輕型汽車排放試驗室比對研究和探討

邱爭光，葉呈鋒，宮 晨，朱 飛

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，浙江 寧波 315336）

國六排放法規(guī)已于2019年7月1日實施，汽車排放污染物的進(jìn)一步降低，對設(shè)備的測量精度和測試結(jié)果的可靠性提出了更嚴(yán)苛的要求。我國對汽車排放的檢測要求在不斷提高，各大汽車生產(chǎn)企業(yè)和相關(guān)的檢測機(jī)構(gòu)都建立了具有國六排放標(biāo)準(zhǔn)測試能力的輕型汽車排放檢測試驗室。試驗室間的比對試驗是確定試驗室的檢測能力、確保數(shù)據(jù)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)化活動。比對試驗有多種形式，如：人員比對、設(shè)備比對、測試方法比對和試驗室間比對等。目前，國內(nèi)輕型汽車排放比對試驗主要聚焦試驗室間比對，但對比對試驗結(jié)果的分析，還沒有一套標(biāo)準(zhǔn)模式，各種統(tǒng)計方法都在使用。本文以輕型汽車排放試驗室比對試驗項目（國六常溫排放試驗和燃料消耗量試驗） 著重分析了三家試驗室的試驗?zāi)芰Α?/p>

1 國六常溫排放及燃料消耗量測試 方法簡介

輕型汽車排放試驗主要包括常溫排放試驗、雙怠速排放試驗、實際污染物（Real Drive Emission, RDE）排放試驗、曲軸箱污染物排放試驗、低溫排放試驗、蒸發(fā)污染物排放試驗和加油污排放試驗，本次比對試驗以國六常溫排放試驗和國六燃料消耗量試驗為準(zhǔn)，按照目前GB 18352.6—2016和GB/T 19233—2020標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)世界輕型汽車測試循環(huán)工況（Word Light Test Cycle, WLTC）進(jìn)行，整個試驗過程1800 s，試驗里程23.5 km。駕駛員按照要求進(jìn)行曲線駕駛后，排放分析儀進(jìn)行相關(guān)污染物的分析和結(jié)果運算，如：THC、NMHC、NOX、N2O、CO、PM、PN、CO2。最后得出相應(yīng)污染物結(jié)果，燃料消耗量試驗結(jié)果根據(jù)碳平衡法計算而得。

2 試驗結(jié)果比對方法的選擇

目前國內(nèi)輕型汽車排放能力驗證試驗主要通過試驗室間的比對進(jìn)行。但比對試驗結(jié)果的分析，并沒有一套標(biāo)準(zhǔn)模式，為了更科學(xué)全面地對結(jié)果進(jìn)行分析，通過結(jié)合實際案例，對各種統(tǒng)計方法在排放比對試驗上的運用進(jìn)行比較，我們選擇了以下幾種方法對試驗結(jié)果進(jìn)行綜合判定。圖1為典型的輕型汽車排放試驗室示意圖。

圖1 典型的輕型汽車排放試驗室示意圖

2.1 單個試驗室結(jié)果一致性判定方法

統(tǒng)計量是樣本的指標(biāo)，總體的指標(biāo)是參數(shù)。樣本是進(jìn)行統(tǒng)計分析的依據(jù)，但當(dāng)取得一組樣本觀察值時，往往是一些雜亂無章的數(shù)據(jù)，并不能直接由此推斷總體的性質(zhì)。這時，還必須針對不同問題由樣本構(gòu)造一個相應(yīng)的函數(shù)，我們稱之為統(tǒng)計量，用它來推斷總體的性質(zhì)。

式中，L為污染物限值的自然對數(shù)；xi為第i次測量的某種污染物測量值的自然對數(shù)；s為生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)偏差的估計值（測量值取自然對數(shù)后）；n為試驗次數(shù)。

統(tǒng)計量法可反映試驗室自身3次數(shù)據(jù)間的差異以及試驗數(shù)據(jù)與限值的偏差，計算公式中用到了污染物限值，與排放試驗的相關(guān)度更大，可有效地剔除離群值。統(tǒng)計量的合格判定參照 GB 18352.5—2013中MA.1中的均值。

2.2 多個試驗室間結(jié)果處理方法

多個試驗室間結(jié)果的比對采用標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對誤差法。

標(biāo)準(zhǔn)偏差法：

式中，σ1為多個試驗室間試驗結(jié)果的平均值的樣本偏差；Xi為第i個試驗室的試驗結(jié)果的平均值；X為多個試驗室間試驗結(jié)果的平均值的平均值；n為試驗室個數(shù)。

