CN108562442A - 车辆实际行驶排放测试设备和方法 - Google Patents
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Abstract
一种车辆实际行驶排放测试设备，包括数据处理部分，用于对数据采集部分采集的数据进行处理，以确定车辆实际行驶时尾气中污染物指标；其中，所述数据处理部分包括下述三个模块：窗口确认模块，行驶条件验证模块，计算和评估模块；其中，所述窗口确认模块配置成基于一CO2排放量基准值以移动窗口法划分出一系列CO2窗口；所述行驶条件验证模块配置成对测试过程中的行驶路线和车辆动力学特性进行验证；所述计算和评估模块配置成对各CO2窗口的正常性和完整性进行验证；并且计算出尾气中污染物的排放因子。
Description
技术领域
本申请涉及一种用于测试车辆的实际行驶排放(RDE)的设备和方法。
背景技术
车辆排放的尾气中包含CO、CO2、NOx、颗粒物等成分。近年来，随着环保意识的增强，越来越严格的排放标准被执行。传统上，车辆尾气通常以实验室标准测试循环方法基于某一特定的工况循环来测试尾气中的各种成分。然而，实验室标准测试循环中所能覆盖的工况范围很小，不能反映车辆在实际道路条件下行驶的各种复杂工况。因此，实验室认证测试的排放结果与车辆在道路上行驶的实际排放可能存在很大差异。为此，出现了一些基于最新车辆排放测试法规中引入的RDE测试开发的排放测试设备，用于对车辆在实际道路行驶条件下的排放水平进行评估。
然而，现有的车载排放测试设备尚不完全令人满意。比如，有的测试设备在检测完数据之后，需要大量人工操作对这些检测数据进行处理。此外，可能是因为车辆在实际道路上行驶时有很多因素影响RDE测试结果，导致同一次测试在不同排放测试设备中呈现的结果存在一定偏差。
发明内容
为此，本申请的目的是提供改进车辆RDE测试结果计算的方法，其能够简化排放测试过程，提升RDE测试结果。
根据本申请的一个方面，提供了一种车辆实际行驶排放测试设备，包括数据处理部分，用于对车辆在一定距离的实际行驶路线中以低速、中速、高速这三种速段行驶时采集的数据进行处理，以确定车辆实际行驶时尾气中污染物指标；其中，所述数据处理部分包括下述三个模块：窗口确认模块，行驶条件验证模块，计算和评估模块；其中，所述窗口确认模块配置成基于一CO2排放量基准值以移动窗口法划分出一系列CO2窗口；所述行驶条件验证模块配置成对测试过程中的行驶路线和车辆动力学特性进行验证；所述计算和评估模块配置成对各CO2窗口的正常性和完整性进行验证，并且计算出尾气中污染物的排放因子。
根据本申请的一个方面，提供了一种车辆实际行驶排放测试方法，可选地由前述车辆实际行驶排放测试设备执行，所述方法包括下述步骤：获取实际行驶排放原始数据；接下来，执行CO2窗口划分，执行行驶条件验证，执行各CO2窗口的正常性和完整性的验证；接下来，计算污染物的排放因子，和可选的相对于排放法规中规定的限值的符合性因子。
根据本申请的一个方面，提供了一种机器或计算机可读介质，存储有一种软件(计算机程序)，所述软件可选地能够由前述车辆实际行驶排放测试设备执行，并且所述软件在执行时能够实现前述车辆实际行驶排放测试方法。
根据本申请，在RDE测试中计入了影响RDE测试结果的多种主要因素，因而能够获得较高的测试结果稳定性。
附图说明
图1是根据本申请可行实施方式的车辆RDE测试设备的数据处理部分的示意性框图；
图2是根据本申请可行实施方式的车辆RDE测试方法的示意性流程图；
图3～5是本申请的车辆RDE测试方法中的三个主要步骤中包含的分步骤的示意性流程图。
具体实施方式
下面描述本申请的一些可行实施方式。
本申请总体上涉及车辆RDE测试。本申请的一个方面涉及一种车辆RDE测试设备，其主要包括数据处理部分，用于对车辆实际行驶时采集到的数据进行处理，以便得到RDE测试结果。
