转毂模拟实际道路行驶排放（RDE）试验方法

闵浪　刘爽　王猛　顾王文

摘 要：本文针对国六排放法规中真实驾驶污染物排放试验（II型试验）的要求，研究了将道路试验过程中采集到的多维工况转化到转鼓试验室，利用全流排放测试系统（CVS）和PEMS串联同时进行车辆的RDE测试，并研究分析RDE测试在实验室复现与路试结果的等效性和差异性，为下一阶段的RDE排放标定开发转移至试验室内给出了代表性方法。

关键词：实际行驶污染物排放 转毂 模拟测试方法

1 前言

2020年我国部分地区已经提前实施轻型汽车国六排放标准，相比之前的排放标准，新标准对反映实际道路驾驶排放情况参照欧六标准并结合中国国情修订和增加了实际行驶污染物排放（RDE）试验。其中要求使用PEMS（Portable Emission Measure Sys -tem）设备来评估车辆在实际道路上的真实排放情况。

RDE试验有两项重要的特点，一是被检测车辆不会有给定的速度曲线要求;二是实际道路检测时，必须覆盖市区、郊区、高速的所有路况，测试车辆应以正常的驾驶方式、驾驶条件和负载在铺装道路上进行。其结果会受包括地形、路面的质量、路面宽度、交通流量、交通灯的数目、交通管理、天气、风速、温湿度、驾驶行为激进程度等因素影响。

然而，在中国路况上进行RDE驾驶测试存在很大交通风险，部分地区甚至限制试验车上高速，并且受交通拥堵条件影响实验成功率也不高，试验稳定性差，种种原因导致RDE实际测试成本较高。

本文针对国六排放法规中真实驾驶污染物排放试验（II型试验）的要求，总结将路试过程中采集到的多维度工况转化到实验室，在转毂试验室利用全流排放测试系统（CVS）和PEMS串联同时进行车辆的RDE测试的方法，并研究分析RDE测试在实验室复现与路试结果的等效性和差异性。在试验室里模拟进行RDE试验，能够大幅提高试验结果的一致性和试验效率，为车辆的RDE排放标定和优化提供较好的条件。

2 RDE试验在转毂模拟的重要性

目前试验室标准循环工况如NEDC、FTP75、WLTC循环都只是针对特定地区和特定环境开发而成的，不能体现复杂多变的实际道路行驶情况，在试验室测试时排放优化标定相当于“开卷考”，发动机运行工作区域较小。实际道路驾驶时车辆瞬态工况覆盖范围与车辆的动力总成匹配形式有较大关系，如小排量发动机配大车即“小马拉大车”或储备功率高的“大马拉小车”等情况存在，不同车辆动力匹配形式的排放控制及优化难度均有不同。对于研发排放标定人员来说，国六法规的实施带来了非常大的挑战。

但是由于国六RDE法规依据中国车辆驾驶的实际环境状况规定了普通环境条件、扩展环境条件和进一步扩展环境条件，包括高低温和低、中、高三个不同海拔扩展，使得RDE研发标定面临更多的变量因素，RDE试验标定地点、次数和成本大量增加，工作量大、实际路试试验效率低。这些都使得RDE试验在转毂模拟复现及在转毂上使用代表曲线进行标定显得十分重要。

特别是目前环境试验舱已经具备了模拟高低温、不同海拔气压、不同光照强度等环境气候上有了很好的硬件保证的情况下，将RDE排放试验的研发和部分验证放在试验室转毂上模拟已经成为了非常重要的手段。

3 RDE试验在转毂模拟的主要设备

3.1 主要设备及连接

本试验方法主要运用的试验设备包括四驱底盘测功机（转毂）、全流排放分析测试系统（CVS）、高低温带阳光模拟环境舱、便携式排放测试系统（PEMS），试验设备详细规格如表1所示。

