葛蘊(yùn)珊， 王亞超， 董紅磊， 宋彬， 尹航，李澤林， 楊正軍

(1.北京理工大學(xué) 機(jī)械與車輛學(xué)院，北京 100081；2.國家市場監(jiān)管總局缺陷產(chǎn)品管理中心，北京 100101；3.中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012)

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車保有量快速增加，給能源和環(huán)境帶來巨大壓力. 面對汽車排放產(chǎn)生的嚴(yán)重環(huán)境污染，各國不斷從監(jiān)管手段和排放限值方面加嚴(yán)機(jī)動車排放要求[1]. 相關(guān)研究表明，實(shí)驗(yàn)室測試無法完全反映車輛在千變?nèi)f化的實(shí)際道路行駛中的排放水平，兩者的排放結(jié)果存在較大差異[2-3]. 因此，為了真正控制車輛在實(shí)際行駛過程中的排放水平，歐Ⅵ和國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)提出RDE試驗(yàn)通過車載排放測量系統(tǒng)(portable emission measurement system，PEMS)對車輛在實(shí)際道路上的污染物排放進(jìn)行測量. RDE測試不需要在專門的實(shí)驗(yàn)室中，就可以進(jìn)行車輛排放是否符合標(biāo)準(zhǔn)的判定，這提供了一種高效地判定排放缺陷的方法，對我國即將實(shí)施的機(jī)動車排放召回具有重要意義. 但RDE試驗(yàn)受到駕駛工況、交通狀況、駕駛風(fēng)格、環(huán)境溫度和海拔等因素影響，存在自然環(huán)境和道路狀況的不確定性、測試工況的片面性和測試控制的魯棒性，法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)僅能給出部分測試要求和邊界條件. 因此，需開展RDE試驗(yàn)影響因素研究，強(qiáng)化RDE測試程序的規(guī)范性和可操作性，為后續(xù)依據(jù)RDE試驗(yàn)進(jìn)行缺陷認(rèn)定提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ). 此前研究表明汽油車、柴油車以及混合動力汽車均表現(xiàn)出獨(dú)特的實(shí)際道路排放特性[4-5]；行程動力學(xué)參數(shù)、車輛冷啟動以及數(shù)據(jù)處理方法均對RDE實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定影響[6-8]，但是用于計(jì)算的移動平均窗口法CO2參考點(diǎn)系數(shù)對于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響依然不清晰. 為此本文中使用便攜式車載排放測量系統(tǒng)(PEMS)對典型車輛進(jìn)行了多次RDE試驗(yàn)，并對試驗(yàn)的行駛特征進(jìn)行了分析，探究了影響RDE試驗(yàn)CO2窗口正常性的因素. 在此基礎(chǔ)上提出了降低移動平均窗口法CO2參考點(diǎn)系數(shù)的方法，并對此方法對RDE試驗(yàn)結(jié)果的影響進(jìn)行了評估，結(jié)果表明改進(jìn)后的計(jì)算方法更符合中國實(shí)際路況，能夠更好的進(jìn)行排放缺陷分析.

1 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)使用Horiba公司生產(chǎn)的OBS-ONE便攜式車載排放測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由氣體(GAS)分析模塊、顆粒數(shù)量(PN)分析模塊、排氣流量計(jì)三部分組成，另有全球定位系統(tǒng)(GPS)、氣象站(環(huán)境溫度濕度測量)和OBD通信設(shè)備等附件. 選取的車輛為滿足國V排放法規(guī)的缸內(nèi)直噴輕型汽油車，發(fā)動機(jī)排量2.0 L，整備質(zhì)量1 990 kg，實(shí)驗(yàn)前行駛里程為28 629 km，尾氣后處理裝置為三元催化轉(zhuǎn)化器.

試驗(yàn)在北京市大興區(qū)和通州區(qū)進(jìn)行，試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)的環(huán)境溫度及海拔高度均符合基本邊界條件，試驗(yàn)過程符合國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定.

2 數(shù)據(jù)處理

歐盟研究人員基于實(shí)際行駛時(shí)相對于實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證試驗(yàn)的負(fù)荷增加(試驗(yàn)記錄人員，PEMS設(shè)備及相關(guān)附件的重量增加車輛滾動阻力；PEMS設(shè)備及附件安裝增加車輛迎風(fēng)阻力)將點(diǎn)P1，P2和P3確定為WLTC試驗(yàn)的低速段，高速段和超高速段的CO2排放結(jié)果分別乘以1.2, 1.1與1.05之后的結(jié)果，國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)中也采納了上述方案用于RDE實(shí)驗(yàn)計(jì)算.

按照國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使用移動平均窗口法進(jìn)行計(jì)算，并按要求進(jìn)行窗口完整性和窗口正常性判定[9]：6次試驗(yàn)市區(qū)、市郊和高速的CO2窗口的比例均大于15%，即6次試驗(yàn)均通過完整性判定. 在CO2窗口正常性判斷中，測試4～6滿足要求，而測試1～3的市區(qū)正常性驗(yàn)證失敗，且均是由窗口內(nèi)CO2排放量相較于WLTC測試CO2排放量偏低造成.

