柴油门事件之后:RDE测试是如何进行的?

柴油排放门丑闻之后,排放不再在台架上测量,而是在交通中用70公斤重的便携式设备进行测量.
柴油排放门丑闻之后,排放不再在台架上测量,而是在交通中用70公斤重的便携式设备进行测量.

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RDE测试是一种在真实交通和真实道路条件下,使用安装在车辆上的便携式排放测量系统(PEMS)而非实验室台架来测量车辆尾气排放的程序.作为Euro 6之后型式认证的强制性组成部分,这项测试旨在弥合柴油NOx丑闻之后实验室数据与实际使用之间的差距.

要点

  • RDE测试 90-120分钟 ;路线由城市道路、乡村道路和高速公路路段组成,每个路段至少 16 km .
  • 测量通过安装在排气系统上的 PEMS 设备进行;初代设备重200 kg,如今已降至约 70 kg.
  • 柴油车的实际行驶NOx限值高于Euro 6限值80 mg/km,设定为 120 mg/km .
  • 最高测试车速为 145 km/h;仅高速公路路段的3%允许达到160 km/h.
  • 超出温度、海拔和负载等边界条件的测试 完全无效 .

什么是RDE测试?测试时需要在车辆上安装什么?

传统型式认证测试在底盘测功机上进行:车辆固定在测试台架上,车轮在滚筒上转动,尾气样本由经校准的实验室分析仪测量.RDE则完全颠覆了这一模式.车辆在装载测量设备的情况下驶上公共道路,在真实交通和真实天气条件下行驶.排气管排出的所有物质都会被实时测量并记录.

使这一切成为可能的设备被称为 PEMS (Portable Emissions Measurement Systems).一套典型的PEMS包括高级气体分析仪、排气质量流量计、气象站和GPS.例如,用于测量柴油和汽油车排气管中NO/NO2和CO/CO2浓度的紧凑型PEMS模块, -10 °C至+45 °C 的温度范围内以及 3,000 m 海拔以下均可工作.测量设备通常安装在牵引杆支架上.

PEMS的历史悠久:它最初在美国用于重型车辆测试,随后成为Euro VI(重型车)和Euro 6(轻型车)要求的核心.如今设备的重量已降至约 70 kg;初代设备约为200 kg.重量差异并非您可以忽视的细节:加装到车辆上的每一公斤,都会影响测试本身所测量的排放.

RDE为何成为强制性要求?

欧盟自1990年代以来一直使用名为NEDC的实验室测试循环.该循环的技术参数乍看之下毫无危害:平均速度 33 km/h,最大加速度1.2 m/s2,且循环中约25%的时间车辆完全静止.其结果是形成了一种实际生活中很少遇到的驾驶工况,现代车辆仅使用了现有动力的一小部分.在测试中表现清洁的车辆,在高速公路上或满载状态下却表现截然不同.

转折点出现在 2011 成为现实.欧盟联合研究中心(JRC)发现实验室测得的排放与道路实测排放之间存在巨大且不断扩大的差距——尤其是在柴油车辆的NOx数值上.这一发现推动了立法进程.前两个RDE法规包于2015年获得通过,并于2016年在《官方公报》上发布(EU 2016/427和EU 2016/646).该测试于2017年逐步生效;对所有新轿车而言 2021年初、对所有新轻型商用车而言 2022年初 起成为强制要求.

第二个法规包的完成同样意义重大:在美国披露大众汽车违规事件后,向主管当局申报排放控制策略以及扩展文件记录等透明度措施被纳入法规.因此,RDE不仅是一项技术性修正,也是一项旨在修复信任的监管措施.

测试路线应如何设计?驾驶概况与边界条件

Şehirde %29-44, otoyolda %23-43: Emisyon testiniz ancak trafikte harcanan her dakikanın milimetrik kurallara uymasıyla geçerli sayılır.

在RDE中,道路本身也受标准约束.测试路线由三部分组成:车速保持在0–60 km/h之间的城市路段、60–90 km/h范围内的乡村路段以及速度超过90 km/h的高速公路路段.每一路段至少应为 16 km .总时长 90–120分钟 之间,距离分布也有明确规定:城市29%–44%,乡村23%–43%,高速公路23%–43%.城市路段的平均车速应保持在15–40 km/h之间,而在高速公路路段中,至少 5分钟 须以100 km/h以上的速度行驶.

参数范围 / 规则
测试总时长90–120分钟
路段长度城市、乡村、高速公路——每段至少16 km
最高车速145 km/h;高速公路行驶时间的3%可达160 km/h
温度(常规)0–30 °C
温度(扩展)-7 °C…0 °C和30–35 °C
海拔0–700 m(常规),700–1300 m(扩展)
车辆载荷不得超过最大重量的90%
停驶比例(城市路段)占总时长的6%–30%

温度和海拔条件被称为"边界条件"(boundary conditions),它们直接决定测试的有效性.起点与终点之间的海拔差最多 100 m,累计爬升则最多 1200 m/100 km .在扩展条件下——即低温或高海拔时——测得的排放值除以1.6进行归一化.而完全超出边界条件的数据,即使只有一个测量点,也会使整个测试无效.超过当地限速则不会使测试无效;此处的规则关注的是物理条件的可重复性,而非交通罚款.

测试如何被判定为无效?

