轻型汽车排放试验室比对研究和探讨

邱争光，叶呈锋，宫 晨，朱 飞

（吉利汽车研究院（宁波）有限公司，浙江 宁波 315336）

国六排放法规已于2019年7月1日实施，汽车排放污染物的进一步降低，对设备的测量精度和测试结果的可靠性提出了更严苛的要求。我国对汽车排放的检测要求在不断提高，各大汽车生产企业和相关的检测机构都建立了具有国六排放标准测试能力的轻型汽车排放检测试验室。试验室间的比对试验是确定试验室的检测能力、确保数据质量的标准化活动。比对试验有多种形式，如：人员比对、设备比对、测试方法比对和试验室间比对等。目前，国内轻型汽车排放比对试验主要聚焦试验室间比对，但对比对试验结果的分析，还没有一套标准模式，各种统计方法都在使用。本文以轻型汽车排放试验室比对试验项目（国六常温排放试验和燃料消耗量试验） 着重分析了三家试验室的试验能力。

1 国六常温排放及燃料消耗量测试 方法简介

轻型汽车排放试验主要包括常温排放试验、双怠速排放试验、实际污染物（Real Drive Emission, RDE）排放试验、曲轴箱污染物排放试验、低温排放试验、蒸发污染物排放试验和加油污排放试验，本次比对试验以国六常温排放试验和国六燃料消耗量试验为准，按照目前GB 18352.6—2016和GB/T 19233—2020标准要求，根据世界轻型汽车测试循环工况（Word Light Test Cycle, WLTC）进行，整个试验过程1800 s，试验里程23.5 km。驾驶员按照要求进行曲线驾驶后，排放分析仪进行相关污染物的分析和结果运算，如：THC、NMHC、NOX、N2O、CO、PM、PN、CO2。最后得出相应污染物结果，燃料消耗量试验结果根据碳平衡法计算而得。

2 试验结果比对方法的选择

目前国内轻型汽车排放能力验证试验主要通过试验室间的比对进行。但比对试验结果的分析，并没有一套标准模式，为了更科学全面地对结果进行分析，通过结合实际案例，对各种统计方法在排放比对试验上的运用进行比较，我们选择了以下几种方法对试验结果进行综合判定。图1为典型的轻型汽车排放试验室示意图。

图1 典型的轻型汽车排放试验室示意图

2.1 单个试验室结果一致性判定方法

统计量是样本的指标，总体的指标是参数。样本是进行统计分析的依据，但当取得一组样本观察值时，往往是一些杂乱无章的数据，并不能直接由此推断总体的性质。这时，还必须针对不同问题由样本构造一个相应的函数，我们称之为统计量，用它来推断总体的性质。

式中，L为污染物限值的自然对数；xi为第i次测量的某种污染物测量值的自然对数；s为生产标准偏差的估计值（测量值取自然对数后）；n为试验次数。

统计量法可反映试验室自身3次数据间的差异以及试验数据与限值的偏差，计算公式中用到了污染物限值，与排放试验的相关度更大，可有效地剔除离群值。统计量的合格判定参照 GB 18352.5—2013中MA.1中的均值。

2.2 多个试验室间结果处理方法

多个试验室间结果的比对采用标准偏差和相对误差法。

标准偏差法：

式中，σ1为多个试验室间试验结果的平均值的样本偏差；Xi为第i个试验室的试验结果的平均值；X为多个试验室间试验结果的平均值的平均值；n为试验室个数。

相对误差法：

式中，δj为试验室j试验结果的平均值与的相对误差；为试验室j三次试验结果的平均值；为多个试验室间试验结果的平均值的均值；Li为比对试验用样车适用的相应标准限值。

标准偏差可以更直观地解析各排放污染物的情况，验证各试验室间试验数据与总体均值的差异。相对误差法则可以量化试验室间试验数据的差异，两者相互补充，可以更全面地分析试验室间试验能力的差异。多个试验室间试验结果判定，标准偏差：所有参比试验室各种污染物的测量值的平均值在标准偏差的±2σ内，相对误差：参比试验室各种污染物测量值相对误差δj；CO2和燃料消耗量在±5%以内，CO、THC、NMHC、NOX和PM在±15%以内。

3 三家排放试验室试验结果比对统计 和分析

3.1 试验车辆信息

试验车辆基本参数如表1所示。

表1 车辆基本参数

首先试验车辆经过3000 km以上的磨合，排放水平达到《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（GB 18352.6—2016）排放标准要求，且经过多次排放试验，确认该车辆技术状态稳定，试验过程中需确保样车技术状态良好，防止样车产生任何损坏。试验用燃油应满足GB 18352.6—2016附录K“基准燃料的技术要求”，试验燃料应采用同一批次燃油，并保证在试验过程中性能指标稳定。在整个比对试验活动中，样车状态稳定，无故障码显示，返回原试验室后，排放结果无明显异常，各个试验室完成比对试验一般3～4天，包括滑行和预处理试验及正式试验，各个试验室之间车辆采取拖车运输。表2为A样车在三家试验室滑行阻力试验结果，测试质量 1883.5 kg。图2为三家试验室底盘测功机阻力对比图。

