任爍今 張超 李剛 李騰騰 于全順 關(guān)敏 吉喆 景曉軍

關(guān)鍵詞：重型車(chē)；實(shí)際道路排放；移動(dòng)平均；遠(yuǎn)程監(jiān)控；功基窗口法

重型商用車(chē)一直以來(lái)都是排放監(jiān)控的重點(diǎn)。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部《2022年中國(guó)移動(dòng)源環(huán)境管理年報(bào)》，2021年全國(guó)柴油車(chē)的氮氧化物（NOx）和顆粒物（particulatematter，PM）的排放分別占汽車(chē)排放總量的80%和90%以上[1]。

為了更好地對(duì)重型車(chē)排放進(jìn)行管控，中國(guó)重型車(chē)六階段排放標(biāo)準(zhǔn)[2]中增加了排放遠(yuǎn)程監(jiān)控及實(shí)際道路行駛測(cè)量方法。其中，排放遠(yuǎn)程監(jiān)控要求車(chē)輛在全壽命周期內(nèi)安裝車(chē)載終端，并按要求進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，并由生態(tài)環(huán)境主管部門(mén)和生產(chǎn)企業(yè)的遠(yuǎn)程平臺(tái)進(jìn)行接收。孫一龍等[3]的研究發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)程監(jiān)控獲得的數(shù)據(jù)及排放值與試驗(yàn)測(cè)試的數(shù)據(jù)一致性較好。2021年生態(tài)環(huán)境部發(fā)布重型車(chē)排放遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)規(guī)范[4]，進(jìn)一步對(duì)相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行說(shuō)明。目前遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)質(zhì)量不高、數(shù)據(jù)應(yīng)用模型進(jìn)展緩慢等問(wèn)題[5]。

如何利用遠(yuǎn)程平臺(tái)接收的排放大數(shù)據(jù)建立監(jiān)控模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛排放水平的有效監(jiān)控是目前的研究重點(diǎn)[6]。合肥工業(yè)大學(xué)的程曉章等[7]研究發(fā)現(xiàn)：NOx排放受車(chē)輛速度和加速度的雙重影響，將遠(yuǎn)程監(jiān)控的NOx排放劃分為4種工況，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理進(jìn)行篩選從而識(shí)別高排放柴油車(chē)。上海工程技術(shù)大學(xué)的徐為標(biāo)[8]等提出了由NOx濃度分布特征驅(qū)動(dòng)的高排放車(chē)輛識(shí)別算法，通過(guò)系統(tǒng)聚類(lèi)法對(duì)車(chē)輛NOx排放進(jìn)行聚類(lèi)。江淮汽車(chē)的張新宇等[9]基于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，提出了選擇性催化還原（selectivecatalyticreduction，SCR）轉(zhuǎn)化效率算法、用戶(hù)行為對(duì)SCR影響分析方法、SCR硫中毒、碳?xì)渲卸镜呐袛喾椒ā?/p>

另一方面，實(shí)際道路行駛測(cè)量采用便攜式排放測(cè)試系統(tǒng)（portableemissionmeasurementsystem，PEMS）按照特定的工況比例進(jìn)行車(chē)輛的實(shí)際道路排放測(cè)試，并參考?xì)W洲標(biāo)準(zhǔn)采用功基窗口法（work-basedwindowmethod，WB-WM）進(jìn)行排放結(jié)果核算及判定。在WB-WM中，要求有效窗口的窗口平均功率大于10%。因此，這種方法對(duì)低負(fù)荷工況的排放不能進(jìn)行很好的監(jiān)控，同時(shí)對(duì)于部分試驗(yàn)結(jié)果，如果有效窗口比例較低，會(huì)犧牲較大比例的測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試工況也不能很好地與車(chē)輛實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)應(yīng)。

