Miten sähköauton WLTP-toimintamatka lasketaan

WLTP-toimintamatka on hallitun mittausketjun lopputulos, ei yhden ajosyklin kierroksen aikana ajettu matka. Ketju yhdistää määritellyn ajoneuvokokoonpanon, ajovastuksen, akun purkamisen, mitatun sähköenergian ja säännellyt laskelmat.

WLTC on ajoprofiili, WLTP on menettely

Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycle eli WLTC kertoo alustadynamometrin käyttäjälle, miten ajoneuvon nopeuden on muututtava ajan kuluessa. Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure eli WLTP määrittelee laajemman testijärjestelmän: ajoneuvoluokan, testimassan, ajovastuksen määrityksen, laboratorio-olosuhteet, akun valmistelun, mittaukset, laskelmat, interpoloinnin ja vaatimustenmukaisuuden.

Useimpia nykyisiä sähköautovertailuja edustavissa suorituskykyisissä henkilöautoissa luokan 3b WLTC sisältää neljä vaihetta:

matala: 589 sekuntia;
keskitaso: 433 sekuntia;
korkea: 455 sekuntia;
erittäin korkea: 323 sekuntia.

Yhteensä ne kestävät 1,800 sekuntia, kattavat noin 23,27 km ja saavuttavat 131,3 km/h. Keskinopeus pysähdykset mukaan lukien on noin 46,5 km/h. Luvut kuvaavat ajoprofiilia eivätkä rajoita sähköautotestiä 23 km:iin. Akku on purettava riittävän pitkälle, jotta toimintamatkan laskentaan tarvittava käytettävissä oleva energia ja energiankulutus voidaan määrittää. UNECE: UN Regulation No. 154, Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure

Ero ehkäisee myös yleisen virheen: japanilainen ”WLTC”-arvo ei välttämättä käytä samaa neljän vaiheen yhdistelmää kuin eurooppalainen WLTP-arvo. Markkinakohtaiset käyttöönoton säännöt määräävät ilmoitettuun arvoon sisältyvät vaiheet ja laskelmat.

Vaihe 1: määritä sertifioitu ajoneuvo

Samalla sähköautotyypillä voi olla eri rengas- ja vannekokoja, varustetasoja ja lisävarusteyhdistelmiä. Jokaisen kokoonpanon testaaminen olisi epäkäytännöllistä, mutta yhden parhaan tuloksen julkaiseminen kaikille olisi harhaanjohtavaa.

WLTP käyttää siksi ajoneuvoperheitä ja sallituissa tapauksissa interpolointia. Ajoneuvo H edustaa interpolointiperheen kokoonpanoa, jonka syklin energiantarve on suurempi, ja Ajoneuvo L pienemmän tarpeen kokoonpanoa. Testatut raja-ajoneuvot sekä niiden ajovastus- ja energiatulokset muodostavat perustan väliin jäävien kokoonpanojen arvoille.

Massa on kokoonpanokohtainen. Menettely alkaa ajokuntoisen ajoneuvon massasta ja lisää säädetyt kuormitustekijät sovellettavan testimassan saamiseksi. Vanteista, renkaista ja varusteista johtuvat aerodynamiikan ja vierintävastuksen erot huomioidaan ajovastuksessa, ilmoitetuissa tiedoissa ja perhesäännöissä.

Siksi kahdella saman akun ja moottorien versiolla voi olla eri WLTP-toimintamatka. Suurempi vanne voi lisätä vierintävastusta, muuttaa ilmanvirtausta edessä ja kasvattaa pyörimishäviöitä. Varusteet voivat lisätä massaa tai jäähdytystarvetta. Sertifioitu arvo kuuluu määritellylle kokoonpanolle tai interpoloidulle sijainnille, ei vain mallinimelle.

Vaihe 2: määritä ajovastus

WLTC määrittelee nopeuden ajan funktiona, mutta ei kerro dynamometrille, kuinka suuri voima tietyn ajoneuvon täytyy voittaa. Tämä voima määritetään erikseen ajovastuksena.

