实际道路排放试验

技术概述

实际道路排放试验是当前机动车环保检测领域最为先进和真实的排放测试技术之一。与传统的实验室台架测试不同，实际道路排放试验能够在真实道路行驶条件下，利用便携式排放测试系统（PEMS）对车辆的实际排放进行实时监测和数据采集。这种测试方法能够真实反映车辆在日常使用过程中的排放水平，有效避免了实验室测试条件与实际使用条件差异导致的排放偏差问题。

随着机动车保有量的持续增长和环保要求的日益严格，传统的实验室工况法测试已经难以全面反映车辆在实际道路上的排放状况。实验室测试通常在滚筒台架上进行，按照固定的驾驶循环（如NEDC、WLTC等）进行测试，虽然具有较好的重复性和可比性，但无法模拟真实道路上的复杂工况，包括交通拥堵、坡度变化、天气影响、驾驶习惯等多种因素。实际道路排放试验正是在这一背景下应运而生，成为验证车辆真实排放水平的重要手段。

实际道路排放试验的核心技术在于便携式排放测试系统（PEMS）的应用。PEMS设备体积小、重量轻，可以安装在车辆上随车行驶，实时测量车辆排气中的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、颗粒物（PM）等污染物的浓度和排放量。同时，PEMS还能同步记录车辆的行驶参数，如车速、加速度、发动机转速、GPS位置等信息，为排放数据分析提供全面的背景信息。

从国际发展趋势来看，实际道路排放试验已经成为欧美等发达国家法规要求的重要组成部分。欧盟自2017年起实施的欧6d标准中，明确要求轻型柴油车必须通过实际道路排放试验，NOx的实际道路排放限值为168mg/km，是实验室限值80mg/km的2.1倍。这一法规的实施标志着实际道路排放试验从研究工具正式转变为法规认证的必要环节。我国也在积极跟进国际先进经验，逐步将实际道路排放试验纳入机动车环保管理体系。

实际道路排放试验的技术优势主要体现在以下几个方面：首先，测试条件真实，能够反映车辆在实际使用环境下的排放表现；其次，测试覆盖面广，可以涵盖各种道路类型和驾驶工况；第三，数据量丰富，能够获取连续的排放数据和行驶参数；第四，可以发现实验室测试难以识别的排放问题，如冷启动排放、高负荷排放等特殊工况下的排放异常。这些优势使得实际道路排放试验成为机动车排放监管的重要技术支撑。

检测样品

实际道路排放试验的检测样品主要是各类机动车辆的尾气排放物。根据车辆类型和燃料类型的不同，检测样品可分为以下几类：

• 轻型汽油车：主要包括M1类车辆（载客汽车，座位数不超过9座）和N1类车辆（载货汽车，最大总质量不超过3.5吨）中的汽油车型。这类车辆的排放检测重点关注一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等气态污染物的实际道路排放水平。
• 轻型柴油车：同样涵盖M1类和N1类车辆中的柴油车型。柴油车的实际道路排放试验除气态污染物外，还需重点关注颗粒物（PM）和颗粒物数量（PN）的排放情况，因为柴油车在真实道路工况下的颗粒物排放往往高于实验室测试结果。
• 重型柴油车：包括N2类（最大总质量超过3.5吨但不超过12吨）和N3类（最大总质量超过12吨）载货汽车，以及M2类和M3类载客汽车中的柴油车型。重型柴油车的实际道路排放试验需要使用更大流量的PEMS设备，测试工况也更为复杂。
• 混合动力车辆：包括油电混合动力、插电式混合动力等车型。这类车辆的实际道路排放试验需要特别关注发动机启停、能量回收等特殊工况下的排放表现，测试程序也更为复杂。
• 天然气车辆：包括压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG）车辆。这类车辆的排放特性与汽柴油车有所不同，实际道路排放试验需要针对其特点进行测试参数的调整。

在实际道路排放试验中，检测样品的状态要求也十分重要。被测车辆应处于正常使用状态，各项技术参数应符合生产企业规定的技术条件。车辆应使用市场供应的燃料，燃料品质应符合相关标准要求。车辆的行驶里程应在一定范围内，通常要求累计行驶里程在磨合期结束后至耐久性里程之间，以代表车辆正常使用阶段的排放水平。

