The European Commission has developed a Real-Driving Emissions (RDE) test procedure to verify pollutant emissions during real-world vehicle operation using the Portable Emissions Measurement Systems (PEMS). This paper presents the experimental procedures required by the newly-adopted RDE test.
Vehicles are tested in controlled and relatively narrow laboratory conditions to determine their official emission values and reference fuel consumption. However, on the road, ambient and driving conditions can vary over a wide range, sometimes causing emissions to be higher than those measured in the laboratory. For this reason, the European Commission has developed a complementary Real-Driving Emissions (RDE) test procedure using the Portable Emissions Measurement Systems (PEMS) to verify gaseous pollutant and particle number emissions during a wide range of normal operating conditions on the road. This paper presents the newly-adopted RDE test procedure, differentiating six steps: 1) vehicle selection, 2) vehicle preparation, 3) trip design, 4) trip execution, 5) trip verification, and 6) calculation of emissions. Of these steps, vehicle preparation and trip execution are described in greater detail. Examples of trip verification and the calculations of emissions are given.
Fordon testas under kontrollerade laboratorieförhållanden för att bestämma deras officiella utsläppsvärden och bränsleförbrukning (t.ex. FN: s ekonomiska kommission för Europa (UNECE) nr 83) 1. För lätta fordon, förordning 715/2007 2 definieras Euro 5 och 6 utsläppsgränser, till vilka fordon i kategorierna M1, M2 (personbilar), N1 och N2 (fordon för transport av gods) måste följa. Överensstämmelse verifieras genom den så kallade "typ I" test som mäter avgasutsläpp efter kallstart under ett standardiserat test i laboratoriet 1. Även laboratorietester säkerställer reproducerbarhet och jämförbara resultat, täcker det endast ett litet antal av de omgivande, drivande, och driftsförhållanden som normalt kan förekomma på vägen. I själva verket, officiella laboratorium testresultat återspeglar mindre den faktiska bränsleförbrukningen upplevs av förare på väg 3. Dessutom on-road fordonsutsläpp, speciellt NOx utsläpp av dieselbilar, är också högre än typgodkännande värden 4-5. Förordning 715/2007 2 innehåller bestämmelser som säkerställer att utsläppsgränserna respekteras under normal användning av fordonet. Olika nya regulatoriska komponenter är på gång för att minska observerade avvikelser, såsom lätta ordningen Världs harmoniserade (WLTP), främst för CO2 och bränsleförbrukning, och Real-Driving Utsläpp (RDE) testförfarande, huvudsakligen för föroreningar.
Visserligen är den viktigaste komponenten i det nya regelverket för vanliga föroreningar som överensstämmer med de utsläppsgränser måste demonstreras under verkliga fordonsdrift efter RDE förfarande. Det nya förfarandet kommer att komplettera mätning av utsläpp på chassidynamometrar, så att en grundlig kontroll av reglerade föroreningar uppnås både i laboratory och på vägen. RDE är baserad på på väg att testa utsläppen med Portable Utsläpp mätsystem (PEMS). PEMS är inte nya, speciellt för tunga fordon testning. United States Environmental Protection Agency (US-EPA) har lagt till laboratorium certifiering tester ytterligare utsläppskraven med inte-att-Exceed (NTE) koncept baserat på provningen med PEMS. I Europa PEMS-baserade överensstämmelsen (ISC) bestämmelser för standarderna Euro VI gäller för EURO V-motorer 6,7. PEMS mäter utsläpp i motoravgaserna med en mätprestanda (t.ex. linearitet, noggrannhet) som är jämförbar med den hos laboratorie kvalitet utrustning 8. Den senaste generationen av PEMS väger 30 kg, är kompakt och kan lätt installeras i små personbilar och därmed få en mindre inverkan på fordonet.
