國六標準轉鼓滑行法的排放和油耗分析

劉慎微，黃成林，劉文亮，張浩然，張鑫悅

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

0 引 言

采用底盤測功機進行整車排放和油耗試驗時，通常依據滑行法進行底盤測功機載荷設定，以便精確模擬車輛道路行駛的阻力。相較國五標準，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)》[1]中滑行法底盤測功機載荷設定要求發生了較大變化，增加了固定運轉法，并規定采用固定運轉法時，可以通過測功機對車輛加速也可以通過車輛自身動力加速；同時對迭代法進行了調整，規定采用迭代法時只能使用車輛自身動力加速，且道路載荷模擬精度要求在給定速度范圍內小于10 N，而固定運轉法無限定要求。兩種不同的滑行方法會導致轉鼓試驗的加載阻力不同，進而影響整車排放和油耗試驗結果，因此對兩種滑行方法進行對比分析。

本文對兩種驅動形式實車按照不同滑行方法進行常溫冷啟動后氣體污染物排放試驗和油耗試驗，分析對比固定運轉法和迭代法下整車排放和油耗測試結果差異，為后續整車轉鼓試驗的開發提供參考。

1 不同滑行法對比

1.1 固定運轉法

已知車輛道路載荷，使用固定運轉法進行滑行試驗，可以采用底盤測功機進行加速，也可以通過車輛自身動力進行加速，此時最小加速度和速度乘積約為6 m2/s3。

采用固定運轉法進行試驗需滑行4次，對滑行結果沒有判定和驗證要求，完成第1次滑行得到的底盤測功機設定系數作為后續3次滑行的設定系數。計算后續3次滑行試驗的模擬道路載荷系數與底盤測功機設定系數差值的平均值，再結合車輛道路載荷系數計算固定運轉法下底盤測功機最終設定系數A、B、C，即

式中：At、Bt和Ct分別為車輛道路載荷目標參數；ASn、BSn和CSn分別為第n次運行的模擬道路載荷系數；Adn、Bdn和Cdn分別為第n次運行的轉鼓設定系數；n為包含第1次穩定滑行在內的轉鼓滑行次數[2-3]。

1.2 迭代法

采用迭代法進行滑行，車輛必須使用自身動力加速，最小加速度和速度乘積約為6 m2/s3，與固定運轉法相同。

迭代法采用最小二乘法擬合數據，在給定速度范圍內，判定連續兩次滑行結果的差值是否在±10 N內，據此對底盤測功機設定系數進行調整直到滿足差值要求，將最后一次滑行的底盤測功機設定系數作為迭代法最終設定系數。

1.3 對比試驗

為了對比固定運轉法和迭代法的轉鼓加載力、排放及油耗情況，選用滿足國六b標準要求的兩款車進行試驗，試驗樣車具體參數見表1。

表1 試驗車輛參數

對兩臺試驗車分別采用固定運轉法和迭代法按照WLTC （Worldwide Light-Duty Test Cycle，全球統一輕型車輛測試循環）相同工況在同一套底盤測功機上進行轉鼓滑行試驗。根據對應的轉鼓加載力進行常溫冷啟動氣體污染物排放試驗和油耗試驗。試驗設備信息見表2。

表2 試驗設備

試驗環境條件、車輛狀態、測試設備標定和參數設置均按照GB 18352.6—2016 中I 型試驗要求設定[4-5]。

2 試驗結果對比分析

2.1 滑行結果對比

車輛A、B分別采用迭代法和固定運轉法得到相應的轉鼓加載力，如圖1 所示。分別對比圖1（a）、（b）中兩條線發現，兩種方法得到的轉鼓加載力相差不大，且隨速度變化趨勢均相同。在整個車速范圍內，車輛A采用迭代法得到的轉鼓加載力均大于固定運轉法，尤其在高速區域差別明顯；在整個速度范圍內，車輛B采用迭代法和固定運轉法得到的轉鼓加載力基本相同，差別不大。

圖1 迭代法和固定運轉法加載力對比

車輛A、B分別采用迭代法和固定運轉法得到轉鼓加載力差值（迭代法-固定運轉法）及差值比（（迭代法-固定運轉法）/ 對應車速的道路載荷×100%），如圖2所示。整體來看，圖2（a）、（b）中兩種方法得到的加載力差值及差值比均隨車速降低而減小，其中車輛A 的加載力差值的平均值為5.3 N，最大差值為11.5 N，最大差值比為1.6%，對應車速為130 km/h；車輛B 的加載力差值的平均值為1.8 N，最大差值為4.3 N，最大差值比為0.44%，對應車速同為130 km/h。