3 行駛特征分析

3.1 CO2瞬時(shí)排放率變化規(guī)律

本論文將CO2瞬時(shí)排放量與對應(yīng)的車速和加速度表示為氣泡圖，氣泡面積表示CO2瞬時(shí)排放量的相對大小,如圖1所示.

對比6次RDE試驗(yàn)CO2氣泡圖可以看出測試1～3的CO2氣泡的加速度分布在相對較小的區(qū)間(-2～2 m/s2)，面積較大氣泡的數(shù)量相對較少，這三次試驗(yàn)的窗口正常性驗(yàn)證未通過. 測試4～6的加速度范圍大，面積較大氣泡數(shù)量多，多數(shù)可通過正常性驗(yàn)證.

3.2 加速度分布對窗口正常性判斷影響

本論文將加速度劃分為7個(gè)區(qū)間: 急劇減速(a≤-1.5 m/s2),急減速(-1.5 m/s21.5 m/s2).

對6次測試的加速度區(qū)間進(jìn)行劃分，在市區(qū)的加速度分布中，測試1、測試2、測試3的勻速段的比例都在30%左右，急加速和急減速占比較??；在測試4、測試5、測試6中，各個(gè)加速度區(qū)間的比例分布較為均衡，勻速段比例在20%左右，急加速和急減速占比較大，駕駛激烈；而6次試驗(yàn)市郊和高速的駕駛相對較為緩和.

將WLTC循環(huán)的低速段、高速段、超高速段的加速度分布與RDE實(shí)驗(yàn)的市區(qū)、市郊、高速三個(gè)速度段的加速度分布進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)窗口正常性通過驗(yàn)證的RDE測試的市區(qū)、市郊、高速三個(gè)階段的行駛特征規(guī)律與WLTC低速、高速、超高速三個(gè)階段的行駛特征規(guī)律具有高度一致性，即市區(qū)駕駛相對激烈，市郊和高速駕駛相對平緩.

3.3 全國車輛加速度分布

根據(jù)路堯等在做輕型車國Ⅵ行駛工況開發(fā)時(shí)在全國20個(gè)典型城市采集到的470萬條車輛實(shí)際道路行駛的車速數(shù)據(jù)[10]，按照上節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加速度劃分，得出基本能夠代表全國車輛在實(shí)際道路中的加速度分布如圖2所示.

對比WLTC循環(huán)的加速度分布、北京市車輛行駛加速度分布、全國車輛行駛加速度分布的數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，實(shí)際行駛工況下車輛的行駛過程要比WLTC緩和，這是造成正常性驗(yàn)證失敗的一個(gè)原因，考慮到對RDE計(jì)算的影響，本論文提供改進(jìn)計(jì)算方法的思路如下：

基于經(jīng)驗(yàn)，本論文提出降低點(diǎn)P1、P2和P3系數(shù)的思路，將點(diǎn)P1，P2和P3系數(shù)分別從1.20、1.10和1.05降為1，降低前后測試1、測試2和Test3正常性驗(yàn)證結(jié)果如圖3所示，系數(shù)降低后窗口正常性有了明顯提高，這表明系數(shù)降低后的計(jì)算過程更符合中國實(shí)際道路勻速和緩加減速占比更大的交通特性，但最終系數(shù)的確定還需要后續(xù)更多的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入研究.

4 RDE試驗(yàn)結(jié)果

用移動平均窗口法對NOX、CO和PN三種污染物進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明參考點(diǎn)P1、P2、P3的系數(shù)降低前后試驗(yàn)車輛的污染物排放均低于國Ⅵ限值，具體結(jié)果如表1所示(測試2由于技術(shù)原因未能采集到NOX數(shù)據(jù))，參考點(diǎn)P1、P2、P3的系數(shù)降低后，

表1 P1、P2、P3點(diǎn)系數(shù)修改前后各污染物排放對比

在NOX排放上測試3的差距最大，達(dá)到了18.34%；在CO排放上測試6的差距最大，達(dá)到了1.77%；在PN排放上測試5的差距最大，達(dá)到了22.01%. 可以初步得出結(jié)論，將P1、P2、P3點(diǎn)的系數(shù)降低對CO的計(jì)算影響較小，對NOX和PN的計(jì)算影響較大，但具體的影響規(guī)律需要進(jìn)一步深入研究.

5 結(jié) 論

車輛在實(shí)際道路上的CO2排放量與車輛的加速度分布存在較強(qiáng)關(guān)聯(lián)，通過CO2窗口正常性驗(yàn)證的RDE測試的市區(qū)市郊高速三個(gè)階段的行駛特征與WLTC循環(huán)的低速、高速和超高速三個(gè)階段的行駛特征具有一致性. 將P1、P2、P3點(diǎn)的系數(shù)降低可使計(jì)算過程更加符合中國車輛實(shí)際道路行駛時(shí)勻速和緩加減速占比更大的交通特性，但最終系數(shù)需要更多的實(shí)驗(yàn)來確定. 將P1、P2、P3點(diǎn)的系數(shù)降低對CO的計(jì)算影響較小，但對NOX和PN的計(jì)算影響較大，但具體的影響規(guī)律需要進(jìn)一步深入研究.