北京理工大學(xué)呂立群等[10]研究結(jié)果表明：現(xiàn)行WB-WM在排放評(píng)估過(guò)程中最高可剔除46.68%的NOx高比排放窗口，大幅低估了實(shí)際道路工況尤其是市區(qū)擁堵路況下的重型柴油車(chē)NOx實(shí)際排放量。歐盟委員會(huì)聯(lián)合研究中心的P.Mendoza-Villafuerte等[11]的研究結(jié)果中，高達(dá)85%的NOx排放結(jié)果未納入結(jié)果計(jì)算。

目前，國(guó)際上也開(kāi)始對(duì)這種測(cè)試方法進(jìn)行改良和升級(jí)。中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心的張瀟文等[12]提出了一種適用于PEMS測(cè)試的基于油耗的窗口劃分方法，這種方法的NOx排放偏差較WB-WM能夠降低6%。

美國(guó)西南研究院的C.Sharp等[13]通過(guò)大量數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：小于20%負(fù)荷的工況在重型車(chē)的運(yùn)行中占有較高的比例。因此，美國(guó)加州空氣資源委員會(huì)（CaliforniaAirResourcesBoard，CARB）于2020年通過(guò)超低NOx排放法規(guī)，其中提出了低負(fù)荷循環(huán)（lowloadcycle，LLC）的要求和一種新型的重型車(chē)排放監(jiān)控方式，即三區(qū)移動(dòng)平均窗口（three-binmovingaveragewindow，3B-MAW）法[14]。這種方法采用300s固定時(shí)長(zhǎng)的移動(dòng)窗口，根據(jù)每個(gè)窗口CO2排放量計(jì)算對(duì)應(yīng)的負(fù)荷比，并根據(jù)負(fù)荷比將逐秒移動(dòng)的窗口劃分為怠速區(qū)、低負(fù)荷區(qū)和中高負(fù)荷區(qū)，并對(duì)3種區(qū)的排放限值進(jìn)行了要求。

美國(guó)西弗吉尼亞大學(xué)（WestVirginiaUniversity，WVU）的G.Sadek[15]研究發(fā)現(xiàn)3B-MAW方法中的低負(fù)荷區(qū)和中高負(fù)荷區(qū)存在NOx與CO2之間的權(quán)衡取舍（trade-off）關(guān)系。3B-MAW方法能夠較好地對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)排放循環(huán)，例如低負(fù)荷區(qū)對(duì)應(yīng)LLC循環(huán)，中高負(fù)荷區(qū)對(duì)應(yīng)聯(lián)邦測(cè)試循環(huán)（federaltestprocedure，F(xiàn)TP）和跳變模式循環(huán)（rampedmodecycle，RMC）。因此，相對(duì)于目前的WB-WM能夠更好地對(duì)低負(fù)荷工況進(jìn)行監(jiān)控。綜上，3B-MAW方法能夠有效提升排放數(shù)據(jù)使用效率并對(duì)低負(fù)荷工況進(jìn)行有效監(jiān)控。

本文將3B-MAW方法應(yīng)用于排放遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析，并通過(guò)6輛不同類(lèi)型的重型車(chē)遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)清洗、模型特性、參數(shù)影響、排放結(jié)果進(jìn)行了研究分析，最終通過(guò)實(shí)車(chē)道路排放試驗(yàn)與WB-WM進(jìn)行了對(duì)比研究。

1遠(yuǎn)程監(jiān)控3B-MAW模型

1.1計(jì)算模型

本文提出的重型車(chē)排放遠(yuǎn)程監(jiān)控3B-MAW計(jì)算模型如圖1所示。

計(jì)算步驟為：

步驟1：輸入監(jiān)控平臺(tái)數(shù)據(jù)。以遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)每輛車(chē)的日監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)作為輸入，若數(shù)據(jù)量不夠則逐日向前遞補(bǔ)。

步驟2：數(shù)據(jù)清洗。對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行篩選和剔除，有效數(shù)據(jù)篩選條件見(jiàn)本文2.2節(jié)。