本申请的RDE测试设备还可以包括数据采集部分，用于在车辆实际行驶时采集数据。数据采集部分和数据处理部分可以集成在一起，构成一个便携式车载设备。
或者，数据采集部分可以构造成便携式车载设备，数据处理部分可以安置在后台。在这种情况下，数据采集部分随车辆行驶采集了数据后，可以通过直接连线、拷盘等方式向数据处理部分传输数据；或者，数据采集部分可以在车辆上通过无线传输方式(例如，实时地)向后台的数据处理部分传输数据。
数据采集部分用来检测RDE测试所需的各种数据。数据采集部分主要包括各种尾气检测器件，主要用于检测行驶过程中车辆尾气中的CO、CO2、NOx、颗粒物等成分，以及尾气温度、压力等；车辆定位系统，用于确定车辆的位置，包括经纬度、海拔信息等；环境检测器件，用于检测环境温度、压力等；车辆ECU连接器件，用于与车辆ECU通讯连接，以便采集车辆的各种运行参数，包括车速、加速度、发动机转速、发动机冷却液温度、车辆加速和急停信号等等。
数据处理部分对车辆在三种不同的速段中行驶时由数据采集部分获取的数据进行处理，以便确认测试条件是否满足要求，计算并输出反映车辆在实际道路上行驶时尾气中污染物含量的测试结果。
需要指出，在数据处理部分对数据采集部分采集的相关数据进行处理之前，有可能需要先对数据采集部分进行标定，必要时对检测数据进行修正。
根据一种可行实施方式，如图1所示，本申请的数据处理部分主要包括三个模块，即窗口确认模块Module1，行驶条件验证模块Module2，计算和评估模块Module3。这三个模块可以由一套RDE测试软件中的三个软件模块实现。
在窗口确认模块Module1中，选择由数据采集部分采集的各个时刻的污染物数据中被认为可用的那些，剔除不可用的部分(例如车辆冷启动、急停等状况下的污染物数据)。之后，以移动窗口法划分出一系列CO2窗口，即以车辆在Ⅰ型实验(WLTC循环)中CO2总排放量的一半作为划分窗口依据的基准值，从某个起始时刻的CO2质量开始累加，直到CO2累加质量大于或等于该基准值时作为结束时刻，则从该起始时刻到该结束时刻为一个CO2窗口。然后从所述起始时刻加上一个采样间隔作为下一个起始时刻，并且利用相同的方法获得下一个CO2窗口。依次类推，划分出多个CO2窗口。
在行驶条件验证模块Module2中，利用数据采集部分获取的车速、加速度、车辆定位等信息，验证测试过程中的行驶路线和车辆动力学特性是否符合要求。
具体而言，根据本申请，车辆测试路线必须包含低速、中速、高速三种速段的道路，且各段路线必须满足里程占比、行驶时间、海拔变化等要求。
具体而言，上述三种速段可以如下定义：
低速：车速在0-60km/h
中速：车速在60-90km/h
高速：车速在90-140km/h
当然，三种速段的数值范围并不一定局限于此，而是可以根据具体需要而调整。
车辆在三种速段中行驶的里程占比可以设置为大致都在33.3％(±一个范围)。或者，根据具体的车型和常规使用情况而设置每个速段中的占比。例如，通常在市区内行驶的车辆或是在有限区域内反复来回移动的车辆可以将低速速段的占比确定为较大，而通常在城市间行驶的车辆可以将高速速段的占比确定为较大。受测试车辆需满足三种速段的里程占比要求。
此外，本申请对测试路线的海拔变化也有具体要求，以避免车辆行驶中海拔变化太大。例如，可以要求整个测试路线的起点和终点之间的海拔差异不超过一个极限值，例如100m左右。或者，可以要求一段测试距离内海拔变化的绝对值的累积量不超过一个极限值，例如100公里测试距离内海拔变化的绝对值的累积量不超过1200m。当然，上述数值都是示例性的，而非局限于此。
如果一个测试过程中满足上述关于三种速段以及海拔等的全部要求，则测试过程的行驶路线满足要求。否则，行驶路线被认为不满足要求。
此外，在行驶条件验证模块Module2中，还要验证车辆在测试过程中的动力学特性。
