Die Umsetzung von transportabler Emissionsmesssysteme (PEMS) für die Echtzeit-Fahr Emissionen (RDE) Regulierung in Europa
Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
Die Fahrzeuge werden in kontrollierten Laborbedingungen getestet , um ihre offiziellen Emissionswerte und der Kraftstoffverbrauch (zB UN – Wirtschaftskommission für Europa (UNECE) Die Verordnung 83) 1 zu bestimmen. Für leichte Nutzfahrzeuge, die Verordnung 715/2007 2 definiert die Euro 5 und 6 – Emissionsgrenzwerte, auf die Fahrzeuge der Klassen M1, M2 (PKW), N1 und N2 (Fahrzeuge zur Güterbeförderung) entsprechen müssen. Die Einhaltung wird durch die so genannte "Typ I" Test überprüft , die während eines standardisierten Tests im Labor 1 Auspuffemissionen nach einem Kaltstart misst. Obwohl die Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit der Ergebnisse Labortests wird sichergestellt, deckt es nur ein kleiner Bereich der Umgebungs, Fahren und Motorbetriebsbedingungen, die typischerweise auf der Straße auftreten. Als der Tat reflektieren amtlichen Labortestergebnisse immer weniger die tatsächlichen von den Fahrern 3 auf der Straße erlebt Kraftstoffverbrauch. Darüber hinaus on-Road – Fahrzeug – Emissionen, insbesondere die NO X -Emissionen von Dieselfahrzeugen, sind auch höher als die Betriebserlaubnis Werte 4-5. Verordnung 715/2007 2 enthält Bestimmungen , um sicherzustellen , dass die Emissionsgrenzwerte unter normalen Fahrbetrieb und Einsatz geachtet werden. Verschiedene neue regulatorische Komponenten sind in der Pipeline , um beobachteten Abweichungen, wie die Welt Harmonized Licht-Pflicht – Verfahren (WLTP) zu reduzieren, vor allem für CO 2 und den Kraftstoffverbrauch und die Real-Fahremissionen (RDE) Testverfahren, vor allem für Schadstoffe.
Zwar ist der wichtigste Bestandteil des neuen Rechtsrahmens für die konventionelle Schadstoffe, dass die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte gezeigt über nach dem RDE Verfahren realen Fahrzeugbetrieb werden muss. Das neue Verfahren wird die Messung der Emissionen auf den Rollenprüfständen ergänzen, so dass eine gründliche Kontrolle geregelter Schadstoffe sowohl im laborator erreichty und auf der Straße. Die RDE basiert auf On-Road-Abgasprüfung mit dem tragbaren Emissionsmesseinrichtungen (PEMS). PEMS sind nicht neu, vor allem für schwere Fahrzeugtests. Die United States Environmental Protection Agency (US-EPA) hat zu den Prüfungen Anforderungen zusätzliche Emissionen Labor Zertifizierung hinzugefügt mit dem Not-To-Exceed (NTE) Konzept auf Basis von Fahrzeugtests mit PEMS. In Europa PEMS-basierte In-Service Konformität (ISC) die Bestimmungen für die EURO VI Normen gelten für den EURO – V – Motoren 6,7. PEMS Maßnahme Emissionen im Motorabgas mit einer Messleistung ( zum Beispiel Linearität, Genauigkeit) , die 8-Labor zu der Ausrüstung vergleichbar ist. Die neueste Generation von PEMS wiegen 30 kg, sind kompakt und können leicht in kleinen Pkw eingebaut werden, so dass an dem Fahrzeug eine geringe Wirkung.