Edustava kokoonpano valmistellaan sovellettavalla testimassalla sekä määrätyillä renkailla, paineilla, pyöränsuuntauksella, ajokorkeudella ja aerodynaamisella tilalla. Yleinen menetelmä on rullaustesti tiellä: lämmitetyn ajoneuvon annetaan hidastua vapaalla tai erityisessä rullaustilassa, ja nopeus sekä aika tallennetaan. Vastakkaissuuntaiset ajot ja säännellyt korjaukset vähentävät tuulen, kaltevuuden, ilman tiheyden ja lämpötilan vaikutusta.

Tuloksena oleva tavoite esitetään usein:

F(v) = f0 + f1 × v + f2 × v²

Alemman kertaluvun termit sisältävät suuren osan vierintä-, laakeri- ja voimansiirtovastuksesta. Neliöllistä termiä hallitsee aerodynaaminen vastus. Ajoneuvon muoto vaikuttaa siis WLTP-tulokseen jo ennen WLTC-ajoa: suurempi otsapinta-ala, epäedullisempi ilmanvastuskerroin, avoin jäähdytyskanava, erilainen pyörien ilmavirtaus tai korkeampi ajokorkeus voi kasvattaa vastuskäyrää.

Tavoiteajovastus muunnetaan dynamometrin asetuksiksi. Rullat ja renkaat tuottavat jo laboratoriovastusta, joten sähköjarru lisää voiman, jolla koko järjestelmä vastaa tiekohdetta. Dynamometrin rullaustesti varmistaa asetuksen toleranssin. Puhallin voi jäähdyttää paikallaan olevaa autoa, mutta kalibroitu aerodynaaminen kuorma tuotetaan rullilla eikä puhaltimen voimalla. UNECE: UN Regulation No. 154, Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure EUR-Lex: Commission Regulation (EU) 2017/1151, consolidated WLTP requirements

Ajovastus on keskeinen myös WLTP-interpoloinnissa. Ajoneuvot H ja L määrittävät hyväksyttävien kokoonpanojen suuremman ja pienemmän tarpeen rajat, ja yksittäisen version arvo lasketaan tämän säännellyn perheen sisällä. Vanteet, renkaat, varusteet ja aktiiviset aerodynaamiset laitteet on esitettävä sovellettavien testi-, laskenta- ja perhesääntöjen kautta.

Liian pieneksi määritetty vastus vähentäisi jokaisessa vaiheessa mitattua akkuenergiaa, ja aerodynaaminen vaikutus olisi suurin korkeassa ja erittäin korkeassa vaiheessa. Sääntely ohjaa valmistelua, tietojen käsittelyä, rullausta ja dynamometrin varmennusta, koska tämä lähtötieto on liian merkittävä jätettäväksi määrittelemättä.

Vaihe 3: valmistele akku ja laboratorio

Ajoneuvo ladataan täyteen määrätyllä tavalla, esikäsitellään ja lämpötilavakautetaan ennen testiä. Normaalilämpötilan menettely tehdään noin 23 °C:ssa hallituissa oloissa. Tarkka järjestys sisältää toleranssit, tauot ja lopetussäännöt; se ei vastaa omistajan auton käynnistämistä satunnaisena päivänä 23 °C:ssa.

Ajoneuvo noudattaa kuljettajan valittavia tiloja koskevia sääntöjä. Lisälaitteita ja ilmastointikuormia ohjaa menettely, eikä niitä valita jäljittelemään tiettyä perhematkaa. Tulos on standardoitu vertailu normaalissa testilämpötilassa, ei talvitoimintamatkan ennuste.

Erilliset matalan lämpötilan menettelyt kehittyvät sääntelyssä, mutta niitä ei pidä huomaamatta sekoittaa tuttuun yhdistettyyn WLTP-toimintamatkaan. Testin nimen, lämpötilaehdon ja arvotyypin on seurattava lukua.

Vaihe 4: pura akku

Sääntely sisältää peräkkäisiin sykleihin perustuvan tavanomaisen testin ja lyhennetyn menettelyn.