För att klara den verkliga variationen i testförhållanden, specifik testning och utvärdering av data proförfaranden måste genomföras. Testning kan ske under ett brett spektrum av höjd, temperatur, och körförhållanden. Men krav på (i) resa sammansättning (t.ex. ungefär lika stora delar av städer, på landsbygden, och motorvägskörning) och (ii) kördynamik (t.ex. det tillåtna området accelerationer) syftar till att säkerställa att fordon provas på ett rättvist, representativ och tillförlitligt sätt. Ändå, på grund av ett antal faktorer (t.ex. trafik, förare, och vind), förblir något på provkörningen, i viss mån, slumpmässiga och icke-reproducerbara. Således, den största utmaningen var att utveckla en datautvärderingsmetod som bedömer efterhand normaliteten för testförhållanden för att möjliggöra en tillförlitlig bedömning av utsläpp från fordon. För detta ändamål har två metoder som tillämpas inom RDE: den rörliga genomsnitt fönster (MAW) och kraften binning metoden. Den MAW Metoden delar test i underavdelningar (fönster) och använder avståndet specifika genomsnittliga koldioxid (CO 2 </sub>) utsläpp av varje fönster för att bedöma normaliteten för driftsförhållanden. Kraften binning metod kategoriserar de momentana på väg utsläpp till kraftpapperskorgar baserade på motsvarande effekt till hjulen. Normaliteten av den resulterande effektfördelningen fastställs genom en jämförelse med en standardiserad hjul effekt frekvensfördelning. Båda metoderna omfatta kriterier för att säkerställa att en realiserad test omfattar olika driv dynamik tillåts av testförfarandet 9-10 RDE. De två metoderna ger vanligen resultat inom 10%; har dock skillnader i storleksordningen 50% rapporterats 11,12. En fördjupad utvärdering av utvärderingsmetoder två data saknas fortfarande. Europeiska kommissionen erkänner denna brist i skäl 14 i RDE förordningen 13,14 och förutser en översyn av dessa två metoder inom en snar framtid i syfte att behålla dem eller att utveckla en enhetlig metod för utvärdering av gasformiga föroreningar och partikel antal utsläpp.
Hittills har två RDE paket antagits av tekniska kommittén för motorfordon (TCMV) i EU: s medlemsstater och blev lag efter offentliggörandet i Europeiska unionens officiella tidning 13-15. Den första RDE paketet omfattade randvillkor, det verkliga provet förfarandet, ifrågavarande PEMs specifikationerna och utvärderingsmetoder data (MAW och / eller effekt binning), men inte utsläppsgränser (paketet röstades på av TCMV den 18: e maj 2015). Den andra RDE paket läggas inte till överskrida (NTE) utsläppsgränser som gäller för RDE testning. Dessutom har kompletterande randvillkor införs för att kontrollera överskottet eller frånvaron av kördynamik. Utsläppen av varje giltig individuell RDE testet måste ligga under respektive NTE utsläppsgräns, som anges i förordningen som faktorer överensstämmelse. För närvarande är det endast NOx utsläpp som omfattas. Bindande faktorer överensstämmelse kommer att införasi två steg: en faktor 2,1 i Euro 6 NOx gräns (80 mg / km) kommer att gälla 2017-2019 för nya typgodkännanden och alla nya bilar registreringar. Faktorn överensstämmelse kommer därefter sänkas till 1,5 i 2020-2021. Den slutliga Euro 6 överensstämmelse faktor 1,5 ger en ersättning på 0,5 (dvs. 50%) för ytterligare mätosäkerheten av PEMS jämfört med laboratorieutrustning och variabilitet testet mot avgasprovet inom de möjliga områden för testförhållanden (t.ex. temperatur , dynamik och höjd). När det gäller CO, även om bindande faktorer överensstämmelse för närvarande inte diskuteras, på väg koldioxidutsläpp måste mätas och registreras för att erhålla typgodkännande. Det andra paketet röstades på av TCMV på 28: e oktober 2015.
Kick-off-mötet ytterligare två paket hölls den 25: e januari 2016. Den tredje RDE paketet kommer att behandla partikelantal PEMS testning, kallstart euppdrag och testning av hybridfordon. Mätning partikelantal utsläpp ombord fordon är utmanande, eftersom ingen verifierad teknik har ännu inte fastställts. Nya koncept och metoder har utvecklats under perioden mellan 2013 och 2014, bland annat elektrisk detektering av aerosol i realtid i kombination med konstant flöde provtagning 16. Detta paket är att bli föremål för omröstning i den andra halvan av 2016. Den fjärde RDE paketet kommer att behandla med definitionen av krav på överensstämmelse i drift och marknadsövervakning testning. Slutförande av detta paket planeras i början av 2017. RDE förordningarna 2016/427 13 och 2016/646 14 närvarande integreras tillsammans med världsomfattande lätta fordon testprocedur (WLTP) i ett större EU-förordningen typgodkännande som kommer att komplettera förordningen 715/2007 2.
Syftet med detta dokument är att presentera de experimentella förfaranden som krävs av den nyligen antagna RDE förordning. Förfarandet RDE testet definierar gränserna för tillåtna testförhållanden, till protokollet för att testa fordon, kraven för instrument, och utvärderingsmetoder tillämpas för att analysera fordonsdrift och tillhörande utsläpp av föroreningar (tabell 1). Förfarandet kan sammanfattas i sex steg: 1) val av fordon, 2) fordon förberedelse, 3) resa konstruktion, 4) utförande resa, 5) resa kontroll, och 6) beräkningar av utsläppen. Om något av kraven i någon av dessa sex steg inte uppfylls, är testet anses misslyckades. För en mer detaljerad beskrivning av RDE testprocedur, kan läsaren hänvisa till själva förordningen 13-14.
