輕型車(chē)RDE試驗(yàn)方法研究

王勃，戴春蓓，李菁元，閆峰

(中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心，天津 300300)

輕型車(chē)RDE試驗(yàn)方法研究

王勃，戴春蓓，李菁元，閆峰

(中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心，天津 300300)

通過(guò)車(chē)載試驗(yàn)研究國(guó)六征求意見(jiàn)稿II型試驗(yàn)方案，并通過(guò)試驗(yàn)分別研究實(shí)際駕駛與模擬駕駛規(guī)律及駕駛行為對(duì)法規(guī)要求的窗口適應(yīng)性。結(jié)果顯示：按照市區(qū)-郊區(qū)-高速公路的運(yùn)行模式進(jìn)行RDE試驗(yàn)，若控制車(chē)輛運(yùn)行方案為市區(qū)19～20 km，郊區(qū)20～21 km，高速公路23～24 km，試驗(yàn)總時(shí)間控制在5 400～5 500 s，試驗(yàn)總距離63～66 km，市區(qū)行駛3 400 s以上轉(zhuǎn)入郊區(qū)行駛，可以更容易保證駕駛循環(huán)進(jìn)入RDE的窗口邊界，反之，則試驗(yàn)容易失敗。

輕型車(chē)；RDE試驗(yàn)方法；實(shí)際駕駛；模擬駕駛

0 引言

機(jī)動(dòng)車(chē)污染已經(jīng)成為影響大城市環(huán)境污染主要因素之一，隨著對(duì)環(huán)境與健康研究的深入，世界各國(guó)逐步引入和執(zhí)行了越來(lái)越嚴(yán)格的排放法規(guī)。與此同時(shí)，檢測(cè)手段的相對(duì)局限性，導(dǎo)致車(chē)輛的真實(shí)排放與法規(guī)排放的差異較大；為應(yīng)對(duì)此現(xiàn)象，歐盟最新排放法規(guī)中逐步引入RDE(Real Driving Emission)的排放要求，擬于2017年開(kāi)始實(shí)施2.1倍限值，2019年實(shí)施1.5倍的限值。歐盟法規(guī)G3 1515125中規(guī)定了關(guān)于輕型乘用車(chē)和商用車(chē)RDE測(cè)試相關(guān)內(nèi)容：從2016年4月開(kāi)始，RDE測(cè)試僅要求監(jiān)測(cè)和提交數(shù)據(jù)；從2017年9月開(kāi)始，所有新型式核準(zhǔn)車(chē)輛要求進(jìn)行RDE測(cè)試，CF=2.1；從2019年9月開(kāi)始，所有新車(chē)要求進(jìn)行RDE測(cè)試，CF=1.5；海拔由0～700 m擴(kuò)展到700～1 300 m后CF放寬1.6倍，適用于新車(chē)認(rèn)證、生產(chǎn)一致性和在用車(chē)符合性[1-3]。

我國(guó)第六階段輕型車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)稿中II型試驗(yàn)修訂原雙怠速試驗(yàn)為真實(shí)道路排放(RDE)要求。為分析研究新法規(guī)要求，文中通過(guò)車(chē)輛真實(shí)道路排放測(cè)試，探索滿足法規(guī)邊界限制的車(chē)輛行駛特征參數(shù)，探索出可靠合理駕駛的具體試驗(yàn)方法，對(duì)比研究RDE實(shí)際駕駛和道路模擬駕駛的差異，為法規(guī)認(rèn)證試驗(yàn)的實(shí)施提供實(shí)際可行的操作模式[4]。

1 試驗(yàn)設(shè)備和方法

試驗(yàn)車(chē)輛及設(shè)備安裝如圖1所示,試驗(yàn)所用車(chē)輛參數(shù)、試驗(yàn)環(huán)境條件及測(cè)試設(shè)備如表1所示。

圖1 車(chē)內(nèi)車(chē)外設(shè)備表1 試驗(yàn)條件說(shuō)明

試驗(yàn)用油95號(hào)汽油車(chē)輛某國(guó)五車(chē)型環(huán)境溫度15～20℃海拔1300m測(cè)試設(shè)備AVLM.O.V.E

