轻型车RDE 试验的排放特性研究

陆明江，龚然成，蒋轶谦，陈自力，梁 堂

（1.上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007；2.湖南湖大艾盛汽车技术开发有限公司，广西 柳州 545007）

0 引言

据统计，2019年全国机动车保有量达到3.48 亿辆，汽车是污染物排放总量的主要贡献者，其排放的CO、HC、NOx 和PM 等4 项主要污染物均超过90%[1]。近年来，我国出台了更为严苛的汽车排放法规[2-3]，来降低汽车的实际道路排放。其针对轻型车和重型车，均增加了使用便携式车载排放测试系统（portable emission measurement system，PEMS）进行车辆排放测试的要求。轻型车的实际道路行驶污染物试验称为RDE（Real Driving Emissions）试验。实际道路排放试验往往能够在复杂多变的环境下，将整车的真实排放水平反映出来。

在进行实际道路排放测试结果计算过程，我国轻型车采用CO2质量[4-5]的移动平均窗口法计算车辆的移动窗口排放值。罗佳鑫等[6]利用国六轻型车在转毂上的NEDC、WLTC 的试验数据与RDE 工况试验数据进行对比，发现二者冷启动过程中CO、NOx、PN 排放均相对较高。考虑到此类比对是在不同试验条件完成，因此本文对多次RDE 试验数据进行研究，使用转毂排放试验的计算方法得到全程的排放结果，以下简称为台架法。将其结果与RDE 试验结果对比，在去除停车和不去除停车的情况下，按照转毂试验的计算方法的结果比RDE 试验排放均偏大。

1 实际道路排放试验数据处理

1.1 RDE 计算方法

按照轻型车“国六”法规要求，在进行排放计算过程中，要求去除包括冷启动、车速低于1 km/h 和发动机熄火时的数据。采用基于参考CO2质量，使用移动平均窗口法进行积分计算。随着行驶里程数和CO2排放量的不断累积，基于参考CO2排放量（MCO2ref）作为移动窗口进行污染物的排放（g/km）和平均车速（km/h）的计算，如图1 所示。每1 s 进行一次数据记录，MCO2为CO2的累积质量（g），Mgas为排放污染物累积质量（g）。

图1 移动窗口划分示意图

针对移动窗口有效性判断采用CO2特性曲线定义，如图2 所示，若窗口平均车速下的CO2排放在特性曲线上、下公差范围内，则表示窗口有效，反之则无效。其中CO2特性曲线受Ⅰ型试验的三个排放点P1、P2、P3的CO2排放结果所限制。曲线由两部分组成：在0 ～ P2车速范围内，CO2排放量是在以（V P1，1.2×MCO2，1）和（VP2，1.1×MCO2，2）所形成的一元一次曲线；在P2～ 145 km/h 车速范围内，CO2排放量是在以（VP2，1.1×MCO2，2）和（VP3，1.05×MCO2，3）所形成的一元一次曲线。上下公差指的是CO2特性曲线最大上下偏差范围，基本偏差为25%，扩展偏差为50%。

图2 窗口有效性判断

另外，定义平均车速小于45 km/h 为市区窗口，平均车速在45 km/h～80 km/h 范围内为郊区窗口，平均车速在80 km/h ～ 120 km/h 范围内为高速公路窗口，所有窗口占比均在15%以上，则判定试验有效。至少有50%的市区、郊区和高速公路窗口落在上述基本偏差范围内，如果不满足要求，则在30%的最大限值范围内按1%的步长增加正上基本偏差，直到满足要求。

为计算总行程个污染物的排放量，分别计算市区、郊区和高速的总行程窗口特性排放的加权平均值，再按0.34、0.33、0.33 的加权系数对窗口加权平均值进行相加。其中窗口加权平均值计算式为：

式中：ωj为每个窗口的加权系数。

假使在窗口CO2排放量在CO2特性曲线基本偏差曲线内，ωj=1；居于基本偏差曲线和扩展偏差曲线范围内，ωj与CO2排放量呈线性关系。总行程各污染物排放量计算式为：

式中：u、r、m分别代表市区、郊区和高速。

1.2 台架法计算方法

在满足法规所要求的行驶路线要求的情况下，如图3 所示，以全程下的排放量作为衡量实际道路试验排放的标准，计算公式如式（3）所示。

图3 RDE 车速图

式中：μgas为排气组分密度和空气密度比。Cgas为修正后的排气组分浓度，ppm，其中CO 和CO2经过干湿基修正，NOx 不需要修正[4]；MExh为瞬时排气流量，kg/h；D为全程数。

2 试验结果分析

2.1 分段排放结果

对3 台车的RDE 试验结果进行研究，对包含冷启动的各分段排放结果进行统计对比，如图4、图5所示。图中所示为各污染物在包含冷启动情况下，分段排放（g/km）与全程排放（g/km）的比值。可以看出，CO 排放量在高速窗口区占比较大，这也是主要因为高速行驶的车辆负荷相对较大，需要相对比较大喷油量，燃油不完全燃烧的比例增加所导致。NOx 排放主要集中在市区，其排放量是郊区窗口的2.8 倍，高速窗口的3.8 倍。车辆急加急减速对NOx 排放量的影响大于车辆负荷的影响。

图4 分段CO 排放结果

图5 分段NOx 排放结果

2.2 冷启动的影响

对包含和不包含冷启动的各分段排放结果进行对比后，冷启动仅对市区窗口的CO 和PN 排放有很大的影响，进而影响到全程的排放。其对NOx 的窗口及全程排放几乎没影响。在市区窗口内，冷启动对CO和PN 排放增加量不可忽视，相较不包含冷启动的市区窗口排放，最大为4.4 倍，见表1。即使CO 排放主要集中于高速窗口，冷启动阶段所产生的大量排放污染物还是让全程CO 排放有所增加，最大增加12.6%，PN 排放最大增加38.5%。

表1 市区窗口各污染物分段排放和全程排放表

2.3 台架法计算结果与RDE 结果差异

使用两种计算方法的全程排放结果见表2。不管包含冷启动与否，在用于对比的18 组数据中，除极少数使用转毂计算的结果在RDE 数据结果之上，其余基本处于略小于RDE 数据结果范围内。其中CO 和PN 排放基本相差10%范围内，平均相差4.7%和3.9%，NOx 排放相差在20%范围内，平均相差12.2%。而在包含冷启动的结果对比数据来看，二者差距进一步缩小，整体来说，RDE 数据结果仍旧偏大。

表2 台架排放计算与RDE 计算对比表

3 结论

在轻型车RDE 试验中，CO 排放量主要处于高速窗口，NOx 高排放点处于市区窗口。应加强研究这两种实际道路工况的减排方案。冷启动期间产生的CO和PN 对市区窗口排放影响较大，甚至使得全程排放的增加量不可忽视，但对NOx 排放影响甚微。在18组包含冷启动和不包含冷启动的数据中，台架法结果整体偏低于RDE 法。CO 和PN 排放的一致性要好于NOx 排放，平均相差在4.7%和3.9%以内，具备一定的参考意义。