重型整車道路法與轉(zhuǎn)鼓法排放測試比較研究

文/胡雅璐

目前，就現(xiàn)有重型車排放管理而言，主要措施是依據(jù)發(fā)動機(jī)排放的臺架試驗(yàn)認(rèn)證，而這種管理方式存在諸多問題。發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)循環(huán)工況與整車實(shí)際道路工況差距較大，不同類型的重型車輛間，實(shí)際道路工況也有較大差異，發(fā)動機(jī)法規(guī)工況無法充分體現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行工況，且后處理裝置需要排氣達(dá)到一定溫度后才能有效工作，這樣勢必導(dǎo)致排放管理的失控。

針對目前排放測試的種種不足，不少國家提出了解決方法。我國北京也于2013年開始實(shí)施全國第一個(gè)整車排放測試標(biāo)準(zhǔn)DB 11/965-2013《重型汽車排氣污染物排放限值及測量方法（車載法）》，開始基于整車來管理重型車排放核準(zhǔn)和在用符合性管理；環(huán)保部的標(biāo)準(zhǔn)HJ 857-2017《重型柴油車、氣體燃料車排氣污染物車載車輛方法及技術(shù)要求》已于2017年9月發(fā)布；強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)《車用壓燃式、氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)與汽車排氣污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》目前在征求意見階段，其中提出了整車排放測試和限值要求，直接明確了整車企業(yè)責(zé)任，為整車監(jiān)督檢查提供方法。

由于整車排放更能切實(shí)反映實(shí)際汽車排放，未來重型車排放法規(guī)將更加重視在整車排放方面的規(guī)定。本文對上述兩種方法分別進(jìn)行測試，比較其差異和優(yōu)劣點(diǎn)，為相關(guān)部門對重型汽車在用車符合性等檢查和監(jiān)管工作提供一些技術(shù)支持。

一、測試方案

1.概述

重型車整車測試方法主要分為兩種，一種是采用實(shí)際道路路況，將車載排放測試系統(tǒng)裝載于車輛之上，在重型車輛道路運(yùn)行情況下進(jìn)行車輛排放污染物采集分析的方法，稱為整車道路法。另一種依據(jù)征求意見標(biāo)準(zhǔn)中的方法采用底盤測功機(jī)模擬道路阻力，使用全流采樣分析系統(tǒng)（CVS）對車輛排放污染物進(jìn)行分析，稱為轉(zhuǎn)鼓法。

2.測試方案

依據(jù)重型車排放測試標(biāo)準(zhǔn)，確定測試工況循環(huán)，選定測試車輛和測試設(shè)備，制定測試方案（見表 1）。

表1 重型車整車排放測試方案內(nèi)容列表

① 采用轉(zhuǎn)鼓法。按照測試方案，選定我國典型商用車循環(huán)（C-WTVC）測試工況進(jìn)行試驗(yàn)，得到測試結(jié)果。

② 采用整車道路法。按照制定的測試方案，確定道路測試工況，得到測試結(jié)果。

二、試驗(yàn)設(shè)備

該測試主要涉及的測試設(shè)備為：具備道路阻力模擬能力的重型車整車底盤測功系統(tǒng)、CVS和PEMS。

三、整車道路法排放測試研究

本文按照HJ 857-2017，對M3車輛進(jìn)行整車道路排放測試，車輛的準(zhǔn)備、載荷和燃料等均按照此標(biāo)準(zhǔn)要求實(shí)行（見表3）。路線選擇為上海市區(qū)和郊區(qū)，海拔差符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

表3 測試車輛要求

1.測試工況

測試工況的構(gòu)成路況包括市區(qū)道路、市郊道路和高速路，并按照此順序行駛。實(shí)際測試路況見表4，按規(guī)定行駛路線選擇有市區(qū)道路、市郊道路和高速道路。

表4 實(shí)際測試路況

2.道路排放測試數(shù)據(jù)分析比較

測試車按照上述描述的測試工況，進(jìn)行三次試驗(yàn)，測試數(shù)據(jù)見表5。將三次排氣污染物CO和NOx數(shù)據(jù)分別進(jìn)行比較分析，引入重復(fù)性這個(gè)系數(shù)，即變異系數(shù)（CV)，計(jì)算公式為：

