PEMS成為了歐洲車輛認(rèn)證測(cè)試程序的基石

SAE International -國(guó)際自動(dòng)機(jī)工程師學(xué)會(huì)

Emission Analytics 公司已經(jīng)通過(guò)在車輛尾氣管道上安裝 PEMS 系統(tǒng)（車載尾氣檢測(cè)設(shè)備，如圖所示），在全美測(cè)試了超過(guò) 500 輛汽車?，F(xiàn)階段，Emission Analytics 公司的測(cè)試主要以內(nèi)燃機(jī)車型為主，但也開(kāi)始測(cè)試越來(lái)越多的電動(dòng)車乃至燃料電池汽車，從而更好地對(duì)比不同車型的電效率。

最近推出的北美數(shù)據(jù)庫(kù)可以讓用戶在線對(duì)比不同車型的溫室氣體排放情況，和實(shí)際工況下的燃油經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)。

Emission Analytics 公司的EQUA 指數(shù)是世界最大的汽車行業(yè)真實(shí)工況測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)。這家公司將使用同一套測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各款車型進(jìn)行測(cè)試，即在車輛尾氣管處安裝一款便攜式尾氣檢測(cè)系統(tǒng) (PEMS)。

英國(guó) Emissions Analytics 公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 NickMolden 表示，“實(shí)驗(yàn)室非常適合進(jìn)行一些預(yù)先設(shè)計(jì)好，且具有高度可重復(fù)性的測(cè)試。然而，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試并無(wú)法評(píng)估車輛的真實(shí)道路行駛表現(xiàn)，而真實(shí)世界測(cè)試則可以提供車輛在真實(shí)駕駛環(huán)境下的關(guān)鍵性能參數(shù)?！?/p>

根據(jù) EQUA 指數(shù)標(biāo)簽，我們可以看到這輛2017 款豐田凱美瑞汽油小轎車的二氧化碳排放級(jí)別為 C級(jí)。

2017 年 9 月，PEMS 作為一種測(cè)試方法, 取得里了程碑式的進(jìn)展，成為了歐洲車輛認(rèn)證測(cè)試程序的基石。全球 PEMS 系統(tǒng)供應(yīng)商，位于密歇根州Saline市的 Sensors Inc 公司首席技術(shù)官 David Booker 博士表示，“任何輕型汽車在正式銷售之前都必須進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和真實(shí)工況下的道路行駛排放測(cè)試?！?/p>

公司發(fā)言人 Nancy Grantham 表示，美國(guó)環(huán)保署（EPA）將使用 PEMS 等工具提取車輛行駛過(guò)程中的排放特性數(shù)據(jù)，并借此監(jiān)測(cè)任何可能存在的作弊裝置或其他合規(guī)性問(wèn)題。任何新車在獲得合格證之前均必須同時(shí)通過(guò)基于PEMS 等工具的真實(shí)工況測(cè)試和一系列實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。

Grantham 補(bǔ)充道，美國(guó)環(huán)保署并未針對(duì) PEMS 測(cè)試結(jié)果專門制定一個(gè)新的指標(biāo)，而是主要將 PEMS 等真實(shí)工況測(cè)試數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證是否一致。

安裝在車輛后座上的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。

可重復(fù)性和可驗(yàn)證性

過(guò)去 6 年中，Emissions Analytics 公司已經(jīng)在歐洲地區(qū)測(cè)試了超過(guò)1600 輛輕型乘用車。這家私營(yíng)公司自 2013 年開(kāi)始進(jìn)行北美測(cè)試，一支由 4 名駕駛員組成的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在洛杉磯和最近加入的底特律地區(qū)，測(cè)試了超過(guò) 520 輛汽車，其中既有小型汽車，也有大型皮卡。

Molden 表示，“我們的駕駛員經(jīng)過(guò)專門訓(xùn)練，他們的駕駛風(fēng)格可以反映絕大多數(shù)人的‘平均’水平。此外，我們還會(huì)收集每一秒的數(shù)據(jù)，進(jìn)而判斷駕駛員是否的確以平均速度按照指定的路線行駛，并在規(guī)定的時(shí)間或地點(diǎn)進(jìn)行制動(dòng)和加速操作?！?/p>

在 Emission Analytics 公司的整體測(cè)試機(jī)制下，保證駕駛路線的可重復(fù)性和可驗(yàn)證性非常重要?！拔覀儠?huì)使用 PEMS 工具測(cè)試結(jié)果制定一個(gè)真實(shí)世界性能標(biāo)簽，”Molden 解釋說(shuō)，“EQUA 指數(shù)不是一種認(rèn)證，并不屬于監(jiān)管規(guī)定范圍內(nèi)。該指數(shù)的主要作用在于不同車型之間的比較，并不存在真正意義上的‘合格’或‘不合格’?！?/p>

EQUA指數(shù)正逐漸被視為提供給消費(fèi)者、立法者和汽車制造商的指南，更重要的是，它還可以讓優(yōu)秀的工程設(shè)計(jì)脫穎而出，為市場(chǎng)所認(rèn)可。

Molden 建議說(shuō)：“汽車制造商應(yīng)進(jìn)行測(cè)試的目的應(yīng)該是促進(jìn)環(huán)保和降低燃耗，而不是單純?yōu)榱藵M足監(jiān)管認(rèn)證的最低要求?！?/p>

