国六排放法规关于RDE的介绍

RDE背景

1.1什么是RDE，为什么要引入汽车RDE检测

RDE（Real Drive Emission），是测试车辆在铺装的路面上进行的排气污染物（重点是NOx和PN），RDE的引入是为了控制车辆的实际驾驶排放，它将汽车尾气检测从实验室扩展到实际驾驶路面，不同于I型排放试验特定的环境条件、固定的驾驶曲线下，在转毂实验室进行的排放测试，实际道路排放测试过程考虑到了包括驾驶工况、交通状况、驾驶风格、环境温度和海拔等影响实际驾驶排放结果的因素，能更真实的反映汽车在实际使用过程中的排放水平。

图1.实验室转毂排放测试

图2. RDE实际驾驶排放测试

1.2 RDE是任意驾驶、随机测试吗？

RDE测试由于其特定的测试工况、车辆状况和环境条件，每次试验结果不具有重复性，但这并不意味着RDE要求车辆在任意驾驶模式和边界条件下的排放结果都达标。虽然没有统一的行驶路线，但对总行程及市区、郊区和高速各分段行程的长度和比例进行了详细规范；行程动力学的规范也避免了过渡激进驾驶和过渡柔和驾驶影响最终排放结果。对车载排放测试设备PEMS（Portable Emission Measurement System）也做了详细规定；数据处理方法和排放评价基于I型试验WLTC的试验结果展开，且RDE排放与认证排放具有一定相关性。所以，RDE并非任意驾驶测试，其测试标准规定了详细的道路试验规范和数据处理方法，尽量减少人为因素干预，客观呈现车辆在实际驾驶中的排放水平。

RDE法规简介

RDE法规最早诞生在欧洲，到现在已进行了多轮修订和大量试验验证，虽然法规细则还在进一步验证和完善中，但欧洲法规（EU6D）已确定要引入RDE检测。我国也计划在6阶段排放法规中引入RDE检测，刚刚修订的轻型车国6排放法规草案参考了欧洲法规对测试过程和结果评估的规范，引入了RDE检测作为轻型车排放法规的II型试验，并规定了实施日期和相关污染物的符合性因子。

RDE试验结果：市区行程和总行程污染物排放不得超过I型试验排放结果与下表规定的符合性因子的乘积

	NOx	PN	CO(3)
点燃式	2.1(2)	2.1(2)	/
压燃式	2.1(2)	2.1(2)	/
(1) 2023年前仅监测并报告结果 (2) 2022年7月1日前评估确认 (3)在RDE测试中，应测量并记录CO试验结果

2.1 RDE测试要求

RDE试验适用于新生产车辆的排放检验和车辆整个寿命周期。进行RDE试验时，车辆应该在实际道路上按正常的驾驶模式、状态和载荷行驶，遵守交通安全法规。应用独立于车辆的测试装置测试排气质量流量。排放结果应对整个行程和市区行程分别进行RDE评估。法规一般要求如下：

参数	要求
正常	扩展
海拔	海拔高度不高于 700m。	扩展海拔条件：海拔高度高于 700m，不高于 1300m。 进一步扩展的海拔条件：海拔高度高于或等于 1300m，但不高于2400m 。
环境温度	环境温度高于或等于 0℃，低于或等于30℃。	扩展温度条件：环境温度高于或等于-7℃且低于 0℃，或高于30℃且低于 35℃。
测试质量	基本载荷和附加载荷的总和不得超过车辆最大载荷的90%
行程和行驶比例	根据瞬时车速划分市区、郊区和高速段（34％，33％，33％）各段行驶比例的误差应控制在±10% 以内，但市区路段的行驶比例不能低于总行驶距离的 29%
车速要求	最高车速：120km/h 市区行驶的平均车速（包括停车）应在 15km/h 和 40km/h 之间 高速段行驶至少应覆盖90-110km/h 的车速范围，车速高于100km/h 的时间应达到至少5 分钟以上 停车阶段时间占比：6-30％，单次停车超过180s，剔除此段排放
持续时间	90-120min
最小行驶距离	市区、郊区和高速至少各16km
坡度要求	试验开始点和结束点之间的海拔高度之差不得超过 100m。另外试验车辆的累计海拔高度增加应低于 1200m/100km
试验用油	符合国家标准的市售燃油和润滑油
行程动力学要求	车速与正向加速度乘积的第95百分位超过规定值，行程无效。 相对加速度RPA，小于规定值，行程无效。
排放计算	CO2移动平均窗口法

2.2 RDE数据评估方法

RDE数据需要评估试验行程是否具有代表性并满足统计要求。将PEMS测试的数据如车速、里程、排放等进行分组，按要求进行归一化处理。排放计算有两种方法：EMROAD-JRC, CO2移动窗口平均法和CLEAR-TUG ，功率等级分组法（POWER BINNING)。本文将简要介绍国6排放法规采用的CO2移动平均窗口法。

CO2移动平均窗口法基于WLTC试验循环的CO2排放量定义窗口大小。根据CO2排放，将测试的排放数据分为多个子集（窗口）。将基于里程的CO2排放(g/km)与参考曲线进行对比，评价窗口的正常性，如果试验结果中包含了足够数量的窗口，并且窗口覆盖了不同的速度区域（市区、市郊、高速），则认为试验结果完整有效。移动平均窗口法，分为以下5个步骤：