CV =( 標(biāo)準(zhǔn)偏差SD /平均值Mean )×100%

表5 道路法排放測試數(shù)據(jù).g/km

三次道路測試所得的NOX和CO測試數(shù)據(jù)吻合度低，重復(fù)性差。進(jìn)一步分析整車道路測試重復(fù)較差的原因，主要是道路測試容易受環(huán)境、天氣、交通量和實(shí)驗(yàn)人員的影響，對駕駛循環(huán)的跟蹤性也較差，可比性和可重復(fù)性較差。

四、轉(zhuǎn)鼓法測試研究

轉(zhuǎn)鼓法測試技術(shù)需具備4個(gè)條件：能夠真實(shí)模擬汽車行駛過程中所受阻力的道路載荷曲線；能夠代表道路汽車實(shí)際運(yùn)行工況的行駛循環(huán)；通過各種道路模擬系統(tǒng)、功率吸收裝置、慣性模擬系統(tǒng)來真實(shí)準(zhǔn)確地模擬汽車實(shí)際行駛情況；精確的CVS。

1.道路載荷模擬

為能夠根據(jù)實(shí)際駕駛行為來描述車輛的排放，真實(shí)模擬車輛行駛狀況，必須具備一個(gè)能夠真實(shí)反映汽車行駛過程中所受阻力的道路載荷曲線。該曲線必須考慮到汽車行駛過程中所遇到的滾動阻力和空氣阻力。本次試驗(yàn)選用查表法獲得道路阻力系數(shù)進(jìn)行道路阻力加載。

2.行駛循環(huán)C-WTVC

采用的測試循環(huán)為GB/T 27840-2011《重型商用車輛燃料消耗量測量方法》中規(guī)定的C-WTVC循環(huán)，該循環(huán)是在世界統(tǒng)一的重型商用車輛瞬態(tài)循環(huán)（WTVC）的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國實(shí)際的行駛狀況通過調(diào)整加速度和減速度而來。C-WTVC循環(huán)主要分為市區(qū)、公路和高速工況三部分，總運(yùn)行時(shí)間為1 800 s，平均車速41.0 km/h，行駛里程共20.51 km。

3.整車轉(zhuǎn)鼓法測試數(shù)據(jù)分析比較

測試車按照查表法獲得道路阻力系數(shù)進(jìn)行道路阻力加載，車輛在底盤測功機(jī)上滑行擬合，測試車按照C-WTVC工況，進(jìn)行三次試驗(yàn)，測試數(shù)據(jù)見表6。選取三次試驗(yàn)數(shù)據(jù)中排氣污染物CO和NOx測試數(shù)據(jù)分別比較，可以得知，整車轉(zhuǎn)鼓法排放三次測試CO和NOx測試數(shù)據(jù)變化較小的，結(jié)果一致性較好，檢測重復(fù)性較好。

表6 轉(zhuǎn)鼓法排放測試數(shù)據(jù) g/km

進(jìn)一步分析轉(zhuǎn)鼓法測試重復(fù)性較好的原因，推測有以下幾點(diǎn)：

① 底盤測功機(jī)控制精度高，性能穩(wěn)定，能準(zhǔn)確模擬出C-WTVC工況要求的車輛行駛阻力，對測試提供了可靠的模擬條件。

③ CVS測量精度高，漂移小，穩(wěn)定性好，滿足法規(guī)要求。

五、結(jié).語

整車轉(zhuǎn)鼓排放測試相比整車道路排放測試，能提供容易控制的條件，從而排除天氣和其他交通量的影響，而且為汽車安裝、固定的控制儀表和復(fù)雜的特殊儀器的使用提供了一個(gè)良好的框架，從而提高了測量的準(zhǔn)確性、測量的特殊性、重復(fù)性和可比性。

CVS精度明顯優(yōu)于PEMS設(shè)備的精度。PEMS設(shè)備由于體積小，方便攜帶，其優(yōu)點(diǎn)為測試靈活，經(jīng)濟(jì)性較高。

整車道路測試工況至少需要3 h測試?yán)锍潭鴮?shí)驗(yàn)室按照C-WTVC工況所需僅1 800 s的時(shí)間，里程分配等這些兩者之間比較整車道路測試所得數(shù)據(jù)更能反映車輛實(shí)際排放水平。

PEMS所得秒采數(shù)據(jù)，重復(fù)性較差，離散度高，而CVS測試所得秒采數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確度和一致性都較高且轉(zhuǎn)鼓法CVS成熟可靠。