步驟3：移動(dòng)窗口負(fù)荷比計(jì)算。對(duì)有效數(shù)據(jù)劃分移動(dòng)窗口，計(jì)算依據(jù)見(jiàn)本文3.1節(jié)。各移動(dòng)窗口的負(fù)荷比為

其中：MCO2為該車(chē)型依據(jù)GB17691-2018附錄L的CO2測(cè)試結(jié)果；Pmax為該車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率；twin為移動(dòng)窗口的時(shí)長(zhǎng)，推薦為300s；Δt為采樣間隔，對(duì)于遠(yuǎn)程監(jiān)控為1s；m˙CO2為車(chē)輛的CO2瞬時(shí)質(zhì)量排放，對(duì)于柴油車(chē)，為

式中：qv為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料體積流量，單位為L(zhǎng)·h-1，為遠(yuǎn)程監(jiān)控上傳數(shù)據(jù)項(xiàng)；ρd為柴油密度，單位為g·L-1；44為CO2的相對(duì)分子質(zhì)量；柴油中碳?xì)滟|(zhì)量比采用12：1.86。

步驟4：3區(qū)劃分。根據(jù)步驟3計(jì)算的窗口負(fù)荷比將每個(gè)移動(dòng)窗口劃分成不同的類(lèi)型。λ≤6%的窗口劃分為怠速區(qū)，6%＜λ≤20%的窗口劃分為低負(fù)荷區(qū)，λ＞20%的窗口劃分為中高負(fù)荷區(qū)。

步驟5：確認(rèn)每個(gè)區(qū)的累計(jì)窗口數(shù)量大于等于要求的最小窗口數(shù)nmin=2400，否則增補(bǔ)前一日數(shù)據(jù)，返回步驟1。

步驟6：對(duì)于低負(fù)荷區(qū)和中高負(fù)荷區(qū)，比排放為

式中：Ea，b為該區(qū)的比排放，單位為g·（kWh）-1；角標(biāo)a代表排放物，可以為HC、CO、NOx和PM，針對(duì)目前的遠(yuǎn)程監(jiān)控要求一般指NOx；角標(biāo)b代表區(qū)的類(lèi)型，可以為低負(fù)荷區(qū)或中高負(fù)荷區(qū)；nb為b區(qū)的窗口數(shù)量，nb≥nmin；m˙a為排放物的瞬時(shí)質(zhì)量排放，單位為g·s-1。

步驟7：核查3區(qū)的排放是否超過(guò)限值（限值的討論見(jiàn)本文3.3節(jié)）。如果存在超過(guò)排放限值的區(qū)，則記為當(dāng)日排放超標(biāo)，返回步驟1計(jì)算下一日排放情況。

步驟8：如果該車(chē)的超標(biāo)日占比大于x%，則認(rèn)定該車(chē)為疑似超排車(chē)輛。0＜x＜100，可根據(jù)實(shí)際監(jiān)管需要進(jìn)行選擇，不在本文討論范圍內(nèi)，不影響本文結(jié)論。

1.2模型特點(diǎn)

