淺談實際道路行駛污染物排放試驗方法

（廣汽乘用車有限公司，廣東廣州 511434）

0.引言

諸多數據表明，在試驗室開展的排放測試結果與實際行駛排放結果存在較大差異。這主要是由于試驗室內是按照規(guī)定的試驗循環(huán)，且為保證試驗的復現性，試驗室內氣象條件（溫度、濕度、大氣壓）均在法規(guī)規(guī)定的極小范圍內波動。與實際道路測試相比，試驗室條件較為單一，不能覆蓋車輛實際道路運行狀況。制造商開發(fā)的減排技術在試驗室測試中的減排效果會明顯好于道路上的減排效果，由于車輛制造商利用試驗室運行工況邊界條件狹窄這一事實，設計工程策略，使車輛在試驗室工況下能夠保證良好的燃油經濟性以及對污染物限值的符合性。

車載排放測量系統（PEMS）在今年快速發(fā)展，可以安裝在實際道路行駛的車輛上，測試得到實際行駛過程中的排放特性，真實反映車輛在實際行駛中的排放特性。然而由于測試時的環(huán)境條件、駕駛員以及路線等的差異，同一輛樣車的測試結果也可能相差甚遠，可以說實際道路排放測試結果的隨機性很大?？梢?，通過實際行駛排放檢測達到控制車輛排放需要一定的過程。

1.實際行駛排放發(fā)展歷程

1.1 重型車實際行駛排放

2013年2月，北京市環(huán)境保護局和北京市質量技術監(jiān)督局發(fā)布北京市地方標準《重型汽車排放污染物排放限值及測量方法（車載法）》，此標準主要參考EPA CFR 40 part 86和86.1370和CFR part 1065 subpart J部分、（EU）No 582/2011（修訂草案）以及HJ439-2008《車用壓燃式、氣體燃料點燃式發(fā)動機與汽車在用符合性技術要求》的部分技術內容，并根據北京實際情況進行了部分修訂。

2017年9月19日環(huán)境保護部發(fā)布了HJ857-2017《重型柴油車、氣體燃料車排氣污染物車載測量方法及技術要求》。

2018年6月22日生態(tài)環(huán)境部及國家市場監(jiān)督管理總局聯合發(fā)布了GB17691-2018《重型柴油車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》，其中增加了整車實際道路排放測試要求和限值的規(guī)定。

1.2 輕型車實際行駛排放

2016年12月23日環(huán)境保護部及國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯合發(fā)布《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》，其中增加了實際行駛污染物排放（RDE）試驗要求，定為II型試驗[1]。

由此，我國拉開了實際道路行駛污染物排放檢測的帷幕。

2.測試方法

2.1 測試工況

重型車與輕型車的測試工況，如表1所示。

表1 重型車與輕型車的測試工況對比表

測試工況均按照市區(qū)―市郊―高速的行駛順序連續(xù)進行，對于重型車第一個出現車速超過55km/h的短行程（指車輛從一個怠速終點到下一個怠速起點之間的行駛過程）記為市郊路的開始（對于M1、N1類車輛為70km/h），第一個出現車速超過75km/h的短行程記為高速路的開始（對于M1、N1類車輛為90km/h）。試驗開始點和結束點之間的海拔高度之差不得超過100m，并且試驗車輛的累計正海拔高度增加量應不大于1200km/100km，累計海拔高度增加量從行程開始時的第一個測量值d（0）開始，以不變的空間分辨率1m進行計算，分辨率為1m的離散數據點是指由特定距離值d（例如0m，1m，2m，……）及對應的海拔高度h（d）[m]表征的路徑點，此過程中需要必要的海拔校正及光滑處理。同時，還有車輛載荷、環(huán)境條件、動力學狀態(tài)、車輛狀態(tài)等方面的要求[2]。

2.2 數據處理方法

2.2.1 功基窗口法

功基窗口法是移動平均窗口法的一種，從試驗終止點到截止點之間的一個連續(xù)區(qū)間，當區(qū)間的累計做功等于瞬態(tài)循環(huán)的發(fā)動機做功量時，定義該連續(xù)區(qū)間為一個功基窗口，功基窗口內車輛排氣污染物排放總質量與窗口內做功量的比值，稱為窗口比排放，功基窗口比排放計算隨時間向后推移，每個窗口的起始數據點推移的步長等于排氣污染物采樣頻率的倒數，如此不斷隨時間做滑動平均，直到窗口的終止點到達試驗數據的結束點。通過比較各功基窗口比排放與發(fā)動機型式檢驗比排放的符合性評價車輛的排放的方法即為功基窗口法。算法舉例：

第i個功基窗口的確定：

式中：t1,i和t2,i分別為第i個功基窗口起始時間和終止時間，s；

Wref為發(fā)動機瞬態(tài)循環(huán)（HJ857中規(guī)定為ETC或WHTC，在GB17691中規(guī)定為WHTC）做功量，kW·h；

Wt為瞬時功，kW·h，，

式中，Tt為瞬時凈扭矩，Nm；

nt為瞬時轉速，r/min。

功基窗口比排放：

式中：gasi為氣態(tài)污染物的瞬時排放質量，g/s；

窗口平均功率大于發(fā)動機最大功率的20%的窗口為有效窗口，有效窗口比例≥50%。若有效窗口的比例低于50%，使用較低功率閾值繼續(xù)進行評價，將窗口平均功率閾值要求以1%為步長逐漸減小，直到有效窗口的比例達到50%，但GB17691規(guī)定功率閾值最小不能小于10%，HJ857規(guī)定功率閾值最小不能小于15%，否則試驗無效[3]。

