轉(zhuǎn)轂?zāi)M實(shí)際道路行駛排放（RDE）試驗(yàn)方法

閔浪　劉爽　王猛　顧王文

摘 要：本文針對(duì)國(guó)六排放法規(guī)中真實(shí)駕駛污染物排放試驗(yàn)（II型試驗(yàn)）的要求，研究了將道路試驗(yàn)過程中采集到的多維工況轉(zhuǎn)化到轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)室，利用全流排放測(cè)試系統(tǒng)（CVS）和PEMS串聯(lián)同時(shí)進(jìn)行車輛的RDE測(cè)試，并研究分析RDE測(cè)試在實(shí)驗(yàn)室復(fù)現(xiàn)與路試結(jié)果的等效性和差異性，為下一階段的RDE排放標(biāo)定開發(fā)轉(zhuǎn)移至試驗(yàn)室內(nèi)給出了代表性方法。

關(guān)鍵詞：實(shí)際行駛污染物排放 轉(zhuǎn)轂 模擬測(cè)試方法

1 前言

2020年我國(guó)部分地區(qū)已經(jīng)提前實(shí)施輕型汽車國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)，相比之前的排放標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)反映實(shí)際道路駕駛排放情況參照歐六標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合中國(guó)國(guó)情修訂和增加了實(shí)際行駛污染物排放（RDE）試驗(yàn)。其中要求使用PEMS（Portable Emission Measure Sys -tem）設(shè)備來(lái)評(píng)估車輛在實(shí)際道路上的真實(shí)排放情況。

RDE試驗(yàn)有兩項(xiàng)重要的特點(diǎn)，一是被檢測(cè)車輛不會(huì)有給定的速度曲線要求;二是實(shí)際道路檢測(cè)時(shí)，必須覆蓋市區(qū)、郊區(qū)、高速的所有路況，測(cè)試車輛應(yīng)以正常的駕駛方式、駕駛條件和負(fù)載在鋪裝道路上進(jìn)行。其結(jié)果會(huì)受包括地形、路面的質(zhì)量、路面寬度、交通流量、交通燈的數(shù)目、交通管理、天氣、風(fēng)速、溫濕度、駕駛行為激進(jìn)程度等因素影響。

然而，在中國(guó)路況上進(jìn)行RDE駕駛測(cè)試存在很大交通風(fēng)險(xiǎn)，部分地區(qū)甚至限制試驗(yàn)車上高速，并且受交通擁堵條件影響實(shí)驗(yàn)成功率也不高，試驗(yàn)穩(wěn)定性差，種種原因?qū)е翿DE實(shí)際測(cè)試成本較高。

本文針對(duì)國(guó)六排放法規(guī)中真實(shí)駕駛污染物排放試驗(yàn)（II型試驗(yàn)）的要求，總結(jié)將路試過程中采集到的多維度工況轉(zhuǎn)化到實(shí)驗(yàn)室，在轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)室利用全流排放測(cè)試系統(tǒng)（CVS）和PEMS串聯(lián)同時(shí)進(jìn)行車輛的RDE測(cè)試的方法，并研究分析RDE測(cè)試在實(shí)驗(yàn)室復(fù)現(xiàn)與路試結(jié)果的等效性和差異性。在試驗(yàn)室里模擬進(jìn)行RDE試驗(yàn)，能夠大幅提高試驗(yàn)結(jié)果的一致性和試驗(yàn)效率，為車輛的RDE排放標(biāo)定和優(yōu)化提供較好的條件。

2 RDE試驗(yàn)在轉(zhuǎn)轂?zāi)M的重要性

目前試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)工況如NEDC、FTP75、WLTC循環(huán)都只是針對(duì)特定地區(qū)和特定環(huán)境開發(fā)而成的，不能體現(xiàn)復(fù)雜多變的實(shí)際道路行駛情況，在試驗(yàn)室測(cè)試時(shí)排放優(yōu)化標(biāo)定相當(dāng)于“開卷考”，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工作區(qū)域較小。實(shí)際道路駕駛時(shí)車輛瞬態(tài)工況覆蓋范圍與車輛的動(dòng)力總成匹配形式有較大關(guān)系，如小排量發(fā)動(dòng)機(jī)配大車即“小馬拉大車”或儲(chǔ)備功率高的“大馬拉小車”等情況存在，不同車輛動(dòng)力匹配形式的排放控制及優(yōu)化難度均有不同。對(duì)于研發(fā)排放標(biāo)定人員來(lái)說(shuō)，國(guó)六法規(guī)的實(shí)施帶來(lái)了非常大的挑戰(zhàn)。