检测样品的环境条件同样是实际道路排放试验的重要考量因素。试验应在规定的环境条件下进行，包括环境温度、大气压力、相对湿度等参数应在合理范围内。通常要求环境温度在-7°C至35°C之间，以覆盖大部分实际使用场景。试验路线应涵盖城市道路、郊区和高速道路等多种道路类型，以全面反映车辆在不同工况下的排放表现。

检测项目

实际道路排放试验的检测项目涵盖了机动车尾气中的各类污染物，根据车辆类型和排放标准的不同，检测项目有所差异：

• 一氧化碳（CO）：一氧化碳是燃料不完全燃烧的产物，对人体健康有害，特别是会影响血液携氧能力。在实际道路排放试验中，CO的排放量以mg/km或g/km为单位进行计量，通过PEMS设备实时测量排气中的CO浓度，结合排气流量计算得到单位里程排放量。
• 碳氢化合物（HC）：碳氢化合物包括排气中各类未燃烧和部分燃烧的烃类物质，是形成光化学烟雾的重要前体物。实际道路排放试验中，HC的测量采用氢火焰离子化检测器（FID）或非分散红外分析法（NDIR），测量结果以C1当量表示。
• 氮氧化物（NOx）：氮氧化物是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）的总称，是内燃机高温燃烧过程中空气中的氮气与氧气反应生成的产物。NOx是形成酸雨和光化学烟雾的重要污染物，也是实际道路排放试验的重点检测项目。PEMS设备通常采用化学发光法（CLD）或非分散紫外分析法（NDUV）测量NOx浓度。
• 颗粒物（PM）：颗粒物是柴油车排放的主要污染物之一，由碳烟、可溶性有机组分和硫酸盐等组成。实际道路排放试验中，PM的测量通常采用滤纸称重法或实时颗粒物分析仪，测量结果以mg/km为单位。颗粒物的排放受发动机负荷、燃油品质、后处理系统工作状态等多种因素影响。
• 颗粒物数量（PN）：颗粒物数量是指排气中颗粒物的个数浓度，通常关注粒径在23nm至2.5μm之间的颗粒物。PN的测量采用凝结粒子计数器（CPC），测量结果以个/km为单位。相比PM质量，PN数量更能反映超细颗粒物的排放情况，对人体健康影响评估具有重要意义。
• 二氧化碳（CO2）：二氧化碳是燃料完全燃烧的主要产物，虽然不属于传统意义上的污染物，但作为温室气体，其排放量与燃油消耗量直接相关。实际道路排放试验中测量CO2排放，可以推算车辆的实际燃油消耗量，为节能评估提供依据。

除了上述污染物排放量外，实际道路排放试验还包括以下辅助检测项目：

• 行驶参数：包括车速、加速度、行驶距离、发动机转速、发动机负荷等，用于分析排放与行驶工况的关系。
• 环境参数：包括环境温度、大气压力、相对湿度等，用于对排放数据进行环境修正。
• 排气参数：包括排气流量、排气温度、排气压力等，用于计算污染物质量排放量。
• 后处理系统状态：包括催化转化器温度、颗粒捕集器状态、选择性催化还原系统状态等，用于评估后处理系统的工作效果。

检测方法

实际道路排放试验的检测方法主要包括试验准备、试验执行和数据处理三个阶段，每个阶段都有严格的技术要求和操作规范：

试验准备阶段是确保测试结果准确可靠的基础。首先，需要对被测车辆进行全面检查，确认车辆技术状态正常，无影响排放性能的故障。检查内容包括发动机工作状态、排放控制系统状态、OBD系统诊断等。其次，需要对PEMS设备进行安装和调试，PEMS设备通常安装在车辆后排座椅或行李舱位置，采样探头插入排气管尾部，各传感器按要求连接。设备安装完成后需要进行系统检查，确保采样系统无泄漏、测量系统工作正常。

试验路线的设计是实际道路排放试验的关键环节。根据相关标准和规范要求，试验路线应满足以下条件：路线总长度通常要求在试验结束后至少覆盖16km的有效数据；路线应包含城市、郊区和高速三种道路类型，其中城市道路比例约占34%、郊区道路约占33%、高速道路约占33%；路线应包含不同坡度的路段，以模拟实际道路的地形变化；试验过程中应包含冷启动阶段，以评估冷启动排放特性。试验路线的具体选择应考虑当地道路条件、交通状况和安全因素。