相對誤差法：

式中，δj為試驗室j試驗結(jié)果的平均值與的相對誤差；為試驗室j三次試驗結(jié)果的平均值；為多個試驗室間試驗結(jié)果的平均值的均值；Li為比對試驗用樣車適用的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)限值。

標(biāo)準(zhǔn)偏差可以更直觀地解析各排放污染物的情況，驗證各試驗室間試驗數(shù)據(jù)與總體均值的差異。相對誤差法則可以量化試驗室間試驗數(shù)據(jù)的差異，兩者相互補(bǔ)充，可以更全面地分析試驗室間試驗?zāi)芰Φ牟町?。多個試驗室間試驗結(jié)果判定，標(biāo)準(zhǔn)偏差：所有參比試驗室各種污染物的測量值的平均值在標(biāo)準(zhǔn)偏差的±2σ內(nèi)，相對誤差：參比試驗室各種污染物測量值相對誤差δj；CO2和燃料消耗量在±5%以內(nèi)，CO、THC、NMHC、NOX和PM在±15%以內(nèi)。

3 三家排放試驗室試驗結(jié)果比對統(tǒng)計 和分析

3.1 試驗車輛信息

試驗車輛基本參數(shù)如表1所示。

表1 車輛基本參數(shù)

首先試驗車輛經(jīng)過3000 km以上的磨合，排放水平達(dá)到《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》（GB 18352.6—2016）排放標(biāo)準(zhǔn)要求，且經(jīng)過多次排放試驗，確認(rèn)該車輛技術(shù)狀態(tài)穩(wěn)定，試驗過程中需確保樣車技術(shù)狀態(tài)良好，防止樣車產(chǎn)生任何損壞。試驗用燃油應(yīng)滿足GB 18352.6—2016附錄K“基準(zhǔn)燃料的技術(shù)要求”，試驗燃料應(yīng)采用同一批次燃油，并保證在試驗過程中性能指標(biāo)穩(wěn)定。在整個比對試驗活動中，樣車狀態(tài)穩(wěn)定，無故障碼顯示，返回原試驗室后，排放結(jié)果無明顯異常，各個試驗室完成比對試驗一般3～4天，包括滑行和預(yù)處理試驗及正式試驗，各個試驗室之間車輛采取拖車運輸。表2為A樣車在三家試驗室滑行阻力試驗結(jié)果，測試質(zhì)量 1883.5 kg。圖2為三家試驗室底盤測功機(jī)阻力對比圖。

表2 A樣車三家試驗室滑行阻力結(jié)果

圖2 三家試驗室底盤測功機(jī)阻力對比圖

將車輛固定在底盤測功機(jī)上進(jìn)行滑行阻力測試，來模擬車輛在道路上的真實阻力，由于我們設(shè)置底盤測功機(jī)阻力偏差 40 km/h以上為2%， 40 km/h以下為3%，遠(yuǎn)高于國標(biāo)中±5%的偏差，通過上述滑行試驗數(shù)據(jù)可見，三家試驗室的滑行結(jié)果曲線高度重合，整體偏差達(dá)到1%以下，證明試驗車輛及底盤測功機(jī)內(nèi)阻都十分穩(wěn)定，從而保證了試驗過程中車輛所受到的阻力負(fù)荷都是穩(wěn)定一致的。

3.2 單個試驗室一致性分析

首先于9月11日—9月13日在LAB1試驗室進(jìn)行三次排放試驗后，對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性判定，發(fā)現(xiàn)9月13日結(jié)果中THC和NMHC數(shù)據(jù)統(tǒng)計量計算結(jié)果為3.232和2.986，無法通過一致性判定值≥3.327的要求（見表4）。為此調(diào)取設(shè)備采樣袋中稀釋排氣和背景氣體各階段的濃度數(shù)據(jù)（見表5），各階段THC背景氣濃度均偏高，在phase3階段，THC的背景氣濃度甚至超過了排氣濃度。經(jīng)調(diào)查分析，因當(dāng)時環(huán)境倉附近在進(jìn)行墻體和地面油漆施工，導(dǎo)致環(huán)境氣體中揮發(fā)性含碳化合物大幅上升，從而干擾了碳?xì)浞治鰞x對背景氣體的濃度檢測。對于出現(xiàn)的異常值，在確認(rèn)問題原因后，在9月14日，重新追加一次試驗，最終所有試驗數(shù)據(jù)及各試驗室自身一致性判定結(jié)果（見表6）都通過了一致性判定。