车辆在行驶过程中，受道路条件和交通条件影响很大。为了较好地评估车辆行驶过程的顺畅程度，定义累积相对正加速度(RPA)、速度加速度乘积的第95％(v*apos95)顺位这两个指标来对驾驶平缓或激烈进行判定。RPA是为了保证行驶不要太过平缓，v*apos95是为了保证行驶不要太过激烈。
针对三种速段，分别设置相应的RPA限值。如果在任一种速段中RPA低于相应的限值，则认为车辆动力学特性不符合要求。
另一方面，针对三种速段，分别设置相应的v*apos95限值。如果在任一种速段中v*apos95高于相应的限值，则认为车辆动力学特性不符合要求。
前述窗口确认模块Module1中划分的CO2窗口和行驶条件验证模块Module2中对行驶条件的验证结果都被导入计算和评估模块Module3中。
在计算和评估模块Module3中，采用WLTC标准的CO2特性曲线图来评估实际道路排放下各个CO2窗口是否在正常的范围内。每辆测试车的CO2特性曲线都各不相同。CO2特性曲线是由测试车辆在实验室进行WLTC循环工况所得到的CO2排放决定的。CO2特性曲线包括一条CO2基准线，它是由WLTC循环工况下三种速段的平均车速与车辆在这三个速段的CO2排放因子决定的。将CO2基准线上的每个点分别向上、向下偏移±25％，得到两条基本公差线和这两条基本公差线之间的基准公差带；将CO2基准线上的每个点分别向上下分别偏移±50％，得到两条二次公差线和分别位于这两条二次公差线与相应的基本公差线之间的二次公差带。
对于模块Module1中划分出来的各个CO2窗口，计算每个窗口中的CO2排放因子，即该窗口中CO2的质量除以该窗口中车辆行驶里程。根据每个窗口的平均车速和CO2排放因子，可以在CO2特性曲线图中确定各个窗口对应的位置。若这个窗口落入基本公差带内，则认为这个窗口是正常窗口。每个速段的正常窗口数量在窗口确认模块Module1对三个速段中划分出的全部窗口数量中占一定百分比(例如，但不限于，15％)以上，即认为测试过程中的窗口正常性符合要求。
此外，对于每个速段，其正常窗口数量不低于该速段中全部窗口数量的一定比例(例如，但不限于，50％)，即认为测试过程中的窗口完整性符合要求。
如果测试过程的窗口正常性、完整性，以及前面描述的行驶条件验证模块Module2中验证的行驶路线和车辆动力学特性，都符合要求，则认为此次测试有效。如果有任何一条未被满足，则认为此次测试无效，需重新组织测试。
在所有验证都通过的情况下，接下来，在计算和评估模块Module3中，计算加权的RDE污染物排放因子。
首先，在每个窗口中，将每种污染物的质量除以该窗口中车辆行驶里程，即得到该窗口中每种污染物的排放因子。
接下来，对于落入基本公差带内的窗口，赋予加权系数1；对于落在二次公差带内的窗口，赋予一个位于0到1之间的加权系数(离CO2基准线越远，加权系数越小)；对于落在二次公差带外则的窗口，则赋予加权系数0。
接下来，对于每个速段，将该速段内每个窗口的加权系数对该窗口中的各污染物质量进行处理，得到每个速段中污染物排放因子。例如，可以得到每个速段中每种污染物的排放因子，也可以得到每个速段中全部污染物的排放因子。
接下来，将三种速段中的污染物的排放因子汇总处理，得到整个测试行程中的各种污染物的排放因子。
接下来，定义符合性因子(CF)，其为测试车辆污染物排放因子与法规限值的比值，用于评估车辆排气是否符合法规要求。对于某种污染物，其整个测试行程或低速行程中的符合性因子大于1，则认为不符合法规要求，两者均小于等于1，则认为符合法规要求。
需要指出，在前述验证有任何一项或多项未通过的情况下，可以不执行污染物排放因子的计算，而是直接提示此次测试无效；或者，也可以执行污染物排放因子的计算，但提示计算结果是在某项验证未通过的情况下得出的。
需要指出，计算和评估模块Module3中验证测试过程的正常性、完整性的部分可以拆分出来构成一个窗口有效性验证模块。