Peräkkäisessä menetelmässä ajoneuvo toistaa sovellettavaa sykliä lataustilan laskiessa. Viimeinen sykli käsitellään määrättyjen keskeytys- ja laskentasääntöjen mukaisesti. Menetelmä on suoraviivainen, mutta pitkän toimintamatkan sähköauto voi vaatia monia syklejä ja laboratoriotunteja.

Lyhennetty menettely säästää aikaa säilyttäen korkean ja matalan lataustilan mitatut syklijaksot:

Aloita täydellä ja esikäsitellyllä akulla.
Aja ensimmäinen WLTC-jakso korkealla lataustilalla.
Poista energiaa nopeammin säännellyllä vakionopeusjaksolla, vähintään 100 km/h ajoneuvon salliessa.
Aja toinen WLTC-jakso matalalla lataustilalla.
Jatka määrättyyn akun keskeytyskriteeriin.
Lataa uudelleen ja tallenna vaaditut energiatiedot.

Keskimmäistä vakionopeusosuutta ei lasketa tavalliseksi WLTC-ajoksi. Se on aikaa säästävä purkausjakso. Mitatut WLTC-jaksot määrittävät syklin kulutuksen, kun taas koko testi määrittää käytettävissä olevan akkuenergian. Yksityiskohtaiset yhtälöt huomioivat matkan, lataustilan muutoksen ja epätäydellisen loppujakson. Menettely kehitettiin välttämään kymmenet identtiset syklit toimintamatkojen kasvaessa. UNECE: Development of the WLTP shortened test procedure for electrified vehicles

Milloin WLTP-purkaustesti tarkalleen päättyy?

Mittariston 0% ei ole keskeytyskriteeri. Lyhennetyssä menettelyssä loppu saavutetaan, kun ajoneuvo ylittää nopeusprofiilin sallitun poikkeaman vähintään neljän peräkkäisen sekunnin ajan toisessa, testin päättävässä vakionopeusjaksossa. Kaasupolkimen ohjaus poistetaan ja ajoneuvo pysäytetään 60 sekunnissa. UNECE: UN Regulation No. 154, Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure UNECE: Development of the WLTP shortened test procedure for electrified vehicles

Tämä on toiminnallinen päätepiste määritellyllä tehontarpeella. Se ei tarkoita kennojen sähkökemiallista nollaa. Akunhallinta säilyttää suojamarginaalin haitallisen matalan jännitteen alueen yläpuolella.

Jos mittaristo saavuttaa 0% ennen kuin auto ei enää kykene seuraamaan loppuprofiilia, näytetyn 0% jälkeen käytetty tasavirtaenergia kuuluu edelleen mitattuun testiin. Jos etenemistä rajoitetaan ennen viimeistä kevyemmällä kuormalla saatavaa wattituntia, testin päättyessä energiaa on fyysisesti jäljellä.

Ero on tärkeä, koska napajännite laskee kuormituksessa. Alarajan lähellä akku saattaa ylläpitää hidasta ajoa mutta ei suurempaa nopeus- tai kiihtyvyystarvetta. Hallittu vakionopeusjakso lähellä katkaisua vähentää vaihtelua verrattuna dynaamisen syklin satunnaiseen lopetuskohtaan.

Vaihe 5: mittaa käytettävissä oleva akkuenergia

Purkaustestin aikana mitataan akun tasajännite ja -virta. Tasavirtatehon integrointi ajan suhteen antaa menettelyssä varastosta poistetun energian.

Yksinkertaistettuna:

Tasavirtaenergia = akkujännitteen × akkuvirran integraali ajan suhteen

Tuloksena oleva käytettävissä oleva energia on menettelykohtainen. Se riippuu määrätystä täyden latauksen tilasta ja keskeytyskriteeristä. Se ei automaattisesti ole ilmoitettu bruttokapasiteetti eikä välttämättä vastaa kuljettajan kaikissa oloissa näytetyllä 100–0-alueella käyttämää energiaa.

