駕駛行為對(duì)重型柴油車實(shí)際道路行駛排放測(cè)試的影響

岳大俊，杜寶程,，鄒 杰，徐劃龍，向 橄，張 力

(1.重慶大學(xué) 汽車工程學(xué)院，重慶 400044；2.中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401122)

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和國(guó)民生活水平的提高，截至2018年底中國(guó)汽車保有量達(dá)到了2.32億輛，其中重型車保有量達(dá)到2 657.82萬輛[1]。研究發(fā)現(xiàn)重型車NOx和PN實(shí)際道路排放并沒有達(dá)到預(yù)期效果，甚至被認(rèn)為至少低估50%[2-4]。在《重型柴油車污染物排放限值及測(cè)量方法(中國(guó)第六階段)》(國(guó)六)排放法規(guī)即將全面實(shí)施的背景和條件下[5]，由于實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證測(cè)試循環(huán)排放結(jié)果不能真實(shí)反映實(shí)際行駛污染物排放狀況，因此國(guó)六排放法規(guī)將實(shí)際行駛污染物排放試驗(yàn)作為WHTC(world high-duty test cycle)測(cè)試循環(huán)補(bǔ)充測(cè)試程序[6]。

1 試驗(yàn)設(shè)備和車輛

1.1 試驗(yàn)路線

國(guó)六排放法規(guī)中對(duì)于重型車PEMS試驗(yàn)路線有著嚴(yán)格的要求。其中要求試驗(yàn)車輛累積正海拔高度增加量小于1 200 m/100 km、試驗(yàn)開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)之間的海拔差小于100 m以及對(duì)N2、N3和M3城市類車輛市區(qū)、市郊、高速路段比例做出了相應(yīng)要求。同時(shí)為減少道路等條件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響，同一輛車在同一條路線上進(jìn)行前后3次試驗(yàn)。每個(gè)類型車輛實(shí)際行駛特征如表1，從表1中可以看出9次試驗(yàn)全部符合國(guó)六排放法規(guī)的要求。車輛行駛路線如圖1所示，圖中A點(diǎn)到E點(diǎn)為車輛RDE試驗(yàn)時(shí)的行駛順序，A點(diǎn)為試驗(yàn)起始點(diǎn)，E點(diǎn)為試驗(yàn)結(jié)束點(diǎn)。

表1 路線特征

圖1 車輛行駛路線Fig. 1 Vehicle driving routes

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

本研究9次試驗(yàn)排放測(cè)試均采用日本HORIBA公司OBS-ONE系列便攜式排放測(cè)試系統(tǒng)(PEMS)，該系統(tǒng)主要有七大部分組成。測(cè)試部分主要有氣體模塊(OBS-ONE GS)測(cè)量CO，CO2，NOx的排放量；PN模塊則主要測(cè)量PN數(shù)量。其中CO采用不分光紅外線吸收型分析儀(nondispersive infrared analyzer, NDIR)，NOx測(cè)量采用化學(xué)發(fā)光型分析儀(chemiluminescent detector, CLD)，PN采用激光散射凝聚離子計(jì)數(shù)法測(cè)量，其設(shè)備組成見圖2。

圖2 排放測(cè)試設(shè)備Fig. 2 Emissions test equipment

1.3 試驗(yàn)車輛

分別對(duì)1輛N2非城市類、1輛N3非城市類和1輛M3城市類客車進(jìn)行3次PEMS實(shí)驗(yàn)，其車輛全部屬于新車(總里程<10 000 km)，而且每輛車都配備了滿足最新國(guó)六要求后處理系統(tǒng)(SCR,DOC,DPF,ASC)，車輛信息見表2。

表2 車輛信息

2 試驗(yàn)方法和排放計(jì)算

所有重型車污染物的比排放均以發(fā)動(dòng)機(jī)工作輸出的每千瓦時(shí)的污染物排放質(zhì)量給出，與輕型車車輛覆蓋的每公里的排放質(zhì)量有所差異。此外，對(duì)路線不同部分的污染物(市區(qū)、市郊和高速路段)排放進(jìn)行了分解，并提供了相應(yīng)的比排放數(shù)據(jù)。

