纯电动公交车技术性能标准化测试方法

李 成，叶 磊，刘好德，刘荣先

（1.交通运输部科学研究院，北京 100029；2.城市公共交通智能化交通运输行业重点实验室，北京 100029；3.重庆车辆检测研究院有限公司，重庆 401122；4.电动汽车安全评价重庆市工业和信息化重点实验室，重庆 401122）

0 引言

近年来，我国城市公共交通行业新能源汽车推广应用效果显著。2015 年以来，交通运输部先后出台《关于加快推进新能源汽车在交通运输行业推广应用的实施意见》（交运发〔2015〕34号）[1]《交通运输部关于全面深入推进绿色交通发展的意见》[2]《交通运输部关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的实施意见》（交规划发〔2018〕81 号）[3]等政策文件。自2016 年起，每年新增及更换的公交车辆中，新能源公交车占比均超过85%，2019 年更是达到了96%。新能源公交车总量从2012 年的1.3 万辆增长至2019 年底的40.9 万辆，在全国公交车中占比近60%，其中，纯电动公交车数量达32.4 万辆[4]。随着纯电动公交车市场占有率不断提升，车辆技术水平不断进步，公交企业和乘客对新能源车的接受度和满意度均明显提升。但是，新能源公交爆发式增长的同时，也出现部分无法满足公交运营要求的产品混入市场、车辆研发与用户需求存在一定程度的脱节、《道路机动车辆生产企业及产品公告》（以下简称“《产品公告》”）中车辆性能数据与用户真实的感受存在较大差距、公交企业较难选到满意车辆等问题。为了落实国家《新能源汽车产业发展规划（2021—2035 年）》[5]等新的政策要求，推动新能源公交车的高质量发展，提升车辆技术性能，亟需建立科学全面的纯电动公交车运营性能评价方法，通过公正客观的测试，把好的产品推荐给公交企业，破除车辆采购中的地方保护行为，引导形成优胜劣汰的良好发展环境。

纯电动公交车性能测试相关研究可以分为性能评价指标研究和测试方法研究两类。在性能评价指标方面，王震坡等[6]总结了续驶里程、单位里程容耗、单位里程能耗等纯电动汽车常用的能耗经济性评价参数，经过分析比较后提出以能量利用率作为纯电动汽车能耗经济性和动力性综合评价参数；中国汽车工程研究院股份有限公司[7]提出了针对新能源乘用车的综合评价体系，从能耗、安全、体验3 个维度开展评价，并且融合了大数据评价方法，对车辆里程、充电时长和动力电池故障等进行监测；陈勇[8]针对动力性指标、续驶里程以及经济性指标在设计和使用过程中相互制约的特点，在综合考虑上述指标的基础上提出了纯电动汽车的评价方法，并对市场上部分纯电动车型的相关指标数据进行了对比，提出了设计和选用建议。在测试方法方面，中国汽车技术研究中心有限公司[9]在行业内较早地制定和发布了纯电动乘用车测试规程，提出了从续驶与能耗、充电、安全、动力、操控、舒适、便利性和品质7 方面开展性能测试与评价的方法；叶磊等[10-11]模拟公交车停车起步、加速、稳速、滑行减速和制动减速停车等场景提出了纯电动城市客车测试方法，对不同车型的测试数据进行了对比分析；刘会胜等[12]针对汽车环境适应性，提出了高温干热特殊环境下对新能源汽车的动力性、热管理、边界条件下的警示功能及制动能量回收反馈等进行测试的方法；霍云龙等[13]对我国纯电动乘用车能耗认证测试中正在使用的几种工况进行了对比；沈健等[14]指出我国纯电动客车测试时普遍使用的工况法与等速法均无法很好地反映我国公交车辆实际的运行特点和动态特性；李耀华等[15]通过采集西安市不同区域不同时间段的道路状况信息提出了西安市纯电动客车行驶工况；国际公共交通联合会（International Association of Public Transport,UITP）[16]发布了适用于新能源客车的城市循环（Electric Standardised On-Road Test Cycles,E-SORT）能量消耗测试方法，设定了城市、城郊和混合3 种基础循环工况，各工况均包含加速、匀速、减速、停车和开门操作，一个完整的标准化测试由重复这些基础操作循环完成，对测试中的平整度、坡度等道路条件以及温度、风速等环境条件均提出了标准化要求，其思路可以借鉴，但其工况适合欧洲城市，与我国实际情况有较大差异。