步骤1：进行数据分类并剔除冷启动排放数据；

步骤2：在子集或“窗口”内计算排放；

步骤3：进行正常窗口识别；

步骤4：验证测试完整性和正常性；

步骤5：在正常窗口内计算排放。

2.2.1 窗口识别和计算

以1Hz为计算频率，试验结果向前或向后推，定义每个窗口的CO2排放量为I型试验（WLTC）CO2排放量的1/2（包括冷起动）。对每个窗口计算CO2的排放量，污染物排放量（CO, HC, NOx），单位g/km，计算平均车速km/h。

图3. CO2窗口识别和计算

2.2.2窗口评估

车辆CO2特性曲线：I型试验中CO2的排放与平均车速之间的关系。首先确定三个参考点P1,P2,P3，三个参考点分别为WLTC循环低速段、高速段和超高速段的平均车速和对应的CO2排放量。以车速为横坐标，CO2排放量为纵坐标，将P1,P2,P3连接成两条直线段，车速最大限定为145km/h。再根据基本公差tol1（25％）和tol2（50％）进行CO2排放量的上下拓展，以保证RDE试验中正常的驾驶段CO2排放窗口能在选定范围内。

P1点：=19 km/h，WLTP循环低速段CO2排放乘1.2[g/km]

P2点：=56.6 km/h，WLTP循环高速段CO2排放乘1.1[g/km]

P3点：=92.3km/h，WLTP循环超高速段CO2排放乘1.05[g/km]

根据每个窗口的平均速度划分，小于45km/h为市区窗口，45～80km/h之间为郊区窗口。大于80km/h为高速段窗口。

图4. 车辆CO2特性曲线和市区、郊区、高速公路行驶定义

2.2.3完整性和正常性校验

并非所有窗口都进行RDE排放分析，CO2排放与I型试验差异太大，或所采集的窗口不足以代表试验车的正常驾驶情况时，应进行适当的数据处理，与WLTC驾驶循环的CO2消耗量差异越大，权重因子越小，不满足窗口完整性和正常性要求时，试验结果无效。

完整性认定：市区、市郊和高速段窗口数量分别占总窗口数量的15％以上时，即认为完成试验。通过完整性认定。

正常性认定：50％以上的市区、市郊和高速段窗口落在特性曲线定义的基本公差范围内时，则通过正常性认定。如不满足上述规定，可以按 1%的步长增加公差上限 tol 范围，直到满足50%窗口要求为止，但使用这种方法tol1拓展不得超过30％。

图5. CO2窗口分布

2.2.4排放结果计算

根据上面的窗口划分和处理，基于正常窗口进行加权排放计算、严格程度指数计算和总行程排放计算g/km。

加权系数确定：

基本公差带内，正常窗口加权值为1

基本公差和二次公差之间，一次和二次公差进行0～1间的线性插值。

二次公差带以外，加权值为0。

RDE测试过程

RDE测试采用便携式车载排放测试设备PEMS，包括气体采样测量单元和颗粒物采样测量单元，分别测量NOx, CO, CO2和PN。流量计测量排气实时流量，设备供电单元和测试控制单元。采样频率为1Hz。PEMS设备通常放置在后备箱内，排气尾管和流量计通过车辆后拖钩固定，试验开始前应保证整个测试设备安装稳固。试验人员包括驾驶员和测试工程师。主流的PEMS设备有AVL的M.O.V.E和HORIBA的OBS ONE等。测试设备都附带数据评估系统，可以根据法规要求进行数据处理和排放分析，生成最终的排放报告。

图6. AVL M.O.V.E

图7. HORIBA OBS ONE

一次RDE测试内容包括排气采样设备的安装、调试和预热，排气流量计的安装和预热，试验前后排放设备标准气校验，数据处理和报告，加上试验过程总时间大约5小时。试验开始前应事先准备好测试路线，计算好市区、市郊和高速各段分配和总里程，并了解各路段的交通和路况，避免出现客观原因导致的试验失败或结果无效。一条合格的RDE路线往往要经过多次反复验证。

RDE难点

试验数据结果分析，RDE的难点在GDI汽油机的颗粒物PN和柴油机的NOx和PN。目前法规要求市区和总行程PN的符合性系数为2.1，这个系数有进一步减小的趋势。欧洲法规建议1+0.5，其中1为正常排放，0.5为测量误差，并且考虑对冷起动阶段的排放进行评估。

RDE工况点分布广，相比NEDC和WLTC更多工况点分布在高速大负荷和外特性点上，需要考虑的排放优化点更多。

图8. 驾驶循环工况对比

RDE测试过程复杂。采样管和排气流量计的安装应符合法规要求。测试前后应要保证采样设备的精度，线性度和零点校准。驾驶过程既要体现实际驾驶环境和路况，也要满足法规中对应的要求。因此不能保证很高的测试成功率。一条测试路线或一次成功测试不能代表整体RDE排放达标，需要根据不同的环境温度和海拔选择几条代表性的路线。结果还应覆盖法规许可的激进、正常和柔等不同驾驶风格。

RDE不仅增加了测试的难度，对车辆整体排放优化工作也带来了很大挑战。排放优化目标不再是仅针对一个固定的排放循环，而是涉及发动机可能运行到的所有工况点，最终需要EMS系统、后处理、标定等共同努力。RDE的标定也将从台架的扫点开始，逐步展开到转毂，实车PEMS测试，鲁棒性验证等。