表3 LAB1試驗室四次污染物排放量

表4 試驗一致性統(tǒng)計量判定結(jié)果

表5 THC背景異常數(shù)據(jù)

表6 參比試驗室國六排放試驗一致性統(tǒng)計量結(jié)果

通過表6試驗數(shù)據(jù)可見試驗車輛在三家試驗室的排放試驗結(jié)果統(tǒng)計量結(jié)果均大于3.327的判定值，各試驗室自身的測試結(jié)果是穩(wěn)定的，結(jié)果具有較好的一致性。從統(tǒng)計量理論依據(jù)上看，這種方法可以評價各個參加單位人、機(jī)、環(huán)、測、樣對得出試驗結(jié)果的一致性，統(tǒng)計量反映的三次數(shù)據(jù)間差異，以及試驗數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)限值的偏差，三次結(jié)果之間差異越小，平均值離標(biāo)準(zhǔn)限值越遠(yuǎn)，則統(tǒng)計量越大。

3.3 多個試驗室間測試結(jié)果比對

3.3. 1試驗室間測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差

試驗室間測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差見表7。

表7 試驗室間測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差

通過在每個試驗室重復(fù)進(jìn)行3次國六常溫排放試驗，最終參比試驗室各種污染物的測量值的平均值均能控制在標(biāo)準(zhǔn)偏差的±2σ1內(nèi)，所以三個試驗室間的一致性較好（見表7）。結(jié)合表8可見，除NOX和PM外，其他排放污染物的相對誤差都特別低。NOX和PM的相對誤差雖然相對偏高， 但仍遠(yuǎn)低于行業(yè)內(nèi)對排放污染物相對偏差≤15%的要求，并且LAB1試驗室的相對誤差結(jié)果是最低的，距離總體平均值最近，結(jié)果具有更高的可靠性。

3.3.2 參比試驗室相對誤差

參比試驗室相對誤差見表8。

表8 參比試驗室相對誤差數(shù)據(jù) 單位：%

3 結(jié)語

本文以LAB1、LAB2、LAB3三家試驗室進(jìn)行的國六常溫排放試驗和燃料消耗量試驗數(shù)據(jù)分析為準(zhǔn)，著重分析了單個試驗室的一致性和多個試驗室的兩種試驗結(jié)果處理方法，表明三家試驗室的試驗結(jié)果一致性較好，且LAB1試驗室試驗檢測結(jié)果優(yōu)于另外兩家試驗室。結(jié)果表明：

1）底盤測功機(jī)滑行阻力結(jié)果偏差在1%以下， 遠(yuǎn)低于國標(biāo)規(guī)定的≤5%的要求。

2）駕駛員駕駛習(xí)慣與駕駛水平也對排放試驗存在影響，本次通過對三個試驗室駕駛員試驗中對車輛運行數(shù)據(jù)分析及試驗中WLTC工況曲線的駕駛錯誤，均能夠控制在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，今后我們也需要繼續(xù)加強(qiáng)對駕駛?cè)藛T的操作培訓(xùn)，將人為因素對試驗的影響降到最低。

3）試驗環(huán)境的控制，由于LAB1試驗室環(huán)境較為封閉，且經(jīng)常有作業(yè)施工及車輛臨時加油等行為，導(dǎo)致試驗室內(nèi)背景氣容易超標(biāo)，從而對試驗結(jié)果產(chǎn)生較大干擾，因此，工作中需要更多關(guān)注背景氣體的變化。

4）通過本次試驗室比對，確定了LAB1排放試驗結(jié)果與LAB2及LAB3的排放結(jié)果是一致的，相對偏差遠(yuǎn)低于限值要求，試驗結(jié)果穩(wěn)定可靠。

5）輕型汽車排放試驗室間比對試驗有其特殊性和局限性。對試驗結(jié)果的分析需要選用合適的統(tǒng)計方法，這需要考慮比對數(shù)據(jù)的分布特征，它在一定程度上與參與試驗室的數(shù)量有關(guān)，通過上文對多種統(tǒng)計方法的比較和分析，建議在通常情況下先按照GB 18352.5—2013中規(guī)定的統(tǒng)計量進(jìn)行單個試驗室結(jié)果自身一致性判定，及時過濾離群值，然后對各個試驗室測量數(shù)據(jù)采用標(biāo)準(zhǔn)偏差法和相對誤差法進(jìn)行統(tǒng)計和分析，來直觀解析各個階段排放污染物的情況。