既有研究表明，能耗、续驶里程、动力性是开展纯电动公交车性能评价时普遍关注的核心指标，但测试方法尚不统一，尤其是测试时采用的工况与公交车辆实际运营环境差异较大，导致测试结果对行业的参考价值较低。本文结合国内外研究成果，提出针对纯电动公交车关键性能指标的标准化测试方法，并利用实际测试数据开展分析评价，以期推动国家层面尽快制定纯电动公交技术性能的评估方法和标准，从而指导行业管理部门、公交企业、车辆生产企业和第三方机构利用规范方法对纯电动公交车性能进行评价，帮助行业客观认识纯电动公交车实际技术水平，帮助用户合理选购优质产品。

1 纯电动公交车运营性能测试标准化方法设计

在实际道路环境测试纯电动公交车运营性能时，测试方法应尽量接近实际运营场景，同时应易于开展车型间比较，以方便公交企业参考测试结果。

运营性能测试的主要目的是帮助公交企业选购车辆，测试对象宜为已经进入《产品公告》，能在市场上购买到的车型。而对于已经进入《产品公告》的车型，在对样车进行测试前，需核查车辆配置，核查的主要参数包括整备质量、车长及储能装置等。样车参数应与《产品公告》备案参数保持一致，其中，动力蓄电池的电量须和《产品公告》备案参数一致，整备质量公差允许范围为±3%，车长公差允许范围为±1%。同时，样车应配备车载终端，在测试过程中按照《电动汽车远程服务与管理系统技术规范第3 部分：通信协议及数据格式》（GB/T 32960.3—2016）[17]要求持续上传相关数据，建议上传频率不低于1次/s。

为方便公交企业进行横向比较，建议在测试中设定统一的装载质量，而不是按车辆设计的最大装载质量的一定比例进行装载。考虑公交车辆实际运营中的载客数量，建议8m 段车型按2t 质量进行装载，10m 和12m 段车型按3t 质量进行装载。

为尽量减少驾驶操作对测试结果的影响，驾驶员在测试中应使用实践中常规的驾驶方法，因此不建议使用车辆生产企业提供的专业驾驶员，而须由测试机构提供专业驾驶员，测试前应保证驾驶员有半天以上时间熟悉车辆；为避免因不同驾驶员的驾驶习惯影响测试结果，在同一辆样车的测试过程中安排多名驾驶员进行轮换。

1.1 能耗测试方法

能耗测试方法需重点考虑两个方面：一是如何设置合理的行驶工况；二是如何准确地获取车辆耗电量。

关于行驶工况设计，按照目前执行的《电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》[18]（GB/T 18386—2017）标准，公交车辆生产企业在申请《产品公告》时可以选择使用基于等速法的测试结果或基于工况法的测试结果，两种方法均在测试用车架上进行。由于基于等速法的能耗测试结果更低，现实中车辆生产企业均申报等速法测试结果，造成《产品公告》中的能耗值与实际差距较大，对公交企业的参考价值较低。2019 年，《中国汽车行驶工况第2 部分：重型商用车辆》（GB/T 38146.2—2019）[19]发布，其中的中国城市客车行驶工况（CHTC-B）是综合考虑了我国多个城市的公交车辆实际使用情况后设计的新工况，建议在实际环境的能耗测试中采用。在我国多数城市，冬夏两季都需要使用空调来保证公交车厢内能达到适宜温度，因此，空调开启状态下的能耗值更能体现车辆综合能耗水平，也便于公交企业测算未来的能耗支出。考虑乘客舒适度，建议夏季测试时将温度设定为26℃，冬季测试时设定为21℃。在测试时，应要求车内温度稳定在设置温度±2℃。同时，为反映公交车运营中上下客开门时内外空气流通增加的空调负荷对能耗的影响，建议在测试中设置一定的开门次数，如可在1个循环工况中设置2次开门，每次开门时间可设为17s（考虑一般公交站上下客用时）。

