Po skandalu diesla: Jak przeprowadzane są testy RDE?

Test RDE to procedura mierząca emisje spalin pojazdu nie na laboratoriumjnym stanowisku, lecz w prawdziwym ruchu i rzeczywistych warunkach drogowych za pomocą przenośnych urządzeń pomiarowych (PEMS) zamontowanych w pojeździe. Test ten, obowiązkowy element homologacji typu po Euro 6, został zaprojektowany, aby po skandalach z emisjami NOx silników diesla zamknąć lukę między wartościami laboratoryjnymi a rzeczywistą eksploatacją.

Czym jest test RDE i jakie urządzenie montuje się w pojeździe?

Klasyczny test homologacji typu przeprowadza się na hamowni podwoziowej: pojazd umieszczany jest na stałym stanowisku badawczym, koła obracają się na wałkach, a próbki spalin mierzone są w skalibrowanych analizatorach laboratoryjnych. RDE całkowicie odwraca ten układ. Pojazd z zamontowanym sprzętem pomiarowym wyjeżdża na otwarte drogi publiczne i jest prowadzony w prawdziwym ruchu, w rzeczywistych warunkach atmosferycznych. Wszystko, co wychodzi z rury wydechowej, jest mierzone i rejestrowane w czasie rzeczywistym.

Sprzęt, który to umożliwia, nazywa się PEMS (Portable Emissions Measurement Systems). Typowy zestaw PEMS składa się z; analizatorów gazowych, mierników strumienia masy spalin, stacji pogodowej i GPS. Na przykład kompaktowe moduły PEMS mierzące stężenia NO/NO2 i CO/CO2 w rurze wydechowej pojazdów diesla i benzynowych są produkowane do pracy w temperaturach od -10 °C do +45 °C i na wysokości do 3.000 m n.p.m. Urządzenie pomiarowe montuje się zwykle na haku holowniczym pojazdu.

Historia PEMS jest długa: Początkowo używano go w USA w testach pojazdów ciężkich, a następnie trafił do centrum wymogów Euro VI (pojazdy ciężkie) i Euro 6 (pojazdy lekkie). Współczesne urządzenia ważą około 70 kg w najlepszym razie; pierwsze generacje ważyły około 200 kg. Różnica w wadze to nie błądzenie szczegół: każdy kilogram dodany do pojazdu wpływa na emisje, które sam test mierzy.

Dlaczego RDE stało się obowiązkowe?

Unia Europejska od lat 90. XX wieku stosowała cykl laboratoryjny zwany NEDC. Techniczny profil tego cyklu na pierwszy rzut oka był niewinny: średnia prędkość 33 km/h, maksymalne przyspieszenie 1,2 m/s² Wynik pokazał, że nowoczesne pojazdy wykorzystują jedynie niewielką część dostępnej mocy silnika. Był to profil jazdy rzadko spotykany w codziennym użytkowaniu. Pojazd, który w teście wypadał dobrze, na autostradzie lub pod obciążeniem zachowywał się zupełnie inaczej.

Momental przełomowy nadszedł w 2011 roku. Wspólnotowe Centrum Badawcze UE (JRC) wykryło dużą i rosnącą różnicę między emisjami mierzonymi w laboratorium a tymi mierzonymi na drodze - w szczególności wartościami NOx pojazdów z silnikiem wysokoprężnym. To odkrycie uruchomiło proces legislacyjny. Pierwsze dwa pakunki RDE zostały przyjęte w 2015 roku i opublikowane w Dzienniku Urzędowym w 2016 roku (EU 2016/427 oraz EU 2016/646). Test wchodził stopniowo w życie od 2017 roku; dla wszystkich nowych samochodów stał się obowiązkowy od początku 2021 roku, a dla wszystkich nowych samochodów dostawczych od początku 2022 roku.