2.1 試驗(yàn)方法

車輛載荷都是采取國(guó)六法規(guī)b階段車輛最大設(shè)計(jì)載荷的10%；且在試驗(yàn)之前車輛已經(jīng)在環(huán)境中浸車18 h以上，從OBD讀取發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度不超過環(huán)境溫度2 ℃。利用備好的試驗(yàn)車輛、設(shè)備以及選擇好的試驗(yàn)道路，在嚴(yán)格按照國(guó)六法規(guī)上面要求的前提下進(jìn)行試驗(yàn)。其中包括：試驗(yàn)前后設(shè)備檢查(設(shè)備標(biāo)定)、測(cè)試最短時(shí)間要求(WHTC循環(huán)功的4～7倍)、ECU數(shù)據(jù)流要求、發(fā)動(dòng)機(jī)停車采樣要求等。且同一類車輛在同一道路同一時(shí)間段進(jìn)行試驗(yàn)。

在試驗(yàn)過程中，同一駕駛員在滿足該類型車輛的道路上前后分別進(jìn)行3次試驗(yàn)：平穩(wěn)駕駛、正常駕駛和激烈駕駛。其中正常駕駛表示該次試驗(yàn)駕駛員與平時(shí)駕駛習(xí)慣無異；平穩(wěn)駕駛表示該次試驗(yàn)駕駛員較正常駕駛更加溫和平穩(wěn)；激烈駕駛表示該次試驗(yàn)駕駛員以更加激進(jìn)的駕駛方式來驅(qū)動(dòng)車輛，更多的急加速、急減速操作。

2.2 功基窗口法

在計(jì)算最終比排放時(shí)，為減少其所造成的誤差，應(yīng)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。首先，要排除車輛在冷啟動(dòng)階段的數(shù)據(jù)；其次，對(duì)其不同信道的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間對(duì)齊，降低各信號(hào)之間的時(shí)間偏移。最后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性檢查，燃油相關(guān)性系數(shù)R2必須大于等于0.9。

表3 車輛窗口信息

3 PEMS試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 不同駕駛行對(duì)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響

圖3 不同駕駛行為下的動(dòng)力學(xué)參數(shù)Fig. 3 Dynamic parameters under different driving behaviors

3.2 不同駕駛行為下的比排放

利用功基窗口法對(duì)每輛車比排放進(jìn)行計(jì)算，如圖4所示。從圖中可以看出所試驗(yàn)車輛CO比排放與動(dòng)力學(xué)參數(shù)無明顯影響關(guān)系，C車CO比排放反而是平穩(wěn)駕駛行為下最高。但是3輛車的NOx和PN排放與駕駛行為存在一定的相關(guān)性，隨著駕駛行為逐漸激烈，其比排放也有一定的升高。同一輛車3次PEMS試驗(yàn)其每種排放物的比排放存在較大的差異，可見駕駛行為對(duì)重型車排放具有很大影響。

圖4 車輛比排放Fig. 4 Emission factors of vehicles

3.3 行程動(dòng)力學(xué)參數(shù)與比排放的相關(guān)性

圖5 CO隨vapos[95]變化關(guān)系Fig. 5 Relationship between CO and vapos[95]

圖6 NOx隨vapos[95]變化關(guān)系Fig. 6 Relationship between NOx and vapos[95]

圖7 PN隨vapos[95]變化關(guān)系Fig. 7 Relationship between PN and vapos[95]

4 結(jié) 論

嚴(yán)格按照國(guó)六重型車排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)3輛重型車分別進(jìn)行了平穩(wěn)駕駛、正常駕駛和激烈駕駛9次實(shí)驗(yàn)，通過計(jì)算得出以下結(jié)論：

1)相較于平穩(wěn)駕駛，正常駕駛和激烈駕駛行為使得總行程N(yùn)Ox排放A車分別增加621.10%，250.70%，B車分別增加191.40%，33.73%，C車分別增加350.50%，119.20%；總行程PN排放A車分別增加21.26%，24.84%，B車分別增加122.40%，45.34%，C車分別增加52.46%，23.60%。

4)PN比排放與車輛動(dòng)力學(xué)參數(shù)v·apos[95]存在強(qiáng)相關(guān)性，相關(guān)性最好的B車其相關(guān)系數(shù)為0.864 1，A車次之為0.841 5，C車相關(guān)性最差為0.791 6。

當(dāng)前國(guó)六重型車排放法規(guī)中并未對(duì)其行程動(dòng)力學(xué)進(jìn)行一定的規(guī)范和校驗(yàn)。通過對(duì)3種駕駛行為下實(shí)際道路排放物的分析可知，其行程動(dòng)力學(xué)對(duì)重型車排放尤其是NOx和PN的影響不容忽視。故在下一步法規(guī)修訂過程中，應(yīng)該充分考慮車輛行程動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。