不仅环境条件会被审查,驾驶特征同样会被审查.数据通过两种独立的评估工具进行分析:JRC的移动平均窗口(EMROAD)方法和格拉茨技术大学的功率分箱(CLEAR)方法.这些工具通过速度与加速度的乘积(v·a)以及RPA等指标来检验驾驶是否属于"正常".无论是方向盘仿佛固定在高速公路上、过于平稳的驾驶,还是持续猛踩油门的激进驾驶,都会被判定为无效.要使路线有效,其市区、乡村和高速公路窗口部分至少需 50%符合容差要求.另一项便利措施是,凡拥有相同传动系统、相同发动机缸体类型、相同气缸数量和布置以及相同排放控制系统的车辆,均被视为同一个"测试家族";这样就无需为每个变型单独进行测试.

一致性系数:为什么真实驾驶中的限值会高于Euro 6限值?

RDE的限值是在实验室限值基础上乘以一个系数计算得出的:NTE限值 = Euro 6限值 × 一致性系数(CF).设置该系数有一个实际原因:在道路上运行的PEMS设备的测量不确定性高于经过校准的实验室设备.在过渡阶段(Euro 6d-TEMP),NOx的CF被确定为 2.1 ;在最终阶段(Euro 6d) 降至1.5.这1.5的数值中包含了0.5%的PEMS测量不确定性余量.一个有趣的细节:JRC最初将NOx的PEMS不确定性计算为30%;成员国经过政策讨论后,将这一余量提高到了50%.

让我们具体化.对于柴油车,Euro 6实验室限值为 80 mg/km NOx.在RDE过渡阶段,真实驾驶中的容差最高可达168 mg/km;在最终阶段,这一数值 降至120 mg/km.汽油车的Euro 6 NOx限值本来就是 60 mg/km.此外,除覆盖整条路线的一致性系数外,还必须为市区路段单独提供一致性系数——这一目标显然是为了压低包括冷启动在内的市区排放.在颗粒物方面,Euro 6d中颗粒物数量(PN)必须在CF = 1.5下的 9.0 × 10¹¹ #/km 以下;PN限值随着第三批RDE法规(2016年12月)成为约束性要求,混合动力车辆的适配调整以及再生事件也被纳入该法规.CO2会被测量和记录,但不会进行系统性分析;具有约束力的污染物是NOx和颗粒物数量.

RDE与WLTP有什么区别?

这两种测试经常被拿来比较,但它们实际上承担的任务并不相同.WLTP是取代NEDC的一种 实验室 程序:凭借更高的平均车速和最高车速、更宽广的驾驶条件范围以及更长的循环,WLTP比NEDC明显更接近真实驾驶.但它仍然是在底盘测功机上、在受控环境中进行的.而RDE则完全脱离实验室,在道路上测量NOx、HC、CO、CO2和颗粒物.

因此,两者并非彼此的替代品,而是互补关系:每辆新车都必须在WLTP和RDE两项测试中同时符合尾气排放限值.与实验室测试相比,RDE测试中会观察到更高的驾驶动态,并且需要实时监测和控制多得多的数据.从工程角度来看,这意味着评估负担大幅增加;您不再只需遵循一个循环工况,而是必须建立一套无论在交通中遇到何种情况都能保持在限值以内的排放策略.

Euro 7如何收紧RDE?系统还有哪些不足?

RDE法规并非一成不变的目标.随着Euro 6e的修订,制造商必须让车辆支持PEMS,以便独立机构能够进行在用符合性(ISC)RDE测试——也就是说,测量基础设施如今已成为车辆自身数字架构的一部分.而Euro 7法规除型式认证外,还对制动系统和轮胎提出了相关要求,并且PEMS技术预计将在未来的真实道路验证要求中发挥更大作用.人们普遍认为Euro 7显著收紧了限值,但这方面的详细影响数据仍需与法规原始文本进行核实.

该系统受到批评的方面也很具体.目前的RDE测试仅适用于制造商提供的预生产车辆;低温和高海拔条件——这些条件可能产生不成比例的高NOx——只有在"扩展"边界条件范围内才能被纳入.同一次RDE测试在同一辆车上可能得出不同结果,这限制了可重复性.此外,制造商可以自行完成多达 %50的RDE型式认证测试,仅需技术机构监督;因此,独立复测和市场监督的需求经常被提出.另一个技术事实是:要满足RDE限值,需要车辆在整个工作范围内都配备高效DeNOx系统,即SCR和AdBlue.浓度为32.5%的尿素溶液被喷入排气系统中的SCR催化器,在高温下分解为氨,将NOx转化为氮气和水;这一组合与DPF一起,构成了真实驾驶限值在物理上能够得以满足的基础.

您可以在哪里查看您车辆的真实世界排放数据?

RDE不再仅仅是一个测试实验室的问题;它还为消费者打开了大门.制造商必须编制RDE测试的技术报告,并通过其网站向公众公开部分内容;更详细的报告则免费提供给具有"正当利益"的申请者.在欧盟,真实世界CO2和燃油消耗数据在EEA数据中心的"Real world emissions from cars and vans"中汇集,欧盟委员会根据车辆安装的燃油消耗监测设备的数据发布真实世界CO2报告.

欧盟之外也有其他选择:在美国,消费者可以通过Fueleconomy.gov查询按车型划分的排放数据;像AIR Index这样的独立评级平台也提供真实世界排放和燃油经济性数值.因此,对您考虑购买的车辆,如今在技术上已可以查询的不仅是目录数值,还有在道路上实测的表现.

结论:RDE测试能为购车者带来什么?

RDE的核心可以用一句话概括:将排放声明从独立的实验室结果转变为在真实交通中经过验证的测量.该系统存在不足——狭窄的边界条件、应用于预生产车辆、可重复性限制——相关批评也有其合理依据.但方向很明确:随着每项新法规的出台,测量都更接近更真实的条件和更窄的容差.能够在一个温度和交通完全不受您控制的行驶日子里,看到排气管中排出的实际排放,这是排放法规在过去十年中最切实的进步.

参考资料