℃

 2 s

 

傳動輪扭矩計

For 10 kNm calibration:

<40 Nm accuracy

<20 Nm crosstalk

 0.1 s

可使用輪轂、輪圈或半軸形式之扭矩計,須量測左右兩側。

傳動輪轉速計

<0.5% of max. calibration

 1 s

 

引擎轉速計

Max.(<0.2% of reading, <0.1% of max. calibration)

 1 s

最大校正值須為1.1倍的最大量測值

引擎風扇轉速計

Max.(<0.4% of reading, <0.2% of max. calibration)

 1 s

 

 

       儀器設備(含紀錄器)得以額外的電池為電源。此測試並無需使用標準測試用油。測試前得執行濾煙器再生程序,再另以車速70~100 km/h暖車60分鐘以上,並於暖車後20分鐘內完成傳動輪扭矩計歸零動作。測試車重須為核定總重量的90%以上,測試過程以2 Hz頻率紀錄量測數據,空調須關閉、通風出風量調至一半開度以下,並小量、合理使用其他耗能裝置,如:燈光等。測試時間為80~120分鐘。依行駛距離占比區分,包括市區2~8%、郊區7~13%、高速74%以上。又原地引擎惰轉時間合計不得超出實際測試時間的5%,每次原地引擎惰轉時間不得超出3分鐘。測試過程中,平均大氣溫度須落於5~30℃間、行駛路線海平面高度須位於0~800 m間,道路須乾燥、不得有積雪或結冰。測試結束時,傳動輪扭力計的漂移數值合計不得超出150 Nm。 

      將記錄之車輛行駛資料輸入模擬計算軟體,當模擬計算的平均千瓦小時燃油用量除以量測的平均千瓦小時燃油用量超出1.075時,歐盟要求車輛廠商30天內提出改正計畫、 5年內完成所有耗能相關零組件驗證,否則撤證、禁止銷售。前述比率小於或等於1.075時,以該比率修正模擬計算之車輛油耗,並依此將進行總量管理。

 

四、相關資訊連結

1. 歐盟重型車輛耗能管理法規

    [1] COMMISSION REGULATION (EU) No 2017/2400

    [2] COMMISSION REGULATION (EU) No 2019/318

    [3] COMMISSION REGULATION (EU) No 582/2011   

2. 歐盟重型車輛耗能管理研究資訊

    https://ec.europa.eu/clima/policies/transport/vehicles/heavy_en#tab-0-2

3. 國際清潔運輸委員會重型車輛研究資訊

    https://www.theicct.org/heavy-duty-vehicles

(資料最後更新日期:2019年5月30日)