（机械设计及理论专业论文）在用车排放与排放检测方法特性的研究.pdf

摘要 摘要 随着汽车工业的发展、汽车保有量的急剧增加，汽车排气己经成为大气污 染的主要来源。为此世界各国制定了相应的法规、标准、制度来改善日益恶化 的大气环境。控制在用车的排放是降低汽车排气对大气的分担率的有效方法之 一。在用车的排气检测方法很多，各种检测方法的成本、适用场合、精度等级 均不一样。开展对在用车的排放特性及在用车排放检测方法的特性研究是环境 保护急需研究的课题。 本文首先研究了在用车排放检测方法的特性。采用工况解析的方法提出了在 用车排放检测工况的评价指标，利用评价指标分析了各在用车排放瞬态测试方 法分别与美国、欧洲、中国新车型式认证排放检测方法的相关性。通过对比试 验方法研究了我国的i m l 9 5 工况与我国国家标准g b l 8 3 5 2 2 2 0 0 1 中的新车型式 认证工况法排放检测工况、城市工况和短工况的相关性。得出了欧洲的t o v a 工况与n e d c 工况、美国的i m 2 4 0 工况与f t p 一7 5 工况相关性较高，我国的i m l 9 5 工况与我国型式认证工况只有7 0 左右的相关性。 然后，本文对已测取的在用车排放检测数据利用统计分析软件s p s s 和数据 挖掘软件m i n e s e t 软件进行了在用车排放特性研究。其中应用s p s s 软件进行了 排放值与行驶里程、车龄的回归统计分析，得出了行驶里程、车龄和各排放物 的回归方程，利用回归方程预测了车辆各排放污染物排放超标的行驶里程和车 龄。应用m i n e s e t 进行了数据挖掘分析工作，得出了a s m 5 0 2 4 和a s m 2 5 4 0 检测 方法的关联规则、发动机供油方式与检测合格率的关联规则、黄绿标记对检测 合格率的关联规则、c o 与h c 及n o x 检测的关联规则、厂牌型号与排放值及排放 检测合格率的分类规则、柴油车的吸气方式对检测合格率的关联规则、柴油车 的烟度检测点h s u l 0 0 、h s u 9 0 、h s u 8 0 的关联规则等。 最后，本文在基于前面研究结论的基础上，进行了在用车排放监控措施的有 效性探讨。提出了对排放物限值有效性的监控方案，并给出了监控逻辑和搜索 模型及新限值的求取方法；对黄绿标记车辆的检测周期，各排放的回归的方程 的有效性也分别给出了监控逻辑及监控模型。 本研究成果，包括在用车排放污染物排放的回归方程、挖掘出的在用车排放 特性与排放检测方法特性、排放监控措施的有效性及监控模型等可供环境管理 部门借鉴。 广东工业大学：亡学硕士学位论文 关键诃：在用车排放特性排放检测方法特性数据挖掘评价指标 i i a b s t r a c t a b s t r a c t w i d l 山ed e v e l o p m e n to fa u t o m o b 丑ej 1 1 d u s r ) ，a n das h a r pj f l c r e a s i f l gi 工lm ep r e s e n t q u 舭d t yo fv e l l i c l e s ，v e h i c l ee x h a u s te r n j s s i o n h a sb e c o m eam a 证s o u r c eo f a 血1 0 s p h e t e p o u u d o n h e r e b hc o 眦t d e sa 王l o v e r 山ew o d de s t a b h s h e dr e l e v a n tr 。g u l a d o n s ，s t a n d a r d s 锄d r u k st oi f i l 弘o v ea 咖o s p h e r ee 沌呦e n td e t e 五o r a t e di 1 1 c r e a s i n g l 弘c o n t r 0 1 1 i 1 1 9o fe x h a u s t e i i l i s s i o no fm u s ev c h i c k si so n eo fe f c d 忙m e a 士l st 0d e c r e a s e 出ep e r c e n a g es h 壮m g 血山e a n n o s p h e r ep o u u d o nf o r v e h j c ke x h a u s te f n i s s i o n i n s p e c d o nt e s tm e d l o d so fe x h a u s t e i l l i s s i o no fi 1 1 一u s ev e l l i c k sa r ev a d o u s ，a n d 山et e s tc o s a p p k a d o na f e aa 1 1 dt e s p r e d s i o n g r a d ca r e 血。q m b l es n 】d yo f 出ec h a r a c t e 出血so fe x h a u s te m s s i o na n de 耐s s i o ni 1 1 s p e c d o n m e 出o d sf o ri 1 1 - u s ev e h j c k si sf 。