輕型汽車排放劣化系數計算方法的研究

2024年2月20日發(作者：西伯利亞鱘)

輕型汽車排放劣化系數計算方法的研究

汽 車 工 程. .年 第 卷 第 期輕型汽車排放劣化系數計算方法的研究

孫大興 ,劉 樂 .陸紅雨

.中國汽車技術研究中心,天津

.廣汽豐田汽車有限公司,廣州;

摘要 分別從與排放法規中劣化系數相關的幾個方面,研究了乘法 和加法

的優缺點,得出了兩

種 計算方法在法規執行中的差異。結果表明:加法 能保持汽車的實際排放劣化水平,而乘法 則會使汽車

排放劣化水平發生改變,放大誤差;隨著排放限值的降低,與加法 相比,乘法 使汽車更難達到排放限值;而對

于排放一致性檢查,兩種 在不同的區域中各有優勢。

關鍵詞:輕型汽車;排放耐久試驗;劣化系數 .&.., ., ; .

&,, ., ., ? , . ,.: ; ;提高,各國相繼出臺了更加嚴格的汽車排放法規,包

括我國即將出臺的國 排放法規。在這些法規中,

刖 舌

對排放耐久試驗都做出了相應的變更 。 ,不僅增

在汽車排放法規中,排放耐久試驗一直都是一

加了耐久試驗的行駛里程和添加了多種新的試驗方

項重要的汽車測試項目,通過使汽車在試驗跑道或

法,而且對 的計算方法也做了變動,添加了一種

底盤測功機上按特定規程行駛一定的里程 國Ⅳ排

新的 計算方法在應用中須將新車污染物實測

放法規為 ;即將實施的國 排放法規為

值加上該劣化系數,稱之為加法 ,而國Ⅳ法規中 ,并且每 測量一次污染物排放

計算出的 稱為乘法。顯然,由于兩種 的

值,最終計算出各種污染物的劣化系數

計算方法不同,必然導致兩者處理后的汽車排放結

,,用來表示汽車在今后運行期間的排

果對試驗的最終判定存在不同的影響。本文中針對

放劣化趨勢。

上述問題,對一些耐久試驗車的排放數據進行了分

近年來,隨著環保意識和汽車技術水平的不斷

析研究,從而確定兩者的各種影響。

原稿收到日期為 年 月 日,修改稿收到日期為 年 月 日。汽 車 工 程

年 第 卷第 期

型試驗結果進行運算對于式 給出的計算方法,

將 型試驗結果乘以 ,即乘法 ;對于式 給

兩種 的計算方法

出的計算方法,將 型試驗結果加上 ,即加法

排放耐久試驗從開始進行,測量時汽 ,并與法規規定的特定值對比,判斷汽車排放是

車的各種污染物排放量 。,然后每隔否滿足法規要求。測量一次汽車各種污染物排放量 國

:, ?., ,且試驗使用? 兩種 對試驗結果判定的影響循環;國 :, ,? , ,且試驗

. 兩種 對試驗誤差的影響

可使用或試驗循

環 ,試驗須按照法規中的 型試驗規范進行,

在汽車排放耐久試驗后,線性擬合得到排放劣

化趨勢線,并按不同方法計算出乘法 和加法 。

且每次試驗的結果應滿足法規中各種污染物的排放

而在使用 判定汽車排放是否滿足法規時發現,

限值。

在試驗誤差 即新車的 型試驗某污染物實測

在測得了所有的排放數據后,須對排放結果進

值與用劣化趨勢線擬合的污染物值的差值 相同的

行一些預處理,以便用于計算 。首先,須對除了

情況下,兩種對試驗結果的判定有較大差異。 以外的所有的排放數據擬合成行駛里程的一次

圖 為某試驗車的耐久試驗數據圖,其乘法線性函數,得到能代表汽車催化器

劣化過程的最佳

直線。而最小二乘法是用于線性擬合的簡單易用且 等于 . / ,加法 等于 . / 。

準確的方法 ,計算過程如下。

擬合線性方程為

盧

。

/

式中: .是污染物 在行駛里程 萬 時的排放

/ ,

擬合值; 是第 次排放試驗的行駛里程。

毫

最小二乘法的優化目標是:

, 。

’ ∑ .一令式 分別對 和 求偏導數,令其等于零,

觸 : 案

并求解 和 為未知數的方程組得:一 一 一 /? ? 一 一

次試驗限值一 加法

一∑ / 一 ∑/

. 。 ∑ 一 ∑ ∑ /里//∑ 一 ∑圖 試驗車耐久試驗數據圖

式中 是試驗次數,國 :;國 :。

然后,利用求得的線性方程計算行駛里程為

該試驗車在新車狀態下進行了 次 型試驗, 和 或 時的各種污染 由于存在試驗誤差, 次試驗的實測值不同,分

物排放值 和 。

別用兩種 對實測值進行處理,得到相當于

在國Ⅳ和國 中 的計算式?為的的排放值。隨著新車 型試驗/ 】 實測值增大,且都大于擬合值,使用乘法 處

但隨著排放法規中排放限值的降低,式 所 理后的排放值和實測值間直線的斜率變大,大于耐

示的 的計算方法放大了試驗結果的波動,并且

久試驗劣化趨勢線的斜率,即運算后的劣化趨勢越

對企業的量產管理產生了越來越不利的影響,因此,

來越偏離汽車實際的劣化趨勢,放大了試驗誤差。

在歐洲和美國排放法規中都增加了另外一種計算

而使用加法 處理后的排放值和實測值間直線的的方法

斜率都平行于耐久劣化趨勢線的斜率,保持了汽車。 一

的劣化效果,使得用 處理前后的排放值的差值

在計算出汽車的 之后,就可以對新車的

保持不變。 . . 孫大興,等:輕型汽車排放劣化系數計算方法的研究

從以上分析可看出,加法 能保持汽車的劣

化趨勢不變,而乘法 則會受排放實測值的影響

改變汽車劣化趨勢,并放大試驗誤差。詳細的統計

//

數據見表 。試驗 和試驗 的實測值差值最大,為

. / ,加法 處理后該差值保持不變,處理

.

‖ /

后排放值都通過了法規要求,而乘法 將兩次試

/

驗結果處理值差值放大到了. / ,從而使試

/ /

驗通過法規限值的次數增加或者超出法規限值。 實測值 加法 十 乘法表

試驗結果統計表

國 國Ⅳ 國Ⅲ 實測 乘法 結 乘法加法 結 加法不同排放水平

值/ /果/ 判定結果 果/ 判定結果

試驗 . .超限值 .次通過

圖 不同限值水平下兩種 差異

試驗. . 次通過 . 次通過

果超出排放限值,即隨排放法規的嚴格,乘法 對

試驗. . 次通過 . 次通過

汽車劣化趨勢的改變越大,處理后的污染物排放值

最大差值 . . .越向惡化的方向發展,從而使車輛排放不能通過。

動一~ 餐一從另一方面看,將國Ⅲ、國Ⅳ和國 法規條件下

. 排放法規限值對兩種 算法的影響

¨ ∞具有相同排放趨勢的 實測值、加法 處理結

隨著汽車排放法規越來越嚴格,污染物排放限

果和乘法 處理結果分別連成線,如圖 所示?？?