图1为能耗测试中一个循环工况的速度曲线。每个循环中包含停车起步、加速、滑行减速和制动减速停车及开关门等环节。测试时应在车道上相应位置设置标牌提示驾驶员，驾驶员按照车辆综合性能测试仪的指示行驶并监控速度偏差，应保证车辆当前速度与规定速度误差在±3km/h 内。在每个试验循环中，允许超出公差范围的累计时间不超过30s。

图1 一个循环工况的速度曲线

为了减少测试中各种不确定因素的影响，应进行较长距离的测试。综合考虑测试准确性要求和测试成本，建议按照上述循环工况进行10个循环的测试，车辆行驶距离合计约55km，行驶时间合计约3.6h。为便于测试工作的组织安排，每次测试确保在半天时间内完成。表1所示为由10个循环工况组成的完整测试工况的特征值统计结果。

表1 完整测试工况的特征值

对于车辆耗电量计量，有两种方法相对方便、准确。第一种是为车辆安装功率分析仪，能准确测量电量消耗，不需要对测试开始时的车辆SOC（State of Charge，电池充电状态）进行过多限制。第二种是不加装测试设备，根据充电量来推算耗电量，测试方法较为复杂：测试开始前对车辆进行充电使SOC 为100%，完成测试后对样车再次充电至SOC 为100%，记录充电量作为耗电量；两次充电须采用相同的充电条件，按照统一的功率（如60kW）进行。测试时可根据设备条件选择对应的方法，建议优先采用第一种安装功率分析仪的测试方法。由于不同厂家的SOC 计算和显示的策略不同，不建议采用基于SOC 变化量来推算车辆耗电量的方法。

1.2 续驶里程测试方法

为提高测试效率，建议同时测试续驶里程与能耗。可根据完成完整测试工况后的用电量和该车型的动力蓄电池电量来推算其实际续驶里程，不必采用行驶至车辆电量耗尽的测试方法。续驶里程计算公式为：

式（1）中：S为续驶里程（km）；L为完整的能耗测试工况的行驶里程数（km）；EB为动力蓄电池总能量（kWh）；E为能耗测试中的耗电量（kWh）。

1.3 动力性测试方法

公交车日常运营中的平均时速不足20km/h，很少高速行驶。同时，为了防止乘客跌倒，在车辆起步时不能快速提速，因此公交车与乘用车相比在动力性上的要求较低。但公交车辆在两个场景下仍需具备足够的动力性能，一是在地势变化较大或立交桥较多的城市，需要公交车辆具有良好的爬坡能力；二是在车辆运营中有快速超车完成变线的需求，因此，公交车的动力性应从爬坡时间和加速时间两个指标进行评价。

（1）爬坡时间测试方法。考虑城市中多数线路不会有过大坡度，建议测试坡道的坡度设为12%。测试时将车辆停放于试验坡道的起步区域，自由选择动力输出模式档位，起动车辆。车辆全油门起步，记录其从起步爬至坡顶的时间，单位为s。每辆车共进行3 次爬坡测试，取3 次爬坡时间的算术平均值作为最终结果。

（2）加速时间测试方法。为更好地契合公交车提速超车变线的应用场景，应测试车速从30km/h提速到60km/h的加速时间，而不是测试起步时的加速时间。参考《电动汽车动力性能试验方法》（GB/T 18385—2005）[20]中的测试方法，测试时将车辆行驶至加速测试车道，自由选择动力输出模式档位，将车辆加速至（30±1）km/h，并维持该速度匀速行驶，然后将加速踏板快速踩到底，使车辆加速至60km/h，记录这一加速时间，单位为s，以相反方向行驶重复测试一次，取两次测得时间的算术平均值作为最终测试结果。

2 测试结果分析

2.1 样本数据

本文提出的测试方法在全国新能源公交车性能评价赛（Electric Bus Performance Assessment Competition,EB-PAC）中得到应用，按照本文提出的工况曲线、载重和空调设置测试出的各项结果为研究提供了样本数据。该赛事在2020年有24款车型参赛，车长包括8m 段、10m 段和12m 段3个类别，参赛的生产企业包括了近年来在我国城市客车市场销量较高的绝大多数企业。参赛车型均为已进入《产品公告》的在售车型，具体参赛车型和各车型技术参数信息可分别在活动主办方网站和相关管理部门网站查询。