q u i r c du 喀e n t l ym e 沌n m e n p f o t e c 曲n f i r s t i y t h i s 山e s i ss t u m e d 山ec h a r a c 七e d s d c so fe r n i s s i o n 血5 p e c d o ni n e d l o d sf o rj n u s e v e h j c k s i tw a sp u tf o 却a r d 血ee v 缸i 】a d o np a f a m e t e r so ft e s tc y c k sf o fw 1 1 i c ke x h a u s t e r n i s s i o nw i 山山em e a l l so ft e s t y c ka n 由s i s a n di tw a sa n a l y s e d 山e r r e l a d o nb e 啾e n e v e r y 仕a i l s i e n te r n i s s i o nt e s tm o d e so f 血- u s ev e k k sa 1 1 d 出er d e 咖tt y p ea p p r o v a lt e s tm o d e s o f 山1 1 e 血a ，e 毗叩ea 1 1 dc l l i n a w i 血出ec o m p 疵o ne x p e 血1 e 1 1 i t m a t e d 出ec o r r e l a d o n b e 帆e ni m l 9 5t e s tm o d ea 1 1 d 哆p e8 p p r o v a lt e s tm o d eo fc a ( g b l 8 3 5 2 2 2 0 0 1 ) ，d 哆t e s t m o d ea n ds h o r 七t e s tm o d e i ti so b t 血e d 山ec o n d u s i o n 山a td l ec o t f e l a d o ni sh i g h e rb e t w e e n 吐l et 【_ at e s tm o d ea n dd l en e d cm o d e ，出ei m 2 4 j dt e s tm o d e 姐dn 曙一7 5m o d e ，a t l d 山e c o r 地曲ni sa b o u t7 晰b e 眦e nc h i n e s ei m l 9 5m o d ea f l dt y p ea p p r 0 砌t e s tm o d eo fc h i n a w h e r e a f t e r ，i tw a sp e r f o r n l e de 戚s s i o nd l a r a c t e d s 血s t u d yo fi 1 1 i u s ev e h i c l e so ne l l l i s s i o n i i l s p e c t e dd a t u i l lb yd a t as t a d s t i ca n a l y s i s s o 丘o fs p s sa n dd a 妇n d n j f l gs o f to fm m e s e lw i 山 s p s s ，i t 吼sd 0 i l ca e g r e s s i o na 1 1 出s 灿e 骶e n 越v i l l g 枷e a g e u s i i l g8 学a 1 1 de 墙s i o n 训u e ， a n di tw a sg a i l l e dr e 铲e s s i o ne 卟l a 幻n sb e 却e 锄d i i v i i 培m d e a g e 甜1 de r n i s s i o nv a l u e s ，b e t w e e n v e l l i d ea g ea n de 心s i o nv a h l e s a n di tm sp f e 血t e d 抵吨1 1 1 i l 。a g ea t l dv e k c l e 样砌c h e 血s s i o nv 山ew m b e y o n d 山el i i i l i tv 山e s 砸山d l e s er e g r e s s i o ne q m 曲n s w i 山m m e s e t ，i t 啪s d o n ead a 诅幽ga c 曲玛a n dc o n c l u d e d 出ei n 5 p e c d n ga s s o c i a d o nr u ko ft e s tm o d eb e 却e e n a s m 5 0 2 4a f l da s m 2 5 4 q 吐l ea s s o c i a d o nr u ko fc o n f b m d 可r a 曲b e t 毗e ny e o wb f a n da n d g r e e nb r 眦d ，m ei n s p e c d n ga s s o c i a d o n n d eo fe m i s s i o nj 1 1 d e xa m o n gc o ，h c ，n o x ，血e c h s s 正c a 曲nr u l eo fc o n f b r r n i t yt a 西o fe i i l i s s i o na m o n gv e 址kn 1 0 d e l ，出ea s s o c i a d o nn 】l eo f i n s 陋曲nm o d e d i e s e le 唔n e ，血et e s p o i n ta s s o d a d o nr u l eo fh s u l o o ，h s u 9 0a n d h s u 8 0 e t c f i n a l l y ，b a s e do n 出er e s e a r c hc o n c h l s i o n 如ma b o v e ，i tw a sc 疵d o u ts t l l d yo fe 血s s i o n i i i ：童i ! ! ! 查兰三兰堡圭耋堡篁三 m o n i t o 血gm e a s u r e sf o ri 1 1 一u s ev e l l i c l e s i p u tf 0 却牡dm e a l l so fm o n i t 0 血gl i i 】血v 山eo f 曲= l i s s i o n ，m o f 她血g1 0 9 i c ，m o n i 七o d n gc y c l em o d e l a 士1 dc a l c d a 血gw a yo fn 哪嘶tv a l u e a n d i ta l s od 耐出ea i l a l o g o u sr e s e a r c hi ni n 5 p e c d n gp e r i o do fv e l l i c l ee r 工l i s s i o n 谢山g r e e no ry e u o w b t a n d 眦dr e 铲e s s i o ne q u a 曲no fe r n i s s i o n t h e s ec o n c l u s i o n si 1 1 c l u d i i l ge 对l a u s tp o u t a n tr e g r e s s i o n 。q u a d o n so f 诅- u s ev e 血l e s ， c h a f a c t e 芏i s d c so fe x h a u s te i i 】i s s i o na n di n 印e c d o nm e t h o d sf o tm u s ev e 虹c k s 出o u g h 出t a 血n i n 舀e i i l 主s s i o nm o l l i t o 血g m e a s 毗e sa n de r n i s s i o nm o n j t o d n g 1 0 d e l sa r eu s a b kf o r e 肿蛐e n t m a n a g e m 曲td c p a m n e n t s k e y w o 珂s ： i 1 1 - u s ev e k k ，e x h a u s te r l l i s s 主o nc h a r a c t e r i s 血s ，c h a f a c t e r i s d c so fe x h a u s te r n j s s i o n i n 5 p e c d o nm e 山o d s ，d a t af n i l l i l l g ，e v a l l l a d o np a r 衄e t e f s 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题背景 目前全世界的汽车总保有量约为6 5 亿辆，平均每十人拥有一辆汽车。世界汽 车总保有量的1 3 由美国占有，接近每人一辆汽车。欧洲也约占l 3 的世界汽车的 总保有量，平均每两人一辆汽车。日本汽车的保有量约为7 0 0 0 多万辆，大约也是 每两人一辆汽车。我国汽车保量将近2 0 0 0 多万辆，大约每6 0 人一辆汽车。汽车是 一个流动污染源。因为汽车使用内燃机做为动力，常用的汽油、柴油、c n g 等燃料 在内燃机中燃烧时可能产生：碳氢化合物( h c ) 、一氧化碳( c 0 ) 、氮氧化物( n o x ) 、 二氧化碳( c o 。) 、二氧化硫( s o 。) 、碳烟等有害排放物。 在城市中大气污染物来自不同的排放源，除汽车排气外，还有工业排放源， 民用排放源等。汽车排气污染的分担率反映了汽车排污在大气污染中所占的比重。 已有的研究表明，即使是在汽车排放控制严格、技术水平先进的发达国家，汽车 排气也仍然是大气污染物的一个重要来源，它的分担率较高。据研究，在大城市 中，空气中的c 0 、h c 、n o x 等有害气体分别有8 7 、6 l 、5 5 来自汽车排气。