吳廣順 王 青 路 林 武政杰

（天津大學(xué)內(nèi)燃機研究所 天津 300072）

引言

我國作為摩托車生產(chǎn)大國，摩托車產(chǎn)量和保有量均位居世界前列，但一直采用歐盟的排放測試循環(huán)。GB14622-2016 摩托車污染物排放限值及測量方法（中國第四階段）頒布和實施后，兩輪摩托車采用了全球摩托車排放測試循環(huán)（WMTC）。而GB18176-2016 輕便摩托車污染物排放限值及測量方法（中國第四階段）（以下簡稱國Ⅳ排放標準）中，輕便摩托車依然采用歐盟ECE R47 的排放測試循環(huán)。輕便摩托車的排放測試循環(huán)由8 個連續(xù)運行的子循環(huán)組成，共計896 s[1]。其中，前4 個子循環(huán)定義為冷態(tài)測試循環(huán)，后4 個子循環(huán)定義為熱態(tài)測試循環(huán)。每個子循環(huán)由7 個階段組成（包括：怠速、加速：0～最高車速、勻速：最高車速、減速：最高車速～20 km/h、勻速：20 km/h、減速：20 km/h～0、怠速等），共計112 s。該排放測試循環(huán)是歐洲20 多年前的輕便摩托車測試循環(huán)，與我國輕便摩托車實際道路行駛特征有明顯的差別。依據(jù)該排放測試循環(huán)所得到的排放結(jié)果不能精確地反映我國輕便摩托車實際行駛過程中排放到大氣中的有害氣體的水平。

我國摩托車和輕便摩托車國Ⅴ排放標準的研究工作已經(jīng)啟動，歐盟關(guān)于歐Ⅴ排放法規(guī)的相關(guān)研究已經(jīng)取得成果，并對輕便摩托車的排放測試循環(huán)進行了修訂。聯(lián)合國世界車輛法規(guī)協(xié)調(diào)論壇（World Forum for Harmonization of Vehicle Regulation（UN/WP29））污染與能源工作組（The Working Party on Pollution and Energy（GRPE））正在對GTR2 法規(guī)（摩托車和輕便摩托車排放法規(guī)）進行修訂[2]。GTR2 摩托車和輕便摩托車排放法規(guī)是以歐盟的法規(guī)為基礎(chǔ)的，應(yīng)加強對歐盟法規(guī)的跟蹤、研究，為我國制定相關(guān)的標準、法規(guī)提供參考。本文主要研究我國輕便摩托車的實際道路行駛狀況，得到實際道路行駛特征及合成排放測試循環(huán)，并向污染與能源工作組（GRPE）提供相關(guān)數(shù)據(jù)，以使GTR2 的WMTC 測試循環(huán)工況能夠反映我國輕便摩托車的行駛特性。

1 輕便摩托車路譜采集簡介

輕便摩托車包括兩輪輕便摩托車和正三輪輕便摩托車。正三輪輕便摩托車在2014～2016 年的3 年間產(chǎn)量為零，保有量也非常少，因此，本次路譜采集不予考慮。本試驗所用的2 輛輕便摩托車型號分別為QP50T-5（發(fā)動機型號為139QMB-J）、QJ50T-10（發(fā)動機型號為QJ137QMB-3A）。

考慮到各地禁限摩的情況，實際道路行駛路譜采集在以濟南市、溫嶺市為代表的中國典型摩托車城市進行。路譜采集試驗根據(jù)實際道路的交通特征進行，包括市區(qū)道路和市郊道路試驗。試驗時，根據(jù)實際交通狀況進行駕駛，輕便摩托車在道路上行駛時，緊隨車流，采集時盡量按照道路上的車流形態(tài)行駛，從而能夠代表輕便摩托車在道路上的真實行駛狀況。采集的路譜包括各城市的交通高峰、非交通高峰以及夜間行駛的路譜。

路譜采集所用的儀器為英國RACELOGIC 公司生產(chǎn)的VBOX3i 車載數(shù)據(jù)采集裝置，頻率為100 Hz，通過GPS 衛(wèi)星定位技術(shù)獲取車速。該車載數(shù)據(jù)采集裝置主要用于測量移動車輛的速度和距離，并且提供橫向和縱向加速度、減速度、平均減速度（mean fully developed deceleration，MFDD）、時間和制動、滑行、加速等參數(shù)。該裝置體積小，重量輕，安裝方便，非常適合輕便摩托車綜合測試時使用。試驗時，每0.1s 記錄一次車速、時間等數(shù)據(jù)。