在底盘测功机上将车辆排气尾管连接至PEMS流量计和采样流通管，再连接至CVS采样管，具体连接示意如图1、图2所示。

3.2 試验前准备及处理

试验前应将车辆进行滑行、预处理、浸车，将环境舱调整至试验所需的温度、湿度和光照等环境条件，PEMS按实际道路试验方式连接至试验车上，连接车辆OBD接口以采集车辆数据，并设定使用OBD数据通道替代GPS通道。对PEMS设备和CVS设备都充分热机，使用有证标准气体进行标定检查。严格按照国六标准进行试验加载，转毂道路模拟惯量设置，同时，需确保车辆电瓶电量，以免在试验时出现充电导致低速段CO2过高的现象。装有颗粒物捕集器的车辆，需保证在试验过程中尽量避免再生的出现。

4 RDE试验转鼓模拟复现方法

4.1 进行有代表性的RDE实车试验，得到偏激烈驾驶风格的在合格边界条件内的满足法规要求的实际道路行驶排放试验，如图3。

从设备记录中导出秒采（1Hz）的原始数据值，所需的数据通道来源于道路测试的全球卫星定位系统（GPS）采集的经度、纬度、海拔、车速、里程信息和车载诊断系统（OBD）的车速、发动机转速、冷却液温度等信息。

4.2 四驱底盘测功机动态加载

目前试验室四驱底盘测功机在动态加载上最常见的是使用车度-时间和坡度-时间对路试工况进行实时模拟，转向阻力等对结果影响不大一般不考虑。

车速-时间曲线通过耦合OBD的车速-时间曲线和GPS的车速-时间曲线得到，以修正补偿GPS在测量上产生的跳跃波动及丢帧。然后将曲线加载到主控系统的司机助上。

坡度-时间曲线使用GPS测得的里程-时间和海拔-时间通过计算得到，数学模型为：

式中：i为百分比坡度，单位为%;为海拔差，单位m;为距离，单位m。

可以看到，在以坡度数学模型计算出来的坡度曲线中存在一些奇异点，如初始段最大坡度10%以上，部分点的坡度存在跳跃情况，此时需要结合速度-时间曲线和GPS海拔及该点前后多个点的位置情况对坡度进行修正，使用修正后的曲线导入到转毂中进行坡度和力加载。

4.3 CVS排放测试系统的设定

由于目前的CVS采样系统均为WLTC循环或其他排放油耗测试循环而专门设定，多为30min，而目前RDE测试曲线时间长，一般为90～120min，在4组气袋的同等流量收集条件下无法满足，需要调整设备的稀释比和采样比例，使每组气袋的采样时间延长到30分钟左右，这样两组气袋收集市区工况样气、一组气袋收集郊区工况样气、一组气袋收集高速工况样气。

同时需要开启直采分析仪，以便与PEMS测得的结果进行比较确认。

4.4 曲线驾驶试验

全部设定完成后使用PEMS和转毂CVS主控同时开启测试，司机按照给定曲线在转毂上完成驾驶操作。

5 结果对比分析与讨论

5.1 RDE试验以WLTC循环测试的CO2排放量为计算基础，所以在做RDE实验前需得到相关数值。实际道路测试的CO2窗口曲线如下图所示。

在转毂上模拟复现的CO2窗口如图7，可以看到CO2排放量在整个行程中都相比实际道路略偏小，表明在转毂被动跟曲线驾驶时能对速度提前预判，导致排放量相对降低;

5.2 对比两次实验的RPA和V.Apos95值，可以看出转毂模拟测试的激烈程度会比道路实际曲线有小幅降低，见表2。因此在进行转毂复现时应选取较为激烈的速度曲线作为参考曲线进行试验。

5.3 对比转毂上PEMS和CVS结果差异以及转毂PEMS与实际道路上PEMS测试结果的差异性，并通过逐渐调整激烈程度目标值，达到在转毂上开发验证及进行排放标定的工作。

5.4 同时由于实际道路驾驶试验转移到转毂上测试的时间太长，对驾驶司机长时间全神贯注试验是一个非常大的考验，可以在此基础上通过截取相关速度段的代表曲线，从而缩短时间，利于在转毂上的深入研究。

6 结论

综上所述，实际行驶污染物排放（RDE）试验在转毂排放试验室内进行模拟测试是可行的方法。

参考文献：

[1]GB 18352.6-2016 轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）.