通過(guò)上述描述，可以獲知3B-MAW計(jì)算模型的以下特點(diǎn)：

1）適合于車(chē)輛實(shí)際行駛排放水平的核查，對(duì)行駛工況和窗口移動(dòng)方向沒(méi)有要求。

2）以CO2排放表征負(fù)荷比，監(jiān)測(cè)負(fù)荷范圍較廣，不用考慮載荷情況。

3）數(shù)據(jù)清洗之后，即使數(shù)據(jù)不連續(xù)也可以應(yīng)用于計(jì)算，提高數(shù)據(jù)使用效率。

2車(chē)輛選擇及數(shù)據(jù)清洗

2.1車(chē)輛選擇

本文用于模型研究的遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)主要來(lái)源于表1所示的6輛重型車(chē)，覆蓋了貨車(chē)、牽引車(chē)和客車(chē)不同的車(chē)輛類(lèi)型、質(zhì)量和功率水平。每輛車(chē)均選取了連續(xù)四周的遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，由于車(chē)輛使用頻率不同，因此數(shù)據(jù)總量存在不同，牽引1的數(shù)據(jù)量最大，約267h。車(chē)輛的遠(yuǎn)程監(jiān)控均按照國(guó)6排放標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)車(chē)載終端進(jìn)行無(wú)線(xiàn)發(fā)送并通過(guò)軟件平臺(tái)進(jìn)行接收和記錄，車(chē)輛的行駛工況和載荷等條件為日常的運(yùn)行條件（交通狀況隨機(jī)）。

2.2數(shù)據(jù)清洗

對(duì)每輛車(chē)的遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)均進(jìn)行了數(shù)據(jù)清洗，有效數(shù)據(jù)的篩選原則如下所示：

1）車(chē)輛行駛海拔小于2500m，即大氣壓力近似大于74kPa（國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)PEMS試驗(yàn)條件）；

2）發(fā)動(dòng)機(jī)處于非停機(jī)狀態(tài)，即發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于500r/min（發(fā)動(dòng)機(jī)熄火狀態(tài)無(wú)排放）；

3）發(fā)動(dòng)機(jī)處于熱機(jī)狀態(tài)，即冷卻液溫大于70℃（國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)PEMS試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析條件）；

4）車(chē)輛NOx傳感器能夠正常傳輸有效的NOx排放值（露點(diǎn)檢測(cè)過(guò)程中無(wú)NOx有效值）。

以貨車(chē)1的2400s運(yùn)行數(shù)據(jù)為例，圖2給出了有效數(shù)據(jù)和無(wú)效數(shù)據(jù)的分布情況?？梢钥闯觯谲?chē)輛停止一段時(shí)間后，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度有可能低于70℃，車(chē)輛未完全熱機(jī)，將此時(shí)的數(shù)據(jù)予以剔除。當(dāng)水溫升高至70℃以上之后，NOx傳感器仍需要一段時(shí)間才開(kāi)始傳輸有效數(shù)據(jù)，此時(shí)無(wú)效的NOx數(shù)據(jù)也需要進(jìn)行剔除。

圖3所示為所選6輛重型車(chē)的數(shù)據(jù)刪除情況統(tǒng)計(jì)?？梢钥闯觯捎谵D(zhuǎn)速小于500r/min被刪除的數(shù)據(jù)比例最小。而對(duì)于貨車(chē)1和牽引1，比例則分別高達(dá)17.5%和22.6%，原因是這些車(chē)輛雖然發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)停機(jī)，但車(chē)輛未下電使得車(chē)載終端仍一直傳輸數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)并沒(méi)有分析的必要性，因此需要被剔除掉。由于水溫小于70℃和NOx傳感器未正常傳輸數(shù)據(jù)導(dǎo)致被刪除的數(shù)據(jù)比例與車(chē)輛的實(shí)際行駛工況有關(guān)?？傮w來(lái)看，依據(jù)上文的有效數(shù)據(jù)篩選原則，平均約32.1%的數(shù)據(jù)被剔除掉。

3計(jì)算結(jié)果及討論

3.1模型特性研究

以貨車(chē)1的3600s數(shù)據(jù)為例，圖4所示為的車(chē)速和計(jì)算負(fù)荷比隨時(shí)間的變化情況。負(fù)荷比曲線(xiàn)上每一點(diǎn)代表的為該點(diǎn)之后300s移動(dòng)窗口的負(fù)荷比計(jì)算結(jié)果，如圖中方框區(qū)域所示。可以看出，負(fù)荷比曲線(xiàn)變化與車(chē)速曲線(xiàn)有一定相關(guān)性。根據(jù)CARB文件[14]，采用CO2排放計(jì)算負(fù)荷比相對(duì)于傳統(tǒng)PEMS試驗(yàn)采集車(chē)載診斷（OBD）負(fù)荷數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確，原因是車(chē)輛OBD負(fù)荷數(shù)據(jù)在小負(fù)荷時(shí)并不準(zhǔn)確。