2.2.2 CO2平均窗口法

利用常溫排氣污染物排放測試循環(huán)得到的CO2的質量確定一個個數據子集，數據子集的移動平均計算步長?t與數據取樣頻率一致。

例如：

第j個平均窗口的持續(xù)時間（t2,j-t1,j）的確定:

MCO2(t2,j)-MCO2(t1,j)≥MCO2,ref-

式中：MCO2(t1,j)為從試驗開始到t1,j時刻時間內測得的CO2質量，g；

MCO2,ref為常溫排放測試循環(huán)中車輛排放的CO2質量（g）的一半。根據下式選擇確定t2,j：

MCO2(t2,j-?t)MCO2(t1,j)＜MCO2,ref≤ MCO2(t2,j)-MCO2(t1,j)，其中，?t是數據取樣時間周期。

窗口評估：

常溫排放試驗中測得的CO2排放與平均速度之間的關系是試驗車輛的參考動態(tài)特征，稱為“車輛CO2特性曲線”。為獲得CO2特性曲線，被測試車輛首先應按照常溫排放試驗要求設置道路阻力，并進行排放試驗。

確定特性曲線需要的參考點P1，P2和P3：

MCO2,d,P1=常溫排放低速段CO2的排放結果＊1.2，g/km；

MCO2,d,P2=常溫排放高速段CO2的排放結果＊1.1，g/km；

MCO2,d,P3=常溫排放超高速段CO2的排放結果＊1.05，g/km；

CO2的特性曲線即為由P1，P2和P3確定的兩條線段確定的MCO2與平均速度確定的函數，在車速坐標軸上，車速最高限定在145km/h以下，45km/h以下為市區(qū)路段，45km/h～80km/h為市郊路段，80km/h～145km/h為高速路段。

數據的完整性和正常性驗證：車輛CO2特性曲線的基本公差和擴展公差分別為tol1=25%和tol2=50%。市區(qū)、市郊和高速窗口數量分別占總窗口數量的15%以上時，即認為完成試驗。50%以上的市區(qū)、市郊和高速窗口落在特性曲線所定義的基本公差范圍內時，則可以判斷試驗結果正常。如果不滿足上述規(guī)定的最低要求，可以按1%步長增加公差上線范圍，直到滿足50%的窗口要求為止。但使用這種方法時，tol1最終應小于50%。

2.3 試驗行駛注意事項

對于OVC車輛應從REESS電量保持狀態(tài)開始進行試驗，以滿足市區(qū)段發(fā)動機最小累計工作行程12km要求；試驗過程中不允許使用車輛電源為PEMS 供電，但是允許車輛電源為與安全相關的照明裝置供電（例如牌照燈和安全指示器等）；試驗過程中不允許更改車輛的物理配置（例如不允許在試驗過程中更改輪胎壓力）；在RDE測試中，車輛如果出現OBD故障警示，應及時停止試驗，試驗認定失效，待故障排除后重新開始試驗；試驗車輛應該在鋪裝的道路上，以正常的駕駛方式和負載進行排放性能試驗；如果試驗車輛有幾個不同的換檔或者駕駛模式，試驗可以在除特殊模式（維修模式或牽引模式）以外的任何模式下進行試驗，建議使用主駕駛模式進行試驗；應該按消費者在實際道路上正常行駛方式設置空調系統和其他附屬設備，應避免不適當使用空調系統，例如不應開空調的同時打開車窗，避免刻意的、不符合日?？蛻赳{駛習慣的加速行為，以及減少駕駛過程中駕駛員依據RPA實時顯示改變駕駛習慣。試驗時，所有原裝附件都是允許使用的，自動關閉的電子附件（指后窗加熱、鏡加熱等），只有出于安全駕駛的原因才可啟動[4]。

2.4 試驗數據處理

道路行駛結束后，對于試驗過程中的污染物數據進行窗口計算、行程動力學校驗及累計正海拔高度增加量計算。判斷試驗溫度、海拔、時間、里程、行程占比、平均車速、停車時間、窗口正常性完整性、行程動力學、市區(qū)、行程污染物排放等是否符合法規(guī)要求。至此，一個完整的試驗過程所包含的關鍵步驟已完成。若某項驗證不符合法規(guī)要求則需要重新浸車后開展試驗。

3.試驗結果分析

對某輕型汽車進行了RDE試驗，通過CO2移動平均窗口法計算得到的結果見表2。

表2 RDE試驗數據

從表2數據可見，未經窗口加權的含冷起動階段的各污染物排放量均高于不含冷起動階段的排放量，市郊與高速階段的CO2、NOX、PN排放量基本一致，經窗口加權后市區(qū)污染物排放量減少幅度很大，如CO由201.53g/km降為105.51g/km，降幅為48%；NOX由8.80g/km降為3.54g/km，降幅為60%；PN由1.7E+11個/km降為1.1E+11個/km，降幅為35%；市郊和高速段均有不同程度的稍小的降幅。可見，算法對于結果的影響較大，同時，是否包含冷起動排放對于實際排放的最終結果也有一定的影響。

4.結語

本文對重型汽車及輕型汽車的實際道路行駛排放試驗方法進行了總結。對于試驗結果的計算方法進行詳細介紹，數據處理方法均為窗口法，但輕型汽車與重型汽車的窗口來源依據不同，選擇有效窗口的方法一致。對于混動車，試驗應該從電量保持模式開始，同時還有特殊注意事項。最后以某輕型汽車的實際道路行駛排放結果為例，分析得出窗口的選擇及算法對于排放結果影響較大，最終結果中是否包含冷起動排放，個人認為有待進一步研究論證。