道路的選擇方法：首先通過(guò)網(wǎng)絡(luò)地圖選取多條符合國(guó)六II型試驗(yàn)的行駛路線要求，并分別進(jìn)行實(shí)地考察摸索，排除嚴(yán)重堵車(chē)、海拔差距大、高架橋涵洞過(guò)多等因素，最終選取一條相對(duì)合適的、符合國(guó)六法規(guī)要求(市區(qū)-郊區(qū)-高速公路)的路線進(jìn)行試驗(yàn)。

實(shí)際駕駛及模擬駕駛的道路選擇如表2所示。(實(shí)際駕駛[5]：在日常駕駛環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試，從出發(fā)地到目的地，作一次完整的試驗(yàn)循環(huán)。模擬駕駛：在城市道路受限的情況下，通過(guò)停車(chē)和急加減速的駕駛方式，來(lái)模擬城市道路擁堵?tīng)顟B(tài)、等待信號(hào)燈的狀態(tài)，從而完成一次試驗(yàn)循環(huán)。實(shí)際駕駛1、2和模擬駕駛1、2代表分別做的兩組試驗(yàn))。

表2 試驗(yàn)道路選擇

按照II型試驗(yàn)的行駛路線要求，在同一城市，某車(chē)型車(chē)分別進(jìn)行道路實(shí)際駕駛和道路模擬駕駛。按照市區(qū)-郊區(qū)-高速公路模式連續(xù)運(yùn)行的方式，即當(dāng)市區(qū)行駛里程達(dá)到16 km以上時(shí)轉(zhuǎn)為郊區(qū)行駛，市區(qū)和郊區(qū)占比達(dá)到50%平衡時(shí)，將轉(zhuǎn)入高速公路行駛[3]。表3是兩種駕駛方式的說(shuō)明。圖2表示實(shí)際駕駛的兩種速度曲線，圖3表示模擬駕駛的兩種速度曲線。

表3 駕駛模式說(shuō)明

圖2 實(shí)際駕駛速度曲線

圖3 模擬駕駛速度曲線

按照法規(guī)要求，試驗(yàn)需要滿足所有路段的條件，包括市區(qū)、郊區(qū)和高速公路的速度范圍要求及窗口占比范圍和CO2排放要求。當(dāng)其中一項(xiàng)或多項(xiàng)不能滿足條件時(shí)即試驗(yàn)失敗。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果采用PEMs后處理軟件進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)移動(dòng)窗口平均法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并基于WLTP的I型試驗(yàn)CO2排放量確定窗口大小(選擇CO2排放量的1/2設(shè)定窗口)。采用移動(dòng)平均的方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行積分，對(duì)每個(gè)窗口計(jì)算污染物排放及CO2排放。計(jì)算平均車(chē)速，依據(jù)3個(gè)階段中每個(gè)窗口計(jì)算結(jié)果，確定試驗(yàn)的完整性及試驗(yàn)達(dá)標(biāo)性。同時(shí)在各個(gè)窗口的加權(quán)計(jì)算時(shí)按照計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)室I型試驗(yàn)CO2排放的特征曲線之間的公差進(jìn)行，分別得出3個(gè)路段的平均排放結(jié)果以及總里程的排放結(jié)果。

2.1 試驗(yàn)駕駛路況分析

實(shí)際駕駛及模擬駕駛試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表4所示。試驗(yàn)總時(shí)間和運(yùn)行距離分別如圖4、圖5所示。

表4 統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖4 試驗(yàn)總時(shí)間

圖5 試驗(yàn)車(chē)輛運(yùn)行距離

法規(guī)要求整個(gè)行駛過(guò)程持續(xù)時(shí)間應(yīng)在5 400～7 200 s之間，市區(qū)、郊區(qū)、高速路段最小行駛距離均為16 km，意味著行駛總距離大于等于48 km。試驗(yàn)時(shí)，實(shí)際駕駛的平均運(yùn)行時(shí)間6 236.5 s，平均運(yùn)行距離69.3 km；模擬駕駛平均運(yùn)行時(shí)間5 445.5 s，平均運(yùn)行距離64.7 km。

實(shí)際駕駛1和2，平均行駛總時(shí)間6 236.5 s；模擬駕駛1和2，平均行駛時(shí)間5 445.5 s：兩種駕駛方式都能滿足要求的行駛時(shí)間5 400 s以上。實(shí)際駕駛平均行駛總距離69.225 km，高于最小行駛距離44%；模擬駕駛平均行駛距離64.71 km，高于最小行駛距離38%。實(shí)際駕駛的平均總時(shí)間高于模擬駕駛的平均總時(shí)間的14.5%，實(shí)際駕駛平均總距離高于模擬駕駛平均行駛距離的7%。按照試驗(yàn)要求，完成一次試驗(yàn)(無(wú)論最終試驗(yàn)是否滿足RDE窗口條件)，相同道路選擇不同駕駛方式對(duì)總距離總時(shí)間有較大影響[6]。