2.2 《产品公告》值与测试值差异分析

2020 年全国新能源公交车性能评价赛（EBPAC）于2020年9月15日—2020年9月17日在重庆举行，比赛期间的气温在26～28℃之间。参赛车型能耗和续驶里程的《产品公告》值和比赛中的实测值如表2所示。

表2 各米段能耗和续驶里程平均水平对比

对比能耗和续驶里程的《产品公告》值和实测值可知，两者差异的平均值分别达到28.7%和26.1%。从各米段平均值来看，《产品公告》值与实测值相比，12m 段车型能耗低216.9Wh/km，续驶里程高213km；10m 段车型能耗低71.5Wh/km，续驶里程高95km；8m 段车型能耗低90.2Wh/km，续驶里程高68km。由于《产品公告》值采用等速法测试，且空调全程处于关闭状态，企业较容易针对单一工况进行功率点优化，能耗较低；实测值采用新发布的CHTC-B 工况，包含加速、减速、急加速、急减速、匀速、怠速等场景，设置了爬坡路段且开启空调，能耗较高，测试结果更接近车辆投入使用后的实际情况，对公交企业的参考意义更大。为了在实测中表现更好，客车生产企业会综合考虑更多因素，采用更先进的技术来优化车辆设计，这也更能反映客车企业的技术水平。

各车型的能耗与续驶里程的《产品公告》值和测试值对比如图2 所示。由图可知，车型间的差异程度并不相同。以12m 段车辆的能耗为例，C6 和C7 车型的《产品公告》值与测试值的差异较小，约为50Wh/km，而C2 和C4 车型的《产品公告》值与测试值之差高达360Wh/km，10m段中的B1 和B6 车型的能耗实测值甚至低于《产品公告》值；续驶里程的《产品公告》值与实测值的差异程度同样不一致，C2 等车型相差约300km，而B1等车型则几乎没有差异。这说明公交企业购车时如果仅按照《产品公告》值的高低顺序进行选择，并不能选到未来在实际运营中表现更好的车型。因此，建议公交企业能以EB-PAC比赛实测结果等为参考，并结合本地城市交通和公交线网的实际状况，科学地选择新能源公交车辆的车型。

图2 样本车型能耗与续驶里程的《产品公告》值和实测值

2.3 车型间差异分析

从图2 中的能耗实测值来看，车型间的差异较大。12m 车型中能耗最大值与最小值相差251Wh/km，如以最小值为基准值，则最大值与最小值间的差值相对于基准值的差异比例为43.4%；10m车型能耗最大值与最小值相差291Wh/km，差异比例达64.5%；8m 车型能耗最大值与最小值相差166Wh/km，差异比例为39.5%。这说明客车生产企业间技术水平有较大差异，公交企业能否基于实测数据科学选择能耗低的车辆，对未来运营成本和节能减排效果有很大影响。但是，即使是能耗最高的车型，其能耗水平也低于1kWh/km，由于多数公交企业充电价格低于1 元/kWh，运营中的车辆动力成本将不高于1 元/km，相对传统燃油/燃气公交车的动力成本，纯电动公交车优势非常显著。

如图2 所示，续驶里程实测值在不同车型间差异也较大。12m 车型续驶里程最大值与最小值相差187km，如同样以最小值为基准值，则差异比例为48.3%；10m 车型续驶里程最大值与最小值相差356km，差异比例为93.0%；8m 车型续驶里程最大值与最小值相差231km，差异比例为100.9%。除了车辆的动力电池带电量不同之外，能耗不同也带来续驶里程的差异。12m 车型续驶里程平均值为463.0km，10m 车型续驶里程平均值为511.2km，8m车型续驶里程平均值为313.2km，均大幅超过公交车辆日均运营里程的平均水平，已经可以缓解公交运营企业对纯电动车辆续驶里程的焦虑。在下一步产品规划中可考虑结合当地公交的实际运营需求，适当减少动力电池带电量，降低购置成本，此外可通过减重来降低能耗，节约运营中的充电成本。