表2 A样车三家试验室滑行阻力结果

图2 三家试验室底盘测功机阻力对比图

将车辆固定在底盘测功机上进行滑行阻力测试，来模拟车辆在道路上的真实阻力，由于我们设置底盘测功机阻力偏差 40 km/h以上为2%， 40 km/h以下为3%，远高于国标中±5%的偏差，通过上述滑行试验数据可见，三家试验室的滑行结果曲线高度重合，整体偏差达到1%以下，证明试验车辆及底盘测功机内阻都十分稳定，从而保证了试验过程中车辆所受到的阻力负荷都是稳定一致的。

3.2 单个试验室一致性分析

首先于9月11日—9月13日在LAB1试验室进行三次排放试验后，对试验数据进行一致性判定，发现9月13日结果中THC和NMHC数据统计量计算结果为3.232和2.986，无法通过一致性判定值≥3.327的要求（见表4）。为此调取设备采样袋中稀释排气和背景气体各阶段的浓度数据（见表5），各阶段THC背景气浓度均偏高，在phase3阶段，THC的背景气浓度甚至超过了排气浓度。经调查分析，因当时环境仓附近在进行墙体和地面油漆施工，导致环境气体中挥发性含碳化合物大幅上升，从而干扰了碳氢分析仪对背景气体的浓度检测。对于出现的异常值，在确认问题原因后，在9月14日，重新追加一次试验，最终所有试验数据及各试验室自身一致性判定结果（见表6）都通过了一致性判定。

表3 LAB1试验室四次污染物排放量

表4 试验一致性统计量判定结果

表5 THC背景异常数据

表6 参比试验室国六排放试验一致性统计量结果

通过表6试验数据可见试验车辆在三家试验室的排放试验结果统计量结果均大于3.327的判定值，各试验室自身的测试结果是稳定的，结果具有较好的一致性。从统计量理论依据上看，这种方法可以评价各个参加单位人、机、环、测、样对得出试验结果的一致性，统计量反映的三次数据间差异，以及试验数据与标准限值的偏差，三次结果之间差异越小，平均值离标准限值越远，则统计量越大。

3.3 多个试验室间测试结果比对

3.3. 1试验室间测试结果的标准偏差

试验室间测试结果的标准偏差见表7。

表7 试验室间测试结果的标准偏差

通过在每个试验室重复进行3次国六常温排放试验，最终参比试验室各种污染物的测量值的平均值均能控制在标准偏差的±2σ1内，所以三个试验室间的一致性较好（见表7）。结合表8可见，除NOX和PM外，其他排放污染物的相对误差都特别低。NOX和PM的相对误差虽然相对偏高， 但仍远低于行业内对排放污染物相对偏差≤15%的要求，并且LAB1试验室的相对误差结果是最低的，距离总体平均值最近，结果具有更高的可靠性。

3.3.2 参比试验室相对误差

参比试验室相对误差见表8。

表8 参比试验室相对误差数据 单位：%

3 结语

本文以LAB1、LAB2、LAB3三家试验室进行的国六常温排放试验和燃料消耗量试验数据分析为准，着重分析了单个试验室的一致性和多个试验室的两种试验结果处理方法，表明三家试验室的试验结果一致性较好，且LAB1试验室试验检测结果优于另外两家试验室。结果表明：

1）底盘测功机滑行阻力结果偏差在1%以下， 远低于国标规定的≤5%的要求。

2）驾驶员驾驶习惯与驾驶水平也对排放试验存在影响，本次通过对三个试验室驾驶员试验中对车辆运行数据分析及试验中WLTC工况曲线的驾驶错误，均能够控制在标准要求范围内，今后我们也需要继续加强对驾驶人员的操作培训，将人为因素对试验的影响降到最低。

3）试验环境的控制，由于LAB1试验室环境较为封闭，且经常有作业施工及车辆临时加油等行为，导致试验室内背景气容易超标，从而对试验结果产生较大干扰，因此，工作中需要更多关注背景气体的变化。

4）通过本次试验室比对，确定了LAB1排放试验结果与LAB2及LAB3的排放结果是一致的，相对偏差远低于限值要求，试验结果稳定可靠。

5）轻型汽车排放试验室间比对试验有其特殊性和局限性。对试验结果的分析需要选用合适的统计方法，这需要考虑比对数据的分布特征，它在一定程度上与参与试验室的数量有关，通过上文对多种统计方法的比较和分析，建议在通常情况下先按照GB 18352.5—2013中规定的统计量进行单个试验室结果自身一致性判定，及时过滤离群值，然后对各个试验室测量数据采用标准偏差法和相对误差法进行统计和分析，来直观解析各个阶段排放污染物的情况。