從圖4中可以看出，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)會(huì)被連續(xù)的300個(gè)移動(dòng)窗口所包含，而隨著移動(dòng)窗口負(fù)荷比的變化，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)有可能落在1種、2種或3種區(qū)內(nèi)。

圖5所示為不同車(chē)輛的數(shù)據(jù)點(diǎn)落在不同區(qū)的比例情況?？梢钥闯?，數(shù)據(jù)點(diǎn)同時(shí)落在3種區(qū)內(nèi)的可能性較小。而數(shù)據(jù)落在幾種區(qū)內(nèi)和車(chē)輛的行駛工況和加載情況有關(guān)。行駛工況越單一，比如大重量的貨車(chē)、牽引車(chē)和客車(chē)，則數(shù)據(jù)點(diǎn)落在1種區(qū)內(nèi)的比例更高。

如圖6所示，從移動(dòng)窗口三區(qū)劃分比例可以看出不同車(chē)輛的日常運(yùn)載和駕駛情況，例如貨車(chē)1、貨車(chē)2和牽引2的中高負(fù)荷區(qū)移動(dòng)窗口比例均大于50%，說(shuō)明它們平時(shí)的運(yùn)載量較大或平均行駛車(chē)速較快。而對(duì)于貨車(chē)3、牽引1和客車(chē)1，低負(fù)荷區(qū)的移動(dòng)窗口比例則較高。

圖7和圖8分別給出了各區(qū)的平均車(chē)速和平均排溫。由于三區(qū)的劃分主要依據(jù)為窗口負(fù)荷比，因此隨著窗口負(fù)荷比的增加，窗口平均車(chē)速和平均排溫（SCR入口溫度）也呈上升趨勢(shì)。

對(duì)于本文研究車(chē)輛，怠速區(qū)、低負(fù)荷區(qū)和中高負(fù)荷區(qū)的平均SCR入口溫度分別為186.7、253.6、310.3℃。而SCR的NOx轉(zhuǎn)化效率在180～300℃范圍內(nèi)是隨著催化器溫度升高而升高的。這在本文3.3節(jié)的排放對(duì)比中可以看出，中高負(fù)荷區(qū)的NOx比排放更有可能低于低負(fù)荷區(qū)。因此，3B-MAW模型可以較好地反映車(chē)輛在不同負(fù)荷下的運(yùn)行特征。

3.2模型參數(shù)研究

從1.1節(jié)計(jì)算模型的描述過(guò)程中可以看出，三區(qū)移動(dòng)平均窗口計(jì)算模型有4個(gè)主要的控制參數(shù)，分別為最小窗口數(shù)（默認(rèn)nmin=2400），窗口寬度（默認(rèn)twin=300s），怠速區(qū)和低負(fù)荷區(qū)的劃分線(xiàn)（第1劃分線(xiàn)，默認(rèn)值為6%）以及低負(fù)荷區(qū)和中高負(fù)荷區(qū)的劃分線(xiàn)（第2劃分線(xiàn)，默認(rèn)值為20%）。本節(jié)研究了各主要控制參數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響和選取依據(jù)。

1）最小窗口數(shù)。

通過(guò)最小窗口數(shù)的設(shè)定，一方面可以對(duì)多個(gè)窗口的排放結(jié)果進(jìn)行平均計(jì)算，從而進(jìn)一步考核車(chē)輛的排放情況，另一方面可以有效控制計(jì)算的數(shù)據(jù)量。