Bilaga IIIA i EG-förordningen 692/2008 |
1. Inledning, definitioner och förkortningar |
2. Allmänna krav på faktorer överensstämmelse |
3. RDE test som skall utföras |
4. Allmänna krav |
5. Randvillkor |
6. Karta krav |
7. Operativa krav |
8. Smörjolja, bränsle och reagens |
9. Utsläpp och resa utvärdering |
bilagor |
Bilaga 1: Provningsförfarande för att testa utsläpp från fordon med en PEMS |
Bilaga 2: Specifikationer och kalibrering av PEMS komponenter och signaler |
Tillägg 3: Validering av PEMS och icke-spårbara avgasmassflöde |
Bilaga 4: Fastställande av utsläpp |
Tillägg 5: Kontroll av trip dynamiska förhållanden med metod 1 (Moving medelvärdesbildande fönstret) |
Tillägg 6: Kontroll av trip dynamiska förhållanden med metod 2 (Ström Binning) |
Bilaga 7: Val av fordon för PEMS testning vid första typgodkännandet |
Bilaga 7a: Kontroll av övergripande resa dynamik |
Bilaga 7b: Förfarande för att fastställa den ackumulerade positiva höjd vinst av en resa |
Bilaga 8: Datautbyte och rapporteringskrav |
Bilaga 9: Tillverkarens intyg om överensstämmelse |
Tabell 1:. Struktur för RDE förordningen Förordningen anses vara BILAGA IIIA i förordning 692/2008 10. Alla delar och bilagor beskrivs i kommissionens förordning 2016/427 (det första paketet) 8. Bilagor 7a och 7b, liksom de faktorer överensstämmelse, beskrivs i kommissionens förordning 2016/646 (det andra paketet) 9.
I detta papper, var RDE proceduren beskriven. Flera punkter förtjänar särskild uppmärksamhet och kommer att diskuteras mer i detalj här.
För typ erhålla godkännande, är det obligatoriskt att bestämma avgasflödet med användning av utrustning såsom en EFM funktion utan någon koppling till ECU av fordonet. När det gäller förberedelse fordon, är det viktigt att kopplingen mellan EFM och avgasröret. Materialen bör vara temperatur- och avgaskompositionen beständig. Även om detta inte är så kritisk för NO x, kommer det att vara av betydelse för partikelantal provtagning, där desorption av avsatt material kan leda till artificiellt höga utsläpp. Dessutom bör punkter som kan ackumuleras kondensat undvikas. De kondensat som bildas vid accelerationer kan träda i mätsystemen och skada eller blockera dem. Punkterna analysatorerna provtagnings är anslutna nedströms EFM för att säkerställa att hela flow passerar genom EFM. Om detta inte är möjligt och de är anslutna uppströms om EFM, har en korrigering för det extraherade flödet som skall göras. Analysatorerna ska anslutas nedströms EFM, utan några ändringar i längden på provtagningsledningarna. Om detta inte är möjligt, uppehållstiden i den extra slangen måste beaktas i programmet för att säkerställa korrekta beräkningar utsläpp. Analysatorerna kan installeras i eller utanför fordonet, så länge som säkerhetskrav uppfylls. Dessutom kalibreringen av analysutrustningen kräver uppmärksamhet. Det måste ske inom det förväntade intervallet av fordonets utsläpp. Annars kan kravet på 90% täckning av 99% av mätningarna av de giltiga delar av utsläppsprovningen inte uppfyllas.
Resan verifiering och beräkningen av utsläppen typiskt genom den PEMS programvara. För normal körning, kan alla villkor uppfylls lätt 17 </ Sup>. Till exempel, baserat på våra mätningar, är en normalt driven resa väl inom de dynamiska gränsvärden som (Figur 4). Däremot kan aggressiv körning vara inom passområdet, särskilt under de stads- eller motorvägs delar. Å andra sidan, data i holländska städer visar att normal körning även kan överskrida dessa gränser 18. I framtiden, erfarenheter under tiden genomfört tester närmare randvillkor, och utvärderingsmetoder som visar skillnader i> 50% kommer att utvärdera tillämpningen av förfarandet 11,19.
