國六排放標準中固定運轉法的試驗研究

溫 溢，李琪莉，柳東威

(1. 中國汽車技術研究中心有限公司 天津 300300；2. 北京卡達克汽車檢測技術中心有限公司 北京 100176)

0 引 言

GB 18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第六階段)》相比前一階段的國五排放標準，除了試驗循環由NEDC工況變為WLTC工況外，附件CC中道路載荷測量及測功機設定也發生了很大變化。國五標準中底盤測功機加載可以采用查表法或者迭代法滑行。國六標準中取消了查表法，轉鼓阻力加載值的獲取只能通過滑行法得到，附件CC8.1.3.4規定：滑行法可以選擇固定運轉法或迭代法進行調整，其中迭代法只能采用車帶鼓的加速方式，而固定運轉法可以選擇鼓帶車和車帶鼓2種加速方式，且迭代法要求模擬精度在10 N以內，固定運轉法則沒有相關要求[1-2]。由此可知，國六標準中底盤測功機存在不同的設定方法。因此，需要開展不同滑行方法的差異性研究，采用不同滑行方法對排放和油耗測試結果的影響也急需評估。

關于底盤測功機的滑行方法，此前已有大量的研究，如趙傳利等[3]對轉鼓上的滑行方法進行了深入分析，方茂東[4]對滑行法原理以及阻力設定方法進行了研究，易金花等[5]研究了國六標準中風洞法與滑行法，郁增德等[6]開展多輛樣車的轉鼓模擬道路滑行試驗。關于車輛在底盤測功機上開展排放和油耗試驗，不同的轉鼓加載力對試驗存在影響，國內也開展過大量研究，但大多都是基于國五標準的查表法與滑行法的對比，WLTC工況下的研究很少，不同車型得到的結論也不太一致[7-9]。

為了研究國六標準中新提出的固定運轉法，本文從原理入手，選取實車進行滑行并分析數據。另外，還對比分析了迭代法，探究了新標準中2種滑行方法的差異，并按照不同滑行方法用實車進行了滑行試驗以及排放、油耗試驗，得出了一些重要結論。

1 滑行原理

1.1 固定運轉法介紹

固定運轉法是國六標準中新提出來的一種數據處理方法，滑行過程中的轉鼓設定既可以采用車帶鼓加速，也可以采用更為簡單的鼓帶車加速，且固定運轉法對滑行結果沒有判定要求，所以這種方法更容易被采納。

在已知樣車道路載荷系數為tA、tB和tC后，滑行法采用固定運轉法時數據處理的具體方法為：轉鼓設置為對樣車進行4次滑行，在完成第一次滑行后，得到1個轉鼓加載的設定值，之后的3次滑行均使用這個設定值作為系數進行滑行，得到3次結果，取后3次的平均值即可。數據處理公式為：

式中：tA、tB和Ct是車輛道路阻力；Asn、Bst和Cst是第n次運行的模擬道路載荷系數；Adn、Bdn和Cdn是第n次轉鼓設定系數；n包含第一次的轉鼓滑行次數。

1.2 迭代法介紹

迭代法進行滑行的數據處理是采用最小二乘法來計算[10]，且規定滑行結果偏差限值為±10 N以內，否則需要調整加載系數繼續滑行，直到滿足標準要求偏差。迭代法數據處理中調整載荷公式如下：

2 實車滑行結果及分析

2.1 樣車及設備

選擇了1輛狀態良好的樣車進行轉鼓滑行及排放試驗，車輛具體參數見表1。

表1 樣車參數Tab.1 Parameters of test vehicle

試驗中樣車通過滑行法進行載荷設定所用轉鼓是德國MAHA公司生產的底盤測功機，設備滾筒直徑48 in(1 219 mm)，最大速度為200 km/h，加載電機最大功率為150 kW，最大扭矩5 400 N，滿足試驗要求。

國六排放試驗所需設備主要有排放分析儀、定容稀釋系統、溫濕度模擬環境倉、底盤測功機(與滑行試驗同一設備)等，具體型號如表2所示。

表2 試驗設備Tab.2 Test equipment

2.2 固定運轉法試驗數據

按照標準要求對樣車進行固定運轉法滑行試驗，滑行過程按照國六標準的要求來進行。滑行樣車的道路載荷系數tA(N)、tB(N/km/h)、Ct[N/(km/h)2]分別為120.2、1.067、0.026 06。

滑行數據處理第一步是設定轉鼓的初始載荷，根據公式計算如下：

根據樣車道路阻力，在滑行區間為135～15 km/h(每10 km/h為1個區間)時，劃分出每個區間的滑行時間，根據每個區間的速度點計算出對于道路阻力的值。這樣道路阻力可以分解為表3中的12個區間。

表3 道路阻力區間劃分Tab.3 Road resistance interval division

樣車在轉鼓上進行第1次滑行，其中加載數據為初始加載值。表4中列出了第1次滑行后得到的數據，主要有速度區間的實際滑行時間，速度點下的模擬道路阻力，通過對比實際道路阻力，可以計算出每個速度點的力偏差。通過對比偏差，可以計算出下一次的加載力。