如圖9所示，當(dāng)窗口數(shù)量小于2400時(shí)，由于進(jìn)行平均計(jì)算的窗口數(shù)量較少，因此部分試驗(yàn)樣車(chē)的三區(qū)排放計(jì)算結(jié)果浮動(dòng)較大。而在窗口數(shù)量大于2400后，大部分車(chē)輛的三區(qū)排放計(jì)算結(jié)果變化趨勢(shì)相對(duì)較為平緩，而對(duì)于某些車(chē)輛（如牽引車(chē)2和客車(chē)1）仍存在一定程度的浮動(dòng)。

如圖10所示，隨著窗口數(shù)量的增加，完成三區(qū)計(jì)算的總數(shù)據(jù)量（清洗后）快速上升。尤其是對(duì)于怠速區(qū)，由于車(chē)輛在行駛過(guò)程中落入怠速區(qū)的比例較低（見(jiàn)圖6），因此完成怠速區(qū)計(jì)算所需的數(shù)據(jù)上升較快。從表3中可以看出，車(chē)輛平均每日的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)在2～10h左右。

因此，為了盡可能保障采用當(dāng)日的數(shù)據(jù)完成模型計(jì)算，窗口數(shù)量要求不宜過(guò)多。結(jié)合圖9分析結(jié)果，因此設(shè)置最小窗口數(shù)為2400，既可以獲得較為穩(wěn)定的排放結(jié)果，又不會(huì)導(dǎo)致完成模型計(jì)算所需的數(shù)據(jù)量過(guò)多。

2）窗口寬度。

本模型采用固定時(shí)間寬度的移動(dòng)窗口，根據(jù)美國(guó)CARB報(bào)告[16]，300s的窗口寬度相對(duì)目前美國(guó)NTE（non-toexceed）測(cè)試的30s窗口可以提供更好的濾波效果，而又不會(huì)太長(zhǎng)導(dǎo)致失真[14]。

如圖11所示（窗口數(shù)量固定為2400），在窗口寬度小于200s時(shí)，由于窗口過(guò)窄，對(duì)排放數(shù)據(jù)的濾波效果不明顯，因此大部分車(chē)輛的排放變化較快。而當(dāng)窗口寬度大于400s后，由于窗口過(guò)寬，包含的工況波動(dòng)較大，開(kāi)始出現(xiàn)失真的波動(dòng)情況。而在窗口寬度在200～400s之間，大部分車(chē)輛的排放結(jié)果均相對(duì)較為穩(wěn)定。

圖12所示（窗口數(shù)量固定為2400），窗口寬度對(duì)怠速區(qū)和中高負(fù)荷區(qū)排放計(jì)算數(shù)據(jù)量影響較大。原因是當(dāng)一個(gè)移動(dòng)窗口中每秒的運(yùn)行負(fù)荷均比較低或者均比較高時(shí)，才會(huì)被劃分成怠速區(qū)或中高負(fù)荷區(qū)，隨著窗口寬度增加，窗口包含的工況變化也更多，出現(xiàn)符合一直較低或較高的概率也越來(lái)越低，因此需要更多的數(shù)據(jù)來(lái)達(dá)到模型要求的最小窗口數(shù)。例如，對(duì)于牽引1和客車(chē)1，從圖6中可以看出二者的工況中高負(fù)荷區(qū)比例較低，因此隨著窗口寬度增加，二者累計(jì)2400個(gè)中高負(fù)荷區(qū)所需的數(shù)據(jù)量也快速上升。因此，與最小窗口數(shù)的分析類(lèi)似，為了盡可能減少模型計(jì)算所需的數(shù)據(jù)量，窗口寬度不應(yīng)該過(guò)長(zhǎng)，300s是較為適宜的數(shù)值。

