輕型汽車實(shí)際行駛排放法規(guī)進(jìn)展研究

摘要：實(shí)際行駛排放（RDE）已成為國六和歐六排放法規(guī)中的重要測試方法，RDE測試方法的持續(xù)修訂確保了測試結(jié)果更能反映車輛的實(shí)際使用排放特征。根據(jù)輕型汽車歐六標(biāo)準(zhǔn)的歷次修訂內(nèi)容和實(shí)施要求，系統(tǒng)總結(jié)了最新歐六e標(biāo)準(zhǔn)與國六標(biāo)準(zhǔn)在RDE測試方法中的主要異同，介紹了歐七預(yù)研標(biāo)準(zhǔn)草案中RDE測試的主要修訂及限值要求，進(jìn)而為出口車型開發(fā)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：輕型車；實(shí)際行駛排放；歐六標(biāo)準(zhǔn)；國六標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號：U461；G307 收稿日期：2023-11-02

DOI：1019999/jcnki1004-0226202311003

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，機(jī)動車保有量激增，機(jī)動車所造成的環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)重，世界主要國家和地區(qū)通過制定越來越嚴(yán)苛的排放法規(guī)以期減少環(huán)境污染。較多研究表明，型式認(rèn)證所采用的試驗(yàn)室工況測試結(jié)果與機(jī)動車實(shí)際行駛排放存在較大的差異，并且隨著法規(guī)逐漸加嚴(yán)，這種差異也逐步擴(kuò)大，進(jìn)而使便攜式車載排放測試系統(tǒng)（portable emission measurement system，PEMS）越來越多地應(yīng)用于機(jī)動車排放測試中[1-4]。起初PEMS被美國和歐洲應(yīng)用于重型車輛和非道路移動機(jī)械的排放監(jiān)管檢查中，隨著測試技術(shù)發(fā)展PEMS設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步，這種實(shí)際道路測試方法逐步引入到型式檢驗(yàn)測試中[5]。

2016年3月，歐六法規(guī)修訂中首次引入了輕型車實(shí)際行駛排放測試（real driving emission，RDE），此后經(jīng)過4次修訂于2023年頒布了歐六e法規(guī)，RDE測試方法、要求與初版發(fā)生了較大改變[6-12]。同時歐洲于2022年開始了歐七標(biāo)準(zhǔn)制定工作，成立了專門的工作小組CLOVE，于2022年11月發(fā)布了歐七標(biāo)準(zhǔn)草案，雖然該標(biāo)準(zhǔn)還未被正式批準(zhǔn)發(fā)布，但草案中RDE測試方法與歐六標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生較大改變。中國參考?xì)W洲RDE標(biāo)準(zhǔn)第二階段研究內(nèi)容制定了國六排放標(biāo)準(zhǔn)，RDE測試首次納入我國輕型車排放法規(guī)中，2023年7月1日開始實(shí)施RDE限值要求[13]。我國第七階段標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研中也成立了RDE預(yù)研工作組，標(biāo)準(zhǔn)修訂正在穩(wěn)步推進(jìn)中。同時聯(lián)合國車輛法規(guī)協(xié)調(diào)論壇（WP.29）也在1958議定書下參考?xì)W洲法規(guī)制定了聯(lián)合國實(shí)際行駛排放法規(guī)（UNR RDE），未來將在國際推行RDE測試。

本文系統(tǒng)介紹了歐洲及中國輕型車輛實(shí)際行駛排放法規(guī)現(xiàn)狀及草案進(jìn)展，對比了法規(guī)差異及未來發(fā)展趨勢，為企業(yè)出口車型開發(fā)提供參考依據(jù)。

2 歐六排放法規(guī)修訂及實(shí)施現(xiàn)狀

2007年、2008年歐洲陸續(xù)頒布了輕型車歐五和歐六排放法規(guī)（EC）No 715/2007和（EC）No 692/2008，后續(xù)經(jīng)過近10余次修訂成為了目前正在實(shí)施的為歐六e階段標(biāo)準(zhǔn)（EU）2023/443，表1所示為歐六標(biāo)準(zhǔn)的歷次主要修訂情況，目前歐六標(biāo)準(zhǔn)已納入了RDE、在線能耗監(jiān)測要求（On-board Fuel and/or Energy Consumption Monitoring Device，OBFCM）、14 ℃ CO2修正等測試方法，形成了較為全面的排放控制體系。

