浅谈实际道路行驶污染物排放试验方法

（广汽乘用车有限公司，广东广州 511434）

0.引言

诸多数据表明，在试验室开展的排放测试结果与实际行驶排放结果存在较大差异。这主要是由于试验室内是按照规定的试验循环，且为保证试验的复现性，试验室内气象条件（温度、湿度、大气压）均在法规规定的极小范围内波动。与实际道路测试相比，试验室条件较为单一，不能覆盖车辆实际道路运行状况。制造商开发的减排技术在试验室测试中的减排效果会明显好于道路上的减排效果，由于车辆制造商利用试验室运行工况边界条件狭窄这一事实，设计工程策略，使车辆在试验室工况下能够保证良好的燃油经济性以及对污染物限值的符合性。

车载排放测量系统（PEMS）在今年快速发展，可以安装在实际道路行驶的车辆上，测试得到实际行驶过程中的排放特性，真实反映车辆在实际行驶中的排放特性。然而由于测试时的环境条件、驾驶员以及路线等的差异，同一辆样车的测试结果也可能相差甚远，可以说实际道路排放测试结果的随机性很大。可见，通过实际行驶排放检测达到控制车辆排放需要一定的过程。

1.实际行驶排放发展历程

1.1 重型车实际行驶排放

2013年2月，北京市环境保护局和北京市质量技术监督局发布北京市地方标准《重型汽车排放污染物排放限值及测量方法（车载法）》，此标准主要参考EPA CFR 40 part 86和86.1370和CFR part 1065 subpart J部分、（EU）No 582/2011（修订草案）以及HJ439-2008《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车在用符合性技术要求》的部分技术内容，并根据北京实际情况进行了部分修订。

2017年9月19日环境保护部发布了HJ857-2017《重型柴油车、气体燃料车排气污染物车载测量方法及技术要求》。

2018年6月22日生态环境部及国家市场监督管理总局联合发布了GB17691-2018《重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》，其中增加了整车实际道路排放测试要求和限值的规定。

1.2 轻型车实际行驶排放

2016年12月23日环境保护部及国家质量监督检验检疫总局联合发布《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》，其中增加了实际行驶污染物排放（RDE）试验要求，定为II型试验[1]。

由此，我国拉开了实际道路行驶污染物排放检测的帷幕。

2.测试方法

2.1 测试工况

重型车与轻型车的测试工况，如表1所示。

表1 重型车与轻型车的测试工况对比表

测试工况均按照市区―市郊―高速的行驶顺序连续进行，对于重型车第一个出现车速超过55km/h的短行程（指车辆从一个怠速终点到下一个怠速起点之间的行驶过程）记为市郊路的开始（对于M1、N1类车辆为70km/h），第一个出现车速超过75km/h的短行程记为高速路的开始（对于M1、N1类车辆为90km/h）。试验开始点和结束点之间的海拔高度之差不得超过100m，并且试验车辆的累计正海拔高度增加量应不大于1200km/100km，累计海拔高度增加量从行程开始时的第一个测量值d（0）开始，以不变的空间分辨率1m进行计算，分辨率为1m的离散数据点是指由特定距离值d（例如0m，1m，2m，……）及对应的海拔高度h（d）[m]表征的路径点，此过程中需要必要的海拔校正及光滑处理。同时，还有车辆载荷、环境条件、动力学状态、车辆状态等方面的要求[2]。

2.2 数据处理方法

2.2.1 功基窗口法

功基窗口法是移动平均窗口法的一种，从试验终止点到截止点之间的一个连续区间，当区间的累计做功等于瞬态循环的发动机做功量时，定义该连续区间为一个功基窗口，功基窗口内车辆排气污染物排放总质量与窗口内做功量的比值，称为窗口比排放，功基窗口比排放计算随时间向后推移，每个窗口的起始数据点推移的步长等于排气污染物采样频率的倒数，如此不断随时间做滑动平均，直到窗口的终止点到达试验数据的结束点。通过比较各功基窗口比排放与发动机型式检验比排放的符合性评价车辆的排放的方法即为功基窗口法。算法举例：

第i个功基窗口的确定：

式中：t1,i和t2,i分别为第i个功基窗口起始时间和终止时间，s；

Wref为发动机瞬态循环（HJ857中规定为ETC或WHTC，在GB17691中规定为WHTC）做功量，kW·h；

Wt为瞬时功，kW·h，，

式中，Tt为瞬时净扭矩，Nm；

nt为瞬时转速，r/min。

功基窗口比排放：

式中：gasi为气态污染物的瞬时排放质量，g/s；

窗口平均功率大于发动机最大功率的20%的窗口为有效窗口，有效窗口比例≥50%。若有效窗口的比例低于50%，使用较低功率阈值继续进行评价，将窗口平均功率阈值要求以1%为步长逐渐减小，直到有效窗口的比例达到50%，但GB17691规定功率阈值最小不能小于10%，HJ857规定功率阈值最小不能小于15%，否则试验无效[3]。

2.2.2 CO2平均窗口法

利用常温排气污染物排放测试循环得到的CO2的质量确定一个个数据子集，数据子集的移动平均计算步长∆t与数据取样频率一致。

例如：

第j个平均窗口的持续时间（t2,j-t1,j）的确定:

MCO2(t2,j)-MCO2(t1,j)≥MCO2,ref-

式中：MCO2(t1,j)为从试验开始到t1,j时刻时间内测得的CO2质量，g；

MCO2,ref为常温排放测试循环中车辆排放的CO2质量（g）的一半。根据下式选择确定t2,j：

MCO2(t2,j-∆t)MCO2(t1,j)＜MCO2,ref≤ MCO2(t2,j)-MCO2(t1,j)，其中，∆t是数据取样时间周期。

窗口评估：

常温排放试验中测得的CO2排放与平均速度之间的关系是试验车辆的参考动态特征，称为“车辆CO2特性曲线”。为获得CO2特性曲线，被测试车辆首先应按照常温排放试验要求设置道路阻力，并进行排放试验。

确定特性曲线需要的参考点P1，P2和P3：

MCO2,d,P1=常温排放低速段CO2的排放结果＊1.2，g/km；

MCO2,d,P2=常温排放高速段CO2的排放结果＊1.1，g/km；

MCO2,d,P3=常温排放超高速段CO2的排放结果＊1.05，g/km；

CO2的特性曲线即为由P1，P2和P3确定的两条线段确定的MCO2与平均速度确定的函数，在车速坐标轴上，车速最高限定在145km/h以下，45km/h以下为市区路段，45km/h～80km/h为市郊路段，80km/h～145km/h为高速路段。

数据的完整性和正常性验证：车辆CO2特性曲线的基本公差和扩展公差分别为tol1=25%和tol2=50%。市区、市郊和高速窗口数量分别占总窗口数量的15%以上时，即认为完成试验。50%以上的市区、市郊和高速窗口落在特性曲线所定义的基本公差范围内时，则可以判断试验结果正常。如果不满足上述规定的最低要求，可以按1%步长增加公差上线范围，直到满足50%的窗口要求为止。但使用这种方法时，tol1最终应小于50%。

2.3 试验行驶注意事项

对于OVC车辆应从REESS电量保持状态开始进行试验，以满足市区段发动机最小累计工作行程12km要求；试验过程中不允许使用车辆电源为PEMS 供电，但是允许车辆电源为与安全相关的照明装置供电（例如牌照灯和安全指示器等）；试验过程中不允许更改车辆的物理配置（例如不允许在试验过程中更改轮胎压力）；在RDE测试中，车辆如果出现OBD故障警示，应及时停止试验，试验认定失效，待故障排除后重新开始试验；试验车辆应该在铺装的道路上，以正常的驾驶方式和负载进行排放性能试验；如果试验车辆有几个不同的换档或者驾驶模式，试验可以在除特殊模式（维修模式或牵引模式）以外的任何模式下进行试验，建议使用主驾驶模式进行试验；应该按消费者在实际道路上正常行驶方式设置空调系统和其他附属设备，应避免不适当使用空调系统，例如不应开空调的同时打开车窗，避免刻意的、不符合日常客户驾驶习惯的加速行为，以及减少驾驶过程中驾驶员依据RPA实时显示改变驾驶习惯。试验时，所有原装附件都是允许使用的，自动关闭的电子附件（指后窗加热、镜加热等），只有出于安全驾驶的原因才可启动[4]。

2.4 试验数据处理

道路行驶结束后，对于试验过程中的污染物数据进行窗口计算、行程动力学校验及累计正海拔高度增加量计算。判断试验温度、海拔、时间、里程、行程占比、平均车速、停车时间、窗口正常性完整性、行程动力学、市区、行程污染物排放等是否符合法规要求。至此，一个完整的试验过程所包含的关键步骤已完成。若某项验证不符合法规要求则需要重新浸车后开展试验。

3.试验结果分析

对某轻型汽车进行了RDE试验，通过CO2移动平均窗口法计算得到的结果见表2。

表2 RDE试验数据

从表2数据可见，未经窗口加权的含冷起动阶段的各污染物排放量均高于不含冷起动阶段的排放量，市郊与高速阶段的CO2、NOX、PN排放量基本一致，经窗口加权后市区污染物排放量减少幅度很大，如CO由201.53g/km降为105.51g/km，降幅为48%；NOX由8.80g/km降为3.54g/km，降幅为60%；PN由1.7E+11个/km降为1.1E+11个/km，降幅为35%；市郊和高速段均有不同程度的稍小的降幅。可见，算法对于结果的影响较大，同时，是否包含冷起动排放对于实际排放的最终结果也有一定的影响。

4.结语

本文对重型汽车及轻型汽车的实际道路行驶排放试验方法进行了总结。对于试验结果的计算方法进行详细介绍，数据处理方法均为窗口法，但轻型汽车与重型汽车的窗口来源依据不同，选择有效窗口的方法一致。对于混动车，试验应该从电量保持模式开始，同时还有特殊注意事项。最后以某轻型汽车的实际道路行驶排放结果为例，分析得出窗口的选择及算法对于排放结果影响较大，最终结果中是否包含冷起动排放，个人认为有待进一步研究论证。