【摘" 要】環(huán)境溫度、海拔、行程動力學(xué)等參數(shù)是影響實際行駛排放的重要因素，但是很多專家學(xué)者的研究結(jié)果卻大相徑庭。從影響原始排放的本質(zhì)出發(fā)，通過優(yōu)化ECU控制參數(shù)，降低其對環(huán)境溫度、海拔以及駕駛激烈程度的敏感性，從而達到優(yōu)化車輛原始排放的目的。在提升ECU控制參數(shù)的魯棒性的基礎(chǔ)上，通過引入v*apos95占比的概念來研究行程動力學(xué)參數(shù)對RDE結(jié)果的影響，通過控制試驗條件，降低行程動力學(xué)參數(shù)對RDE結(jié)果的干擾，并驗證溫度和海拔對RDE試驗結(jié)果的影響。結(jié)果表明：在動力總成本身不作任何改變的情況下，ECU控制參數(shù)是影響RDE結(jié)果的關(guān)鍵因素；當v*apos95占比小于75%時，RDE結(jié)果隨著v*apos95占比的增大而增大；當v*apos95占比大于75%時，RDE結(jié)果不隨著v*apos95占比的變化而變化，保持相對穩(wěn)定；RDE結(jié)果在低溫情況下隨著溫度的降低有上升趨勢；隨著海拔的升高RDE結(jié)果呈現(xiàn)下降趨勢。

【關(guān)鍵詞】實際行駛排放；環(huán)境溫度；海拔；行程動力學(xué)；v*apos95

中圖分類號：U467.1" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2023 ）11-0061-05

Study and Validation of Factors Affecting RDE

ZHANG Pengfei，XU Ming，WEI Shouqi，DU Lidong，LIU Jiayi，CUI Yingjie

（Besture Development Department，F(xiàn)AW Car Co.，Ltd.，Changchun 130012，China）

【Abstract】Parameters such as ambient temperature，altitude，and trip dynamics are important factors that affect actual driving emissions，but many expert scholars have had very different results. In this paper，we start from the essence of influencing raw emissions，and optimize the ECU control parameters to reduce its sensitivity to ambient temperature，altitude and driving intensity，so as to reach the purpose of optimizing raw vehicle emissions. Based on the enhanced robustness of ECU control parameters，the concept of v*apos95 load is introduced to study the effect of trip dynamics parameters on RDE results. By controlling the test conditions to reduce the disturbance of trip dynamics parameters on the RDE results，then verified the effect of temperature and altitude on the RDE test results. The results show that： without any change in the powertrain itself，the ECU control parameters are the key factors affecting the RDE results；when the v*apos95 load is less than 75%，the RDE results increase with the increase in v*apos95 load；when the v*apos95 load is greater than 75%，the RDE results slow down with the increase in v*apos95 load and remain relatively stable；The RDE results have an increasing tendency with the decrease in temperature at low temperatures；the RDE results decrease with altitude.

【Key words】real driving emission；ambient temperature；altitude；trip dynamic；v*apos95

1" 研究背景

隨著國VI排放的執(zhí)行，史上最嚴的實際行駛排放（Real Driving Emission，RDE）于2023年7月1日正式實施。RDE測試對車輛的有效載荷、環(huán)境溫度、海拔高度等提出了具體的要求，而且對試驗過程的完整性、正常性以及行程動力學(xué)特性等校驗進行了詳細要求[1]，這些約束條件對RDE測試結(jié)果的影響已經(jīng)成為近年來專家學(xué)者研究的焦點。