美 国大气中、一氧化碳的8 4 、氮氧化物的4 2 、碳氢化合物的7 0 来源于汽车的 排放：在欧洲，一氧化碳的7 6 ，碳氢化合物的3 6 和氮氧化物的5 l 来源于汽 车排气。对国内一些城市大气污染状况的调查研究结果也得到类似的研究结论n “。汽车排气已成为城市污染的主要污染源。 近年来随着我国经济的高速发展，城市汽车保有量以每年1 3 以上的速度发 展，尤其在一些中心城市，如北京、上海、广州等，汽车增长速度更快，全国私 家车的保有量已超过1 0 0 0 万辆。尽管自上世纪九十年代年以来我国不断加强了汽 车排放污染防治，但由于汽车保有量的不断急速增长，在用汽车的排气对我国， 尤其是对我国中心城市的大气环境的污染日益加重，汽车的排气污染逐渐成为影 响大、中等城市环境质量的重要因素。，。据环保部门的测试结果表明一些中心城 市的中心区的主要交通道路上的大气污染物浓度严重超标，交通干线上c o 、h c 、 n 0 x 和微粒浓度均高于全市同期监测结果，市区空气中氮氧化物浓度在持续上升。 目前我国的汽车工业正以前所未有的速度高速发展，在国内很多大中城市汽车的 广东工业大学工学硕士学位论文 排气也已经成为城市污染的重要污染源。 控制汽车的排气污染，保护城市空气生态环境已经成为国际汽车产业界耗费 大量的人力、财力、物力不断深入研究的重大课题和战略任务。因此采取有效的 尾气排放控制措施，制定相应的排放法规，研究有效的汽车排放检测方法和分析 技术，对于经济的可持续发展和城市环境治理有着重大的现实意义和深远影响。 目前世界上普遍通过立法来限制汽车排放，世界发达国家，如欧美、日本根据本国的车 辆行驶工况、车辆排放总量与车辆排放控制水平等制定适合自己的汽车排放法规与标 准。为了有效地治理环境污染，各国相继对大气中各种排放污染源的排放提出更严格控 制要求，以控制汽车污染物排放量，各国在用车的排放限值也不断降低。国外已经实行 比较有效的在用车的检测与维修( i n s p e c t i o n m a i n t e n a n c e ，简称i m ) 制度来控制在用 车的排气污染。这种制度包括对各种车辆的定期年检，不定期的道路检验，车辆使用者 定期的维护保养，并对车辆检测和维修制定出基本检测程序、规定检测装置的规格、规 定质量评定方法和技术能力等要求。i m 制度中的排放检测方法以美国为代表出台了 怠速双怠速法、加速模拟工况法( a c c e l e r a t i o ns i m u l a t i o nm o d e ，简称a s m ) 、 i m 2 4 0 工况法、v m a s s 工况法，自由加速法等。欧洲和日本的在用车虽然还是实行 无负荷法，其中汽油车采用怠法及高怠速法，柴油车采用自由加速法等。但欧洲 从1 9 9 4 年8 月至1 9 9 8 年4 月，由希腊、德国、法国、英国、瑞士的有关研究机构对 在用车排放测试规程也进行了深入研究，包括法规认证工况法( n e we u r o p e d r i v i n gc y c l e ，简称n e d c ) 、瞬态检测法( t o v a ) 、简易稳态负荷法( 在5 0 k m h 匀速时加载7 k w ) 、无负荷法( 包括高低怠速法测试) ，遥感测试法等m 。 在我国，比较完整的在用车排放检测方法的研究体系正在形成。2 0 0 5 年7 月国 家环保总局出台了在用车盼排放标准车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排 气烟度排放限值及测量方法( g b 3 8 4 7 2 0 0 5 ) 、点燃式发动机汽车排气污染物排 放限值及测量方法( 双怠速法及简易工况法) ( g b l 8 2 8 5 2 0 0 5 ) 中规定了在用车 的排放检测方法，检测方法有汽油车的无负荷法( 怠速法及双怠速法) 、稳态加载 法( a s m ) 、瞬态检测法( i m l 9 5 ) 、简易瞬态法( i g l 9 5 ) 等，柴油车的自由加速不 透光烟度法、加载减速不透光烟度测试方法。 国外发达国家已经形成比较完善的在用车排放控制体系，取得很多成功的经 第一章绪论 验。而在我国对在用车的控制起步较晚，我国的基本国情决定我们不能一蹴而就， 因此如何建立科学的、比较完善的在用车排放控制体系是当前及今后一段时间里 急需解决的问题。 1 2 本文来源及目的 目前世界上著名的汽车排放法规与标准主要有两大体系，即美国、欧洲体系。 日本虽有自己的独立体系，但较少被其它国家所引用。我国及世界上许多其它的 国家都不同程度地参考这些法规体系。但不同的汽车排放法规与标准对应不同的 排放测试方法与限值，如美国的f t p 一7 5 测试工况与欧洲的n e d c 工况是两种完全不 同的测试工况，分别反映了各自的车辆行驶工况及各自的地貌状况。排放测试方 法对车辆的排放水平的评价影响很大。实验表明测试方法不同，测试结果也不同， 如美国的在用车有负荷瞬态测试方法i m 2 4 0 与新车型式认证f t p 一7 5 的相关性较好， 无负荷测试及有负荷的稳态加载测试( a s m ) 与f t p 一7 5 的相关性就较差。各自的测 试的重点也不同、测试成本也相差较大；一般无负荷法操作简便成本低，有负荷 法的操作较为复杂，测试成本较高“1 。 