在聊国六排放标准的实施前,我想先总结一下去年所看到的欧洲汽车行业新能源和发动机部分两个明显的风向变化。
新能源部分,纯电动开始替代PHEV(插电混动)成为车企研发的重心所在。从捷豹IPACE,到奔驰EQC,再到奥迪e-tron quattro,消费者实实在在可以看得见的是豪华品牌开始主推纯电动车上市。
而从欧洲车企内部,今年开始,有限的研发预算被优先用于第二代,第三代电动车的研发,而插电混动项目就像后妈的孩子,很多第一代产品也被各种延期,甚至延期一年以上。
另一个纯电动的投资大方向就是将纯电驱动模块快速平台化,之后可以像套娃一样应用在不同车型上。EDU(Electric Drive Unit)作为包含电机,逆变器,变速箱和一系列机械附属机构的电动车驱动中央模块,已经变成一个和发动机一样被大家耳熟能详的名词。
发动机部分,除了保时捷这样的个别车企开始停售柴油车,虽然柴油车不会立刻从市场上断供,但是车企内部已经开始大刀阔斧砍掉大部分柴油机研发和改进项目,我身边有无数柴油机标定工程师开始失业或者转向其他混动和纯电动领域。
新汽油机,尤其是小排量汽油机开始进入主流市场,并且开始全面搭配48V的微混系统。
如果要问这些变化的原因,一切都是因为这两年赶鸭子上架用来搭配欧六排放标准在欧洲实行的WLTP(Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure)以及RDE(Real Driving Emissions)排放测试方法。
NEDC测试循环已经在欧洲和国内被诟病了多年,因为其测试的非严谨性以及和真实驾驶环境的严重偏差,NEDC测试出来的污染物排放以及油耗根本无法反映消费者实际用车的真实情况。
一个实验室中和实际驾驶路况(起步,刹车,加速,减速)更加贴合的测试循环,甚至是直接在真实驾驶环境下的测试方式早在10年前就被欧盟提出,但是因为种种不可描述的原因一直迟迟没有实施。而这次能在短短2年间快速通过立法,其实唯一的导火索就是大众柴油门。
WLTP测试中的WLTC循环(左)和NEDC循环(右)对比起来更“像”真实路况下的加减速曲线,横轴为时间,纵轴为车速。
除了加减速变得更加“不规律”,整个循环的里程更长,极速更高以外,WLTC对比NEDC还有诸多改进:
- 比如换挡时机不再固定,而会考虑不同变速箱的挡位数,整车负载和发动机特性,由此反映不同新技术对排放的改善。
- 又比如WLTP会对所有选配造成的排放影响进行逐一测试,主机厂无法再用“最优化”配置的一款车来代表所有同一车型的不同配置。
另外针对PHEV的测试也变得更加具有针对性。比如传统厂商经常号称的PHEV超低油耗,往往都是在电池充满的情况下测出来的。而WLTP要求PHEV必须经过不同的两个测试来求平均排放值:
1. PHEV从充满电的情况下开始跑WLTP直至电池完全放电;
2. PHEV从完全放电的情况下开始跑WLTP只用内燃机来驱动和充电;
可以说WLTP不仅要通过更加真实的工况封杀很多柴油机和大排量汽油机,从一定程度上也打乱了PHEV推广:车企难以再仅仅依靠电池而不改善发动机就轻易达到排放标准。
当然毕竟WLTP还是一个定义相当死板的实验室测试,如果说车企还能通过一些控制策略的改变外加标定来尽可能地改善WLTP测试结果的话,那RDE测试则会让很多车型彻底凉凉。
RDE(Real Driving Emissions)顾名思义,就是在真实驾驶环境下的排放测试,目前主要用来测量颗粒排放物,CO2(等同于油耗),以及氮氧化物。 汽车要背上类似下面这样的便携式排放测量装置然后在公共道路上采集数据。
这个测试之严还在于需要覆盖多种驾驶环境和工况:
- 比如不同的环境温度,来覆盖春夏秋冬的不同用车环境;
- 不同的海拔,来覆盖发动机在不同空气氧含量情况下的排放表现;
- 高速,城市,和郊区路况,以及上坡下坡,用来覆盖所有常见的驾驶环境;
- 不同的乘客数量和车载重量,用来体现不同的用车情景;
而且测试地点也不是固定的……RDE所要实现的就是基本完全真实可靠的排放数据。