葛蘊珊等[2-3]人利用便攜式排放測試設(shè)備進行了城市工況下的排放測試研究，證明了實際道路工況下的排放數(shù)據(jù)與實驗室認證工況下的排放數(shù)據(jù)有較大差異。唐為義、鄭思凱等[4-8]在轉(zhuǎn)轂上利用環(huán)境倉模擬了不同海拔高度、不同環(huán)境溫度對RDE排放的影響，得出PN排放隨著海拔高度的上升呈現(xiàn)下降趨勢。宋彬、葛蘊珊、Mateusz Satlawa等[9-13]人對影響RDE排放結(jié)果的行駛動力學(xué)參數(shù)進行了研究，得出RDE排放與車輛的動力學(xué)參數(shù)v*apos95和RPA具有明顯的相關(guān)性論斷。張遠軍等[14]針對動力學(xué)因子采取歸一化的處理方式，對駕駛行為進行了修正，縮小了試驗數(shù)據(jù)的散差。雖然以上研究者在不同程度上都發(fā)現(xiàn)了一些影響RDE排放的現(xiàn)象或規(guī)律，但由于影響因素之間的雜糅和駕駛行為的不確定性，在研究方法和結(jié)論方面依然存在較大的分歧，這無疑給汽車制造廠商在RDE開發(fā)和驗證過程中提出了更加嚴峻的考驗。

綜上，當前的研究主要集中在環(huán)境溫度、海拔高度、駕駛員行為等影響RDE排放的外部條件上，且選取的車輛大多屬于國Ⅴ或國VI a階段，并未針對RDE進行控制參數(shù)優(yōu)化，控制參數(shù)對RDE結(jié)果的影響無法考證。另外，從整車控制的角度出發(fā)，對于汽油發(fā)動機而言，進氣流量計算模型作為發(fā)動機控制單元ECU的基礎(chǔ)計算模型，其主要的計算依據(jù)來自于溫度和壓力，與影響RDE結(jié)果因素相吻合。上述學(xué)者均沒有給出ECU控制精度的狀態(tài)，是否存在精度偏差導(dǎo)致結(jié)果偏差的可能性？帶著這樣的疑問，本研究以多臺搭載汽油直噴發(fā)動機的車輛為研究對象，首先在滿足國VI b的車型且不增加GPF的基礎(chǔ)上，研究通過優(yōu)化車輛控制參數(shù)是否能滿足RDE法規(guī)要求，然后在保證車輛控制參數(shù)達標的情況下，再驗證環(huán)境溫度、海拔高度、行程動力學(xué)等因素對RDE結(jié)果的影響規(guī)律并找出其主要原因。

2" 試驗方法與設(shè)備

2.1" 試驗總體設(shè)計

如圖1所示，RDE法規(guī)在不同溫度和海拔采用不同的擴展系數(shù)。為了保證本研究的科學(xué)性和覆蓋性，排除由于ECU控制參數(shù)偏差而導(dǎo)致的實驗結(jié)果誤差。整個試驗分為兩個階段：第1階段，選取特征環(huán)境溫度和典型駕駛循環(huán)進行實驗室模擬研究，并根據(jù)試驗數(shù)據(jù)優(yōu)化ECU控制精度；第2階段，選擇合適的實際路面進行環(huán)境溫度、海拔、行程動力學(xué)等因素對RDE結(jié)果影響的驗證并找出其原因。

2.2" 試驗設(shè)備

試驗選取AVL及Horiba兩家公司的便攜式車載排放測試系統(tǒng)（Portable Emissions Measurement Systems，PEMS），排除設(shè)備差異導(dǎo)致的誤差。測試系統(tǒng)主要由氣體分析模塊、顆粒物數(shù)量（Particle Number，PN）分析模塊和排氣流量計3大部分組成，另有全球定位系統(tǒng)、氣象站（溫濕度）和OBD通信設(shè)備等附件。PEMS設(shè)備在被測車輛上的安裝示意見圖2。

2.3" 試驗車輛

本研究針對兩個族系（X和Y）的10款車型20余臺車（每個車型至少2臺）開展研究，以代表性車型為主要研究對象，每種試驗工況至少完成2臺車各2次以上試驗，其他車型完成2臺車至少各1次試驗進行驗證。兩個族系的車輛分別搭載1.5L和2.0L兩款直噴增壓發(fā)動機，各車型的比功率分布如圖3所示。

由于v*apos95和RPA對RDE結(jié)果有較大的影響，且在RDE工況中已經(jīng)規(guī)定了每段車速的范圍，相同車速情況下加速度表現(xiàn)必然與RDE結(jié)果有關(guān)。由公式（1）不難看出，若忽略路面對加速度影響，相同車速下車輛的最大比功率就是該車輛能夠達到的最大加速的上限，也是v*apos95的能力上限。