2 輕便摩托車行駛特征

輕便摩托車行駛模式大致可分為4 類，即怠速、加速、勻速和減速，分別定義如下[3]：

1）怠速：v ＜5 且-a0＜a ＜a0；

2）加速：a ≥a0；

3）勻速：-a0＜a ＜a0且v ≥5；

4）減速：a ＜-a0。

其中：v 為速度，km/h；a 為加（減）速度，m/s2；a0為加（減）速度閾值，m/s2，本文取a0=0.5（km·h-1）/s=0.139 m/s2。

要描述輕便摩托車的行駛特征，需要定義一些特征參數(shù)來構(gòu)建數(shù)學(xué)模型。本文采用11 個特征參數(shù)描述輕便摩托車的行駛特征[4-5]，包括：怠速比例Pi、加速比例Pa、勻速比例Pc、減速比例Pd、平均速度Vm（行駛段全部測試點的速度平均值）、平均運行速度Vmr（去除怠速模式特征點后行駛段所有測試點的速度平均值）、平均加速度aa、平均減速度ad、加速平均速度Vma（行駛段加速行駛模式測試點的速度平均值）、勻速平均速度Vmc（行駛段勻速模式特征點的速度平均值）、減速平均速度Vmd（行駛段所有屬于減速行駛模式的測試點的速度平均值）。

將采集的全部數(shù)據(jù)處理成時間間隔為1 s 的速度-時間歷程，將處理好的整體路譜采集數(shù)據(jù)（速度-時間歷程）輸入程序進行計算，得到輕便摩托車實際道路行駛的整體特征參數(shù)。采取隨機抽樣的方法，設(shè)定行駛特征參數(shù)誤差小于5%，并設(shè)定測試循環(huán)工況時間為600 s，通過計算得到合成排放測試循環(huán)（簡稱合成測試循環(huán)）的特征參數(shù)。將實際道路行駛的整體特征參數(shù)與合成測試循環(huán)的特征參數(shù)進行比較，如表1 所示。

表1 輕便摩托車實際道路行駛與合成測試循環(huán)的特征參數(shù)比較

3 結(jié)果及分析

為了便于分析比較，將輕便摩托車合成測試循環(huán)的特征參數(shù)、歐Ⅴ測試循環(huán)的特征參數(shù)、國Ⅳ測試循環(huán)的特征參數(shù)列入表2 中。

國Ⅳ排放標準中的工況法排放Ⅰ型試驗測試循環(huán)對于每一個小循環(huán)（112 s）只規(guī)定了先怠速8 s，然后控制油門全開加速，達到最高車速后勻速運行，從加速開始到勻速結(jié)束的時間總計42 s（并未規(guī)定加速段時間和勻速段時間）。本文根據(jù)經(jīng)驗取第28 s 時達到最高車速，然后勻速運行到第50 s，得到輕便摩托車測試循環(huán)的特征參數(shù)。

表2 輕便摩托車合成測試循環(huán)、歐Ⅴ測試循環(huán)、國Ⅳ測試循環(huán)的特征參數(shù)比較

3.1 國Ⅳ測試循環(huán)與合成測試循環(huán)對比分析

輕便摩托車國Ⅳ測試循環(huán)（ECE R47 測試循環(huán)）與合成測試循環(huán)比對如圖1 所示。

圖1 國Ⅳ測試循環(huán)與合成測試循環(huán)工況對比

結(jié)合圖1 及表2 中的特征參數(shù)可以看出，國Ⅳ測試循環(huán)的勻速比例約為合成測試循環(huán)的190.61%，而國Ⅳ測試循環(huán)的加速比例僅約為合成測試循環(huán)的57.93%，怠速比例、減速比例也相差較大。國Ⅳ測試循環(huán)與我國輕便摩托車的實際行駛狀況相差很大，將直接導(dǎo)致在實驗室內(nèi)根據(jù)國Ⅳ測試循環(huán)得到的排放數(shù)值與車輛實際道路行駛的排放數(shù)值不同，無法準確評估我國輕便摩托車的實際排放水平，不利于輕便摩托車的開發(fā)和技術(shù)升級。