Istotne jest również to, kiedy ukończono drugi pakiet: Po ujawnieniu naruszeń Volkswagena w USA do przepisów dodano środki przejrzystości, takie jak deklarowanie strategii kontroli emisji organom oraz rozszerzona dokumentacja. Oznacza to, że RDE to nie tylko korekta techniczna, ale również regulacja mająca na celu odbudowę zaufania.

Jak powinna wyglądać trasa testowa? Profil jazdy i warunki graniczne

W RDE sama droga również podlega standardom. Trasa testowa składa się z trzech części: miejskiej, gdzie prędkość wynosi 0-60 km/h, wiejskiej w zakresie 60-90 km/h oraz autostradowej, gdzie występują prędkości powyżej 90 km/h. Każda część musi mieć co najmniej 16 km. Całkowity czas trwania wynosi od 90 do 120 minut, a podział dystansu jest również zdefiniowany: miasto 29-44%, trasa wiejska 23-43%, autostrada 23-43%. Średnia prędkość w mieście powinna wynosić od 15 do 40 km/h, a w części autostradowej przez co najmniej 5 minut należy jechać powyżej 100 km/h.

Warunki temperatury i wysokości nazywane są "warunkami granicznymi" (boundary conditions) i bezpośrednio określają ważność testu. Różnica wysokości między punktem początkowym a końcowym może wynosić co najwyżej 100 m, a skumulowane wzniesienie co najwyżej 1200 m/100 km. W warunkach rozszerzonych - czyli w zimnie lub na dużej wysokości - zmierzone emisje dzieli się przez 1,6 w celu normalizacji. Natomiast jeśli dane wykraczają całkowicie poza warunki graniczne, cały test uznaje się za nieważny, nawet jeśli chodzi o pojedynczy punkt pomiarowy. Przekroczenie lokalnego ograniczenia prędkości natomiast nie unieważnia testu; zasada dotyczy tu powtarzalności warunków fizycznych, a nie mandatów drogowych.

Kiedy test jest uznawany za nieważny?

Kontrolowane są nie tylko warunki środowiskowe, ale również charakter jazdy. Dane są analizowane za pomocą dwóch niezależnych narzędzi oceny: metody okna średniej ruchomej (EMROAD) JRC oraz metody klasyfikacji mocy (CLEAR) Politechniki w Grazu. Narzędzia te sprawdzają za pomocą metryk takich jak iloczyn prędkości i przyspieszenia (v·a) oraz RPA, czy jazda jest "normalna". Zbyt płaska jazda, w którym kierownica jest jakby przybita na sztywno na autostradzie, oraz agresywna jazda z ciągłym wciśnięciem gazu w podłogę są odrzucane. Aby trasa została uznana za ważną, co najmniej 50% okien jazdy miejskiej, pozamiejskiej i autostradowej musi mieścić się w tolerancjach. Dodatkowym ułatwieniem jest to, że pojazdy o tym samym układzie napędowym, typie bloku silnika, liczbie i układzie cylindrów oraz systemie kontroli emisji traktuje się jako jedną „rodzinę testową”; dzięki temu nie trzeba przeprowadzać osobnych testów dla każdej wersji.

Współczynnik zgodności: Dlaczego limit w rzeczywistej jeździe jest powyżej limitu Euro 6?

W RDE limit oblicza się, mnożąc limit laboratoryjny przez współczynnik: limit NTE = limit Euro 6 × współczynnik zgodności (CF). Istnienie tego współczynnika ma praktyczne uzasadnienie: niepewność pomiarowa urządzenia PEMS pracującego na ulicy jest wyższa niż skalibrowanego sprzętu laboratoryjnego. W fazie przejściowej (Euro 6d-TEMP) ustalono CF = 2,1 dla NOx; w fazie końcowej (Euro 6d) spadł do 1,5. W wartości 1,5 zawarta jest marża 0,5% na niepewność pomiaru PEMS. Ciekawy szczegół: JRC obliczyło niepewność PEMS dla NOx na 30%; państwa członkowskie po dyskusjach politycznych podniosły tę marżę do 50%.