考慮到發(fā)動機負荷對排放結(jié)果影響較大，故選擇族系中比功率較小、擋位較少且行駛阻力較大的車型作為代表性車型，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2.4" 模擬工況及試驗路線

模擬工況采用重慶循環(huán)（C806）和西寧循環(huán)（C803），是聯(lián)合汽車電子的工程師通過采集重慶和西寧兩地RDE試驗的實際行駛數(shù)據(jù)，通過加權(quán)擬合的方式制作的激進駕駛循環(huán)的工況數(shù)據(jù)，是用來在實驗室模擬重慶和西寧兩地的RDE試驗，目的是為了縮短開發(fā)周期和降低開發(fā)不確定性，如圖4所示。

試驗路線考慮到環(huán)境溫度、海拔、行程動力學(xué)以及試驗便利性等因素，選擇具有代表性工況的重慶、長春、昆明3個城市的4條路線作為RDE驗證路線，如圖5所示。

3" 試驗結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

本研究首先模擬工況，通過試驗設(shè)計DOE（Design Of Experiment）將環(huán)境溫度、海拔、駕駛激烈程度等參數(shù)鎖定，優(yōu)化ECU控制參數(shù)，降低其對環(huán)境溫度、海拔以及駕駛激烈程度的敏感性，從而達到優(yōu)化車輛原始排放的目的。通過控制試驗條件，降低行程動力學(xué)參數(shù)對RDE結(jié)果的干擾，再對長春、重慶、昆明3地驗證溫度和海拔對RDE試驗結(jié)果的影響。兩個族系10款車型共完成260多次RDE開發(fā)試驗。

3.1" 控制參數(shù)優(yōu)化及數(shù)據(jù)分析

根據(jù)汽油直噴發(fā)動機污染物產(chǎn)生的機理、催化劑轉(zhuǎn)化特性[15-17]，空燃比控制精度是影響排放的重要因素。提高空燃比控制精度主要包括閉環(huán)控制階段的空燃比精度和開環(huán)控制階段的目標空燃比精度。其具體措施包含：提高過渡工況空燃比控制精度，增加減速斷油后清氧工況的空燃比，減少不必要的減速斷油，增加大負荷工況的噴射次數(shù)以及調(diào)整換擋策略優(yōu)化發(fā)動機工作區(qū)間等[18]。對于具體的控制參數(shù)調(diào)整方法，本文中不作贅述，核心目的就是在兼顧催化劑轉(zhuǎn)化效率窗口的基礎(chǔ)上最大化地優(yōu)化PN排放。

3.1.1" 閉環(huán)空燃比精度對RDE排放的影響

在帶有環(huán)境倉的整車轉(zhuǎn)轂實驗室內(nèi)，按照特定上述循環(huán)加載道路載荷和坡度參數(shù)，模擬不同空燃比精度變化對RDE的影響。0℃時不同空燃比精度與RDE結(jié)果的對應(yīng)關(guān)系如圖6所示，其中X_1和X_2兩組試驗數(shù)據(jù)為空燃比精度優(yōu)化前的排放結(jié)果，X_7、X_8和X_9為空燃比精度優(yōu)化后的排放結(jié)果。結(jié)果表明，空燃比優(yōu)化前后RDE結(jié)果差距較大，空燃比精度提升能夠降低PN和NOX排放。

3.1.2" 開環(huán)空燃比精度對RDE排放的影響

30℃時不同開環(huán)空燃比對應(yīng)的RDE排放結(jié)果如圖7所示，其中X_17和X_18為開環(huán)空燃比偏小時的試驗結(jié)果，X_19和X_20為開環(huán)空燃比偏大時的試驗結(jié)果，X_21和X_22為最終選定的開環(huán)空燃比對應(yīng)的試驗結(jié)果，結(jié)果表明，適當?shù)卣{(diào)整目標空燃比，可以達成平衡PN和NOX兩者排放水平的目的。