但是由于國(guó)六RDE法規(guī)依據(jù)中國(guó)車輛駕駛的實(shí)際環(huán)境狀況規(guī)定了普通環(huán)境條件、擴(kuò)展環(huán)境條件和進(jìn)一步擴(kuò)展環(huán)境條件，包括高低溫和低、中、高三個(gè)不同海拔擴(kuò)展，使得RDE研發(fā)標(biāo)定面臨更多的變量因素，RDE試驗(yàn)標(biāo)定地點(diǎn)、次數(shù)和成本大量增加，工作量大、實(shí)際路試試驗(yàn)效率低。這些都使得RDE試驗(yàn)在轉(zhuǎn)轂?zāi)M復(fù)現(xiàn)及在轉(zhuǎn)轂上使用代表曲線進(jìn)行標(biāo)定顯得十分重要。

特別是目前環(huán)境試驗(yàn)艙已經(jīng)具備了模擬高低溫、不同海拔氣壓、不同光照強(qiáng)度等環(huán)境氣候上有了很好的硬件保證的情況下，將RDE排放試驗(yàn)的研發(fā)和部分驗(yàn)證放在試驗(yàn)室轉(zhuǎn)轂上模擬已經(jīng)成為了非常重要的手段。

3 RDE試驗(yàn)在轉(zhuǎn)轂?zāi)M的主要設(shè)備

3.1 主要設(shè)備及連接

本試驗(yàn)方法主要運(yùn)用的試驗(yàn)設(shè)備包括四驅(qū)底盤測(cè)功機(jī)（轉(zhuǎn)轂）、全流排放分析測(cè)試系統(tǒng)（CVS）、高低溫帶陽(yáng)光模擬環(huán)境艙、便攜式排放測(cè)試系統(tǒng)（PEMS），試驗(yàn)設(shè)備詳細(xì)規(guī)格如表1所示。

在底盤測(cè)功機(jī)上將車輛排氣尾管連接至PEMS流量計(jì)和采樣流通管，再連接至CVS采樣管，具體連接示意如圖1、圖2所示。

3.2 試驗(yàn)前準(zhǔn)備及處理

試驗(yàn)前應(yīng)將車輛進(jìn)行滑行、預(yù)處理、浸車，將環(huán)境艙調(diào)整至試驗(yàn)所需的溫度、濕度和光照等環(huán)境條件，PEMS按實(shí)際道路試驗(yàn)方式連接至試驗(yàn)車上，連接車輛OBD接口以采集車輛數(shù)據(jù)，并設(shè)定使用OBD數(shù)據(jù)通道替代GPS通道。對(duì)PEMS設(shè)備和CVS設(shè)備都充分熱機(jī)，使用有證標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行標(biāo)定檢查。嚴(yán)格按照國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)加載，轉(zhuǎn)轂道路模擬慣量設(shè)置，同時(shí)，需確保車輛電瓶電量，以免在試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)充電導(dǎo)致低速段CO2過高的現(xiàn)象。裝有顆粒物捕集器的車輛，需保證在試驗(yàn)過程中盡量避免再生的出現(xiàn)。

4 RDE試驗(yàn)轉(zhuǎn)鼓模擬復(fù)現(xiàn)方法

4.1 進(jìn)行有代表性的RDE實(shí)車試驗(yàn)，得到偏激烈駕駛風(fēng)格的在合格邊界條件內(nèi)的滿足法規(guī)要求的實(shí)際道路行駛排放試驗(yàn)，如圖3。

從設(shè)備記錄中導(dǎo)出秒采（1Hz）的原始數(shù)據(jù)值，所需的數(shù)據(jù)通道來(lái)源于道路測(cè)試的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）采集的經(jīng)度、緯度、海拔、車速、里程信息和車載診斷系統(tǒng)（OBD）的車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度等信息。

4.2 四驅(qū)底盤測(cè)功機(jī)動(dòng)態(tài)加載

目前試驗(yàn)室四驅(qū)底盤測(cè)功機(jī)在動(dòng)態(tài)加載上最常見的是使用車度-時(shí)間和坡度-時(shí)間對(duì)路試工況進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬，轉(zhuǎn)向阻力等對(duì)結(jié)果影響不大一般不考慮。

