重型交通工具底盘测功机排放测试办法研究讨论

    排放污染物主要有HC，NOx，CO和PM等，为了严格控制汽车排气污染物的排放，车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限制及测量方法。有研究表明：机动车尾气污染物已成为我国各大城市的主要污染源，机动车排放控制水平、行驶工况条件、使用年限、车辆的维护保养状态、油品品质以及运行的环境条件等因素都会影响车辆的尾气排放情况.
   在重型汽车方面，目前国内外采用的公认的测试方式是通过发动机台架进行相关的排放测试，把整车状态下发动机的运行状况在发动机台架上模拟运行。目前我国把大于3.5t的车辆定位重型车范畴，主要的测试方式为ESC，ELR，ETC等3种测试循环，以此评价重型车排放水平.目前，我国对中重型商用车辆燃料消耗量测量方法的意见稿已经完成，即表示中重型汽车的燃油经济性已经纳入在重型汽车底盘测功机上开展测试和研究的范畴，而对于整车在底盘测功机上的排放测试还未作任何明确的规范和研究，因此在底盘测功机上进行排放测试研究，探讨排放的测试循环曲线、加载质量、测试设备的要求非常必要。
  1.国外研究现状
充分考虑试验中环境条件、驾驶条件、实际车辆的状况（变速箱、传动系统等）、不同车辆的载重状况等因素的影响，国外少数的测试及研究机构已将重型汽车在底盘测功机上的排放测试作为研究重点，为今后重型汽车的整车排放测试技术推广和排放控制策略的运用研究作好技术储备。
  1.1.排放测试循环
  1.1.1.美国重型汽车排放测试循环
美国重型汽车排放测试循环有曼哈顿重型汽车排放测试循环、奥伦奇乡村重型汽车排放测试循环、重型汽车城市排放测试循环（UDDS）商业中心区重型汽车排放测试循环（CBD）和商业区.主干道.高速往返构成的整车排放测试循（BAC）各排放测试循环曲线.
   重型汽车低速阶段的排放控制策略，其平均速度为10.99km/h，主要由频繁的起动、加速、减速，再到怠速等变化工况组成。约为20km/h.重型汽车高速阶段的排放控制策略，这一循环平均速度和最高速度相对较大，基本是运行在路况较好的高速路段。由于3个循环曲线分别代表了很典型的3种运行工况，SAE推荐使用这3个循环一起组合成一个连续的循环进行排放和燃油消耗的综合测试，以得到较为完整真实的测试结果。.
重型汽车主要运行在中速阶段，循环中平均速度为20.2km/h，平均加速度为0.89m/s2，要求车辆进行加速后稳定运行一段时间后再减速，对汽车加减速要求较高，其主要也是考查车辆在加减速和恒速状态下的排放控制能力，整体运行速度不高，也可以在上个循环组合中以2个CBD循环取代奥伦奇乡村重型汽车排放测试循环组成新的排放测试循环。
BAC测试循环由CBD循环段、300s怠速、主干道段、CBD循环段、主干道段、CBD循环段、高速往返段七部分组成，整个循环囊括了重型车实际主要运行的工况，把车辆的运行状态分为低速、中速、高速3个阶段进行综合测试，循环平均速度比前一组合循环略高。
  1.1.2.欧洲重型汽车测试循环欧洲瞬态整车排放测试循环（ETC）
此测试循环由三部分构成：第一部分为城市循环，频繁起动，停止，怠速，最大速度为50km/h；第二部分为乡村循环，包括急剧的加速，平均速度约为72km/h；第三部分为高速循环，平均速度达到88km/h..
欧洲的重型汽车整车测试循环与现行的发动机台架循环比较相似（循环工况的结构和运行时间），主要由市区循环、公路循环、高速循环组成，循环总共运行1800s，即从低速、中速、高速3个阶段综合来评价车辆的排放控制能力。
  1.1.3.日本重型汽车测试循环
   日本JE05整车排放测试循环.测试循环时间约为1800s，平均速度为26.94km/h，最高速度为88km/h..