试验执行阶段是实际道路排放试验的核心环节。试验开始前，车辆应进行预调节，使发动机机油温度、冷却液温度达到正常工作范围。试验从冷启动开始，记录启动时刻并开始数据采集。试验过程中，驾驶员应按照正常驾驶习惯行驶，不刻意追求特定的车速或加速度，以反映真实的驾驶行为。试验过程中PEMS设备连续采集排放数据和行驶参数，采样频率通常为1Hz或更高。

数据处理阶段是将原始测量数据转化为最终排放结果的过程。数据处理主要包括以下步骤：

• 数据筛选：剔除无效数据段，如设备异常、采样中断、车辆停止等情况下的数据。
• 数据对齐：将排放数据与行驶参数在时间轴上对齐，消除采样管路传输延迟的影响。
• 工况划分：根据车速和加速度将行驶工况划分为城市、郊区和高速三种类型。
• 排放计算：根据污染物浓度、排气流量和行驶距离计算单位里程排放量。
• 环境修正：将测量结果修正到标准环境条件（通常为20°C、101.325kPa）。
• 结果评估：将计算结果与限值进行比较，判定是否达标。

实际道路排放试验的数据处理还需要考虑功率窗口法或移动平均窗口法等统计方法。功率窗口法是将行驶过程划分为若干功率区间，分别计算各区间的排放量，然后进行加权平均。移动平均窗口法是将整个试验过程划分为多个重叠的窗口，计算每个窗口的排放量，然后统计各窗口排放量的分布特征。这些方法能够更全面地反映车辆在不同工况下的排放表现。

试验质量保证是实际道路排放试验的重要环节。试验前应对PEMS设备进行校准，使用标准气体对气体分析仪进行零点和量程校准，使用标准流量对流量计进行校准。试验过程中应监测设备工作状态，记录设备报警和异常情况。试验后应对数据进行质量审核，确认数据完整性和有效性。必要时可进行重复试验，以验证结果的可重复性。

检测仪器

实际道路排放试验的核心检测仪器是便携式排放测试系统（PEMS），这是一套集成多种测量功能的综合测试设备。PEMS的主要组成部件包括：

• 气体分析仪：用于测量排气中的气态污染物浓度。气体分析仪通常集成多种测量原理，包括非分散红外分析法（NDIR）用于测量CO和CO2，化学发光检测器（CLD）或非分散紫外分析法（NDUV）用于测量NOx，氢火焰离子化检测器（FID）或NDIR用于测量HC。现代PEMS设备通常采用模块化设计，可根据测试需求配置不同的分析模块。
• 颗粒物分析仪：用于测量排气中的颗粒物质量和数量。颗粒物质量测量通常采用滤纸称重法或微量天平实时测量法，颗粒物数量测量采用凝结粒子计数器（CPC）。部分先进的PEMS设备还配备粒径谱仪，可测量不同粒径颗粒物的数量分布。
• 排气流量计：用于测量发动机排气流量，是计算污染物质量排放量的关键参数。排气流量计通常采用皮托管原理或超声波原理，安装在排气管上，测量排气的体积流量。结合排气温度和压力，可计算排气的质量流量。
• 定位系统（GPS）：用于记录车辆的位置、速度和行驶轨迹。GPS数据用于计算行驶距离、识别道路类型，并与排放数据关联分析。
• 车辆接口模块：用于获取车辆内部参数，如发动机转速、车速、油门踏板位置、发动机冷却液温度等。车辆接口模块通过OBD诊断接口或CAN总线与车辆电子控制单元（ECU）通信，读取实时数据。
• 环境传感器：用于测量环境温度、大气压力、相对湿度等环境参数。环境数据用于对排放结果进行环境修正，也可用于分析环境条件对排放的影响。
• 数据采集与处理系统：是PEMS的核心控制单元，负责协调各测量模块的工作，采集和存储测量数据，进行实时数据处理和显示。数据采集系统通常采用工业级计算机或嵌入式系统，具有大容量存储能力和友好的人机界面。

