國六排放法規(guī)關(guān)于RDE的介紹

RDE背景

1.1什么是RDE，為什么要引入汽車RDE檢測

RDE（Real Drive Emission），是測試車輛在鋪裝的路面上進(jìn)行的排氣污染物（重點(diǎn)是NOx和PN），RDE的引入是為了控制車輛的實(shí)際駕駛排放，它將汽車尾氣檢測從實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)展到實(shí)際駕駛路面，不同于I型排放試驗(yàn)特定的環(huán)境條件、固定的駕駛曲線下，在轉(zhuǎn)轂實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的排放測試，實(shí)際道路排放測試過程考慮到了包括駕駛工況、交通狀況、駕駛風(fēng)格、環(huán)境溫度和海拔等影響實(shí)際駕駛排放結(jié)果的因素，能更真實(shí)的反映汽車在實(shí)際使用過程中的排放水平。

圖1.實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)轂排放測試

圖2. RDE實(shí)際駕駛排放測試

1.2 RDE是任意駕駛、隨機(jī)測試嗎？

RDE測試由于其特定的測試工況、車輛狀況和環(huán)境條件，每次試驗(yàn)結(jié)果不具有重復(fù)性，但這并不意味著RDE要求車輛在任意駕駛模式和邊界條件下的排放結(jié)果都達(dá)標(biāo)。雖然沒有統(tǒng)一的行駛路線，但對(duì)總行程及市區(qū)、郊區(qū)和高速各分段行程的長度和比例進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)范；行程動(dòng)力學(xué)的規(guī)范也避免了過渡激進(jìn)駕駛和過渡柔和駕駛影響最終排放結(jié)果。對(duì)車載排放測試設(shè)備PEMS（Portable Emission Measurement System）也做了詳細(xì)規(guī)定；數(shù)據(jù)處理方法和排放評(píng)價(jià)基于I型試驗(yàn)WLTC的試驗(yàn)結(jié)果展開，且RDE排放與認(rèn)證排放具有一定相關(guān)性。所以，RDE并非任意駕駛測試，其測試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了詳細(xì)的道路試驗(yàn)規(guī)范和數(shù)據(jù)處理方法，盡量減少人為因素干預(yù)，客觀呈現(xiàn)車輛在實(shí)際駕駛中的排放水平。

RDE法規(guī)簡介

RDE法規(guī)最早誕生在歐洲，到現(xiàn)在已進(jìn)行了多輪修訂和大量試驗(yàn)驗(yàn)證，雖然法規(guī)細(xì)則還在進(jìn)一步驗(yàn)證和完善中，但歐洲法規(guī)（EU6D）已確定要引入RDE檢測。我國也計(jì)劃在6階段排放法規(guī)中引入RDE檢測，剛剛修訂的輕型車國6排放法規(guī)草案參考了歐洲法規(guī)對(duì)測試過程和結(jié)果評(píng)估的規(guī)范，引入了RDE檢測作為輕型車排放法規(guī)的II型試驗(yàn)，并規(guī)定了實(shí)施日期和相關(guān)污染物的符合性因子。

RDE試驗(yàn)結(jié)果：市區(qū)行程和總行程污染物排放不得超過I型試驗(yàn)排放結(jié)果與下表規(guī)定的符合性因子的乘積

2.1 RDE測試要求

RDE試驗(yàn)適用于新生產(chǎn)車輛的排放檢驗(yàn)和車輛整個(gè)壽命周期。進(jìn)行RDE試驗(yàn)時(shí)，車輛應(yīng)該在實(shí)際道路上按正常的駕駛模式、狀態(tài)和載荷行駛，遵守交通安全法規(guī)。應(yīng)用獨(dú)立于車輛的測試裝置測試排氣質(zhì)量流量。排放結(jié)果應(yīng)對(duì)整個(gè)行程和市區(qū)行程分別進(jìn)行RDE評(píng)估。法規(guī)一般要求如下：

2.2 RDE數(shù)據(jù)評(píng)估方法

RDE數(shù)據(jù)需要評(píng)估試驗(yàn)行程是否具有代表性并滿足統(tǒng)計(jì)要求。將PEMS測試的數(shù)據(jù)如車速、里程、排放等進(jìn)行分組，按要求進(jìn)行歸一化處理。排放計(jì)算有兩種方法：EMROAD-JRC, CO2移動(dòng)窗口平均法和CLEAR-TUG ，功率等級(jí)分組法（POWER BINNING)。本文將簡要介紹國6排放法規(guī)采用的CO2移動(dòng)平均窗口法。