3.2 歐Ⅴ測試循環(huán)與合成測試循環(huán)對比分析

由于GTR2 法規(guī)由歐盟提出，以歐盟法規(guī)為基礎(chǔ)，因此應(yīng)加強對歐盟法規(guī)的研究。而歐盟摩托車和輕便摩托車歐Ⅴ排放法規(guī)是其最新成果[6]。歐盟輕便摩托車歐Ⅴ測試循環(huán)與合成測試循環(huán)的工況對比如圖2 所示。

1）比例特性和加減速特性分析

結(jié)合圖2 及表2 可以看出，合成測試循環(huán)的怠速比例和減速比例與歐Ⅴ測試循環(huán)基本一致，合成測試循環(huán)的加速比例高于歐Ⅴ測試循環(huán)，勻速比例低于歐Ⅴ測試循環(huán)。從數(shù)據(jù)上看，似乎我國的交通狀況與歐盟相差不大。出現(xiàn)這種情況的原因可能是：我國許多大城市相繼限制輕便摩托車在市區(qū)道路上行駛，因此我國輕便摩托車城市道路行駛大部分在大城市近郊和沒有限摩的中小城市進行，這些區(qū)域人口密度相對較小，交通流量相應(yīng)較少，紅綠燈較少，加上近些年城市道路的拓寬改造及立體交通建設(shè)，使得輕便摩托車行駛在路口等待的時間不斷減少。概括起來，原因主要是由于人口眾多、交通繁忙的各大型城市限制輕便摩托車行駛造成的。

圖2 歐Ⅴ測試循環(huán)與合成測試循環(huán)工況對比

對于加速、減速特性，結(jié)合圖2 及表2 可以看出，我國輕便摩托車加速比例高于歐盟，減速比例與歐盟基本相同，勻速比例低于歐盟。我國有一些城市市區(qū)內(nèi)不允許輕便摩托車在機動車道行駛，只能在自行車道行駛，還有一些路面較窄的道路是機動車與非機動車混行，沒有自行車道，因此輕便摩托車在自行車、電動自行車和汽車之間穿行，加速的頻率比較高，加速的時間比較多，勻速比例相對較低。平均加速度和平均減速度分別為0.458 5 m/s2和0.633 4 m/s2，分別低于歐盟的0.657 4 m/s2和0.718 3 m/s2，這顯示出我國中小城市及城市近郊的路況比歐盟略差一些。同時也表明我國輕便摩托車的性能略差，與平均加速性能低于歐盟輕便摩托車的實際情況相符。

2）速度特性分析

結(jié)合圖2 及表2 可以看出，我國輕便摩托車的勻速平均速度、加速平均速度、減速平均速度、平均速度、平均運行速度均高于歐盟。從圖2 可以看出，歐盟輕便摩托車測試循環(huán)的最高車速為45km/h，我國合成測試循環(huán)的最高車速為49.3 km/h。這可能是如前所述的由于我國的輕便摩托車主要在大城市近郊和沒有限摩的中小城市行駛，這些地方人口密度相對較小，交通流量相應(yīng)較少，紅綠燈較少。GTR2 中的輕便摩托車WMTC 測試循環(huán)是基于歐盟法規(guī)的，其測試循環(huán)45 km/h 的最高車速與我國輕便摩托車的實際行駛狀況不同。

4 結(jié)論

本文合成的輕便摩托車排放測試循環(huán)是基于輕便摩托車實際道路行駛中采集的數(shù)據(jù)，能夠真實地反映輕便摩托車的實際道路行駛特征，更符合我國輕便摩托車的實際行駛狀況。輕便摩托車合成測試循環(huán)與歐Ⅴ測試循環(huán)的實際行駛特征有一定的差距，如果WMTC 測試循環(huán)采用歐Ⅴ測試循環(huán)，該循環(huán)與我國輕便摩托車實際行駛狀況不一致，不能真實反映我國輕便摩托車的排放水平。本文的研究具有重要意義，相關(guān)數(shù)據(jù)已提交給聯(lián)合國世界車輛法規(guī)協(xié)調(diào)論壇污染與能源工作組，為修改WMTC 測試循環(huán)提供依據(jù)，以使試驗工況能夠涵蓋我國輕便摩托車的行駛特征。