轻型车RDE窗口法在中国实际道路的适应性研究

葛蕴珊， 王亚超， 董红磊， 宋彬， 尹航，李泽林， 杨正军

(1.北京理工大学 机械与车辆学院，北京 100081；2.国家市场监管总局缺陷产品管理中心，北京 100101；3.中国环境科学研究院，北京 100012)

随着汽车工业的快速发展，汽车保有量快速增加，给能源和环境带来巨大压力. 面对汽车排放产生的严重环境污染，各国不断从监管手段和排放限值方面加严机动车排放要求[1]. 相关研究表明，实验室测试无法完全反映车辆在千变万化的实际道路行驶中的排放水平，两者的排放结果存在较大差异[2-3]. 因此，为了真正控制车辆在实际行驶过程中的排放水平，欧Ⅵ和国Ⅵ标准提出RDE试验通过车载排放测量系统(portable emission measurement system，PEMS)对车辆在实际道路上的污染物排放进行测量. RDE测试不需要在专门的实验室中，就可以进行车辆排放是否符合标准的判定，这提供了一种高效地判定排放缺陷的方法，对我国即将实施的机动车排放召回具有重要意义. 但RDE试验受到驾驶工况、交通状况、驾驶风格、环境温度和海拔等因素影响，存在自然环境和道路状况的不确定性、测试工况的片面性和测试控制的鲁棒性，法规标准仅能给出部分测试要求和边界条件. 因此，需开展RDE试验影响因素研究，强化RDE测试程序的规范性和可操作性，为后续依据RDE试验进行缺陷认定提供数据基础. 此前研究表明汽油车、柴油车以及混合动力汽车均表现出独特的实际道路排放特性[4-5]；行程动力学参数、车辆冷启动以及数据处理方法均对RDE实验结果有一定影响[6-8]，但是用于计算的移动平均窗口法CO2参考点系数对于实验结果的影响依然不清晰. 为此本文中使用便携式车载排放测量系统(PEMS)对典型车辆进行了多次RDE试验，并对试验的行驶特征进行了分析，探究了影响RDE试验CO2窗口正常性的因素. 在此基础上提出了降低移动平均窗口法CO2参考点系数的方法，并对此方法对RDE试验结果的影响进行了评估，结果表明改进后的计算方法更符合中国实际路况，能够更好的进行排放缺陷分析.

1 实验方案

实验使用Horiba公司生产的OBS-ONE便携式车载排放测试系统，该系统主要由气体(GAS)分析模块、颗粒数量(PN)分析模块、排气流量计三部分组成，另有全球定位系统(GPS)、气象站(环境温度湿度测量)和OBD通信设备等附件. 选取的车辆为满足国V排放法规的缸内直喷轻型汽油车，发动机排量2.0 L，整备质量1 990 kg，实验前行驶里程为28 629 km，尾气后处理装置为三元催化转化器.

试验在北京市大兴区和通州区进行，试验进行时的环境温度及海拔高度均符合基本边界条件，试验过程符合国Ⅵ标准相关规定.

2 数据处理

欧盟研究人员基于实际行驶时相对于实验室认证试验的负荷增加(试验记录人员，PEMS设备及相关附件的重量增加车辆滚动阻力；PEMS设备及附件安装增加车辆迎风阻力)将点P1，P2和P3确定为WLTC试验的低速段，高速段和超高速段的CO2排放结果分别乘以1.2, 1.1与1.05之后的结果，国Ⅵ标准中也采纳了上述方案用于RDE实验计算.

按照国Ⅵ标准对实验数据使用移动平均窗口法进行计算，并按要求进行窗口完整性和窗口正常性判定[9]：6次试验市区、市郊和高速的CO2窗口的比例均大于15%，即6次试验均通过完整性判定. 在CO2窗口正常性判断中，测试4～6满足要求，而测试1～3的市区正常性验证失败，且均是由窗口内CO2排放量相较于WLTC测试CO2排放量偏低造成.