值將會越來越低,而這種變化對使用乘法 和加

以看出,加法 處理結果曲線和實測值曲線

法 也將造成不同的影響。

是平行的,說明加法 隨排放限值變化仍能保持

汽車排放法規從國Ⅲ、國Ⅳ到即將實施的國 ,

車輛的劣化水平。而乘法 處理結果曲線與

限值越來越低,車輛排放水平也相應地降低,見圖

實測值曲線不平行,且排放限值越低,兩者間距越

和圖 。以為例,限值分別是 . 、 . 和

大,乘法 對誤差的放大作用越強,對車輛的劣化

. / ,在新車污染物實測值和 劣化曲線擬

水平的改變越大。

合值差值相同的情況下,經過兩種 處理后的相

由此可以看出,隨著排放法規限值的降低,加法

當于 污染物排放值之間的差異越來越仍然能夠保持車輛的劣化水平,而乘法 則會

大。經過加法 處理后的排放值與擬

使車輛的劣化水平惡化,處理后的排放值變大,使得

合值的差值等于新車 實測值與擬合值的差值,

試驗通過率降低。

沒有放大誤差水平,保持了汽車的劣化趨勢;而經過

. 兩種 對汽車生產一致性的影響

乘法 處理后的排放值與擬合值的差

汽車生產一致性檢查是汽車排放法規中的一項

值隨車輛排放水平的降低而增大,導致排放處理結

重要內容,而其中的 型試驗生產一致性檢查應用’

到了 ¨ ,對 采用不同的計算方法必然會對一

致性的判定結果產生影響,為了對該影響進行分析,

一

表 中統計了某輛試驗車 型試驗一次通過時兩種

毫 。之間的差異。

,一 升

。

從表 可以看出,分別采用兩種 時,同一輛

慧

≥

車在 型試驗中一次通過試驗所允許的污染物最大

呈 。

實測值存在著較大差別,且兩者各有優劣。當汽車 一

叫. 一 .. ;

耐久試驗數據的擬合直線上的 污染物排

一

乘法 ● 乘法 乘法

放值 大于排放限值的 . 倍時,使用乘法 能

使試驗一次通過的概率高于使用加法 的概率;

里程/當前者小于后者時,使用加法 試驗更容易一次

圖 兩種對 種試驗的處理結果汽 車 工 程年 第 卷第 期

表型試驗中兩種 差異// / / / / / /?

◆一 ??一線性擬合值

一

一

次通過限值 . .. ..限值 一一次試驗限值一

乘法 ??●一加法、. .. . .、

喜

采用 .. . .

吾

乘法 一次通過時

. . . .一 最大實測值%

.

% . % . %

采用 . . . .加法 一次通過時

. .. . 最大實測值

.

% . %,% . %

里程/兩者差異 一 . % 一 . %. % . %

注:,是汽車國Ⅳ排放法規中各污染物限值。

圖 兩種 對 型試驗判定結

果的影響 加法 占優

通過,前者和后者差值相對越大,乘法 和加法之間的差異也就越大。造成上述現象的原因,就是

如圖 所示, 對試驗統計量的影響可分為兩

因為乘法 算法會在污染物試驗值偏離污染物耐

種情況:當 實測值大于耐久擬合線上的擬合值

久數據擬合線的情況下改變汽車的劣化趨勢。當實

時,經乘法 校正后的排放值大于加法 校正的

測值大于擬合值時,使實測值和乘法 處理后的排放值,使得乘法 校正的試驗統計量小于加法排放值連線的斜率變大,反之,使斜率變小,且偏離校正的試驗統計量,使前者比后者更難通過判

越大,斜率改變就越大,而加法 不會改變該斜

定;反之,當實測值小于耐久擬合線上的擬合

率,如圖 和圖 所示。

值時,前者較后者更容易通過判定。

.

入。

人 ¨ 二

、 一。:

.

一 。 一 緦瞰一嘲 一乘法? 一加法限值 一一次試驗限值

一 一乘法。 加

乘法 一加法. .里程/里程/圖 實測值不同時兩種 差異

圖 兩種 對 型試驗判定結

果的影響 乘法 占優

結論

生產一致性檢查的另一個重要參數是試驗統計

量,即當 型試驗污染物 實測值與劣化曲線÷∑ ? : 上的污染物擬合值間存在誤差時,乘法 處理后

的結果會放大這個誤差,且誤差越大,其放大效果就

式中: 是試驗統計量; 是生產標準方差估計值的

自然對數; 是排放限值;兢是經 校正后的污染 越明顯,因此對汽車劣化趨勢的改變越大;而加法

物 的排放值; 是當前車輛數。的處理結果則不會出現這種情況,始終能夠保持