駕駛行為對重型柴油車實際道路行駛排放測試的影響

岳大俊，杜寶程,，鄒 杰，徐劃龍，向 橄，張 力

(1.重慶大學 汽車工程學院，重慶 400044；2.中國汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401122)

隨著中國經濟的高速發展和國民生活水平的提高，截至2018年底中國汽車保有量達到了2.32億輛，其中重型車保有量達到2 657.82萬輛[1]。研究發現重型車NOx和PN實際道路排放并沒有達到預期效果，甚至被認為至少低估50%[2-4]。在《重型柴油車污染物排放限值及測量方法(中國第六階段)》(國六)排放法規即將全面實施的背景和條件下[5]，由于實驗室認證測試循環排放結果不能真實反映實際行駛污染物排放狀況，因此國六排放法規將實際行駛污染物排放試驗作為WHTC(world high-duty test cycle)測試循環補充測試程序[6]。

1 試驗設備和車輛

1.1 試驗路線

國六排放法規中對于重型車PEMS試驗路線有著嚴格的要求。其中要求試驗車輛累積正海拔高度增加量小于1 200 m/100 km、試驗開始點和結束點之間的海拔差小于100 m以及對N2、N3和M3城市類車輛市區、市郊、高速路段比例做出了相應要求。同時為減少道路等條件對試驗結果造成影響，同一輛車在同一條路線上進行前后3次試驗。每個類型車輛實際行駛特征如表1，從表1中可以看出9次試驗全部符合國六排放法規的要求。車輛行駛路線如圖1所示，圖中A點到E點為車輛RDE試驗時的行駛順序，A點為試驗起始點，E點為試驗結束點。

表1 路線特征

圖1 車輛行駛路線Fig. 1 Vehicle driving routes

1.2 試驗設備

本研究9次試驗排放測試均采用日本HORIBA公司OBS-ONE系列便攜式排放測試系統(PEMS)，該系統主要有七大部分組成。測試部分主要有氣體模塊(OBS-ONE GS)測量CO，CO2，NOx的排放量；PN模塊則主要測量PN數量。其中CO采用不分光紅外線吸收型分析儀(nondispersive infrared analyzer, NDIR)，NOx測量采用化學發光型分析儀(chemiluminescent detector, CLD)，PN采用激光散射凝聚離子計數法測量，其設備組成見圖2。

圖2 排放測試設備Fig. 2 Emissions test equipment

1.3 試驗車輛

分別對1輛N2非城市類、1輛N3非城市類和1輛M3城市類客車進行3次PEMS實驗，其車輛全部屬于新車(總里程<10 000 km)，而且每輛車都配備了滿足最新國六要求后處理系統(SCR,DOC,DPF,ASC)，車輛信息見表2。

表2 車輛信息

2 試驗方法和排放計算

所有重型車污染物的比排放均以發動機工作輸出的每千瓦時的污染物排放質量給出，與輕型車車輛覆蓋的每公里的排放質量有所差異。此外，對路線不同部分的污染物(市區、市郊和高速路段)排放進行了分解，并提供了相應的比排放數據。

2.1 試驗方法

車輛載荷都是采取國六法規b階段車輛最大設計載荷的10%；且在試驗之前車輛已經在環境中浸車18 h以上，從OBD讀取發動機冷卻液溫度不超過環境溫度2 ℃。利用備好的試驗車輛、設備以及選擇好的試驗道路，在嚴格按照國六法規上面要求的前提下進行試驗。其中包括：試驗前后設備檢查(設備標定)、測試最短時間要求(WHTC循環功的4～7倍)、ECU數據流要求、發動機停車采樣要求等。且同一類車輛在同一道路同一時間段進行試驗。

在試驗過程中，同一駕駛員在滿足該類型車輛的道路上前后分別進行3次試驗：平穩駕駛、正常駕駛和激烈駕駛。其中正常駕駛表示該次試驗駕駛員與平時駕駛習慣無異；平穩駕駛表示該次試驗駕駛員較正常駕駛更加溫和平穩；激烈駕駛表示該次試驗駕駛員以更加激進的駕駛方式來驅動車輛，更多的急加速、急減速操作。

2.2 功基窗口法

在計算最終比排放時，為減少其所造成的誤差，應對試驗數據進行預處理。首先，要排除車輛在冷啟動階段的數據；其次，對其不同信道的數據進行時間對齊，降低各信號之間的時間偏移。最后，對數據進行一致性檢查，燃油相關性系數R2必須大于等于0.9。

表3 車輛窗口信息

3 PEMS試驗結果分析

3.1 不同駕駛行對動力學參數的影響

圖3 不同駕駛行為下的動力學參數Fig. 3 Dynamic parameters under different driving behaviors

3.2 不同駕駛行為下的比排放

利用功基窗口法對每輛車比排放進行計算，如圖4所示。從圖中可以看出所試驗車輛CO比排放與動力學參數無明顯影響關系，C車CO比排放反而是平穩駕駛行為下最高。但是3輛車的NOx和PN排放與駕駛行為存在一定的相關性，隨著駕駛行為逐漸激烈，其比排放也有一定的升高。同一輛車3次PEMS試驗其每種排放物的比排放存在較大的差異，可見駕駛行為對重型車排放具有很大影響。

圖4 車輛比排放Fig. 4 Emission factors of vehicles

3.3 行程動力學參數與比排放的相關性

圖5 CO隨vapos[95]變化關系Fig. 5 Relationship between CO and vapos[95]

圖6 NOx隨vapos[95]變化關系Fig. 6 Relationship between NOx and vapos[95]

圖7 PN隨vapos[95]變化關系Fig. 7 Relationship between PN and vapos[95]

4 結 論

嚴格按照國六重型車排放標準，對3輛重型車分別進行了平穩駕駛、正常駕駛和激烈駕駛9次實驗，通過計算得出以下結論：

1)相較于平穩駕駛，正常駕駛和激烈駕駛行為使得總行程NOx排放A車分別增加621.10%，250.70%，B車分別增加191.40%，33.73%，C車分別增加350.50%，119.20%；總行程PN排放A車分別增加21.26%，24.84%，B車分別增加122.40%，45.34%，C車分別增加52.46%，23.60%。

4)PN比排放與車輛動力學參數v·apos[95]存在強相關性，相關性最好的B車其相關系數為0.864 1，A車次之為0.841 5，C車相關性最差為0.791 6。

當前國六重型車排放法規中并未對其行程動力學進行一定的規范和校驗。通過對3種駕駛行為下實際道路排放物的分析可知，其行程動力學對重型車排放尤其是NOx和PN的影響不容忽視。故在下一步法規修訂過程中，應該充分考慮車輛行程動力學參數對試驗結果的影響。