Emissions Analytics自 2011 年成立以來(lái)，一直采用 PEMS 系統(tǒng)進(jìn)行車輛測(cè)試。具體來(lái)說(shuō)，為了完成測(cè)試，每輛汽車都需要在 5°C 到 25°C 的特定溫度范圍內(nèi)行駛 100 英里（161 公里），其中市區(qū)道路駕駛占 55％，公路駕駛占 45％。近年來(lái)，Sensors 公司供應(yīng)的 PEMS 設(shè)備在減重和小型化方面取得了很大進(jìn)展，目前重量?jī)H為大約 220 磅（100 公斤）。

Molden 表示：“你可以盡力在實(shí)驗(yàn)室中模擬真實(shí)駕駛工況，但絕不可能做到和真實(shí)情況完全一樣。任何會(huì)給發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)負(fù)擔(dān)的駕駛場(chǎng)景，都會(huì)影響車輛的燃耗和排放數(shù)據(jù)，而在底盤測(cè)功機(jī)上模擬各種道路條件非常困難，特別是爬坡的情況。

Molden 表示，歐洲實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中的滾動(dòng)阻力普遍小于真實(shí)道路測(cè)試條件，這種情況非常常見(jiàn)。Molden 介紹說(shuō)，較低的滾動(dòng)阻力可以降低車輛的燃耗和排放數(shù)據(jù)，“這種做法在技術(shù)上并不算違規(guī)，但滾動(dòng)阻力誤差的確是實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的致命弱點(diǎn)?！?/p>

Emissions Analytics 公司測(cè)試車輛安裝了一個(gè)“迷你氣象站”，可以測(cè)量道路測(cè)試期間的空氣溫度、壓力和濕度。

GPS 非常關(guān)鍵

在 Emissions Analytic 公司的測(cè)試中，車輛將配備一款連接至排氣管的 PEMS 系統(tǒng)、一個(gè) GPS系統(tǒng)及一個(gè)微型氣象站（用來(lái)捕捉空氣溫度、壓力和濕度）。Molden 表示，“我們會(huì)使用 GPS 系統(tǒng)，因此完全不需要任何車載定位系統(tǒng)，甚至連車速和加速度數(shù)據(jù)都不需要。另外，GPS 系統(tǒng)還可以提供海拔數(shù)據(jù)，因此我們還可以測(cè)量道路的坡度?！?/p>

道路測(cè)試可以在一定程度上避免排放測(cè)量結(jié)果作弊的影響。Molden 表示，“大眾汽車的作弊設(shè)備就是一個(gè)很好的例子，它可以在很大程度上影響測(cè)試結(jié)果，這在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中難以避免，但卻很難‘騙過(guò)’道路測(cè)試?！?/p>

此外，Emissions Analytic 公司還會(huì)在測(cè)試流程中綜合考慮多方因素，包括空調(diào)的使用情況等，進(jìn)而測(cè)量最準(zhǔn)確的燃油經(jīng)濟(jì)性及CO2、CO、NO、NO2等物質(zhì)的排放水平。值得說(shuō)明是，考慮到當(dāng)?shù)厥褂昧?xí)慣，與歐洲測(cè)試相比，Emissions Analytic 公司在北美車輛測(cè)試中專門將空調(diào)的使用時(shí)長(zhǎng)延長(zhǎng)了 50％。

為了能更好地進(jìn)行橫向比對(duì)，EQUA 指數(shù)的基本測(cè)試方法完全相同。不過(guò)，Emissions Analytics 還會(huì)進(jìn)行一些特定研究，增加一些額外的考量因素，比如寒冷天氣測(cè)試和陡坡測(cè)試等。此外，PEMS 測(cè)試還可以生成定制報(bào)告。

2013 年以來(lái)幾乎沒(méi)有變化；氮氧化物的平均排放量為 43mg/mi，比美國(guó)環(huán)保署 Tier 2 Bin 5 標(biāo)準(zhǔn)低 14%。Molden 表示，如果將平均排量降低至 1.5 L，發(fā)動(dòng)機(jī)的 CO2排放則可以降低 23％。

瞬時(shí)排放、燃油消耗、車輛速度、行車坡度和行車高度等信息可以讓工程師更好地模擬車輛的動(dòng)態(tài)特性，并繪制更貼近現(xiàn)實(shí)情況的“排放圖”。例如通過(guò)用 X 軸表示速度，Y 軸表示加速度，用戶即可在排放圖中找到峰值排放或峰值燃耗對(duì)應(yīng)的特定操作情況。

車輛燃油經(jīng)濟(jì)性和溫室氣體排放之間的聯(lián)系不可否認(rèn)。通過(guò)測(cè)量排氣管中的碳氧化物氣體排放，我們只要只要知道車輛所有燃料的化學(xué)成分組成，即可以利用“碳平衡守則”，準(zhǔn)確計(jì)算出車輛的燃耗。Molden 表示：“我們就是這樣計(jì)算車輛燃耗的，完全不需要在車輛的燃油管路安裝任何設(shè)備，也完全用不到 CAN 總線。”

在真實(shí)世界中，車輛尾氣排放分析測(cè)試也可以防止一些別有用心的裝置影響測(cè)試結(jié)果，臭名昭著的“大眾柴油作弊門”就是一個(gè)例子。如果沒(méi)有加裝作弊設(shè)施，大眾汽車 (VW) 的 MPG 數(shù)據(jù)將增加 10％，二氧化碳排放量雖然有所降低，但氮氧化物的排放數(shù)據(jù)將會(huì)非常高。

Molden 解釋說(shuō)：“鑒于這種情況的存在，你必須在同一天，使用同一種測(cè)試方法，把同一輛車的所有數(shù)據(jù)全部測(cè)完，然后把這些數(shù)據(jù)放在一起對(duì)比，否則你的測(cè)試系統(tǒng)就可能很容易遭到篡改?！?/p>