在實(shí)際駕駛狀態(tài)下,市區(qū)平均公里數(shù)26.25 km，郊區(qū)平均公里數(shù)26.9 km，高速公路平均公里數(shù)16.1 km，行駛總時(shí)間在6 100～6 400 s之間。

實(shí)際駕駛1由于市區(qū)道路較為通暢，運(yùn)行夠16 km時(shí)，行駛時(shí)間只有2 700 s，為了保證總時(shí)間超過(guò)5 400 s而相應(yīng)拉長(zhǎng)了行駛距離，市區(qū)和郊區(qū)總公里數(shù)變長(zhǎng)，剩余能夠運(yùn)行在高速上的路程變短。實(shí)際道路市區(qū)過(guò)于平緩，導(dǎo)致市區(qū)正常窗口比例很小，高速長(zhǎng)時(shí)間怠速多，正常窗口不夠，試驗(yàn)失敗。

實(shí)際駕駛2市區(qū)道路較擁堵，行駛16 km時(shí)轉(zhuǎn)為郊區(qū)行駛，由于高速長(zhǎng)時(shí)間低速行駛，高速道路也都進(jìn)入到市區(qū)、郊區(qū)窗口占比，市區(qū)和郊區(qū)總公里數(shù)變長(zhǎng)，剩余能夠運(yùn)行在高速公路上的路程變短，導(dǎo)致高速比例少，高速難于進(jìn)入正常窗口，試驗(yàn)失敗。

在模擬駕駛狀態(tài)下，市區(qū)平均公里數(shù)19.9 km，郊區(qū)平均公里數(shù)20.5 km，高速平均公里數(shù)24.3 km，行使總時(shí)間在5 400～5 500 s之間。

模擬駕駛1和模擬駕駛2都是在實(shí)際道路上用模擬的駕駛方式，不斷改變行駛速度，模擬停車(chē)、等燈信號(hào)等情景，分配好合理的行駛距離和行駛總時(shí)間，這樣，市區(qū)、郊區(qū)正常窗口占比都能達(dá)到100%，滿足法規(guī)邊界條件要求。若由于道路臨時(shí)變化的原因，導(dǎo)致高速路運(yùn)行過(guò)半，選擇了折返路線再運(yùn)行，會(huì)產(chǎn)生進(jìn)出收費(fèi)站的停車(chē)長(zhǎng)怠速時(shí)間，影響到了正常窗口占比，若高速窗口能控制在50%以上也能達(dá)到法規(guī)邊界條件要求。

2.2 排放及油耗分析

圖6—圖9是實(shí)際駕駛結(jié)果和試驗(yàn)室WLTC(World harmonized Light vehicks Test Cycles)結(jié)果的油耗和排放的數(shù)據(jù)分析圖，表5是試驗(yàn)結(jié)果的詳細(xì)數(shù)據(jù)。

由圖6—圖9及表5可得：實(shí)際駕駛1、2狀態(tài)下，油耗低于試驗(yàn)室WLTC的8%～13%，CO2排放量低于試驗(yàn)室WLTC的14%～17%，CO排放量遠(yuǎn)低于試驗(yàn)室排放量。

圖6 不同駕駛方式車(chē)輛油耗

圖7 不同駕駛方式車(chē)輛CO排放量

圖8 不同駕駛方式車(chē)輛CO2排放量

圖9 不同駕駛方式車(chē)輛NOx排放量表5 車(chē)輛排放油耗及排放測(cè)試結(jié)果

方式油耗排放量/(g·km-1)CO2COTHCNMHCCH4NOx實(shí)際19.96226.20.20.0010.00100.011實(shí)際210.43236.90.170.0010.00100.023模擬113.45305.60.330.0010.00100.017模擬211.02249.40.330.0010.00100.015WLTC11.392730.710.0010.00100.014