   日本重型汽车法规也类似于欧洲的排放测试体系，最高车速相同，循环由中速的公路循环、低速的市区循环和高速公路循环等逐秒变化的工况组成，与欧洲循环相比，只是低速段和中速段相对位置不一样。
  1.1.4.超重型车排放测试循环
超重型柴油机整车排放测试循环（HHDDT）[4]此循环由4个不同速度段组成，包括怠速、低速缓慢行驶、瞬态变化工况行驶和高速行驶。对于超重型整车排放测试的研究目前只有美国提出了相关的测试要求和循环曲线的规定。
  1.2.加载质量
   EPA中的相关计算方法[4]如下：载人汽车加载质量=自身质量+座位数&67.5kg&1/2，载货汽车加载质量=自身质量+1/2载质量。如果实际质量.1/2车辆总质量，则基准质量=1/2总质量；如果实际质量（1/2车辆总质量，则基准质量=实际质量。欧洲的计算方式采用美国EPA的方法。
日本JE05测试程序中，载人汽车加载质量=自身质量+座位数&55kg&1/2，载货汽车加载质量=自身质量+1/2载质量+55kg.可以看出每一类测试循环体系对于加载质量都有一种计算方法，根据车辆的用途或类别的不同，其加载的质量也不相同，自身质量与载质量的比值不同，其加载的质量也将有所差别。
  2.我国重型汽车排放测试方法的探讨
  2.1.排放测试循环曲线的确定
   进行重型汽车排放测试就必须确定所要执行的测试循环曲线，不同的循环曲线、试验工况和时间，其测试结果必定不同。从以上国外测试机构暂行推荐使用的几种不同的测试曲线可看出：
   a）美国的重型汽车整车排放测试曲线根据地区和检测车辆类型的不同，排放测试要求不同，测试循环不同，也就是测试循环与车辆的适用范围和类型有更直接的关系；
   b）日本和欧洲对重型汽车整车的排放测试循环曲线要求基本一致，循环曲线采用逐秒变化的瞬态工况，更类似于现行重型汽车发动机台架测试排放的瞬态测试曲线；
   c）重型汽车的排放测试循环主要由低速、中速、高速3种典型的速度分布段组成，分别代表了城市、乡村、高速公路的试验循环，较为真实地反映车辆实际使用中的运行状态；
   d）与轻型车相比，重型汽车各测试阶段的速度较低。
因此，我国在制订相应的整车排放测试曲线上，既要充分考虑测试曲线包含重型汽车3种主要的行驶状态，即低速、中速、高速，又要考虑整车与发动机台架测试的相关性，还要使重型车的测试循环与轻型车的排放测试循环有可比性或相近性。美国EPA推荐的重型汽车排放和燃油消耗组合测试循环虽较为全面，但整体测试时间较长。目前我国的排放法规基本上都借鉴欧洲的法规测试系统，在测试时间上与台架系统时间一致，因此重型车整车测试循环借鉴欧洲的法规仍是比较合理的选择，既可以保证与发动机台架测试的相关性，又可以把轻型车排放测试上的经验应用到重型车，有助于推广重型车的排放控制技术。目前中重型商用车辆燃料消耗量测量方法发布意见稿中的循环工况C.WTVC与欧洲排放测试循环工况较为相近，有助于国内废气排放与燃油消耗测量试验方法的统一.
  2.2.整备质量的确定
就目前中国重型汽车的具体情况而言，可能同型号的发动机配置不同的车辆，即整备质量和载质量不相同。由于载质量和车速与轻型车的不同，因此在转鼓上模拟道路时的整备质量计算方法与轻型车也应略有不同。
在我国重型车整备质量的计算方法中，要充分考虑车辆本身基准质量、装载能力、使用方式等因素，并充分考虑用途、载货能力对排放的影响，通过排放曲线、加载负荷把车辆实际使用中的工况在转鼓上模拟出来，这样的排放测试才具有合理性和广泛性。因此可以借鉴美国EPA中两种计算方式，根据我国具体情况确定符合我国情况的整备质量计算方法。
  2.3.试验设备
  2.3.1.重型汽车转鼓
   重型汽车转鼓是实现排放测试的基础平台，目前国内外有如1829mm，1905mm，2540mm等大直径的重型转鼓，也有鼓径较小的如508mm的重型转鼓，鼓径不同布置方式略有不同。当为单桥驱动时，车辆轮胎作用在大转鼓最高点，而采用小鼓径时，车辆轮胎落在两个小鼓之间；当为双桥驱动时，车辆的双桥车轮可以架在大转鼓上，而在小转鼓上时，每个车轮下都有两个小转鼓，这就要求小转鼓的轴距是可以调节的，以适用于不同轴距的车辆。此外还需考虑对转鼓恒定吸收牵引力的要求，排放试验按照规定的循环曲线运行，这要求转鼓测试精度高、响应快、灵敏度高、重复性好，加速度满足要求，因此一般采用电机中置方式，但限制电机的尺寸。
目前中置电机最大功率可以达到大约500kW（电机尺寸过大会造成技术要求高，转鼓内缘距离大），恒定牵引力可以达到40kN，过载时达到70kN，加速度不小于1m/s2，可以满足排放测试的要求。
  2.3.2.排放分析仪系统
   整车排放污染物测量系统基本上与发动机台架系统要求一致。但由于整车排放测试中全速全负荷工况点较少甚至没有，排气流量和热负荷小，因此文丘里管的流量可以适当选择较小的量程组合。
  2.3.3.加载系统
   为了模拟出不同车辆的实际排放能力，就必须在试验室内模拟车辆在一定负载下的排放工况，确保车辆轮胎与转鼓间在试验测试时不会出现相对打滑的现象。加载系统可以根据不同加载要求对车辆加载，通常通过加载机构作用在车辆的车架上，加载方式有电动或液压驱动。
  3.结束语
   a）为了与国际研究同步，提高我国重型汽车排放控制水平，应加快对重型车排放测试方法和技术的研究，为重型汽车的发展和排放技术能力的提高作好技术储备；
   b）改变现行的测试方式，从发动机台架测试过渡到整车测试，重型车的测试技术逐渐趋向于已较成熟的轻型车测试技术；通过数据积累，确保整车排放测试与台架测试和道路实际状态的一致性；
   c）加强实验室环境条件的控制，使车辆环境处于法规要求的标准状态，可以提高测试结果的重复性，同时也可为不同实验室间的对比提供参考；
   d）重型车的载重覆盖范围宽广，根据车辆类型和用途确定车辆整备质量，使测试结果更能代表车辆实际使用中的排放水平；
   e）重型车整备质量的范围广，用一台测试设备覆盖所有的重型车，会使测控精度、动态响应受到限制，对测量结果的准确性有一定影响，因此按车辆整备质量分段选择底盘测功机，可以提高动态响应和测控精度，但投入资金增加较大。