Uczyńmy to konkretnym. Dla pojazdu z silnikiem Diesla laboratoryjny limit Euro 6 dla NOx wynosi 80 mg/km. W przejściowej fazie RDE w rzeczywistej jeździe tolerowano do 168 mg/km; w fazie końcowej spadło to do 120 mg/km. W pojazdach benzynowych limit Euro 6 dla NOx wynosi już 60 mg/km. Wymagane jest ponadto zapewnienie wartości współczynnika zgodności dla całej trasy oraz oddzielnie dla odcinka miejskiego - celem jest wyraźne ściśnięcie emisji miejskich, łącznie z zimnym rozruchem. Po stronie cząstek stałych w Euro 6d liczba cząstek (PN) musi pozostać poniżej 9,0 × 10¹¹ #/km przy CF = 1,5; limit PN stał się wiążący wraz z trzecim pakietem RDE (grudzień 2016), a dostosowania dla pojazdów hybrydowych oraz zdarzenia regeneracji zostały włączone do tego pakietu. CO2 jest mierzone i rejestrowane, ale nie są analizowane systematycznie; zanieczyszczeniami wiążącymi są NOx i liczba cząstek stałych.

Jaka jest różnica między RDE a WLTP?

Te dwa testy są często ze sobą porównywane, ale w rzeczywistości nie pełnią tego samego zadania. WLTP to laboratoryjna procedura zastępująca NEDC: z wyższą średnią i maksymalną prędkością, szerszym zakresem warunków jazdy i dłuższym cyklem jest wyraźnie bliższa rzeczywistej jeździe niż NEDC. Niemniej jednak nadal odbywa się na hamowni podwoziowej, w kontrolowanych warunkach. RDE natomiast omija laboratorium i mierzy NOx, HC, CO, CO2 oraz cząstki stałe na drodze.

Zatem nie są one dla siebie alternatywą, lecz uzupełnieniem: każdy nowy pojazd musi spełniać limity spalin zarówno w testach WLTP, jak i RDE. W teście RDE obserwuje się wyższą dynamikę jazdy niż w laboratorium, a znacznie większa ilość danych musi być monitorowana i sprawdzana w czasie rzeczywistym. Z punktu widzenia inżynierii oznacza to poważny wzrost obciążenia związanego z oceną; zamiast dostosowywać się do profilu cyklu, musisz zaprojektować strategię emisyjną, która w każdych warunkach ruchu drogowego pozostaje w granicach limitu.

Jak Euro 7 zaostrza wymogi RDE i jakie są słabości systemu?

Przepisy RDE były łatwym celem. Zmianą Euro 6e producenci zostali zobowiązani do wspierania PEMS w pojeździe, aby niezależni aktorzy mogli przeprowadzać testy RDE zgodności w eksploatacji (ISC) - czyli infrastruktura pomiarowa jest teraz częścią własnej cyfrowej architektury pojazdu. Przepisy Euro 7 wprowadzają natomiast wymagania dotyczące także układów hamulcowych i opon, a oczekuje się, że technologia PEMS odegra większą rolę w przyszłych wymaganiach walidacji w warunkach rzeczywistych. Rozpowszechnione są oceny, że Euro 7 wyraźnie zaostrza limity; jednak szczegółowe dane o wpływach w tej kwestii wciąż wymagają potwierdzenia tekstem aktu prawnego.