模擬駕駛1狀態(tài)下，由于處在激烈駕駛情形，油耗與實(shí)際排放差距大，油耗高于試驗(yàn)室轉(zhuǎn)鼓WLTC的15%，氮氧化物排放高于轉(zhuǎn)鼓WLTC的18%。模擬駕駛2狀態(tài)下，正常等燈的情形下，根據(jù)邊界條件需求時(shí)間長(zhǎng)短模擬短時(shí)停車(chē)，油耗差距3%，NOx排放與試驗(yàn)室WLTC實(shí)際結(jié)果大致相當(dāng)。因此，模擬駕駛2的方式既能較好地滿足法規(guī)要求的窗口邊界條件，排放結(jié)果相對(duì)于其他駕駛模式也最接近于試驗(yàn)室循環(huán)實(shí)際排放結(jié)果。

3 結(jié)論

(1)實(shí)際駕駛?cè)粢獫M足窗口條件，需要不斷增加行駛距離和時(shí)間，導(dǎo)致實(shí)際駕駛可以滿足行駛線路和行駛試驗(yàn)的要求，但難于滿足窗口占比法規(guī)要求。

(2)模擬駕駛1能夠滿足行駛試驗(yàn)、行駛線路、窗口占比、正常窗口占比等各項(xiàng)要求，但是對(duì)排放結(jié)果影響大，偏離實(shí)際道路排放結(jié)果。模擬駕駛2能滿足行駛試驗(yàn)、行駛線路、窗口占比、正常窗口占比等各項(xiàng)要求，實(shí)際排放結(jié)果最接近于試驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果。道路模擬2駕駛方式是最優(yōu)選的進(jìn)行RDE試驗(yàn)方式。

(3)按照市區(qū)-郊區(qū)-高速依次遞增的公里數(shù)運(yùn)行最可能滿足窗口條件，如市區(qū)運(yùn)行19～20 km、郊區(qū)運(yùn)行20～21 km、高速公路運(yùn)行23～24 km，試驗(yàn)總時(shí)間在5 400～5 500 s，試驗(yàn)總距離63～66 km，市區(qū)行駛3 400 s以上轉(zhuǎn)入郊區(qū)行駛，則行駛試驗(yàn)、行駛線路、窗口占比、正常窗口占比更容易進(jìn)入RDE邊界條件。

【1】方榮華,彭美春,吳曉偉,等.出租車(chē)PEMS與VMAS排放測(cè)試比較[J].車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī),2011(2):42-46. FANG R H,PENG M C,WU X W,et al.Comparison between PEMS and VMAS Based on Taxi Emission Measurement[J].Vehicle Engine,2011(2):42-46.

【2】馬冬,趙陽(yáng),梁賓.不同行駛工況下輕型汽車(chē)排放特性研究[J].北京汽車(chē),2010(4):9-11,16.

【3】付松青,彭磊,秦孔建,等.混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)測(cè)試方法[J].汽車(chē)工程師,2010(10):49-52. FU S Q,PENG L,QIN K J,et al.Test Method of Hybrid Electric Vehicle[J].Auto Engineer,2010(10):49-52.

【4】陳燕濤.基于PEMS技術(shù)的重型客車(chē)道路排放評(píng)估[J].重型汽車(chē),2007(3):8-10.

【5】張雄,李孟良,喬維高.汽車(chē)排放污染物測(cè)試的發(fā)展方向——車(chē)載排放測(cè)試[J].北京汽車(chē),2006(6):34-39.

【6】陳重.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理和汽車(chē)?yán)碚揫J].黑龍江交通科技,2008,31(6):108.

Research on RDE Test Methods for Light-duty Vehicle

WANG Bo, DAI Chunbei ,LI Jingyuan,YAN Feng

(China Automotive Technology & Research Center, Tianjin 300300,China)

Based on the vehicle test, the compliance analysis was studied for the China six stage standard II type test scheme. The actual driving and simulated driving laws and the windows adaptation of the driving behavior to the regulatory requirements were studied.The results show that in urban, suburban, high-speed operation mode of RDE testing, controlling the operation scheme of a vehicle for urban 19～20 km, suburban 20～21 km,high speed 23～24 km,total time in 5 400～5 500 s, the total distance 63～66 km, urban driving time over 3 400 s into suburban driving,it is assured that the driving cycle can easily come into the RDE window conditions, contrarily,the experiment is easy failure.

Light-duty vehicle; RDE test methods;Real driving; Simulated driving

2016-11-21

王勃(1987—)，男，本科，主要從事排放標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)、政策方向研究。E-mail：373617714@qq.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.03.002

U461.91

A

1674-1986(2017)03-006-04