表4 第一次滑行數據Tab.4 First coast-down data

圖1是轉鼓主控顯示的第1次滑行界面圖，可以看到，速度越大，模擬出的道路阻力值偏差越大。通過與道路阻力對比，計算軟件進行了第1次加載力調整。

固定運轉法的數據處理規定隨后的3次滑行，轉鼓加載力均按第1次滑行后調整得到加載阻力進行，即：Adn=26.28、Bdn=1.210 3、Cdn=0.023 65。

表5列出了固定運轉法的后3次滑行結果。將后3次Cd2、Cd3、Cd4的滑行結果分別帶入公式(1)、(2)、(3)，計算出樣車固定運轉法滑行得到的底盤測功機最終加載力，結果為：A＝25.88、B＝1.209 4、C＝0.023 72。

2.3 迭代法滑行數據

對樣車采用迭代法進行滑行試驗，分析數據處理的全過程。

第一步初始載荷設定與固定運轉法相同，隨后進行第1次滑行，得到新的轉鼓加載，之后再用新的加載進行下一次滑行，結果如圖2所示。

樣車迭代法進行滑行的3次結果如表6所示。

表6 迭代法滑行數據Tab.6 Coast-down data of iterative method

迭代法滑行的最終轉鼓加載力采用最后一次滑行后的載荷，所以樣車迭代法滑行數據處理得出的加載阻力為：A＝22.38、B＝1.249、C＝0.023 44。

2.4 滑行結果對比分析

圖3是樣車分別用迭代法和固定運轉法滑行得到的2條轉鼓加載力對應車速的曲線。從整體上可以看出，2種滑行方法下得出的轉鼓加載力非常相近，且在整個速度區間的趨勢也相同。圖4是2種滑行結果在整個速度區間內的力差異。力差異是迭代法得到加載力與固定運轉法得到的加載力之差，由圖可見，整個速度區間內采用迭代法滑行得到的轉鼓加載力均大于固定運轉法滑行得到的加載力，2種滑行方法加載力差值在2～4 N，趨勢是速度越大或越小時差異更大，中間速度點差異偏小。

表7列出了樣車在各個速度點下的2種滑行方法得到加載力差值，以及偏差與道路阻力的比例。其中，加載力偏差是用迭代法得出的加載力減去固定運轉法得出的加載力，偏差比例是用每個速度點的加載力偏差比上對應速度點的道路阻力。由表可知，在20～130 km/h的速度區間內，2種滑行結果偏差比例均控制在3.1%以內，最大偏差3.08%出現在130 km/h點，最小偏差僅為2.1%，出現在70 km/h速度點。通過滑行試驗結果，說明2種不同的滑行數據處理方法對樣車在底盤測功機加載力設定影響很小，也說明該樣車內阻和變速箱在滑行過程中穩定且線性較好。

表7 加載力偏差對比Tab.7 Comparison of loading force deviation

3 排放試驗結果及分析

3.1 國六排放結果

按照國六標準中常溫排放試驗要求對樣車進行了2次排放試驗，試驗中底盤測功機所設定加載阻力分別采用固定運轉法得到的加載力和迭代法得到的加載力。

圖5—圖9是樣車在2種加載力下污染物THC、NMHC、CO、NOx、N2O結果對比。由圖可知WLTC工況下樣車在2種阻力下得到的結果相差不大，其中最大的NOx，相對限值偏差僅為2.9%。由于2種方法下底盤測功機加載力相差約2.5 N，對整車進行試驗室排放試驗的結果影響很小。

圖10—圖11是樣車在2種加載力下顆粒物質量和顆粒物數量結果對比。由圖可知樣車在兩種阻力下得到的PM結果較為一致，PN相對限值偏差比例為13.6%。顆粒物數量在測量重復性方面受到多方面影響，且標準中對計數器偏差的要求為10%，故13.6%的偏差不能說明阻力的影響較大。

3.2 五階段油耗結果

圖12是按照五階段油耗標準對樣車進行2次油耗試驗的結果對比，2次試驗中底盤測功機設定加載阻力分別采用固定運轉法得到的加載力和迭代法算出。從圖中可以得知，2次試驗的綜合油耗值相同，且在WLTC工況下的4個階段中，每個階段的油耗值基本一致，說明樣車采用固定運轉法或迭代法的油耗沒有差異。圖13是整個WLTC工況下2次試驗CO2排放的濃度對比，整體上相差不大。

4 結 論

固定運轉法既可以采用鼓帶車加速也可以采用車帶鼓加速，且標準中的滑行方法規定只需滑行4次即可。迭代法只能采用車帶鼓加速的方法，滑行結束條件是偏差必須滿足±10 N的要求。固定運轉法在計算方法和實際操作上都更加簡單。

固定運轉法與迭代法由于滑行方法的不同，得到的加載力存在差異，樣車呈現出來的規律是低速和高速下的偏差更大，中間速度偏差更小，平均偏差值為2.4 N，各速度點偏差力相對道路阻力的平均偏差值為0.8%。

國六WLTC工況下，污染物THC、NMHC、CO、NOx、N2O、PM也無明顯偏差，相對限值偏差均在3%以內，PN相對限值偏差為13.6%以內。

2種滑行方法得出阻力下的五階段油耗結果也較為一致，其中綜合油耗值相同，WLTC工況4個階段的油耗值都相差不大，最大相對偏差僅為0.4%。■