歐六標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施分為5個階段，以輕型乘用車為例，表2為各個階段的實(shí)施日期和主要實(shí)施內(nèi)容，目前已經(jīng)實(shí)施歐六e階段標(biāo)準(zhǔn)，由于設(shè)備測試精度提高，RDE符合性因子也持續(xù)減小。同時隨著插電式混合動力車型續(xù)駛里程的增加，OVC-HEV車型純電利用系數(shù)計(jì)算方法也在持續(xù)更新。

3 歐六e實(shí)際行駛排放法規(guī)與國六標(biāo)準(zhǔn)差異

2016年歐六標(biāo)準(zhǔn)修訂首次引入了RDE測試要求，后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了多次修訂目前正在實(shí)施RDE第五階段標(biāo)準(zhǔn)要求，以最新頒布的歐六e標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，分別從限值、邊界條件、數(shù)據(jù)處理方法等6個方面與國六標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比研究。

3.1 排放限值及符合性因子（conformity factor，CF因子）

以M1類汽油車為例，表3為歐六和國六標(biāo)準(zhǔn)限值對比，可以看出國六標(biāo)準(zhǔn)對于排放限值大幅加嚴(yán)，歐六標(biāo)準(zhǔn)限值與國五標(biāo)準(zhǔn)限值相當(dāng)，同時歐六標(biāo)準(zhǔn)中PN限值僅要求直噴汽油車進(jìn)行測試。對于RDE排放，限值為試驗(yàn)室工況排放限值乘以符合性因子，僅要求NOx和PN，國六標(biāo)準(zhǔn)限值為常溫排放限值乘以2.1的符合性因子，歐六CF因子經(jīng)過多次修訂，對于NOx歷次CF因子分別為2.1、1+0.5（2016/646）、1+0.43（2018/1832）、1+0.1（2023/443），PN分別為1+0.5（2017/1154）和1+0.34（2023/443）。

3.2 邊界條件

RDE測試時規(guī)定了溫度和海拔邊界條件，測試需要在該邊界條件內(nèi)開展才有效，具體的邊界條件如表4所示，歐六e第二階段將普通溫度條件擴(kuò)展到35 ℃，擴(kuò)展溫度條件擴(kuò)展到38 ℃。歐六標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展系數(shù)為1.6，同時要求對于溫度和海拔條件同時處于擴(kuò)展范圍時，擴(kuò)展系數(shù)僅可使用1次，計(jì)算CO2排放時不使用擴(kuò)展系數(shù)。

3.3 行駛路線要求

歐六e對于RDE行駛路線未進(jìn)行大的修改，由于部分車輛有限速要求，因此增加了限速車輛的特殊條款。對于限速90 km/h的車輛，市郊行程車速應(yīng)在60～80 km/h之間，高速行程車速應(yīng)在80 km/h以上；對于限速100 km/h的車輛，高速行程車速應(yīng)高于90 km/h至少5 min以上。同時規(guī)定，對于限速X km/h的車輛，高速行程需覆蓋X-10～X km/h，同時車速高于X-10 km/h至少5 min。

3.4 車輛狀態(tài)及預(yù)處理要求

與國六標(biāo)準(zhǔn)有所不同，歐六標(biāo)準(zhǔn)要求RDE測試前車輛至少行駛3 000 km以上，同時規(guī)定對于OVC-HEV車型，可以在任意模式下開展測試，對于冷啟動RDE測試也增加了車輛預(yù)處理要求。預(yù)處理過程為車輛應(yīng)在公共道路上行駛至少30 min，可以采用市區(qū)、市郊、高速各行駛10 min或者最低平均車速高于30 km/h行駛30 min，預(yù)處理完成后需要浸車6～72 h后才可開始測試。

3.5 行程有效性評價(jià)

