吴广顺 王 青 路 林 武政杰

（天津大学内燃机研究所 天津 300072）

引言

我国作为摩托车生产大国，摩托车产量和保有量均位居世界第一，但一直采用欧洲的排放行驶循环。GB 14622-2016《摩托车污染物排放限值及测量方法（中国第四阶段）》（以下简称国四排放标准）颁布和实施后，两轮摩托车采用了全球摩托车排放测试循环（WMTC）。本文作者参与了中国两轮摩托车的道路采集工作，并向联合国提交了测试数据，因此WMTC中已包含中国的两轮摩托车行驶特征。WMTC排放行驶循环是基于实际路谱数据而合成的行驶循环，基本能够反映摩托车的实际行驶状况[1-2]。但WMTC的适用范围只包括两轮摩托车，因此三轮摩托车依然采用欧盟ECER40的排放行驶循环。

三轮摩托车ECER40的排放行驶循环由6个市区循环组成，共计1 170 s，每个循环195 s。该排放行驶循环是欧洲十多年前的三轮摩托车排放行驶循环，与我国三轮摩托车实际道路行驶特征有明显的差别。依据该排放行驶循环所得到的排放值不足以精确地反映三轮摩托车在中国实际道路行驶时有害气体的排放水平。因此，有必要对中国三轮摩托车实际道路行驶的数据进行采集，研究我国三轮摩托车的实际道路行驶特征，并对数据进行筛选，确定中国的三轮摩托车排放行驶循环，以便正确评价我国三轮摩托车实际道路排放水平。

联合国世界车辆法规协调论坛污染与能源工作组（GRPE）正在修改WMTC，以使该循环能够涵盖三轮摩托车的行驶特征。因此，在我国开展相关的路谱采集，以使WMTC能够反映我国三轮摩托车的行驶特性。

1 道路行驶路谱采集试验

1.1 试验用三轮摩托车

近几年，因市场需求，我国三轮摩托车产品呈现出多样化的发展趋势，但主导产品仍集中在100~250mL中挡排量区域。在2015年和2016年，排量>100mL以及排量≤250mL的三轮摩托车市场占有率为93%以上，而边三轮摩托车产量很少，占三轮摩托车的比重不到0.1%，且主要以军用、警用等为主，因此本次路谱采集未涉及边三轮摩托车。按照WMTC及欧Ⅴ排放标准对摩托车的分类，我国三轮摩托车基本属于1类和2-1类摩托车[2-3]。

本次路谱采集采用4辆正三轮摩托车，分别为DY150ZH-10、FT250ZH-3A、QJ200ZH-A、LF150-10B等，如表1所示。

表1 试验用三轮摩托车

1.2 试验道路及采样时间

实际道路行驶路谱采集分别在山东济南市、浙江温岭市以及重庆市等中国典型摩托车城市进行。根据实际道路的交通特征，包括了市区道路和市郊道路。试验时，根据实际交通状况进行驾驶，三轮摩托车在道路上行驶时，紧随车流，采集时尽量模拟道路上的车流形态特征，以便能够代表车辆在被测道路上的真实行驶状况。

不同的交通状况以及不同的路段所得到的路谱差异非常大。在交通高峰期，加速、减速、怠速比例较高，几乎没有匀速行驶；而在交通非高峰期，有长时间的匀速和怠速。因此，在进行路谱采集时，包含了各城市的交通高峰期、非高峰期以及夜间行驶的路谱采集。

1.3 车速测量系统

路谱采集所用仪器为英国RACELOGIC公司生产的VBOX3i车载数据采集装置，频率为100Hz，通过GPS卫星定位技术获取车速。它是基于新一代的高性能卫星接收器，能进行实时惯性整合，在GPS信号不好时，如桥下、树旁等情况下，可利用惯性数据得出准确的速度信号。该仪器是一种高效的车辆行驶性能试验仪器，所获得的路谱数据实时地记录于SD存贮卡中。且体积小、重量轻，安装非常方便。