我最近参加的国际会议上,有大量关于发动机的最新课题都是关于RDE方向的,研究内容也非常“细致入微”。比如有个课题专门研究减速带对氮氧化物排放的影响,发现在汽车过减速带的时候因为急减速加速氮氧化物排放会突然上升数倍。
下图左边的氮氧化物排放量峰值和右边的减速带所在位置完美吻合。
车企之所以会这样关心RDE测试,因为从一个死板而又不严谨的NEDC循环,到基本真实且全范围覆盖的RDE测试,哪怕一个减速带都有可能导致一款车不达标。虽然RDE标准被完全实施还有一个时间节点的递进,比如最初会允许车企超标一定范围,但是因为这个完全实施的时间点就在2-3年之后,所有车企的产品规划必须从两年前就开始。
这也是为什么对于氮氧化物和颗粒物排放完全处在劣势的柴油机,欧洲车企只有忍痛割爱。对于大排量的汽油机,也再也无法仅仅通过控制和标定就能达到这种随机测试的排放要求,只能全方位改进,这里包括发动机的轻量化和电动化(比如48V)。
而对于PHEV,相当单一的能量控制策略再也无法应对这些全方位覆盖的运行工况,比如发动机为主要驱动源的工况,电池无法成为单一拯救油耗和排放的决定因素。车企不得不一方面改进发动机,另一方面大量推广在排放上更加简单明了的纯电动汽车。
聊了欧洲的最新排放标准和行业变化,再返回来看国六,其实有非常多的相似之处。
以前中国的排放标准一直走的是完全借鉴欧洲的路线,这次国六却不仅仅继承了欧洲EURO 6排放的大部分内容,同时还融入了美国排放标准以及中国特色的路况以及测试环境,目标是在2020年之后于排放上全面超越欧洲:
注:中国、欧洲和美国NMHC+NOx排放标准严格程度对比
这次国六的推出,除了相比国五和欧六更加严格的每项排放指标,我觉得最大的两个“亮点”其实还是对欧洲实施的WLTP以及RDE测试的引进。
WLTP的实验室测试要求和欧六排放标准类似,只不过国六在实施过程中被分成了两步走的模式,国六a的排放要求和欧六基本一致,而国六b的排放要求则比欧六还要严格1/3以上。
下图为国六a和国六b的对比:
相对比欧洲的RDE测试,国六RDE测试针对中国驾驶环境对不同的测试温度,测试工况的车速,以及车辆测试海拔和结果修正系数等等内容做出了少量修正。
国六在核心大城市的实施,以及由此以点及面的推广,最终会导致和欧洲一样的市场和车企研发趋势:
1. 因为国内乘用车基本是汽油车的天下,这就意味着汽油车的全面小排量化来从硬件入手最大程度地减排。
2. 相对PHEV,以48V为基础的微混将成为主流。哪怕强推PHEV,车企也将大量推广和电动车相差无几的增程式混动,因为PHEV在满足WLTP和RDE要求上的所遇到的重重挑战。
3. 新能源领域纯电动将逐渐成为主流,作为相对研发投入最低,面对排放法规性价比最高的解决方案。
所以,其实国际大厂们在全球范围内无论在欧美还是中国都是这么说的也是真么做的。
保时捷,奥迪,宝马,奔驰,捷豹路虎这样的豪华品牌所规划的一系列纯电动产品线不仅仅只是宣传,目前众多品牌的规划就是2020年前后实现平台化,可以套娃的量产纯电动汽车。
沃尔沃所提到的2019年所有汽车全部电动化,主要指全面普及的48V系统也不单单只是噱头。从明年开始48V系统会全面在中高端汽车上广泛实用,用来实现发动机电动化,从发动机的附件入手来改善排放。
上汽通用在国内开始广泛推广的全线小排量化和一直倡导的单缸最优化的概念也不只是一个概念。以通用,宝马,福特,标志雪铁龙在国内为主导的三缸发动机和应用同样技术的四缸发动机,从硬件上入手来满足单单控制软件和标定改进无法达到的排放和油耗标准。
这一切主要都是为了应对以WLTP和RDE应用为主导的欧六和国六排放标准,与此同时消费者也可以从中得到实实在在的好处:2020之后的油耗和排放标识将大大接近真实用车数据。
国六排放标准的全面施行会有几年的过渡期,但是车企的新品研发周期也在5年左右。所以上面提到的无论是纯电动,全面48V电动化还是单缸优化的三缸机,哪怕今年从消费者角度看起来这些技术还不是那么“主流”,其实在行业内部这已经是主流技术方向了,一切都是为了应对几年后的油耗和排放挑战。