輕型汽車排放試驗室比對研究和探討

邱爭光，葉呈鋒，宮 晨，朱 飛

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，浙江 寧波 315336）

國六排放法規已于2019年7月1日實施，汽車排放污染物的進一步降低，對設備的測量精度和測試結果的可靠性提出了更嚴苛的要求。我國對汽車排放的檢測要求在不斷提高，各大汽車生產企業和相關的檢測機構都建立了具有國六排放標準測試能力的輕型汽車排放檢測試驗室。試驗室間的比對試驗是確定試驗室的檢測能力、確保數據質量的標準化活動。比對試驗有多種形式，如：人員比對、設備比對、測試方法比對和試驗室間比對等。目前，國內輕型汽車排放比對試驗主要聚焦試驗室間比對，但對比對試驗結果的分析，還沒有一套標準模式，各種統計方法都在使用。本文以輕型汽車排放試驗室比對試驗項目（國六常溫排放試驗和燃料消耗量試驗） 著重分析了三家試驗室的試驗能力。

1 國六常溫排放及燃料消耗量測試 方法簡介

輕型汽車排放試驗主要包括常溫排放試驗、雙怠速排放試驗、實際污染物（Real Drive Emission, RDE）排放試驗、曲軸箱污染物排放試驗、低溫排放試驗、蒸發污染物排放試驗和加油污排放試驗，本次比對試驗以國六常溫排放試驗和國六燃料消耗量試驗為準，按照目前GB 18352.6—2016和GB/T 19233—2020標準要求，根據世界輕型汽車測試循環工況（Word Light Test Cycle, WLTC）進行，整個試驗過程1800 s，試驗里程23.5 km。駕駛員按照要求進行曲線駕駛后，排放分析儀進行相關污染物的分析和結果運算，如：THC、NMHC、NOX、N2O、CO、PM、PN、CO2。最后得出相應污染物結果，燃料消耗量試驗結果根據碳平衡法計算而得。

2 試驗結果比對方法的選擇

目前國內輕型汽車排放能力驗證試驗主要通過試驗室間的比對進行。但比對試驗結果的分析，并沒有一套標準模式，為了更科學全面地對結果進行分析，通過結合實際案例，對各種統計方法在排放比對試驗上的運用進行比較，我們選擇了以下幾種方法對試驗結果進行綜合判定。圖1為典型的輕型汽車排放試驗室示意圖。

圖1 典型的輕型汽車排放試驗室示意圖

2.1 單個試驗室結果一致性判定方法

統計量是樣本的指標，總體的指標是參數。樣本是進行統計分析的依據，但當取得一組樣本觀察值時，往往是一些雜亂無章的數據，并不能直接由此推斷總體的性質。這時，還必須針對不同問題由樣本構造一個相應的函數，我們稱之為統計量，用它來推斷總體的性質。

式中，L為污染物限值的自然對數；xi為第i次測量的某種污染物測量值的自然對數；s為生產標準偏差的估計值（測量值取自然對數后）；n為試驗次數。

統計量法可反映試驗室自身3次數據間的差異以及試驗數據與限值的偏差，計算公式中用到了污染物限值，與排放試驗的相關度更大，可有效地剔除離群值。統計量的合格判定參照 GB 18352.5—2013中MA.1中的均值。

2.2 多個試驗室間結果處理方法

多個試驗室間結果的比對采用標準偏差和相對誤差法。

標準偏差法：

式中，σ1為多個試驗室間試驗結果的平均值的樣本偏差；Xi為第i個試驗室的試驗結果的平均值；X為多個試驗室間試驗結果的平均值的平均值；n為試驗室個數。

相對誤差法：

式中，δj為試驗室j試驗結果的平均值與的相對誤差；為試驗室j三次試驗結果的平均值；為多個試驗室間試驗結果的平均值的均值；Li為比對試驗用樣車適用的相應標準限值。

標準偏差可以更直觀地解析各排放污染物的情況，驗證各試驗室間試驗數據與總體均值的差異。相對誤差法則可以量化試驗室間試驗數據的差異，兩者相互補充，可以更全面地分析試驗室間試驗能力的差異。多個試驗室間試驗結果判定，標準偏差：所有參比試驗室各種污染物的測量值的平均值在標準偏差的±2σ內，相對誤差：參比試驗室各種污染物測量值相對誤差δj；CO2和燃料消耗量在±5%以內，CO、THC、NMHC、NOX和PM在±15%以內。

3 三家排放試驗室試驗結果比對統計 和分析

3.1 試驗車輛信息

試驗車輛基本參數如表1所示。

表1 車輛基本參數

首先試驗車輛經過3000 km以上的磨合，排放水平達到《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》（GB 18352.6—2016）排放標準要求，且經過多次排放試驗，確認該車輛技術狀態穩定，試驗過程中需確保樣車技術狀態良好，防止樣車產生任何損壞。試驗用燃油應滿足GB 18352.6—2016附錄K“基準燃料的技術要求”，試驗燃料應采用同一批次燃油，并保證在試驗過程中性能指標穩定。在整個比對試驗活動中，樣車狀態穩定，無故障碼顯示，返回原試驗室后，排放結果無明顯異常，各個試驗室完成比對試驗一般3～4天，包括滑行和預處理試驗及正式試驗，各個試驗室之間車輛采取拖車運輸。表2為A樣車在三家試驗室滑行阻力試驗結果，測試質量 1883.5 kg。圖2為三家試驗室底盤測功機阻力對比圖。