1.4 车辆行驶模式

车辆的行驶模式非常复杂，从各种特征综合考虑，大致可分为4类，即怠速、加速、匀速和减速等，它们的定义分别如下[2]：

1）怠速

v<5，且-a0

2）加速

a≥a0

3）匀速

-a0

4）减速

a

其中：v为速度，km/h；a 为加 (减) 速度，m/s2；a0为加（减）速度阈值，m/s2；本试验取a0=0.139。

2 排放行驶循环的合成

本文从道路交通状况入手，通过对构成全部行驶的行驶段进行研究与归类，然后构建工况，构建工况时首先进行行驶段的划分。行驶段是车辆从一个怠速开始到下一个怠速开始的行驶片段（包括前一个怠速时间），持续时间一般大于20 s。对行驶段的界定是全部数据处理的一个基本单元，通过行驶段构建工况是指从大量的车辆行驶段中按照某种标准选取合适的行驶段来构建具有代表性的行驶工况。

要描述一个行驶段，需要定义一些特征参数来构建行驶段的数学模型。为尽可能精细地描述三轮摩托车实际道路行驶特征，并开发出代表其特征的实验室循环，需构造一组特征参数。特征参数的个数必须控制在可接受的范围内，并能比较真实全面地反映出摩托车实际道路的行驶特征[4-5]。本文采用11个特征参数来描述三轮摩托车的行驶特征：怠速比例 Pi、加速比例 Pa、匀速比例 Pc、减速比例 Pd、平均速度Vm（行驶段全部测试点的速度平均值）、平均运行速度Vmr（去除怠速模式特征点后行驶段所有测试点的速度平均值）、平均加速度aa、平均减速度ad、加速平均速度Vma（行驶段加速行驶模式下测试点的速度平均值）、匀速平均速度Vmc（行驶段匀速模式特征点的速度平均值）、减速平均速度Vmd（行驶段所有属于减速行驶模式的测试点的速度平均值）。

车速是实时采集的，所以每个采样点都按行驶模式定义来判断属于哪一类运行模式。各个采样点的速度直接从速度传感器读出；加速度不能仅由点来确定，需从一段时间的速度-时间历程来计算。由于本试验采样时间间隔为1 s，时间很短，因此将相邻采样点之间时间段内的平均加速度确定为前采样点的加速度值。

所得三轮摩托车的全部路谱数据的行驶特征计算结果见表2,由于我国三轮摩托车基本属于1类和2-1类摩托车，按照欧Ⅴ排放标准，其对应的WMTC测试循环为RS1[2-3]。

表2 三轮摩托车行驶特征计算结果

研究三轮摩托车实际道路行驶特征及其分布规律的一个重要目的是以实际摩托车路谱数据及分析统计结果为基础，开发合成一个能在实验室内再现的代表中国城市道路行驶特征的排放行驶循环。开发合成该循环的主要过程如下：

1）对试验所得到的大量统计数据进行加工处理，得到各种类型道路上每一行驶段的特征参数；

2）通过对各个采样点的参数和各个行驶段的参数进行统计分析，得到基于全部采样数据和全部测试段的特征参数的平均值；

3）按照行驶段的平均行驶时间以及目标循环的时间要求来确定合成循环所需的行驶段数目；

4）从全部数据中随机抽出所需的行驶段数据，统计其特征参数，并与全部测试数据的平均值进行比较，观察其相对误差是否在所给定的误差范围内；

5）若不满足要求，则放弃此次计算，重新抽取所需的行驶段数据，直至相对误差满足要求为止。

由这些行驶段所构成的速度-时间变换关系即为所合成的排放行驶循环。

实际计算中，以国四排放行驶循环每部分的运行时间600 s为合成循环的目标时间。选定前面所述的怠速比例等11个特征参数作为判别合成是否成功的依据，各参数相对误差最小时即为理想合成循环。其中，各工况比例和平均速度为重要限值参数，要求相对误差最小。如果11个特征参数数值与总体的数值误差在5%以内，即认为该备选行驶工况能够代表所采集的总体实际行驶工况，该备选行驶工况即为合成的三轮摩托车行驶工况。