En källa till osäkerhet kommer från fastställandet av väg laster för mätning av CO2-utsläpp med WLTC; Dessa mätningar används för att utvärdera normalitet körförhållandena med utvärderingen RDE data. Helst de valda vägen laster liknar dem i det obelastade fordonets provas med de PEMS på vägen. Den flexibilitet som beviljats av WLTP (t.ex. till determine vägen belastningen baserad på konservativa generiska parametrar eller fordonet med den högsta testmassan inom en familj) kan orsaka väsentliga avvikelser i CO 2 -utsläpp bestäms av WLTC och uppmätta senare på vägen. Följaktligen kan metoderna ge en förspänd utvärdering av den faktiska drivande svårighetsgrad. Bestämmelserna WLTP för inställning av vägmotstånd kan eventuellt behöva specificeras för RDE ändamål.
Det bör noteras att, i jämförelse med den europeiska tunga i regel överensstämmelsen, det finns vissa skillnader (t ex är driftkorrigering tillåten, OBD anslutning är nödvändig för att beräkna utsläppen i g / kWh) på grund av de olika typerna godkännandeförfarandet för tunga fordon (motorer) 6. Skillnaderna är utanför ramen för denna uppsats. Med USA i användning följs reglering, det finns fler skillnader i utvärderingsmetoden.
Worldwide, RDE markerarförsta tillsyns på väg test för lätta fordon. RDE bestämmelser som fastställs i förordning 2016/427 markera den första relevanta instans för typgodkännande av lätta fordon i Europa, där RDE kompletterar standard provningen under kontrollerade förhållanden i laboratoriet. Förfarandet RDE Testet medger provning, och därmed kontrollerande, utsläpp fordon föroreningar inom ramen för ett brett spektrum av driftsförhållanden och i en mer robust och omfattande sätt än det för tillfället tillämpas laboratorietester med en fördefinierad körcykel.
Icke desto mindre är RDE också föremål för begränsningar. Först, modal emissionsmätningar på vägen under långa tidsperioder innebär en risk för analysatorn drift (t.ex. på grund av variationer i omgivningstemperatur). På väg emissionsmätningar är därmed föremål för större osäkerhetsmarginaler (uppskattningsvis högst 20-30% på gränsen gällande utsläpp NOx) 21 än emissionsmätningsi laboratoriet, även om PEMS analysatorer uppfyller liknande krav noggrannhet och precision som laboratorieanalys. För det andra, hantering av PEMS utrustning kräver utbildning; provningutsläpps på vägen är ännu inte plug-and-play, och det kräver en expert. Som på väg att testa med PEMS är fortfarande ganska ny, utbildning som gör att biltillverkare och tekniska tjänster för att förvärva och utbyta bästa praxis behövs. Denna artikel är ett försök att sprida kunskap om hantering av PEMS och provning av utsläpp från fordon på vägen. Större skala erfarenhet med bestämmelserna RDE, som kan erhållas genom inter laborationer eller genom benchmarking mot befintlig internationell lagstiftning, saknas fortfarande. Som RDE utgör den första på väg testförfarande för lätta fordon över hela världen, förutser kommissionen en årlig översyn av faktorer överensstämmelse och en mer omfattande översyn av hela RDE förfarandet i halvtids.
<p class="Jove_content"> Det finns två stora områden för framtida tillämpning. Först kan RDE antas av andra länder. Kina, Indien, Japan, och Sydkorea är intresserade av att anta RDE, eller delar av dessa, för myndighetskontroll. Som sådan, kan det förfarande som beskrivs här bli en plan för lagstadgade tester av lätta fordon på väg utsläpp runt om i världen. För det andra, RDE presenterar en handledning för alla oberoende utsläppsprovet utförs av forskningsinstitut och tekniska tjänster bra. Bestämmelserna bidra till korrekta och robusta mätningar på väg utsläpp.The authors have nothing to disclose.
The authors would like to thank Sensors Inc. for providing a PEMS for conducting an inter-laboratory exercise.
PEMS analyzer | Sensors Inc. | SEMTECH ECOSTAR | |
PEMS analyzer | AVL | MOVE | Figure 2 |
PEMS analyzer | Horiba | OBS | Figure 2 |
PEMS analyzer | MAHA | PEMS-GAS | Figure 2 |
Exhaust Flow meter | Sensors Inc. | SEMTECH EFM-HS | EFM-HS specifications of Table 4 |
GPS | Garmin | Drive 50 | |
Weather station | Waisala | AWS310 | |
Zero gas | Air Liquide | AL089 | Alphagaz 1 (N2) |
Span gas | Air Liquide | SM190022710IT | 1800 ppm NO in N2 |
Span gas | Air Liquide | SM190022710IT | 13% CO2 in N2 |
Batteries | Discover | EV12A-A | |
Mention of trade names or commercial products does not constitute endorsement or recommendation by the authors or the European Commission |