WLTP-mitattu energia voi sisältää varauksen näytetyn 0% alapuolelta, jos ajoneuvo yhä seuraa profiilia. Se ei sisällä etenemisen katkaisun alapuolella suojattua energiaa. Luku yksin ei paljasta nollan alapuolista varausta; näytetty lataustila tai hallintatiedot on tallennettava tasavirtapurkauksen rinnalla.

Purkautumisen jälkeen ajoneuvo ladataan säännellyssä järjestyksessä. Verkon vaihtovirtaenergia voidaan mitata sähkönkulutuksen raportointiin, jolloin lataushäviöt sisältyvät. Toimintamatkan laskenta käyttää käytettävissä olevan energian ja syklin tasavirtakulutuksen suhdetta. Siksi on tunnistettava, perustuuko WLTP-kulutus tasa- vai vaihtovirtaan, ennen kuin siitä päätellään kapasiteetti.

Vaihe 6: laske syklikulutus ja toimintamatka

Lyhennetty menettely yhdistää korkean ja matalan lataustilan WLTC-jaksojen kulutuksen sääntelyn painotusmenetelmällä. Yksinkertaistettuna:

Sähköinen WLTC-toimintamatka = käytettävissä oleva akkuenergia / painotettu WLTC-tasavirtakulutus

Kun energia ilmoitetaan kWh:na ja kulutus kWh/km:nä, osamäärä on kilometrejä. Varsinainen sääntely sisältää vaihe-, korjaus-, painotus-, keskeytys- ja pyöristyssäännöt; yhtälö kuvaa fyysistä suhdetta eikä korvaa hyväksyntälaskelmaa.

Yhdistetty arvo käyttää koko sovellettavaa vaiheyhdistelmää. Kaupunkiarvo johdetaan kaupunkiosuuksista, pääasiassa matalasta ja keskivaiheesta. Kukin arvo vastaa eri nopeusprofiilia koskevaan kysymykseen.

Interpolointiperheessä H:n ja L:n testitulokset määrittävät kunkin kokoonpanon arvon. Valmistaja ilmoittaa arvot, mutta niiden on täytettävä suhde mittauksiin sekä viranomaisen validointi- ja vaatimustenmukaisuusvaatimukset. WLTP on säännelty tyyppihyväksyntä, ei vapaa valmistajan arvio.

Miksi WLTP poikkeaa usein moottoritietoimintamatkasta

Sykli sisältää pysähdyksiä, matalaa nopeutta ja regenerointimahdollisuuksia. Erittäin korkea vaihe saavuttaa moottoritienopeuden, mutta 30 minuutin kokonaispainotus ei ole jatkuvaa ajoa nopeudella 120 tai 130 km/h. Tasaisella suurella nopeudella aerodynaaminen teho voi hallita ja jarrutusenergiaa on vähän talteen otettavaksi.

Normaalilämpötilan testi ei myöskään sisällä monien talvimatkojen jatkuvaa matkustamon ja akun lämmitystä. Toisaalta tehokas sähköauto voi ylittää yhdistetyn WLTP-matkansa tiheässä kaupunkiliikenteessä leudolla säällä.

Ero on ajoneuvokohtainen. Kiinteä sääntö kuten ”vähennä 20%” poistaa juuri erot, jotka hyödyllisen vertailun pitäisi näyttää.

WLTP-arvojen vertailu

Varmista, että molemmat:

ovat samasta markkinatoteutuksesta ja testisukupolvesta;
ovat joko molemmat yhdistettyjä tai molemmat kaupunkiarvoja;
koskevat oikeaa vanne-, rengas- ja voimansiirtokokoonpanoa;
ovat sertifioituja eivätkä alustavia;
käyttävät samaa kulutusrajaa energiaa verrattaessa.

WLTP on parhaimmillaan vastaavien kokoonpanojen hallittuna vertailuna. Se on heikompi lupauksena reitille, jonka nopeus, sää ja lämpökuormat poikkeavat menettelystä.