本申请的数据处理部分可将计算和评估模块Module3中计算和评估的各种结果以各种适宜的方式展示、记录或提供。例如，通过车辆RDE测试设备的屏幕展示，通过车辆RDE测试设备的打印机打印出来，存储在车辆RDE测试设备的存储器件中并且可被读取。根据一种可行实施方式，车辆RDE测试设备可以配备有无线通讯器件，用于将检测到的数据以及测试和评估结果无线发送给远程监测站。
本申请的车辆RDE测试设备所能提供的测试和评估结果可以包括：测试是否有效；每个速段中的每种污染物或全部污染物的排放因子；整个测试行程中每种污染物或全部污染物的排放因子；等等。
本申请在另一方面涉及一种车辆RDE测试方法，其可以在前面描述的车辆RDE测试设备中执行。因此，前面针对车辆RDE测试设备描述的各种特征同样适用于车辆RDE测试方法，因而不再重复介绍。
本申请的车辆RDE测试方法的一种可行实施方式如图2示意性显示，主要包括下面描述的步骤。
在步骤S1，开始执行RDE测试。
接下来，在步骤S2，采集RDE原始数据，例如前面描述的由数据采集部分获取的各种数据。
接下来，在步骤S3，执行CO2窗口划分。
并且，在步骤S4，执行行驶条件验证。
并且，在步骤S5，确定各CO2窗口在WLTC标准的CO2特性曲线图中的位置(落在基本公差带内，落在二次公差带内，落在二次公差带外)；基于CO2窗口位置，验证窗口正常性、完整性；然后，在行驶条件验证以及窗口正常性、完整性验证都通过的情况下，计算尾气污染物的排放因子和符合性因子。
接下来，在步骤S6，输出测试和评估结果。
在上述方法中，步骤S3、S4、S5可以以任何先后顺序执行。
根据一种可行实施方式，上述步骤S3可以如下实现：
在分步骤S31，确定WLTC循环中CO2总排放量的一半作为窗口化服基准值；同时，在分步骤S32，从RDE原始数据中剔除不可用的部分，选择可用的部分。
接下来，在分步骤S33，以WLTC循环中CO2总排放量的一半作为基准值划分窗口。
根据一种可行实施方式，上述步骤S4可以如下实现：
在分步骤S41，获取测试过程中车速、加速度、车辆定位等信息。
接下来，在分步骤S42，基于车速、车辆定位等信息验证行驶路线是否有效；同时，在分步骤S43，基于车速、加速度等信息验证车辆动力学特性是否有效。
根据一种可行实施方式，上述步骤S5可以如下实现：
在分步骤S51，针对三个速段，确认每个CO2窗口在WLTC标准的CO2特性曲线图中的位置。
接下来，在分步骤S52，基于CO2窗口位置，验证窗口完整性；同时，在分步骤S53，基于CO2窗口位置，验证窗口正常性。
接下来，在分步骤S54，在行驶路线、车辆动力学特性、窗口完整性和正常性都满足要求的情况下，计算加权的RDE污染物排放因子。
接下来，在分步骤S55，确定适合测试车辆的车型的排放法规中的污染物限值。
接下来，在分步骤S56，将RDE污染物排放因子与法规中该污染物限值作比较，得到该污染物的符合性因子。
本申请在另一方面还提供了一种执行车辆RDE测试的软件(计算机程序)，该软件可以存储在任何适宜形式的机器或计算机可读介质中，例如存储在本申请的RDE测试设备中，并且在被执行时可实现前面描述的方法。本申请的执行车辆RDE测试的软件可以包括三个软件模块，用于构成前面描述的RDE测试设备中的三个模块。
本申请还通过车辆实际上路试验对上述RDE测试设备、方法和软件进行了检验。不同的车型(汽油车、混合动力车)被用于对本申请的测试设备、方法和软件进行检验。在不同的检验中，本申请的测试设备、方法和软件对车辆实际上路行驶时的尾气污染物的排放量的测试得到了理想的结果。
此外，本申请的RDE测试设备的数据处理部分在对检测数据进行处理时，需要的人工介入较少，数据处理过程流畅、快速，处理结果精度较高。
此外，为了根据本申请的原理实现车辆的RDE测试，可以对前面描述的设备、方法和软件做出各种适应性修改。例如，本申请的执行车辆RDE测试的软件可以是开源的，能够调节软件中的参数，能够随时修正测试中发现的错误。并且，能够根据新出现的法规，对软件做出相应的更新。