表2 A樣車三家試驗室滑行阻力結果

圖2 三家試驗室底盤測功機阻力對比圖

將車輛固定在底盤測功機上進行滑行阻力測試，來模擬車輛在道路上的真實阻力，由于我們設置底盤測功機阻力偏差 40 km/h以上為2%， 40 km/h以下為3%，遠高于國標中±5%的偏差，通過上述滑行試驗數據可見，三家試驗室的滑行結果曲線高度重合，整體偏差達到1%以下，證明試驗車輛及底盤測功機內阻都十分穩定，從而保證了試驗過程中車輛所受到的阻力負荷都是穩定一致的。

3.2 單個試驗室一致性分析

首先于9月11日—9月13日在LAB1試驗室進行三次排放試驗后，對試驗數據進行一致性判定，發現9月13日結果中THC和NMHC數據統計量計算結果為3.232和2.986，無法通過一致性判定值≥3.327的要求（見表4）。為此調取設備采樣袋中稀釋排氣和背景氣體各階段的濃度數據（見表5），各階段THC背景氣濃度均偏高，在phase3階段，THC的背景氣濃度甚至超過了排氣濃度。經調查分析，因當時環境倉附近在進行墻體和地面油漆施工，導致環境氣體中揮發性含碳化合物大幅上升，從而干擾了碳氫分析儀對背景氣體的濃度檢測。對于出現的異常值，在確認問題原因后，在9月14日，重新追加一次試驗，最終所有試驗數據及各試驗室自身一致性判定結果（見表6）都通過了一致性判定。

表3 LAB1試驗室四次污染物排放量

表4 試驗一致性統計量判定結果

表5 THC背景異常數據

表6 參比試驗室國六排放試驗一致性統計量結果

通過表6試驗數據可見試驗車輛在三家試驗室的排放試驗結果統計量結果均大于3.327的判定值，各試驗室自身的測試結果是穩定的，結果具有較好的一致性。從統計量理論依據上看，這種方法可以評價各個參加單位人、機、環、測、樣對得出試驗結果的一致性，統計量反映的三次數據間差異，以及試驗數據與標準限值的偏差，三次結果之間差異越小，平均值離標準限值越遠，則統計量越大。

3.3 多個試驗室間測試結果比對

3.3. 1試驗室間測試結果的標準偏差

試驗室間測試結果的標準偏差見表7。

表7 試驗室間測試結果的標準偏差

通過在每個試驗室重復進行3次國六常溫排放試驗，最終參比試驗室各種污染物的測量值的平均值均能控制在標準偏差的±2σ1內，所以三個試驗室間的一致性較好（見表7）。結合表8可見，除NOX和PM外，其他排放污染物的相對誤差都特別低。NOX和PM的相對誤差雖然相對偏高， 但仍遠低于行業內對排放污染物相對偏差≤15%的要求，并且LAB1試驗室的相對誤差結果是最低的，距離總體平均值最近，結果具有更高的可靠性。

3.3.2 參比試驗室相對誤差

參比試驗室相對誤差見表8。

表8 參比試驗室相對誤差數據 單位：%

3 結語

本文以LAB1、LAB2、LAB3三家試驗室進行的國六常溫排放試驗和燃料消耗量試驗數據分析為準，著重分析了單個試驗室的一致性和多個試驗室的兩種試驗結果處理方法，表明三家試驗室的試驗結果一致性較好，且LAB1試驗室試驗檢測結果優于另外兩家試驗室。結果表明：

1）底盤測功機滑行阻力結果偏差在1%以下， 遠低于國標規定的≤5%的要求。

2）駕駛員駕駛習慣與駕駛水平也對排放試驗存在影響，本次通過對三個試驗室駕駛員試驗中對車輛運行數據分析及試驗中WLTC工況曲線的駕駛錯誤，均能夠控制在標準要求范圍內，今后我們也需要繼續加強對駕駛人員的操作培訓，將人為因素對試驗的影響降到最低。

3）試驗環境的控制，由于LAB1試驗室環境較為封閉，且經常有作業施工及車輛臨時加油等行為，導致試驗室內背景氣容易超標，從而對試驗結果產生較大干擾，因此，工作中需要更多關注背景氣體的變化。

4）通過本次試驗室比對，確定了LAB1排放試驗結果與LAB2及LAB3的排放結果是一致的，相對偏差遠低于限值要求，試驗結果穩定可靠。

5）輕型汽車排放試驗室間比對試驗有其特殊性和局限性。對試驗結果的分析需要選用合適的統計方法，這需要考慮比對數據的分布特征，它在一定程度上與參與試驗室的數量有關，通過上文對多種統計方法的比較和分析，建議在通常情況下先按照GB 18352.5—2013中規定的統計量進行單個試驗室結果自身一致性判定，及時過濾離群值，然后對各個試驗室測量數據采用標準偏差法和相對誤差法進行統計和分析，來直觀解析各個階段排放污染物的情況。