表3为合成的三轮摩托车排放行驶循环的行驶特征参数，图1为最终开发合成的三轮摩托车排放行驶循环的速度-时间曲线。

表3 合成的三轮摩托车排放行驶循环的行驶特征参数

图1 合成的三轮摩托车排放行驶循环

3 结果及分析

图2为国四两轮摩托车RS1排放行驶循环与合成的三轮摩托车排放行驶循环对比。

国3为国四正三轮摩托车排放行驶循环与合成的三轮摩托车排放行驶循环对比。

图2 国四两轮摩托车RS1排放行驶循环与合成的三轮摩托车排放行驶循环对比

从图2、图3与表2、表3可以看出：

1）实际合成的三轮摩托车排放行驶循环与国四正三轮摩托车排放行驶循环相差很大。行驶特征中，除了“平均运行速度”、“匀速平均速度”、“减速平均速度”等3个参数比较接近外，其他8个参数均相差很大。因此，国四正三轮摩托车排放行驶循环采用ECER40循环，与我国三轮摩托车的实际行驶状况并不相同，开发符合我国实际行驶状况的三轮摩托车排放行驶循环具有重要意义。

2）实际合成的三轮摩托车排放行驶循环与国四两轮摩托车RS1排放行驶循环（即WMTCRS1排放行驶循环）较为接近。行驶特征中，“加速比例”、“减速比例”、“运行速度”、“平均运行速度”、“加速平均速度”、“匀速平均速度”、“减速平均速度”等7个参数非常接近，“怠速比例”与“匀速比例”等2个参数均相差10%~15%，只有“平均加速度”与“平均减速度”等2个参数相差较大（相差40%~50%）。这可能是由于我国三轮摩托车车身较宽，最高车速相对较低，车辆性能相对较差，行驶过程中受限制较多，从而使加减速性能受限制较多。两轮摩托车的加速及减速特征参数并不适用于三轮摩托车，因此有必要对WMTC循环进行必要的修订，以适用于我国三轮摩托车。

图3 国四正三轮摩托车排放行驶循环与合成的三轮摩托车排放行驶循环对比

4 结束语

1）由于实际合成的三轮摩托车排放行驶循环是基于三轮摩托车实际道路行驶中采集的数据，能真实地反映三轮摩托车的实际道路行驶特征，更符合我国三轮摩托车的实际行驶状况。

2）实际合成的三轮摩托车排放行驶循环的怠速比例与匀速比例等2个参数与WMTC循环均相差10%~15%，平均加速度、平均减速度等2个参数与WMTC循环均相差较大，现有的WMTC循环与中国三轮摩托车实际行驶状况并不一致。

3）本次路谱采集具有重要的意义，相关数据将提交给联合国世界车辆法规协调论坛污染与能源工作组，为修改WMTC循环提供依据，以使该工况能够涵盖我国三轮摩托车的行驶特征。

1 环境保护部、国家质量监督检验检疫总局.GB 14622-2016摩托车污染物排放限值及测量方法（中国第四阶段）[S].北京：中国环境科学出版社，2016

2 GRPE.Measurement procedure for two-wheeled motorcycle equipped with a positive or compression ignition engine with regard to the emission ofgaseous pollutant,CO2emissions and fuel consumption[EB/OL].http://www.unece.org/fileadmin/DAM/trans/main/wp29/wp29wgs/wp29gen/wp29registry/ECETRANS-180A2APPLE.PDF,2005-08-30

3 The European Commission.Commission delegated regulation(EU)No 134/2014 of 16 December 2013,supplementing Regulation(EU)No 168/2013 of the European Parliament and of the Councilwith regard to environmental and propulsion unit performance requirements and amending Annex V thereof[EB/OL].http://eur-lex.europa.eu/eli/reg_del/2014/134/2016-10-16

4 John Brady,MargaretO′Mahony.Developmentofa driving cycle to evaluate the energy economy of electric vehicles in urban areas[J].Applied Energy,2016,177:165-178

5 Nesamani K.S.,Subramanian K.P.Developmentof a driving cycleforintra-Saleh citybusesinChennai,India[J].Atmospheric Environment,2011,45:5469-5476