我国国家环保总局颁发的在用车排放检测方法当中的稳态加载法是照搬美 国的稳态加载法( a s m ) ，瞬态检测法( i m l 9 5 ) 、简易瞬态法( i g l 9 5 ) 是直接引 用新车型式认证工况( g b l 8 3 5 2 2 2 0 0 1 ) 曲线的第一个1 9 5 秒作为运行工况。 进行在用车的排放检测方法的特性及在用车排放特性研究，对于建立科学的、 比较完善的在用车排放控制体系有十分重要的理沦价值与应用价值。开展在用 车排放检测方法的研究对于科学制订相关的排放法规，实施科学的在用车排放 监控措施也具有十分重要的现实意义。 世界在用车排放检测方法很多，各国的排放标准体系都是根据当地的路况、 汽车排放在大气污染中的分担率等因素来制订各自的汽车尾气排放标准。深圳 市汇银实业有限公司与广东工业大学等单位联合承担了国家十五攻关项目“在 用汽车排放检测方法的研究”，项目编号2 0 0 3 队4 0 8 8 2 9 ，项目时间2 0 0 3 年6 月 一2 0 0 5 年7 月，该课题主要开展在用车排放检测方法、检测设备、检测示范站建 设三方面研究。 3 广东工业大学工学硕士学位论文 本文作为上述课题的子课题，主要进行在用车排放检测排放检测数据的处 理、在用车排放检测方法特性、排放特性的研究。 1 3 本论文的主要工作与创新 1 本论文主要开展以下几方面的研究 1 ) 在用车排放检测方法的特性研究 设计工况评价指标，开展对各种在用车排放检测方法的特性研究，并通过试 验对我国在用车的i m l 9 5 排放检测工况与新车型式认证( g b l 8 3 5 2 2 2 0 0 1 ) 的标 准规定的排放检测工况、新车型式认证( g b l 8 3 5 2 2 2 0 0 1 ) 标准中的城市工况、 ( g b l 8 3 5 2 2 2 0 0 1 ) 标准中的第一个1 9 5 s 工况的相关性进行了对比研究。 2 ) 在用车排放特性的研究 将数据挖掘技术应用于对大量排放检测数据的分析，引入了新的分析方法， 开展在用车的排放特性与车辆使用状况的关系、检测方法关联特性的研究。如研 究轻型汽油车排放污染物超标对应的车辆行驶里程和车龄；柴油车的排放烟度 值随车辆行驶里程、车龄的变化规律：研究a s m 5 0 2 4 和a s m 2 5 4 0 检测方法的关 联规则、发动机供油方式与检测合格率的关联规则、黄绿标记对检测合格率的 关联规则、c o 与h c 及n o x 检测的关联规则、厂牌型号与排放值及排放检测合格 率的分类规则、柴油车的吸气方式对检测合格率的关联规则、柴油车的烟度检 测点h s u l o o 、h s u 9 0 、h s u 8 0 的关联规则等。 3 ) 在用车排放监控措施的有效性研究 研究国内外在用车的监控措施发展趋势，基于1 ) 、2 ) 中的研究结果对一些 在用车的排放监控措施的有效性进行探讨，提出排放新限值的计算逻辑、黄绿 标车辆复检间隔有效性的监控逻辑及回归方程有效性的监控逻辑。 2 本论文的主要创新 相关资料表明之前有人使用统计手法对在用车辆的排放特性展开过研究，但 基本只停留在曲线趋势上的论述，未能在量化上做出比较详细的分析。 本文较系统地提出了在用汽车不同排放检测工况的评价指标，并应用这些指 标对不同排放测试方法的相关性进行了分析，得出了定量结果。 4 第一章绪论 本文将数据挖掘方法应用于对在用车的排放检测数据的分析中，深入挖掘出 了在用车排放规律与在用车排放检测方法的一些关联特性。 本文提出了在用车的排放监控模型及模型的有效性条件。 5 广东工、l k 大学工学硕士学位论文 第二章在用车排放检测方法的特性研究 2 1 在用车排放检测方法概况 世界在用车排放检测方法较多，大多是依据自己国家的实际情况制订出来的。 当前世界西方发达国家对在用车排放的治理是与新车排放水平控制相辅相成的， 世界在用车排放检测方法水平的高低与该国的车辆排放控制技术水平相一致。全 球汽车排放法规主要有两大体系，即美国体系和欧洲体系。在用车的检测方法主 要按有无负载荷进行分类，分为无负荷检测方法和有负荷检测方法两大类。 美国、日本最早于2 0 世纪6 0 年代起开始控制汽车排放，美国排放法规要求最 严，日本一直紧跟美国。美国从上世纪7 0 年代末8 0 年代初开始对在用车实施i m 制度。现在美国在用车已经形成了一系列排放检测方法，如包括汽油车的怠速 双怠速法、柴油车的自由加速法的无负荷测试方法；包括汽油车的a s m 加速模拟工 况法、i m 2 4 0 瞬态工况法、v m a s 简易瞬态工况法等，柴油车加载测试的有负荷测试 方法等。对于这些测量方法，具体实施哪种，由各州政府根据当地的经济情况及 空气质量状况等因素确定。一般情况是空气污染较严重的州采用工况法，空气质 量一般的州采用怠速法或双怠速法，空气质量优良的州甚至没有检测要求。另外， 遥感监测方法和车载诊断系统也被广泛使用在道路边的实际车辆排放监测中u “。 欧洲标准是由欧洲经济委员会( e c e ) 的排放法规和欧共体( e e c ) 的排放指 令共同加以实现的，欧共体( e e c ) 即是现在的欧盟( e u ) 。欧洲对于新车的型式 认证已经形成欧洲标准系列。