CO2移動(dòng)平均窗口法基于WLTC試驗(yàn)循環(huán)的CO2排放量定義窗口大小。根據(jù)CO2排放，將測試的排放數(shù)據(jù)分為多個(gè)子集（窗口）。將基于里程的CO2排放(g/km)與參考曲線進(jìn)行對(duì)比，評(píng)價(jià)窗口的正常性，如果試驗(yàn)結(jié)果中包含了足夠數(shù)量的窗口，并且窗口覆蓋了不同的速度區(qū)域（市區(qū)、市郊、高速），則認(rèn)為試驗(yàn)結(jié)果完整有效。移動(dòng)平均窗口法，分為以下5個(gè)步驟：

步驟1：進(jìn)行數(shù)據(jù)分類并剔除冷啟動(dòng)排放數(shù)據(jù)；

步驟2：在子集或“窗口”內(nèi)計(jì)算排放；

步驟3：進(jìn)行正常窗口識(shí)別；

步驟4：驗(yàn)證測試完整性和正常性；

步驟5：在正常窗口內(nèi)計(jì)算排放。

2.2.1 窗口識(shí)別和計(jì)算

以1Hz為計(jì)算頻率，試驗(yàn)結(jié)果向前或向后推，定義每個(gè)窗口的CO2排放量為I型試驗(yàn)（WLTC）CO2排放量的1/2（包括冷起動(dòng)）。對(duì)每個(gè)窗口計(jì)算CO2的排放量，污染物排放量（CO, HC, NOx），單位g/km，計(jì)算平均車速km/h。

圖3. CO2窗口識(shí)別和計(jì)算

2.2.2窗口評(píng)估

車輛CO2特性曲線：I型試驗(yàn)中CO2的排放與平均車速之間的關(guān)系。首先確定三個(gè)參考點(diǎn)P1,P2,P3，三個(gè)參考點(diǎn)分別為WLTC循環(huán)低速段、高速段和超高速段的平均車速和對(duì)應(yīng)的CO2排放量。以車速為橫坐標(biāo)，CO2排放量為縱坐標(biāo)，將P1,P2,P3連接成兩條直線段，車速最大限定為145km/h。再根據(jù)基本公差tol1（25％）和tol2（50％）進(jìn)行CO2排放量的上下拓展，以保證RDE試驗(yàn)中正常的駕駛段CO2排放窗口能在選定范圍內(nèi)。

P1點(diǎn)：=19 km/h，WLTP循環(huán)低速段CO2排放乘1.2[g/km]

P2點(diǎn)：=56.6 km/h，WLTP循環(huán)高速段CO2排放乘1.1[g/km]

P3點(diǎn)：=92.3km/h，WLTP循環(huán)超高速段CO2排放乘1.05[g/km]

根據(jù)每個(gè)窗口的平均速度劃分，小于45km/h為市區(qū)窗口，45～80km/h之間為郊區(qū)窗口。大于80km/h為高速段窗口。

圖4. 車輛CO2特性曲線和市區(qū)、郊區(qū)、高速公路行駛定義

2.2.3完整性和正常性校驗(yàn)

并非所有窗口都進(jìn)行RDE排放分析，CO2排放與I型試驗(yàn)差異太大，或所采集的窗口不足以代表試驗(yàn)車的正常駕駛情況時(shí)，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理，與WLTC駕駛循環(huán)的CO2消耗量差異越大，權(quán)重因子越小，不滿足窗口完整性和正常性要求時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果無效。

完整性認(rèn)定：市區(qū)、市郊和高速段窗口數(shù)量分別占總窗口數(shù)量的15％以上時(shí)，即認(rèn)為完成試驗(yàn)。通過完整性認(rèn)定。

正常性認(rèn)定：50％以上的市區(qū)、市郊和高速段窗口落在特性曲線定義的基本公差范圍內(nèi)時(shí)，則通過正常性認(rèn)定。如不滿足上述規(guī)定，可以按 1%的步長增加公差上限 tol 范圍，直到滿足50%窗口要求為止，但使用這種方法tol1拓展不得超過30％。

圖5. CO2窗口分布

2.2.4排放結(jié)果計(jì)算

根據(jù)上面的窗口劃分和處理，基于正常窗口進(jìn)行加權(quán)排放計(jì)算、嚴(yán)格程度指數(shù)計(jì)算和總行程排放計(jì)算g/km。