圖2 迭代法和固定運轉法加載力差值及差值比

2.2 排放結果對比

車輛A、B分別采用迭代法和固定運轉法進行常溫下冷啟動氣體污染物排放試驗。

圖3 為車輛A 在不同方法下THC （Total Hydrocarbons, 總碳氫化合物）、 NMHC （Non-Methane Hydrocarbons, 非甲烷碳氫化合物）、CO（Carbon monoxide，一氧化碳）、NOx（Nitrogen Oxide，氮氧化合物）劣化校正后排放結果對比，可以看出，兩種方法下氣體污染物排放結果均滿足國六b 限值要求，并且迭代法結果較固定運轉法略高，其中THC 相對于限值的差值比（（迭代法-固定運轉法）/國六b限值×100%）為5.2%，NMHC相對于限值的差值比為7.1%，CO 相對于限值的差值比為4.9%，NOx相對于限值的差值比為1.7%，除了NOx外，其他排放物相對于限值的差值比均超過分析儀的測量誤差要求（即±2%），說明不同方法的轉鼓加載力對兩驅車輛A 的常溫冷啟動氣體污染物排放試驗結果具有一定影響。

圖3 車輛A迭代法和固定運轉法氣體污染物排放結果對比

圖4 為車輛A 在不同方法下PM （Particulate Matter, 顆粒物）、PN（Particulate Numbers，粒子數量）排放結果對比，可以看出，兩種方法的排氣顆粒物質量和數量均滿足國六b 限值要求，其中PM排放二者幾乎無差別，PN 相對限值的差值比為15.0%，國六標準中顆粒物計數器測量誤差要求為±10%，說明不同方法的轉鼓加載力對兩驅車輛A的PN 排放結果具有一定影響。

圖4 車輛A迭代法和固定運轉法顆粒物排放結果對比

圖5為車輛B在不同方法下THC、NMHC、CO、NOx劣化校正后排放結果對比，可以看出，兩種方法下氣體污染物排放結果均滿足國六b限值要求，并且不同方法下各值差異很小，相對于限值的差值比均在±1.7%之內，均小于分析儀測量誤差要求（即±2%），判斷各差值可能由于試驗設備造成，說明不同方法的轉鼓加載力對四驅車輛B 常溫冷啟動氣體污染物排放試驗結果影響小。

圖5 車輛B迭代法和固定運轉法氣體污染物排放結果對比

圖6為車輛B在不同方法下PM、PN排放結果對比，可以看出，兩種方法下排氣顆粒物質量和數量均滿足國六b限值要求，其中PM排放二者差異很小，PN 相對于限值的差值比為3.3%，小于國六標準中對顆粒物計數器測量誤差要求（即±10%），判斷差值可能由于試驗設備造成，說明不同方法的轉鼓加載力對四驅車輛B的PM、PN排放試驗結果影響小。

圖6 車輛B迭代法和固定運轉法顆粒物排放結果對比

2.3 油耗結果對比

圖7為車輛A 采用迭代法和固定運轉法在WLTC工況各階段的油耗和綜合油耗結果對比，其中迭代法綜合油耗為6.68 10-2L/km，固定運轉法綜合油耗為6.53 10-2L/km，迭代法較固定運轉法高2.3%，但均未超過國六標準中型式認證的要求（即4%）。在WLTC工況4個階段中，迭代法油耗均高于固定運轉法，二者油耗的差值比（（迭代法-固定運轉法）/固定運轉法×100%）最大值為3.1%，出現在超高速段，同時兩種方法下轉鼓加載力的最大差值比也出現在超高車速段，說明針對車輛A，不同方法對整車油耗具有一定影響。

圖7 車輛A各車速段油耗對比

圖8 為車輛B 采用迭代法和固定運轉法在WLTC工況各階段的油耗和綜合油耗結果對比，二者油耗基本一致，每個車速段油耗差值比均在±1%以內，說明針對車輛B，不同方法對整車油耗的影響沒有差異。

圖8 車輛B各車速段油耗對比

3 結 論

針對兩種驅動形式車輛分別采用迭代法和固定運轉法進行排放和油耗試驗，對比分析試驗結果得到以下結論：

（1）固定運轉法相比迭代法，車輛加速動力源增加了測功機驅動項，且滑行過程無滑行數據判定和驗證步驟，試驗操作更加方便；

（2）對于兩驅車輛A，在滑行速度范圍內迭代法的轉鼓加載力均大于固定運轉法，二者最大差值為11.5 N；迭代法相較固定運轉法氣體污染物THC、NMHC、CO、NOx排放結果略高，相對于限值的差值比為1.7%～7.1%，二者PM 排放結果幾乎無差別，二者PN 排放結果相對于限值的差值比為15%，高于國六標準對顆粒物計數器測量誤差要求，二者綜合油耗的差值比為2.3%，低于國六標準型式認證要求；

（3）對于四驅車輛B，迭代法和固定運轉法的轉鼓加載力基本相同，最大差值為4.3 N，同時氣體污染物THC、NMHC、CO 和NOx排放結果無明顯差異，相對于限值的差值比均在±1.7%以內，并且PM、PN 排放結果差異小，PN 相對于限值的差值比為3.3%，二者綜合油耗及各車速段油耗差值比均在±1%以內，幾乎無差異；

（4）針對不同驅動形式車輛采用不同試驗方法會得到不同的試驗結果，在整車轉鼓排放和能耗試驗中需要考慮驅動形式的影響。