虽然目前在在用车排放检测方面，欧洲、日本对汽 油车主要还是采取加测 的怠速法双怠速法，柴油车只有自由加速法；但欧洲的 相关研究机构已研究出简易工况法( t 0 v - a ) 、汽油车的5 0 7 ( v d t d v 测试方法) 和柴油车的稳态负荷法( v d t 0 v ) 等方法。同时进行了大样本数的遥感测试( r e m o t e s e n s i n g ) ，受检车辆超过8 0 ，0 0 0 辆w 。 我国自从1 9 8 3 年开始实施汽车排放污染物的控制标准，之后经过不断的补充、 修订和严格，到1 9 9 3 年以后陆续颁布了7 项汽车排放标准和相应的7 项测量方法标 准，初步形成了我国的汽车排放标准体系。在用车排放标准方面，我国现阶段主 要还是汽油车的怠速法双怠速法，柴油车的自由加速法。2 0 0 5 年7 月1 日国家环保 总局出台了点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法( 双怠速法及简 易工况法) ( g b1 8 2 8 5 2 0 0 5 ) 和车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气 第二章在用车排放检测方法的特性研究 烟度排放限值及测量方法( g b3 8 4 7 2 0 0 5 ) 等一系列排放标准。提出了针对汽 油车的怠速法双怠速法、稳态加载测试法( a s m ) 、瞬态工况法( i m l 9 5 ) 、简易 瞬态工况法( i g l 9 5 ) ，柴油车的自由加速法、加载减速法( 1 u n g d o w n ) 等测试 方法。 对国外已经形成的在用车检测方法进行分类的话，针对汽油车可分为无负荷 法，包括汽油车的怠速双怠速法，柴油车的自由加速法，与有负荷法，包括汽油 车的a s m 加速模拟工况法、汽油车的5 0 一7 ( v d t o v 稳态测试方法) 工况法，i m 2 4 0 瞬态工况法、v m a s 简易瞬态工况法、t 0 v a 瞬态工况法等；针对柴油车的有无负 荷的自由加速法，与有负荷的稳态负荷法d t 仃v ) 、柴油车加载测试等。在我国 部分城市已经实行汽油车的a s m 、i g l 9 5 、i m l 9 5 测试方法，及柴油车的加载减速不 透光烟度法。这些林林总总不同的测试方法之间有无对应关系，与新车型式认证工 况相关性如何? 是车辆制造方、使用方、检测方、政府环保部门以及排放工作者都 十分关注的问题，到目前为止还没有完整的结论、也是急需研究的课题。本章采取 工况解析与比对实验的方法进行排放检测方法的特性研究。 2 2 在用车排放检测方法的工况解析 2 2 1 工况评价指标 在用车排放检测方法选用的原则一般有：1 ) 瞄准与新车型式认证的相关性： 2 ) 根据各地的实际经济情况选取造价成本合适的检测殴备；3 ) 根据当地的汽 车排气在大气污染中的分担率等，对这些因素综合权衡，确定检测方法。各种 检测方法所对应的工况相差很大。汽车排放浓度主要受车辆运行的车速、加速 度、怠速时间等因素的影响。本文以车辆平均速度、加速度、车辆速度与加速 度乘积的标准偏差d f v + n ) 、怠速时间占整个测试规程的比率、最高车速、理论 行驶距离、车辆速度与加速度乘积的最大值等指标来评价各工况的不同。 本文所采用的工况解析评价指标如下： ( 1 ) 相关系数， 相关系数r 用来描述因变量和自变量的线性相关性。 卫 专( _ 一m ，) ( y r m ，) 阿阿 7 广东工业大学工学硕士学位论文 式中的x ，y 为变量，m 。和m 。分别为x 和y 的平均值。汽车排放测试时x ，y 是 指两种不同测试方法的排放测量值。 ( 2 ) 持续时间f 指车辆在试验台上按照工况曲线运行的总时间，单位为s 。 ( 3 ) 理论行驶距离， 指按照车辆运行的速度、时间所计算出的车辆运行距离，单位为k m 。 ( 4 ) 最高车速v 。； 指在整个工况中运行的最高车速，单位为k m h 。 ( 5 ) 平均车速v 指整个测试过程的运行平均车速v ，单位为k m h 。 ( 6 ) 最大加速度口 指整个测试过程中车辆运行的最大加速度，单位m 2 s 3 ( 7 ) 最大加速度与速度的乘积( v + ) 。 指各个采样点速度和加速度乘积的最大值，单位为m 2 s 3 。 ( 7 ) 加速度与速度乘积的标准偏差( v n ) 指各采样点速度和加速度乘积的标准偏差，单位为m 2 s3 。 ( 9 ) 怠速时间比例屈 指怠速时间在整个工况运行时间中的比值，单位为。 为了寻求各在用车排放检测方法与新车型式认证在工况上的相关性，本章采 取取各在用车排放检测方法与其对应的型式认证工况的各项评定参数的偏差比， 即型式认证值与各种瞬态工况法之差与型式认证的比值的方法来评价它们之间的 相关性。这里各在用车排放检测方法主要指瞬态工况法。以带上标的各评价指标 符号来表示其对应的偏差比，即r 、f r 、v k 、( ”4 4 ) r 眦、肋( v ，n ) 、d 0 。 分别对应其各自的偏差比。 2 2 2 工况解析 本节对各种在用车排放检测工况进行分析，按照上节提出的工况评价指标进 行描述。