3）負(fù)荷比劃分線(xiàn)。

根據(jù)美國(guó)CARB報(bào)告[16]，第1劃分線(xiàn)設(shè)置為6%的原因是與LLC循環(huán)的測(cè)試結(jié)果相對(duì)應(yīng)（LLC負(fù)荷比一般為5～7%）。從模型原理來(lái)看，第1劃分線(xiàn)主要影響怠速區(qū)和低負(fù)荷區(qū)的劃分及計(jì)算。如圖13所示，當(dāng)?shù)?劃分線(xiàn)小于6%時(shí)，窗口落入怠速區(qū)的概率迅速減小，導(dǎo)致完成模型所需的計(jì)算量快速增加。當(dāng)?shù)?劃分線(xiàn)大于6%時(shí)，完成低負(fù)荷區(qū)計(jì)算的數(shù)據(jù)量也成上升趨勢(shì)。因此，從低負(fù)荷循環(huán)要求和所需數(shù)據(jù)量?jī)蓚€(gè)方面考慮，第1劃分線(xiàn)定在6%左右較為合理。

第2劃分線(xiàn)根據(jù)FTP循環(huán)的平均負(fù)荷比確定，約為20%[16]。與第1劃分線(xiàn)的原理類(lèi)似，第2劃分線(xiàn)主要影響低負(fù)荷區(qū)和中高負(fù)荷區(qū)的劃分與計(jì)算。如圖14所示（窗口數(shù)量固定為2400），當(dāng)?shù)?劃分線(xiàn)在20%附近時(shí)，中高負(fù)荷和低負(fù)荷區(qū)的所需數(shù)據(jù)量基本都控制在3h以?xún)?nèi)。當(dāng)?shù)?劃分線(xiàn)從20%升高或降低時(shí)，中高負(fù)荷區(qū)和低負(fù)荷區(qū)的計(jì)算數(shù)據(jù)量分別快速上升。因此，第2劃分線(xiàn)選為20%可以獲得數(shù)據(jù)需求量上的最小化。

3.3排放結(jié)果

如表2所示，美國(guó)CARB報(bào)告[14]中提出三區(qū)移動(dòng)平均窗口模型的限值，該限值為一致性系數(shù)（conformityfactor，CF）與對(duì)應(yīng)循環(huán)工況限值的乘積，而且CF和工況限值會(huì)隨著時(shí)間推移繼續(xù)加嚴(yán)。WVU的G.Sadek在其研究中提出了2010年和2024年的2種推薦限值。

如圖15所示，不同車(chē)輛怠速區(qū)的排放流量計(jì)算結(jié)果差異較大，從0～40kg/h均有分布，因此在未來(lái)的排放標(biāo)準(zhǔn)有必要對(duì)怠速區(qū)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的排放限值要求。中高負(fù)荷區(qū)的比排放接近或低于低負(fù)荷區(qū)，原因是中高負(fù)荷區(qū)的后處理溫度更高（見(jiàn)圖11），對(duì)NOx的轉(zhuǎn)化效率更高。對(duì)于低負(fù)荷區(qū)，除了牽引2排放較高外，其余車(chē)輛的排放結(jié)果基本控制在0.5g/kWh以下，和2024年CARB（0.54g/kWh）及WVU（0.4g/kWh）的限值較為接近，但考慮到國(guó)內(nèi)尚未提出針對(duì)低負(fù)荷區(qū)的排放要求，可以適當(dāng)放寬其限值。對(duì)于高排放區(qū)，貨車(chē)1的排放結(jié)果要明顯高于其他車(chē)輛，其余車(chē)輛的排放基本在0.3g/kWh以下，若不考慮在用車(chē)劣化系數(shù)，部分車(chē)輛與2024年CARB的0.13g/kWh要求尚存在一定距。

4與WB-WM對(duì)比研究

本文選取了5輛試驗(yàn)樣車(chē)，樣車(chē)參數(shù)及測(cè)試工況如表3所示，其中樣車(chē)1—樣車(chē)3采用GB17691-2018重型車(chē)六階段標(biāo)準(zhǔn)中要求的PEMS測(cè)試工況進(jìn)行試驗(yàn)，樣車(chē)4、樣車(chē)5采用接近實(shí)際運(yùn)行的隨機(jī)工況進(jìn)行試驗(yàn)，每輛試驗(yàn)樣車(chē)通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控獲取車(chē)輛的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