PEMS设备的技术性能指标直接影响测试结果的准确性。主要的性能指标包括：

• 测量范围：各气体组分的测量范围应覆盖被测车辆可能的排放浓度范围，通常CO测量范围为0-10%，HC为0-10000ppm，NOx为0-5000ppm，CO2为0-20%。
• 测量精度：气体分析仪的测量精度通常要求在满量程的±2%以内，重复性在满量程的±1%以内。
• 响应时间：气体分析仪的响应时间（T90）通常要求小于10秒，以满足实时测量的要求。
• 零点漂移：气体分析仪的零点漂移应小于满量程的±2%/小时，以确保长时间测量的稳定性。
• 采样流量：排气流量计的测量范围应与被测车辆的排气流量匹配，轻型车通常为0-300kg/h，重型车可达0-2000kg/h。

PEMS设备的安装和使用需要技术人员操作。设备安装时应确保采样管路无泄漏、无堵塞，采样探头插入深度符合要求，各传感器安装位置正确。设备使用前应进行充分的预热和校准，使用过程中应注意设备的工作状态，及时处理异常情况。设备使用后应进行维护保养，包括清洗采样管路、更换滤芯、校验传感器等。

除了PEMS设备外，实际道路排放试验还需要配套的辅助设备，包括：

• 标准气体：用于气体分析仪的校准，包括零点气（通常为氮气或合成空气）和量程气（已知浓度的标准气体）。
• 校准装置：用于流量计和传感器的校准，包括流量校准器、温度校准器等。
• 称重设备：用于滤纸称重法测量颗粒物质量时滤纸的称量，通常采用微量天平，精度要求达到0.001mg。
• 气象站：用于测量和记录试验期间的环境气象参数。

应用领域

实际道路排放试验在机动车环保管理和技术研发领域具有广泛的应用，主要包括以下几个方面：

新车型式认证是实际道路排放试验最重要的应用领域之一。随着排放标准的升级，越来越多的国家和地区将实际道路排放试验纳入新车认证要求。车辆生产企业需要通过实际道路排放试验证明其产品在实际使用条件下的排放符合法规限值要求。实际道路排放试验作为实验室测试的补充，能够发现实验室测试难以识别的排放问题，确保新车在实际使用中也能满足排放要求。

在用车排放监管是实际道路排放试验的另一重要应用。对于在用车辆，实际道路排放试验可以用于排放抽查、投诉调查、超标车辆识别等监管活动。与传统的简易工况法检测相比，实际道路排放试验能够更真实地反映车辆的实际排放状况，发现潜在的排放问题。部分城市已开始探索将实际道路排放试验应用于在用车年检，以提高检测的有效性。

车辆技术研发是实际道路排放试验的重要应用领域。车辆生产企业和研发机构利用实际道路排放试验评估排放控制技术的实际效果，优化发动机标定和后处理系统设计。实际道路排放试验能够提供丰富的排放数据，帮助工程师了解排放与行驶工况的关系，发现特殊工况下的排放问题，为技术改进提供依据。在混合动力、天然气、生物燃料等替代燃料车辆的研发中，实际道路排放试验尤为重要。

排放因子研究是实际道路排放试验在环境科学领域的应用。通过大量车辆的实际道路排放试验，可以建立机动车排放因子数据库，为机动车排放清单编制、空气质量模拟、交通环境政策评估提供基础数据。实际道路排放试验数据能够反映不同车型、不同技术阶段、不同使用条件下的排放特征，比基于实验室数据的排放因子更具代表性。

交通环境政策评估是实际道路排放试验在政策研究领域的应用。政府部门和研究机构利用实际道路排放试验数据评估交通管理政策、排放控制政策、新能源车推广政策等的实际效果。例如，通过比较不同排放标准车辆的实际道路排放，评估排放标准升级的效果；通过比较传统燃油车与新能源车的实际排放，评估新能源车推广的环境效益。

消费者权益保护是实际道路排放试验的新兴应用领域。随着消费者环保意识的增强，车辆实际排放性能日益受到关注。实际道路排放试验数据可以为消费者提供车辆实际排放的参考信息，帮助消费者做出知情选择。部分国家和地区已要求车辆生产企业公示实际道路排放试验结果，提高排放信息的透明度。

国际技术交流和法规协调是实际道路排放试验在国际合作领域的应用。各国机动车排放法规逐步协调统一，实际道路排放试验方法也在国际范围内趋于一致。通过参与国际实际道路排放试验技术交流和比对试验，可以促进技术方法的完善和法规要求的协调，推动机动车排放控制水平的提升。