样本车辆的动力性指标实测值如图3 所示。12m 车型的超越加速时间平均值为8.53s，爬坡时间平均值为7.78s；10m 车型的超越加速时间平均值为9.71s，爬坡时间平均值为7.81s；8m 车型的超越加速时间平均值为9.96s，爬坡时间平均值为7.54s。不同车型间的超越加速时间差异较大，爬坡时间差异较小。12m 段组超越加速时间最大值与最小值相差3.8s，以最小值为基准值时差异比例为55.3%，爬坡时间最大值与最小值相差2.5s，差异比例为37.1%；10m 段组超越加速时间最大值与最小值相差6.4s，差异比例为104.2%，爬坡时间最大值与最小值相差1.8s，差异比例为26.5%；8m 段组超越加速时间最大值与最小值相差7.0s，差异比例为115.9%，爬坡时间最大值与最小值相差1.8s，差异比例为28.2%。虽然从公交车的使用特点来看，不必追求过大的动力性能，但必要的动力性能是公交运行效率和运行安全的重要保障，特别是在山地城市和立交桥较多的城市，动力性能尤为重要。由实测数据可看出，不同车型的动力性存在较大差异，尤其是部分车型的超越加速时间相差达1 倍以上，说明在重点保证车辆能耗水平的前提下，如何为车辆提供足够的超越加速性能依然是行业面临的一项技术问题，客车生产企业仍需持续提升技术实力。

图3 动力性指标测试结果

3 纯电动公交车技术性能提升建议

由前文可知，纯电动公交车不同车型的性能差异较大，仅依靠《产品公告》信息并不能选择到最优产品，建议尽快出台纯电动公交车性能评价的相关标准规范，提升性能评价的合理性，支撑相关评价工作的开展，引导质量更优的产品进入城市公交行业。本文提出的测试方法经过新能源公交车性能评价赛（EB-PAC）等活动的实践验证，表现出良好的科学性和实用性，得到了客车生产企业和公交运营企业的一致认可，建议在相关测试标准的编制中得到采用。

（1）在纯电动公交车产品设计方面，建议客车生产企业平衡好车辆动力性和经济性，在保证车辆有足够动力完成运输服务的同时尽量降低运营成本。

（2）合理设置续驶里程。由于公交车运营线路和运营趟次相对固定，每天的运营里程稳定，车辆续驶里程如能满足一天的运营需求即能较为方便地组织在夜间停运时间段充电，而装载过高蓄电量的电池来提升续驶里程会大幅增加车辆购置成本和运营能耗，并不能给公交运营组织带来更多的便利。

（3）未来应继续利用轻量化、低滚阻、低风阻等技术来提高动力系统效率，不断提升整车的综合能量控制技术，从而降低能耗，提高续驶里程。

（4）纯电动公交车在运营中积累了大量数据，建议尽快构建交通运输行业新能源汽车运行监测平台，开展基于实际运营监测数据的性能分析，通过大范围监测数据与精准测试数据的紧密结合，为公交企业车型选择提供更多的帮助。

（5）建议将性能评价赛等交流活动作为推优扶强的重要手段，引导质量更优、使用效果更好的新能源汽车产品进入城市公交行业，提高公众对新能源汽车的认知度和接受度，营造新能源公交车高质量发展环境。

4 结语

本文针对我国纯电动公交车质量参差不齐、《产品公告》中的车辆性能参数与用户实际感受存在较大差异、公交企业购车时缺乏参考等行业问题，提出了实际道路环境下的纯电动公交车能耗、续驶里程、动力性测试方法，并利用全国新能源公交车性能评价赛（EB-PAC）测试数据开展了实例分析，探讨了《产品公告》值与实测值之间的差异及不同车型间差异幅度的大小，明确了我国纯电动公交车目前的技术水平，可为公交企业选购车辆提供有价值的参考；最后，基于研究结果对生产企业和管理部门提出了相关建议。

本文所用样本是在气温适宜的外部环境下的测试结果，低温和高温对电池性能和空调耗能的影响未能得到充分体现。下一步将针对更多的车辆实际应用场景，继续优化和完善测试方法，增加测试样本量，更好地为《电动公交车运营性能评价规范》等标准的编制提供支撑。