歐六標(biāo)準(zhǔn)RDE測試行程有效性評價(jià)主要包括行駛路線及行程驗(yàn)證、累計(jì)海拔高度增加量驗(yàn)證、行程動力學(xué)校驗(yàn)、CO2移動平均窗口法驗(yàn)證等，有效性驗(yàn)證流程如圖1所示，與國六標(biāo)準(zhǔn)的主要差異在于CO2移動平均窗口法的公差不同，圖2為國六標(biāo)準(zhǔn)中CO2特性曲線，其中tol1為基本公差帶，tol2為擴(kuò)展公差帶，分別為25%和50%，RDE測試時要求50%以上的市區(qū)、市郊和高速窗口需要位于特性曲線的基本公差范圍內(nèi)，P1、P2和P3點(diǎn)分別為WLTC循環(huán)低速、高速和超高速階段的CO2排放和循環(huán)平均車速在特性曲線上的對應(yīng)點(diǎn)。歐六標(biāo)準(zhǔn)和國六標(biāo)準(zhǔn)主要差異有以下三點(diǎn)。

a.CO2特性曲線的P1、P2和P3點(diǎn)未乘以1.2、1.1和1.05的修正系數(shù)。

b.對于傳統(tǒng)車輛和非插電式混合動力車輛，CO2特性曲線保留了基本公差，對于市區(qū)行程，上偏差tol1H為45%，對于市郊和高速行程，上偏差tol1H為40%，市區(qū)、市郊和高速行程下偏差都為tol1L為25%。

c.對于插電式混合動力車輛，上偏差與傳統(tǒng)車輛相同，無下偏差。

3.6 數(shù)據(jù)處理方法

對于歐六RDE標(biāo)準(zhǔn)，在第一、第二版中數(shù)據(jù)處理方法包括CO2移動平均窗口法和功率等級分組法兩種，后續(xù)修訂版本對數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行了系統(tǒng)性修訂，最終排放結(jié)果采用里程平均排放乘以一個不大于1的評價(jià)因子來獲得，CO2移動平均窗口法僅用于行程有效性評價(jià)，而國六標(biāo)準(zhǔn)采用CO2移動平均窗口法來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

對于所有類型車輛，歐六標(biāo)準(zhǔn)最終的RDE結(jié)果都采用下式計(jì)算：

[MRDE，k=mRDE，k×RFk] （1）

式中，[mRDE，k]為行程比排放結(jié)果，g/km；[RFk]為一個小于等于1的結(jié)果評價(jià)因子，取值與RDE測試和試驗(yàn)室WLTC工況測試時的CO2排放比值相關(guān)，按照表5的公式計(jì)算，其中RFL1和RFL2分別為1.3和1.5。圖3所示為結(jié)果評價(jià)因子。

對于傳統(tǒng)車輛，市區(qū)行程rk采用WLTC循環(huán)市區(qū)和市郊階段的CO2排放量計(jì)算，對于非插電混合動力車輛市區(qū)行程rk采用整個WLTP測試的CO2排放量計(jì)算。

對于插電式混合動力車輛OVC-HEV，rk按照下式計(jì)算：

式中，[MCO2，RDE，k]為RDE測試時CO2排放量；[MCO2，WLTC，k?CS，t]為電量保持模型下WLTC循環(huán)CO2排放量；[dICE，k]為RDE測試中發(fā)動機(jī)起動時刻的行駛里程；[dEV，k]為RDE測試行程中純電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時的行駛里程。

3.7 型式認(rèn)證要求

歐六標(biāo)準(zhǔn)要求，不必所有車型都需要開展RDE測試，可將具有相似排放特征車型組成“RDE系族”，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，挑選系族中部分車輛開展型式認(rèn)證測試，后續(xù)也可對該系族進(jìn)行擴(kuò)展。型式檢驗(yàn)時根據(jù)系族中包含的車型數(shù)量選擇相應(yīng)數(shù)量的車型開展RDE測試，車型選擇時應(yīng)盡可能能覆蓋不同技術(shù)特征車輛，具體的試驗(yàn)車輛數(shù)如表6所示。同時引入了熱啟動RDE（測試開始時冷卻液溫度或者機(jī)油溫度高于70 ℃）測試，每個系族中應(yīng)至少開展一次熱啟動RDE測試，同時制造商也可以聲明RDE測試時結(jié)果的最大值。