如前文所述，WB-WM和3B-MAW法的主要區(qū)別在于對(duì)低負(fù)荷工況的考核以及排放數(shù)據(jù)的分析方法，以下從這兩個(gè)角度對(duì)二者的適用性和限值嚴(yán)格程度進(jìn)行了分析。采用WB-WM計(jì)算了有效窗口（平均功率大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率的20%）和所有窗口的平均排放結(jié)果，同時(shí)采用了3B-MAW方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，結(jié)果如表4所示。

由表4可知：對(duì)于樣車(chē)1—3采用PEMS工況，怠速區(qū)窗口的數(shù)量在0～396范圍，未達(dá)到nmin=2400要求，說(shuō)明目前的PEMS測(cè)試工況由于缺少怠速工況并不完全適合采用3B-MAW計(jì)算，需要增加怠速工況的比例。從樣車(chē)4的結(jié)果可以看出，若采用隨機(jī)工況進(jìn)行測(cè)試，WB-WM中所有窗口的平均排放為453.7mg·（kWh）-1，而采用有效窗口進(jìn)行計(jì)算后平均排放僅有30.11mg·（kWh）-1，原因是窗口功率閾值過(guò)濾了排放較高的低負(fù)荷工況。因此，對(duì)于實(shí)際道路工況的排放水平評(píng)估，不適合采用WB-WM方法。

另外，對(duì)于樣車(chē)3，采用3B-MAW方法計(jì)算的低負(fù)荷區(qū)和高負(fù)荷區(qū)的排放結(jié)果均超過(guò)了表2中的限值，而采用WB-WM的計(jì)算結(jié)果并沒(méi)有超過(guò)法規(guī)限值（690mg·（kWh）-1）。樣車(chē)5的排放比較惡劣，兩種計(jì)算方法的結(jié)果均超過(guò)了限值要求。因此，在3B-MAW的應(yīng)用過(guò)程中，可以通過(guò)排放限值的設(shè)計(jì)，使得其相對(duì)于WB-WM的測(cè)算方法更為嚴(yán)格。

5結(jié)論

本文針對(duì)三區(qū)移動(dòng)平均窗口（3B-MAW）法在重型車(chē)排放遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用進(jìn)行了模型建立、數(shù)據(jù)清洗、模型特性、參數(shù)影響和與功基窗口法對(duì)比等幾個(gè)方面的研究，得出如下結(jié)論：

1）若采用車(chē)輛行駛海拔小于2500m、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于500r/min，冷卻液溫度大于70℃，且NOx傳感器傳輸有效數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)篩選條件，大約有32.1%的遠(yuǎn)程監(jiān)控被刪除掉。

2）在3B-MAW模型中，三區(qū)劃分的比例與車(chē)輛的實(shí)際行駛工況有關(guān)。中高負(fù)荷區(qū)的平均車(chē)速和后處理平均溫度較高。為了同時(shí)兼顧排放結(jié)果計(jì)算的準(zhǔn)確性和所需數(shù)據(jù)量不過(guò)大，最小窗口數(shù)、窗口寬度、第1劃分線(xiàn)和第2劃分線(xiàn)應(yīng)分別設(shè)置在2400、300s，6%和20%附近。

3）實(shí)際道路便攜式排放測(cè)試系統(tǒng)（PEMS）工況若要采用3B-MAW分析數(shù)據(jù)，需要增加怠速工況的比例。由于不受窗口功率閾值限制，相對(duì)于功基窗口法，3B-MAW能夠更好地反映低負(fù)荷排放，更適合對(duì)實(shí)際道路隨機(jī)駕駛工況進(jìn)行分析。