Krytykowane aspekty systemu są także konkretne. Obecny test RDE stosuje się wyłącznie do pojazdów przedprodukcyjnych dostarczonych przez producenta; warunki niskich temperatur i dużej wysokości - które mogą generować nieproporcjonalnie wysokie emisje NOx - mogą być uwzględniane jedynie w granicach "rozszerzonych" warunków brzegowych. Pojedynczy test RDE może dać różne wyniki dla tego samego pojazdu, co ogranicza powtarzalność. Ponadto producenci mogą wykonywać do 50% powtórnych testów homologacji typu RDE samodzielnie pod nadzorem serwisu technicznego; stąd często podnosi się potrzebę niezależnych testów ponownych oraz nadzoru rynkowego. Kolejny techniczny fakt: Spełnienie limitów RDE wymaga wysoko wydajnych systemów DeNOx w całym zakresie pracy pojazdu - czyli SCR i AdBlue. Roztwór mocznika o stężeniu 32,5% jest wtryskiwany w układzie wydechowym do katalizatora SCR, gdzie w wysokiej temperaturze rozkłada się do amoniaku, przekształcając NOx w azot i wodę; ta kombinacja wraz z DPF stanowi podstawę tego, że limity rzeczywistej jazdy są fizycznie osiągalne.

Gdzie możesz zobaczyć rzeczywiste dane emisyjne swojego pojazdu?

RDE przestało być sprawą laboratorium badawczego - ma też furtki otwarte dla konsumenta. mają też drzwi otwarte do konsumentów. Producenci muszą sporządzać raporty techniczne z testów RDE i udostępniać część z nich publicznie za pośrednictwem własnych stron internetowych; bardziej szczegółowe raporty są przekazywane nieodpłatnie osobom, które wykazują "uzasadniony interes". W UE rzeczywiste dane dotyczące emisji CO2 i zużycia paliwa są gromadzone w hubie danych EEA ("Real world emissions from cars and vans"), a Komisja publikuje raporty o rzeczywistej emisji CO2 na podstawie danych z urządzeń monitorujących zużycie paliwa montowanych w pojazdach.

Opcje istnieją także poza UE: w USA konsumenci mogą uzyskać dostęp do danych o emisjach dla poszczególnych pojazdów za pośrednictwem Fueleconomy.gov; niezależne platformy ocen, takie jak AIR Index, również oferują rzeczywiste wartości emisji i ekonomii paliwowej. A zatem dziś jest technicznie możliwe, aby przy zakupie pojazdu kwestionować nie tylko wartości katalogowe, ale także zachowanie zmierzone na drodze.

Podsumowanie: Co daje test RDE kupującemu?

Istotę RDE można streścić w jednym zdaniu: przekształcenie deklaracji emisyjnej z wyniku laboratoryjnego niezależnego od pojazdu w pomiar zweryfikowany w rzeczywistym ruchu drogowym. System ma swoje braki -wąskie warunki graniczne, stosowanie do pojazdów przedprodukcyjnych, ograniczenia powtarzalności- a krytyka opiera się na uzasadnionych podstawach. Ale kierunek jest jasny: z każdym nowym przepisem pomiary zbliżają się do bardziej realistycznych warunków i węższych tolerancji. Możliwość zobaczenia tego, co wydostaje się z rury wydechowej podczas jazdy w dniu, gdy temperatura i ruch drogowy są całkowicie poza Twoją kontrolą, to najbardziej konkretny postęp w przepisach dotyczących emisji w ciągu ostatniej dekady.

Źródła

• Real-driving emissions test procedure for exhaust gas pollutant emissions of cars and light commercial vehicles in Europe - ICCT
• Cars and Light Trucks: RDE Testing - DieselNet
• EU: Light-duty: Real-Driving Emissions (RDE) - TransportPolicy.net
• Real Driving Emissions Testing (RDE) & PEMS Solutions - HORIBA
• The Industry Standard to measure Real Driving Emissions (RDE) - AVL
• Euro 6e: Changes to the European Union light-duty vehicle type-approval procedure - ICCT
• Euro 6: Nowy standard emisyjny dla pojazdów lekkich - ICCT
• Podsumowanie WLTP i RDE - EUR-Lex
• Emisje pojazdów w warunkach drogowych wykraczające poza warunki RDE - JRC
• Real Driving Emissions - AECC
• Rzeczywiste emisje z samochodów osobowych i dostawczych - EEA Datahub
• Emisje w rzeczywistych warunkach - AIR Index