下面分汽油车、柴油车分别进行分析。 一些在用车排放瞬态测试方法、新车的型式认证测试方法n e d c 、f t p 一7 5 工况 指标的分析结果统计在表2 1 中。一些在用车瞬态排放检测方法的各项指标与其对 应的型式认证工况的偏差比计算结果见表2 2 。 表2 1 在用车排放瞬态检测工况与n e d c ，f t p 7 5 工况的解析指标 t 铀i e 2 - la n a l y s i sp a r a m e t e r so fe x h a u s tt r a n s i e n tt e s tc y c l e sf o ri n u s ev e h i c l e s ，n e d ca n d n e d c e c e l 5 - 参数单位e u d c= ( e c e l 5 +t u v a i m 2 4 0i m l 9 5f t p 7 5 ( u d c ) e u d c ) 7 8 04 0 01 1 8 02 0 02 4 01 9 52 4 7 5 ， k m4 0 5 26 9 5 51 1 0 0 71 9 6 93 1 3l0 1 31 7 6 9 一 v k m h1 8 76 2 63 3 63 5 44 8 1 9 3 3 9 v m a x k m h5 01 2 01 2 09 09 l5 09 6 4 p 。 3 2 11 02 42 5 53 7 53 0 81 5 3 口m a x m s 2 1 0 40 8 31 0 41 0 41 4 71 0 41 4 8 肋( v $ d ) m 2 s 3 5 5 73 84 25 97 25 5 7 7 6 ( v + 口) 一 m 2 s 3 1 46 5 1 8 5 l1 8 ，5 11 8 ，5 1 4 0 1 51 4 6 54 0 1 5 表2 2 在用车瞬态检测工况与型式认证工况的偏差比 t a b l e 2 2d e v i a t i o np e r c e n t a g eb e t w e e ni n - u s ev e h i c l et r a n s i e n tt e s tc y c l e sa n dt y p ea p p r o v a l 对比工况 偏差比 i m l 9 5 g b l 8 3 5 2 2 偏差秦 t u v a n e d ci m 2 4 0 f t p 7 5 2 0 0 1 f 一8 39 0 38 34 ，一8 28 2 ，39 0 7 v 7 5 34 l - 64 3 5 舌二“ 一2 55 65 8 3 p ： 6 37 5 52 8 3 口孟； o00 ( v 口) ，眦 002 0 9 肋( v + 口) 一4 0 ，55 33 0 2 1 汽油车 1 ) 怠速法及双怠速法 9 广东： 业大学工学硕士学位论文 为无负荷工况法，车辆平均速度、加速度、车速与加速度乘积的最大值( v + n ) 及车速与加速度乘积的标准偏差肋( v + 口) 均为零，怠速时间占整个测试规程的比 率为1 0 0 。从工况上分析，该试验规程与型式认证全工况试验规程的相关性差。 有试验表明怠速法与型式认证f t p 一7 5 的相关性r 只有o 1 0 2 之间u 。 2 ) 稳态加载( a s m ) 测试方法 ( 1 ) 测试工况 如图2 1 所示。 卑遵f k n 妇) a s m 2 5 4 0 捷锺汝掣鼍。a s m 2 5 4 0 = ：! ： 霓。 一删s 0 2 5 块建拘珥，：强。 a s m 5 。2 5 。e 况j | 一 一 v 锯s 暑j 5 2 5 9 钒如甄l s ；2 矗9 佻健 l 艇( j 图2 1a s m 工况 f i g 2 1t h ea s md r i v i n gc y c l e 竖轴为车速，横轴为车辆运行时间。该方法加载保持固定值，整个测试过程为 1 8 0 秒。有两个等速工况段，一是a s m 5 0 2 5 工况，车速为2 5 k m h ，按车辆加速度为 1 4 7 m s2 时负荷的5 0 进行加载。二是a s m 2 5 4 0 工况，车速为4 0 k m h ，按车辆加 速度为1 4 7 m s2 时负荷的2 5 进行加载w 。排放取样时的工况为稳态，故称稳态 加载工况。 ( 2 ) 工况解析 为稳态工况，测试加速度为0 ，车速与加速度乘积的最大值( p + n ) 及车速与 加速度乘积的标准偏差如f v + n ) 均为零，怠速时间占整个测试规程的比率为0 ，平 均车速为2 5 k m h 或4 0 k m h 。只有车速与f t p 一7 5 的偏差率为2 6 3 或1 8 ，其余各 项的偏差比均达1 0 0 。该试验规程从工况上分析与f t p 一7 5 试验规程的相关性一 般。 ( 3 ) 试验相关性分析 根据有关资料表明a s m 方法与f t p 一7 5 的相关系数r ，c o 为0 6 0 ，h c 为0 4 7 ，n o x 第二章在用车排放检测方法的特性研究 为o 6 0 一o 8 3 w 。与f t p 一7 5 的相关性一般。 