4 歐七RDE法規(guī)預(yù)研進(jìn)展

2022年11月，歐盟委員會發(fā)布了歐七草案，后續(xù)將提交歐洲議會和歐洲理事會審查，目前還未發(fā)布最終版本，草案中引入了10 nm PN排放、NH3排放、制動輪胎顆粒物排放、電池耐久性等要求，RDE實(shí)際行駛排放測試將會成為歐七法規(guī)的主要測試方法，草案中RDE測試邊界條件和限值發(fā)生了較大改變，具體的技術(shù)細(xì)節(jié)未公布，表7所示為歐七標(biāo)準(zhǔn)草案中M1、N1類車輛測試邊界條件。

與歐六不同，歐七RDE標(biāo)準(zhǔn)為了便于監(jiān)管，測試時不再限定行程的組成，即不必每個行程行駛里程都超過16 km，可以開展任意里程下的RDE測試，因此也修訂了新的RDE限值要求。對于總行駛里程小于10 km的測試，以NOx排放為例，限值為總NOx排放克數(shù)不超過600 mg，而對于總行駛里程大于10 km的測試，NOx排放限值為60 mg/km，如圖4所示。

5 結(jié)語

RDE已成為國六和歐六排放法規(guī)中的重要測試方法，歐六法規(guī)持續(xù)修訂，符合性因子、測試邊界條件、行駛路線、數(shù)據(jù)處理方法、行程有效性判定以及型式認(rèn)證要求等都進(jìn)行了修訂，歐七標(biāo)準(zhǔn)草案RDE測試可在任意行駛路線下開展，邊界條件也覆蓋了歐洲大多數(shù)環(huán)境條件，RDE測試結(jié)果更能反應(yīng)車輛實(shí)際使用時的排放特征，我國第七階段標(biāo)準(zhǔn)制定也將參考?xì)W七標(biāo)準(zhǔn)研究進(jìn)展，制定符合我國實(shí)際行駛特征的RDE測試方法。

參考文獻(xiàn)：

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[7]（EU）2016/646，Amending Regulation （EC） No 692/2008 as regards emissions from light passenger and commercial vehicles （Euro 6）[S]

[8]（EU）2017/1151， Supplementing regulation （EC） No 715/2007 of the European Parliament and of the Council on type-approval of motor vehicles with respect to emissions from light passenger and commercial vehicles （Euro 5 and Euro 6） and on access to vehicle repair and maintenance information， amending Directive 2007/46/EC of the European Parliament and of the Council， Commission Regulation （EC） No 692/2008 and Commission Regulation （EU） No 1230/2012 and repealing Commission Regulation （EC） No 692/2008[S]

[9]（EU）2017/1154，Amending regulation （EU） 2017/1151 supplementing Regulation （EC） No 715/2007 of the European Parliament and of the Council on type-approval of motor vehicles with respect to emissions from light passenger and commercial vehicles （Euro 5 and Euro 6） and on access to vehicle repair and maintenance information， amending directive 2007/46/EC of the european parliament and of the council， commission regulation （EC） No 692/2008 and commission regulation （EU） No 1230/2012 and repealing regulation （EC） No 692/2008 and directive 2007/46/EC of the european parliament and of the council as regards real-driving emissions from light passenger and commercial vehicles （Euro 6）[S]

[10]（EU）2018/1832， Amending directive 2007/46/EC of the european parliament and of the council， commission Regulation （EC） No 692/2008 and commission regulation （EU）2017/1151 for the purpose of improving the emission type approval tests and procedures for light passenger and commercial vehicles， including those for in-service conformity and real-driving emissions and introducing devices for monitoring the consumption of fuel and electric energy[S]

[11]（EU）2023/443，Amending regulation （EU）2017/1151 as regards the emission type approval procedures for light passenger and commercial vehicles[S]

[12]Proposal for a regulation of the european parliament and the council on type-approval of motor vehicles and engines and of systems， components and separate technical units intended for such vehicles， with respect to their emissions and battery durability （Euro 7） and repealing Regulations （EC） No 715/2007 and （EC） No 595/2009[S]

[13]GB 183526-2016 輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）[S]

作者簡介：

朱慶功，男，1989年生，高級工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)動車排放測試技術(shù)。