車速-時(shí)間曲線通過耦合OBD的車速-時(shí)間曲線和GPS的車速-時(shí)間曲線得到，以修正補(bǔ)償GPS在測(cè)量上產(chǎn)生的跳躍波動(dòng)及丟幀。然后將曲線加載到主控系統(tǒng)的司機(jī)助上。

坡度-時(shí)間曲線使用GPS測(cè)得的里程-時(shí)間和海拔-時(shí)間通過計(jì)算得到，數(shù)學(xué)模型為：

式中：i為百分比坡度，單位為%;為海拔差，單位m;為距離，單位m。

可以看到，在以坡度數(shù)學(xué)模型計(jì)算出來(lái)的坡度曲線中存在一些奇異點(diǎn)，如初始段最大坡度10%以上，部分點(diǎn)的坡度存在跳躍情況，此時(shí)需要結(jié)合速度-時(shí)間曲線和GPS海拔及該點(diǎn)前后多個(gè)點(diǎn)的位置情況對(duì)坡度進(jìn)行修正，使用修正后的曲線導(dǎo)入到轉(zhuǎn)轂中進(jìn)行坡度和力加載。

4.3 CVS排放測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)定

由于目前的CVS采樣系統(tǒng)均為WLTC循環(huán)或其他排放油耗測(cè)試循環(huán)而專門設(shè)定，多為30min，而目前RDE測(cè)試曲線時(shí)間長(zhǎng)，一般為90～120min，在4組氣袋的同等流量收集條件下無(wú)法滿足，需要調(diào)整設(shè)備的稀釋比和采樣比例，使每組氣袋的采樣時(shí)間延長(zhǎng)到30分鐘左右，這樣兩組氣袋收集市區(qū)工況樣氣、一組氣袋收集郊區(qū)工況樣氣、一組氣袋收集高速工況樣氣。

同時(shí)需要開啟直采分析儀，以便與PEMS測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行比較確認(rèn)。

4.4 曲線駕駛試驗(yàn)

全部設(shè)定完成后使用PEMS和轉(zhuǎn)轂CVS主控同時(shí)開啟測(cè)試，司機(jī)按照給定曲線在轉(zhuǎn)轂上完成駕駛操作。

5 結(jié)果對(duì)比分析與討論

5.1 RDE試驗(yàn)以WLTC循環(huán)測(cè)試的CO2排放量為計(jì)算基礎(chǔ)，所以在做RDE實(shí)驗(yàn)前需得到相關(guān)數(shù)值。實(shí)際道路測(cè)試的CO2窗口曲線如下圖所示。

在轉(zhuǎn)轂上模擬復(fù)現(xiàn)的CO2窗口如圖7，可以看到CO2排放量在整個(gè)行程中都相比實(shí)際道路略偏小，表明在轉(zhuǎn)轂被動(dòng)跟曲線駕駛時(shí)能對(duì)速度提前預(yù)判，導(dǎo)致排放量相對(duì)降低;

5.2 對(duì)比兩次實(shí)驗(yàn)的RPA和V.Apos95值，可以看出轉(zhuǎn)轂?zāi)M測(cè)試的激烈程度會(huì)比道路實(shí)際曲線有小幅降低，見表2。因此在進(jìn)行轉(zhuǎn)轂復(fù)現(xiàn)時(shí)應(yīng)選取較為激烈的速度曲線作為參考曲線進(jìn)行試驗(yàn)。

5.3 對(duì)比轉(zhuǎn)轂上PEMS和CVS結(jié)果差異以及轉(zhuǎn)轂PEMS與實(shí)際道路上PEMS測(cè)試結(jié)果的差異性，并通過逐漸調(diào)整激烈程度目標(biāo)值，達(dá)到在轉(zhuǎn)轂上開發(fā)驗(yàn)證及進(jìn)行排放標(biāo)定的工作。

5.4 同時(shí)由于實(shí)際道路駕駛試驗(yàn)轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)轂上測(cè)試的時(shí)間太長(zhǎng)，對(duì)駕駛司機(jī)長(zhǎng)時(shí)間全神貫注試驗(yàn)是一個(gè)非常大的考驗(yàn)，可以在此基礎(chǔ)上通過截取相關(guān)速度段的代表曲線，從而縮短時(shí)間，利于在轉(zhuǎn)轂上的深入研究。

6 結(jié)論

綜上所述，實(shí)際行駛污染物排放（RDE）試驗(yàn)在轉(zhuǎn)轂排放試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行模擬測(cè)試是可行的方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB 18352.6-2016 輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）.