葛蘊珊， 王亞超， 董紅磊， 宋彬， 尹航，李澤林， 楊正軍

(1.北京理工大學 機械與車輛學院，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機動車排放要求[1]. 相關(guān)研究表明，實驗室測試無法完全反映車輛在千變?nèi)f化的實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際行駛過程中的排放水平，歐Ⅵ和國Ⅵ標準提出RDE試驗通過車載排放測量系統(tǒng)(portable emission measurement system，PEMS)對車輛在實際道路上的污染物排放進行測量. RDE測試不需要在專門的實驗室中，就可以進行車輛排放是否符合標準的判定，這提供了一種高效地判定排放缺陷的方法，對我國即將實施的機動車排放召回具有重要意義. 但RDE試驗受到駕駛工況、交通狀況、駕駛風格、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)標準僅能給出部分測試要求和邊界條件. 因此，需開展RDE試驗影響因素研究，強化RDE測試程序的規(guī)范性和可操作性，為后續(xù)依據(jù)RDE試驗進行缺陷認定提供數(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)出獨特的實際道路排放特性[4-5]；行程動力學參數(shù)、車輛冷啟動以及數(shù)據(jù)處理方法均對RDE實驗結(jié)果有一定影響[6-8]，但是用于計算的移動平均窗口法CO2參考點系數(shù)對于實驗結(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)對典型車輛進行了多次RDE試驗，并對試驗的行駛特征進行了分析，探究了影響RDE試驗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CO2參考點系數(shù)的方法，并對此方法對RDE試驗結(jié)果的影響進行了評估，結(jié)果表明改進后的計算方法更符合中國實際路況，能夠更好的進行排放缺陷分析.

1 實驗方案

實驗使用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)動機排量2.0 L，整備質(zhì)量1 990 kg，實驗前行駛里程為28 629 km，尾氣后處理裝置為三元催化轉(zhuǎn)化器.

試驗在北京市大興區(qū)和通州區(qū)進行，試驗進行時的環(huán)境溫度及海拔高度均符合基本邊界條件，試驗過程符合國Ⅵ標準相關(guān)規(guī)定.

2 數(shù)據(jù)處理

歐盟研究人員基于實際行駛時相對于實驗室認證試驗的負荷增加(試驗記錄人員，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阻力)將點P1，P2和P3確定為WLTC試驗的低速段，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標準中也采納了上述方案用于RDE實驗計算.

按照國Ⅵ標準對實驗數(shù)據(jù)使用移動平均窗口法進行計算，并按要求進行窗口完整性和窗口正常性判定[9]：6次試驗市區(qū)、市郊和高速的CO2窗口的比例均大于15%，即6次試驗均通過完整性判定. 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瞬時排放率變化規(guī)律

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

對比6次RDE試驗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，這三次試驗的窗口正常性驗證未通過. 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實驗的市區(qū)、市郊、高速三個速度段的加速度分布進行對比，發(fā)現(xiàn)窗口正常性通過驗證的RDE測試的市區(qū)、市郊、高速三個階段的行駛特征規(guī)律與WLTC低速、高速、超高速三個階段的行駛特征規(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)時在全國20個典型城市采集到的470萬條車輛實際道路行駛的車速數(shù)據(jù)[10]，按照上節(jié)的標準進行加速度劃分，得出基本能夠代表全國車輛在實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，這是造成正常性驗證失敗的一個原因，考慮到對RDE計算的影響，本論文提供改進計算方法的思路如下：

基于經(jīng)驗，本論文提出降低點P1、P2和P3系數(shù)的思路，將點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)降低后的計算過程更符合中國實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)更多的實驗進行深入研究.

4 RDE試驗結(jié)果

用移動平均窗口法對NOX、CO和PN三種污染物進行計算，結(jié)果表明參考點P1、P2、P3的系數(shù)降低前后試驗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P1、P2、P3的系數(shù)降低后，

表1 P1、P2、P3點系數(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，達到了18.34%；在CO排放上測試6的差距最大，達到了1.77%；在PN排放上測試5的差距最大，達到了22.01%. 可以初步得出結(jié)論，將P1、P2、P3點的系數(shù)降低對CO的計算影響較小，對NOX和PN的計算影響較大，但具體的影響規(guī)律需要進一步深入研究.

5 結(jié) 論

車輛在實際道路上的CO2排放量與車輛的加速度分布存在較強關(guān)聯(lián)，通過CO2窗口正常性驗證的RDE測試的市區(qū)市郊高速三個階段的行駛特征與WLTC循環(huán)的低速、高速和超高速三個階段的行駛特征具有一致性. 將P1、P2、P3點的系數(shù)降低可使計算過程更加符合中國車輛實際道路行駛時勻速和緩加減速占比更大的交通特性，但最終系數(shù)需要更多的實驗來確定. 將P1、P2、P3點的系數(shù)降低對CO的計算影響較小，但對NOX和PN的計算影響較大，但具體的影響規(guī)律需要進一步深入研究.