虽然这里参考具体的实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。
Claims (11)
1.一种车辆实际行驶排放测试设备，包括数据处理部分，用于对车辆在一定距离的实际行驶路线中以低速、中速、高速这三种速段行驶时采集的数据进行处理，以确定车辆实际行驶时尾气中污染物指标；
其中，所述数据处理部分包括下述三个模块：窗口确认模块，行驶条件验证模块，计算和评估模块；
其中，所述窗口确认模块配置成基于一CO2排放量基准值以移动窗口法划分出一系列CO2窗口；
所述行驶条件验证模块配置成对测试过程中的行驶路线和车辆动力学特性进行验证；
所述计算和评估模块配置成对各CO2窗口的正常性和完整性进行验证，并且计算出尾气中污染物的排放因子。
2.如权利要求1所述的车辆实际行驶排放测试设备，其中，所述计算和评估模块配置成在所有验证都被通过的情况下，判断此次测试是有效的；
在任何一项或多项验证不通过的情况下，判断此次测试是无效的；在判断此次测试是无效的时，所述计算和评估模块不计算尾气中污染物的排放因子，或是仍计算尾气中污染物的排放因子但同时提示某项验证未通过。
3.如权利要求1或2所述的车辆实际行驶排放测试设备，其中，在所述行驶条件验证模块中，对测试过程中的行驶路线进行验证包括：验证行驶路线中的三种速段的里程占比和行驶时间是否符合要求；并且
在所述行驶条件验证模块中，对测试过程中的行驶路线进行验证包括：验证行驶路线中海拔的变化是否符合要求。
4.如权利要求3所述的车辆实际行驶排放测试设备，其中，验证行驶路线中海拔的变化是否符合要求包括：
验证整个行驶路线的起点和终点之间的海拔差异是否超过相应的限值；或者，
验证一段测试距离内海拔变化的绝对值的累积量是否超过相应的限值。
5.如权利要求1至4中任一项所述的车辆实际行驶排放测试设备，其中，在所述行驶条件验证模块中，对测试过程中的车辆动力学特性进行验证包括：
验证行驶路线中车辆速度与加速度乘积的第95％(v*apos95)顺位是否超过相应的限值。
6.如权利要求5所述的车辆实际行驶排放测试设备，其中，在所述行驶条件验证模块中，对测试过程中的车辆动力学特性进行验证还包括：
验证行驶路线中车辆的累积相对正加速度是否低于相应的限值。
7.如权利要求1至6中任一项所述的车辆实际行驶排放测试设备，其中，所述计算和评估模块配置成计算整个测试行程的三种速段中的各种污染物的排放因子以及全部污染物的排放因子。
8.如权利要求7所述的车辆实际行驶排放测试设备，其中，计算和评估模块配置成确定适用的排放法规，并且计算每种污染物以及全部污染物相对于排放法规中规定的限值的符合性因子。
9.如权利要求1至8中任一项所述的车辆实际行驶排放测试设备，还包括数据采集部分，用于在车辆在实际行驶路线中行驶时采集数据；
可选地，所述数据采集部分与数据处理部分集成在一起，构成一个便携式车载设备；或者，所述数据采集部分构成一个便携式车载设备，而所述数据处理部分能够以可传输数据的方式与所述数据采集部分连接。
10.一种车辆实际行驶排放测试方法，可选地由权利要求1至9中任一项所述的车辆实际行驶排放测试设备执行，包括下述步骤：
获取实际行驶排放原始数据；
接下来，执行CO2窗口划分，执行行驶条件验证，执行各CO2窗口的正常性和完整性的验证；
接下来，计算污染物的排放因子，和可选的相对于排放法规中规定的限值的符合性因子。
11.一种机器或计算机可读介质，存储有一种软件，所述软件可选地能够由权利要求1至9中任一项所述的车辆实际行驶排放测试设备执行，并且所述软件在执行时能够实现权利要求10所述的车辆实际行驶排放测试方法。
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