通過多輪開環(huán)空燃比精度優(yōu)化工作，最終鎖定目標空燃比。在ECU控制參數(shù)中，常用量空氣系數(shù)表示空燃比，圖8為優(yōu)化前后實測的目標過量空氣系數(shù)對比，優(yōu)化后的目標過量空氣系數(shù)變化幅度較優(yōu)化前大幅收窄（RDE試驗全程過量空氣系數(shù)目標值嚴格控制在0.95～1.05，國VI b階段過量空氣系數(shù)目標值控制在0.85～1.05）。圖9為使用圖8優(yōu)化后的目標過量空氣系數(shù)的標定數(shù)據(jù)采用正常駕駛模式下測得的排放試驗結(jié)果。與圖6、圖7優(yōu)化之前的結(jié)果相比，PN和NOX的排放均有較大幅度的改善。

綜上，由于RDE和全球輕型車統(tǒng)一測試循環(huán)（World Light Vehicle Test Cycle，WLTC）工況覆蓋性差異問題，雖然車輛本身能夠滿足國VI b的要求，但RDE試驗的表現(xiàn)并不好，這也說明之前學(xué)者的研究也可能存在類似的現(xiàn)象；通過優(yōu)化ECU控制參數(shù)，提高空燃比控制精度和提升系統(tǒng)的魯棒性，適當調(diào)整空燃比，平衡PN排放。試驗結(jié)果表明，該研究涉及的兩個族系車型在不增加GPF的情況下，也同樣能達到RDE法規(guī)要求的水平。

3.2" 實際道路驗證結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

3.2.1" 駕駛行為對RDE排放的影響

v*apos95是行程有效性驗證和駕駛激烈程度判定的重要參數(shù)。由于在行程有效性判定中規(guī)定了v*apos95的上限值，為了增加不同動力總成和車型之間的可比性，本研究將v*apos95行程有效性判定的上限值作為基數(shù)，將v*apos95進行歸一化處理，將歸一化處理后所得的百分比定義為v*apos95占比。

在第1階段完成的基礎(chǔ)上，在不同環(huán)境條件下，僅改變行程動力學(xué)參數(shù)進行研究，獲取測量數(shù)據(jù)并進行分析。在長春（環(huán)境溫度0℃左右、海拔高度200m附近）進行的RED測試結(jié)果如圖10所示。從數(shù)據(jù)上看，CF_PN和CF_NOX都隨著v*apos95占比變化而變化，而且存在正相關(guān)，即隨著駕駛激烈程度的增加，PN和NOX的排放都有所增加。

在重慶（環(huán)境溫度30℃左右、海拔高度400m附近）進行X、Y兩個族系的RDE試驗結(jié)果如圖11所示，控制v*apos95占比大于75%以后，從CF_PN和CF_NOX的趨勢線可以看到隨著v*apos95占比增加，PN和NOX的排放水平幾乎保持不變，即隨著駕駛激烈程度的增加，PN和NOX的排放并沒有隨著v*apos95占比的增加而增加，保持在相對穩(wěn)定的水平上。

在昆明（環(huán)境溫度30℃左右，海拔高度2000m附近）進行X、Y兩個族系的RED試驗結(jié)果如圖12所示。在控制v*apos95占比大于75%以后，從CF_PN和CF_NOX的趨勢線可以看出，隨著v*apos95占比增加，PN和NOX的排放水平幾乎保持不變，即隨著駕駛激烈程度的增加，PN和NOX的排放并沒有隨著v*apos95占比的增加而增加，而是保持在相對穩(wěn)定的水平上，與重慶地區(qū)保持相同的結(jié)論。

綜上，通過在不同溫度條件和海拔條件下驗證v*apos95占比與RDE的關(guān)系為：當v*apos95占比小于75%時，RDE試驗結(jié)果隨著v*apos95占比的增大而增大；當v*apos95占比大于75%時，RDE結(jié)果不隨著v*apos95占比的增大而增大，保持相對穩(wěn)定。