3 行驶特征分析

3.1 CO2瞬时排放率变化规律

本论文将CO2瞬时排放量与对应的车速和加速度表示为气泡图，气泡面积表示CO2瞬时排放量的相对大小,如图1所示.

对比6次RDE试验CO2气泡图可以看出测试1～3的CO2气泡的加速度分布在相对较小的区间(-2～2 m/s2)，面积较大气泡的数量相对较少，这三次试验的窗口正常性验证未通过. 测试4～6的加速度范围大，面积较大气泡数量多，多数可通过正常性验证.

3.2 加速度分布对窗口正常性判断影响

本论文将加速度划分为7个区间: 急剧减速(a≤-1.5 m/s2),急减速(-1.5 m/s21.5 m/s2).

对6次测试的加速度区间进行划分，在市区的加速度分布中，测试1、测试2、测试3的匀速段的比例都在30%左右，急加速和急减速占比较小；在测试4、测试5、测试6中，各个加速度区间的比例分布较为均衡，匀速段比例在20%左右，急加速和急减速占比较大，驾驶激烈；而6次试验市郊和高速的驾驶相对较为缓和.

将WLTC循环的低速段、高速段、超高速段的加速度分布与RDE实验的市区、市郊、高速三个速度段的加速度分布进行对比，发现窗口正常性通过验证的RDE测试的市区、市郊、高速三个阶段的行驶特征规律与WLTC低速、高速、超高速三个阶段的行驶特征规律具有高度一致性，即市区驾驶相对激烈，市郊和高速驾驶相对平缓.

3.3 全国车辆加速度分布

根据路尧等在做轻型车国Ⅵ行驶工况开发时在全国20个典型城市采集到的470万条车辆实际道路行驶的车速数据[10]，按照上节的标准进行加速度划分，得出基本能够代表全国车辆在实际道路中的加速度分布如图2所示.

对比WLTC循环的加速度分布、北京市车辆行驶加速度分布、全国车辆行驶加速度分布的数据不难发现，实际行驶工况下车辆的行驶过程要比WLTC缓和，这是造成正常性验证失败的一个原因，考虑到对RDE计算的影响，本论文提供改进计算方法的思路如下：

基于经验，本论文提出降低点P1、P2和P3系数的思路，将点P1，P2和P3系数分别从1.20、1.10和1.05降为1，降低前后测试1、测试2和Test3正常性验证结果如图3所示，系数降低后窗口正常性有了明显提高，这表明系数降低后的计算过程更符合中国实际道路匀速和缓加减速占比更大的交通特性，但最终系数的确定还需要后续更多的实验进行深入研究.

4 RDE试验结果

用移动平均窗口法对NOX、CO和PN三种污染物进行计算，结果表明参考点P1、P2、P3的系数降低前后试验车辆的污染物排放均低于国Ⅵ限值，具体结果如表1所示(测试2由于技术原因未能采集到NOX数据)，参考点P1、P2、P3的系数降低后，

表1 P1、P2、P3点系数修改前后各污染物排放对比

在NOX排放上测试3的差距最大，达到了18.34%；在CO排放上测试6的差距最大，达到了1.77%；在PN排放上测试5的差距最大，达到了22.01%. 可以初步得出结论，将P1、P2、P3点的系数降低对CO的计算影响较小，对NOX和PN的计算影响较大，但具体的影响规律需要进一步深入研究.

5 结 论

车辆在实际道路上的CO2排放量与车辆的加速度分布存在较强关联，通过CO2窗口正常性验证的RDE测试的市区市郊高速三个阶段的行驶特征与WLTC循环的低速、高速和超高速三个阶段的行驶特征具有一致性. 将P1、P2、P3点的系数降低可使计算过程更加符合中国车辆实际道路行驶时匀速和缓加减速占比更大的交通特性，但最终系数需要更多的实验来确定. 将P1、P2、P3点的系数降低对CO的计算影响较小，但对NOX和PN的计算影响较大，但具体的影响规律需要进一步深入研究.