3 ) i m 2 4 0 工况法 ( 1 ) 测试工况 美国自上世纪8 0 年代开始研究在用汽车排放简易测试方法，开发出i m 2 4 0 简易 工况法，是目前该领域最先进的测试程序之一。它是建立在美国联邦测试规程 f t p 一7 5 的前2 4 0 s 工况基础之上，并对之进行修改后得出，如图2 2 所示，其工况共 2 4 0 s ，分两个阶段，0 9 3 s 为第一阶段，9 4 2 4 0 s 为第二阶段”。 董 髯 o5 01 0 0 时间t s 图2 - 2 i m 2 4 0 工况 f i g 2 - 2t h ei m 2 4 0d “v i n gc y c l e ( 2 )： 况解析 i m 2 4 0 与f t p 一7 5 循环工况比较见表2 1 、2 2 。从该两表可以看出i m 2 4 0 怠速时 间占总的测试时间的3 8 ，f t p 一7 5 的怠速时间占总的测试时间的2 0 ，速度与加速 度的乘积的标准偏差( v + ) 为7 2 ，车速与加速度乘积的最大值( v + n ) 为4 0 5 。 i m 2 4 0 相比f t p 一7 5 最高车速相差5 6 ，平均车速相差4 2 5 ，最高车速相差5 6 ， 车速与加速度乘积的最大之相差0 ，车速与加速乘积的标准偏差相差5 3 。可见 两者最高车速、车速与加速度乘积的最大值( v + 口)、车速与加速度乘积的标准 偏差肋( v ，d ) 的偏差都很小，只有平均车速相差较大。可见i m 2 4 0 与f t p 一7 5 的工况 具有较好的相关性。 ( 3 ) 试验相关性 与型式认证f t p 一7 5 的相关性对比试验有关研究的结果见表2 3 ，表明两者具 有很好的相关性。 柏柚柏伸0 堑：! 些奎兰三兰堡圭耋堡丝兰 表2 3i m 2 4 0 与f t p 一7 5 的相关性 t a b l e 2 - 3c o r r e l a “o no fi m 2 4 0a n df t p 7 5 检测方法 i m 2 4 0 h c ：0 9 5 相关性 c o ：o 7 1 n o ，：0 9 6 4 ) t o v a 短工况法 ( 1 ) 测试工况 欧洲t o v 研究机构根据欧洲的车辆行驶状况设计了一个短工况，该工况曲线见 图2 3 ，测试循环时间为2 0 0 s ，最高车速为9 0 k m h 。通常该测试工况循环两次，但 只记录第二次循环的测试数据。 癸 舔：j j 1 1 7 5 o盟5 图2 - 3t u v - a 工况 f i g2 3t h et 0 v ad r j v j n gc y c l e ( 2 ) 工况解析 t d v a 短工况与欧洲新车型式认证排放测试n e d c 循环工况的比较见表2 1 、 2 2 ，t o v a 怠速时间在总的测试时间里占的比率为2 5 5 ，n e d c 的怠速时间在总 的测试时间里占的比率为2 4 8 ，怠速时间比率相差6 3 ，t 0 v a 相对n e d c 最高车 速的相差2 5 ，平均车速相差5 4 ，车速与加速度乘积的最大值( v + a ) 相差为o ， 车速与加速度乘积的标准偏差肋( v + n ) 相差4 0 5 。可见两者怠速时间比率的偏 差，平均车速的偏差，车速与加速度乘积最大值的偏差都较小，只有车速与加速 度乘积的标准偏差相差较大。由此可见t o v a 与n e d c 的工况相关性较好。 ( 3 ) 试验结果的相关性 实际检测的车辆在t o v a 短工况下，h c 、c o 、n o x 各排放水平与冷启动的n e d c 测试循环的结果相关性见表2 4 ，相关性高，说明该工况与欧洲n e d c 循环之间的相 第二章在用车排放检测方法的特性研究 关性好m 一。 表2 4t 0 v a 与n e d c 的相关r | 生 t a b l e 2 4c o r r e l a t i o no ft o v aa n dn e d c 检测方法瞬态t o v a h c ：0 9 2 相关性 c o ：0 9 5 n o ，：o 9 8 5 )i m l 9 5 ( 1 ) 测试工况 我国国家环保总局在新的在用车排放标准g b l 8 2 8 5 2 0 0 5 中提出i m l 9 5 测试方 法，该测试工况与g b l 8 3 5 2 2 2 0 0 1 中规定的新车型式认证工况的第一阶段的第一 个循环工况( 下称短工况) 完全相同，测试工况曲线如图2 4 所示，运行时问为1 9 5 s ， 故称i m l 9 5 。我国的g b l 8 3 5 2 2 2 0 0 1 中规定的新车型式认证工况与欧洲的新车型式 认证n e d c 工况相同。 5 。 4 0 。器 童 霉絮 m 图2 4 i m l 9 5 工况 f i g 2 4t h ei m l 9 5d r i v i n gc y c l e ( 2 ) 工况解析 i m l 9 5 与g b l 8 3 5 2 2 2 0 0 l 全工况对比见表2 1 、2 2 。从表2 1 可以得出i m l 9 5 的怠速时间在总的测试时间里占的比率为3 2 3 ，g b l 8 3 5 2 2 2 0 0 l 的怠速时间在总 的测试时间里占的比率为2 4 8 。i