常见问题

实际道路排放试验作为一项性较强的检测技术，在实践中常遇到以下问题：

问题一：实际道路排放试验与实验室台架测试有什么区别？

实际道路排放试验与实验室台架测试的主要区别在于测试条件和测试目的。实验室台架测试在可控的实验室条件下进行，按照固定的驾驶循环操作，测试结果具有良好的重复性和可比性，主要用于型式认证和质量控制。实际道路排放试验在真实道路上进行，驾驶工况不受控制，测试结果更接近实际使用情况，主要用于验证实验室测试结果的有效性和评估实际排放水平。两种方法各有优势，相互补充，共同构成完整的机动车排放测试体系。

问题二：实际道路排放试验结果为什么通常高于实验室测试结果？

实际道路排放试验结果高于实验室测试结果的原因主要有以下几点：首先，实际道路行驶工况比实验室驾驶循环更为复杂，包含更多的加速、减速、怠速等工况，排放通常较高；其次，实际道路存在坡度变化，上坡行驶时发动机负荷增加，排放相应增加；第三，实际驾驶行为差异，驾驶员的驾驶习惯可能导致排放增加；第四，环境条件影响，实际道路试验的环境温度、气压等条件可能与实验室标准条件不同；第五，后处理系统在实际工况下的工作效率可能与理想条件不同。这些因素综合作用，导致实际道路排放通常高于实验室测试结果。

问题三：实际道路排放试验的试验路线如何选择？

实际道路排放试验的试验路线选择应遵循相关标准规范的要求。路线应包含城市、郊区和高速三种道路类型，各类型道路比例大致相当。路线总长度应确保获得足够的有效数据，通常不少于16km。路线应包含不同坡度的路段，以模拟实际地形变化。路线选择还应考虑交通安全、交通流量、道路状况等因素，确保试验安全可行。具体路线可根据当地道路条件确定，但应满足标准规定的基本要求。

问题四：PEMS设备的测量精度能否满足法规要求？

现代PEMS设备的技术性能已能够满足实际道路排放试验的精度要求。经过多年的技术发展，PEMS设备的测量精度、稳定性、可靠性都有了显著提升。气体分析仪的测量精度通常可达满量程的±2%以内，与实验室分析仪器相当。颗粒物测量技术也日趋成熟，能够满足法规认证的要求。当然，PEMS设备需要定期校准和维护，操作人员需要培训，才能确保测量结果的准确可靠。国际比对试验结果表明，不同PEMS设备的测量结果具有良好的一致性。

问题五：实际道路排放试验如何保证数据的可比性？

实际道路排放试验的数据可比性是技术方法设计的重要考量。为保证数据可比性，实际道路排放试验方法标准对试验条件、试验程序、数据处理等方面都做出了详细规定。试验路线要求、驾驶行为要求、环境条件要求等都进行了规范，以减少试验条件差异对结果的影响。数据处理采用统一的计算方法和统计方法，如功率窗口法或移动平均窗口法。环境修正方法也有统一规定，可将不同环境条件下的测量结果修正到标准条件。通过这些规范措施，实际道路排放试验结果具有较好的可比性。

问题六：实际道路排放试验适用于哪些车辆类型？

实际道路排放试验原则上适用于各类机动车辆，包括轻型车、重型车、摩托车等。目前法规应用主要集中在轻型柴油车和重型柴油车，因为这两类车辆的NOx和颗粒物排放问题较为突出，实际道路排放与实验室测试差异较大。轻型汽油车的实际道路排放试验也在逐步推广。对于混合动力车辆、天然气车辆、氢燃料电池车辆等新型车辆，实际道路排放试验同样适用，但需要针对车辆特点调整测试方法。随着技术发展，实际道路排放试验的适用范围将进一步扩大。

问题七：实际道路排放试验的发展趋势如何？

实际道路排放试验的发展趋势主要体现在以下几个方面：首先，法规应用范围扩大，越来越多的车辆类型将被纳入实际道路排放试验要求；其次，测试技术持续进步，PEMS设备将更加小型化、智能化、低成本化；第三，测试方法不断完善，数据处理方法更加科学，结果评价更加全面；第四，与远程监控技术结合，实现排放的实时在线监测；第五，应用领域拓展，从法规认证向在用车监管、技术研发、环境管理等领域延伸。实际道路排放试验将在机动车排放控制中发挥越来越重要的作用。