3.2.2" 環(huán)境溫度對RDE排放的影響

在第1階段和行程動力學(xué)參數(shù)驗證完成的基礎(chǔ)上，控制v*apos95占比大于75%繼續(xù)研究環(huán)境溫度對RDE結(jié)果的影響。分別在0℃和30℃兩個特征溫度點附近進行X、Y兩個族系的多次RDE試驗。

在重慶和昆明兩地30℃附近時進行的RDE試驗結(jié)果如圖13、圖14所示。不難看出，兩地RDE試驗結(jié)果表現(xiàn)一致，隨著環(huán)境溫度的升高，PN排放總體呈現(xiàn)下降趨勢，NOx排放總體呈現(xiàn)上升趨勢。

在其他條件保持不變的情況下，同一車型在0℃和30℃下的RDE水平對比如圖15所示。從全程排放來看，PN和NOX的排放在0℃環(huán)境下略高于30℃環(huán)境下；從市區(qū)來看，0℃環(huán)境下的排放明顯高于30℃環(huán)境下的排放，主要差異集中在市區(qū)工況。通過分析對比，排放秒采數(shù)據(jù)和ECU控制參數(shù)發(fā)現(xiàn)，主要差異來自于怠速起停進入和退出時刻的排放差異，且多次試驗的散差較大，可能與催化器溫度變化和不同停機時間下的清氧控制相關(guān)，后續(xù)需要繼續(xù)分析和優(yōu)化ECU標定數(shù)據(jù)。

綜上，常溫情況下，隨著環(huán)境溫度的升高，PN總體呈現(xiàn)下降趨勢，NOX總體呈現(xiàn)上升趨勢。低溫情況下，RDE結(jié)果相對常溫略高，需要進一步優(yōu)化ECU標定數(shù)據(jù)。

3.2.3" 海拔高度對RDE排放的影響

如圖16所示，同一車型，在30℃附近，當海拔高度由400m上升至2000m后，無論是市區(qū)還是全程，RDE結(jié)果都有明顯下降。其主要原因是由于高原環(huán)境下空氣中的含氧量下降，在相同扭矩需求下，動力輸出相對于低海拔地區(qū)更加緩慢，雖然整個試驗對v*apos95占比測量值與平原相同，但是從ECU的測量數(shù)據(jù)上不難看出，高原平均車速比平原地區(qū)相對高一些，實際上加速度相對偏小一些。

綜上，在相同溫度和行程動力學(xué)水平的基礎(chǔ)上，受高原環(huán)境含氧量下降的影響，隨著海拔的升高或含氧量下降，RDE結(jié)果呈現(xiàn)下降趨勢。

4" 結(jié)論

本文通過研究兩個族系10個車型260多次RDE試驗過程及結(jié)果數(shù)據(jù)，通過對比分析不同空燃比、環(huán)境溫度、海拔高度、行程動力學(xué)參數(shù)等對RDE結(jié)果的影響，結(jié)果表明如下。

1）優(yōu)化ECU控制參數(shù)，提高控制數(shù)據(jù)的魯棒性，可以降低車輛對環(huán)境溫度、海拔以及駕駛激烈程度的敏感程度，起到改善RDE結(jié)果的作用。

2）當v*apos95占比小于75%時，RDE結(jié)果隨著v*apos95占比的增大而增大；當v*apos95占比大于75%時，RDE結(jié)果隨著v*apos95占比的增速放緩，保持相對穩(wěn)定。

3）常溫條件下，NOX隨著溫度的升高呈現(xiàn)上升趨勢，PN隨著溫度的升高呈現(xiàn)下降趨勢。

4）低溫情況下，RDE結(jié)果相對常溫略高，可能與怠速起停前后的催化劑溫度和清氧控制有關(guān)，需要進一步優(yōu)化ECU控制參數(shù)并研究。

5）受高原環(huán)境含氧量下降的影響，隨著海拔的升高，RDE結(jié)果呈現(xiàn)下降趨勢。

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（編輯" 凌" 波）

作者簡介

張鵬飛（1983—），動力總成集成標定高級主任，高級工程師，主要從事新能源及動力總成集成標定研究的工作。