加權(quán)系數(shù)確定：

基本公差帶內(nèi)，正常窗口加權(quán)值為1

基本公差和二次公差之間，一次和二次公差進(jìn)行0～1間的線性插值。

二次公差帶以外，加權(quán)值為0。

RDE測試過程

RDE測試采用便攜式車載排放測試設(shè)備PEMS，包括氣體采樣測量單元和顆粒物采樣測量單元，分別測量NOx, CO, CO2和PN。流量計(jì)測量排氣實(shí)時(shí)流量，設(shè)備供電單元和測試控制單元。采樣頻率為1Hz。PEMS設(shè)備通常放置在后備箱內(nèi)，排氣尾管和流量計(jì)通過車輛后拖鉤固定，試驗(yàn)開始前應(yīng)保證整個(gè)測試設(shè)備安裝穩(wěn)固。試驗(yàn)人員包括駕駛員和測試工程師。主流的PEMS設(shè)備有AVL的M.O.V.E和HORIBA的OBS ONE等。測試設(shè)備都附帶數(shù)據(jù)評(píng)估系統(tǒng)，可以根據(jù)法規(guī)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和排放分析，生成最終的排放報(bào)告。

圖6. AVL M.O.V.E

圖7. HORIBA OBS ONE

一次RDE測試內(nèi)容包括排氣采樣設(shè)備的安裝、調(diào)試和預(yù)熱，排氣流量計(jì)的安裝和預(yù)熱，試驗(yàn)前后排放設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)氣校驗(yàn)，數(shù)據(jù)處理和報(bào)告，加上試驗(yàn)過程總時(shí)間大約5小時(shí)。試驗(yàn)開始前應(yīng)事先準(zhǔn)備好測試路線，計(jì)算好市區(qū)、市郊和高速各段分配和總里程，并了解各路段的交通和路況，避免出現(xiàn)客觀原因?qū)е碌脑囼?yàn)失敗或結(jié)果無效。一條合格的RDE路線往往要經(jīng)過多次反復(fù)驗(yàn)證。

RDE難點(diǎn)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析，RDE的難點(diǎn)在GDI汽油機(jī)的顆粒物PN和柴油機(jī)的NOx和PN。目前法規(guī)要求市區(qū)和總行程PN的符合性系數(shù)為2.1，這個(gè)系數(shù)有進(jìn)一步減小的趨勢。歐洲法規(guī)建議1+0.5，其中1為正常排放，0.5為測量誤差，并且考慮對(duì)冷起動(dòng)階段的排放進(jìn)行評(píng)估。

RDE工況點(diǎn)分布廣，相比NEDC和WLTC更多工況點(diǎn)分布在高速大負(fù)荷和外特性點(diǎn)上，需要考慮的排放優(yōu)化點(diǎn)更多。

圖8. 駕駛循環(huán)工況對(duì)比

RDE測試過程復(fù)雜。采樣管和排氣流量計(jì)的安裝應(yīng)符合法規(guī)要求。測試前后應(yīng)要保證采樣設(shè)備的精度，線性度和零點(diǎn)校準(zhǔn)。駕駛過程既要體現(xiàn)實(shí)際駕駛環(huán)境和路況，也要滿足法規(guī)中對(duì)應(yīng)的要求。因此不能保證很高的測試成功率。一條測試路線或一次成功測試不能代表整體RDE排放達(dá)標(biāo)，需要根據(jù)不同的環(huán)境溫度和海拔選擇幾條代表性的路線。結(jié)果還應(yīng)覆蓋法規(guī)許可的激進(jìn)、正常和柔等不同駕駛風(fēng)格。

RDE不僅增加了測試的難度，對(duì)車輛整體排放優(yōu)化工作也帶來了很大挑戰(zhàn)。排放優(yōu)化目標(biāo)不再是僅針對(duì)一個(gè)固定的排放循環(huán)，而是涉及發(fā)動(dòng)機(jī)可能運(yùn)行到的所有工況點(diǎn)，最終需要EMS系統(tǒng)、后處理、標(biāo)定等共同努力。RDE的標(biāo)定也將從臺(tái)架的掃點(diǎn)開始，逐步展開到轉(zhuǎn)轂，實(shí)車PEMS測試，魯棒性驗(yàn)證等。