Zur Bewältigung der realen Welt Variabilität der Testbedingungen, spezifische Prüfung und Auswertung der Daten proverfahren müssen umgesetzt werden. Tests können in einem weiten Bereich von Höhe, Temperatur und Fahrbedingungen auftreten. Allerdings Anforderungen in Bezug auf (i) Reise Zusammensetzung (zB in etwa zu gleichen Teilen von Stadt, Land und Autobahnfahrt) und (ii) Fahrdynamik (zB der zulässige Bereich von Beschleunigungen) soll sichergestellt werden, dass die Fahrzeuge in einem fairen getestet werden, Vertreter und zuverlässige Art und Weise. Dennoch aufgrund einer Reihe von Faktoren (zB Verkehr, Fahrer und Wind), die am gleichen Prüfung auf der Straße bleibt, zu einem gewissen Grad zufällig und nicht reproduzierbar. So war die größte Herausforderung die Entwicklung einer Datenauswertung Methode, die die Normalität des Testbedingungen ex post beurteilt eine zuverlässige Beurteilung der Emissionen von Kraftfahrzeugen zu ermöglichen. Zu diesem Zweck wurden zwei Methoden innerhalb der RDE angenommen: die Bewegungsmittelungsfenster (MAW) und die Macht Klassiermethode. Die MAW Verfahren teilt den Test in Unterabschnitte (Fenster) und verwendet das Distanz-spezifischen durchschnittlichen Kohlendioxid (CO 2 </sub>) Emissionen jedes Fenster, um die Normalität der Betriebsbedingungen zu beurteilen. Die Leistung Klassiermethode stuft die momentanen On-Road-Emissionen in Kraft Bins auf der Grundlage der entsprechenden Leistung an den Rädern. Die Normalität der resultierenden Energieverteilung wird mit einem standardisierten Rad-Leistungsfrequenzverteilung durch einen Vergleich hergestellt. Beide Methoden sind Kriterien , um sicherzustellen , dass ein realisierter Test den Bereich der Fahr dynamicity der RDE – Testverfahren 9-10 zulässig abdeckt. Die beiden Methoden geben typischerweise Ergebnisse innerhalb von 10%; jedoch Unterschiede in der Größenordnung von 50% wurden 11,12 gemeldet. Eine eingehende Bewertung der beiden Datenauswertungsmethoden fehlt noch. Die Europäische Kommission erkennt an , diesen Mangel in Erwägung 14 der RDE Verordnung 13,14 und sieht eine Überprüfung dieser beiden Methoden in naher Zukunft mit dem Ziel , sie aufrechtzuerhalten oder eine einheitliche Methode für die Bewertung von gasförmigen Schadstoffen und parti Entwicklungcle Anzahl Emissionen.
Bisher wurden zwei RDE – Pakete wurden vom Technischen Ausschuss für Kraftfahrzeuge (TCMV) der EU – Mitgliedstaaten und wurde Gesetz nach ihrer Veröffentlichung im Amtsblatt der Europäischen Union von 13 bis 15 angenommen. Das erste RDE – Paket abgedeckt , die Randbedingungen, die eigentliche Testverfahren, die PEMS Spezifikationen, und die Datenauswertung Methoden (MAW und / oder Leistung Binning), aber nicht Emissionsgrenzwerte (das Paket wurde von der TCMV am 18. abgestimmt von Mai 2015). Das zweite RDE-Paket hinzugefügt, um die nicht zu überschreiten (NTE) Emissionsgrenzwerte für RDE-Tests. Darüber hinaus wurden ergänzende Randbedingungen eingeführt, um den Überschuss oder das Fehlen von Fahrdynamik zu überprüfen. Die Emissionen des jeweils gültigen einzelnen RDE Test muss unter dem jeweiligen NTE Emissionsgrenzwerte sein, in der Verordnung als Konformitäts Faktoren bezeichnet. Derzeit werden nur die NO x -Emissionen abgedeckt. Die Bindung Konformitäts Faktoren eingeführt werdenin zwei Schritten: ein Faktor 2.1 des Euro – 6 – NO x Grenze (80 mg / km) wird von 2017 bis 2019 für neue Typgenehmigungen und allen Pkw – Neuzulassungen gelten. Die Konformitätsfaktor wird anschließend auf 1,5 in 2020 bis 2021 gesenkt werden. Der letzte Euro – 6 – Konformitätsfaktor von 1,5 bietet eine Zulage von 0,5 (dh 50%) für die zusätzliche Messunsicherheit von PEMS im Vergleich zu Laborgeräten und dem Test-zu-Test – Emissionen Variabilität innerhalb der möglichen Bereiche von Testbedingungen (zB Temperatur , Dynamik und Höhe). CO Bezüglich obwohl verbindlich Konformitäts Faktoren werden derzeit nicht diskutiert, auf der Straße haben die CO-Emissionen gemessen und aufgezeichnet werden Typgenehmigung zu erhalten. Das zweite Paket wurde von der TCMV auf den 28. Oktober 2015 abgestimmt.
Der Kick-off – Meeting von zwei zusätzliche Pakete wurde am 25. Januar statt 2016. Die dritte RDE – Paket wird die Partikelzahl PEMs Prüfung adressieren, Kälte e beginnenMissionen und die Erprobung von Hybridfahrzeugen. Messung von Partikelanzahlemissionen an Bord Fahrzeuge ist eine Herausforderung, da keine verifizierten Technik noch eingerichtet wurde. Neue Konzepte und Ansätze wurden in der Zeit zwischen 2013 und 2014, einschließlich der elektrischen Detektion von Aerosol in Echtzeit kombiniert mit konstanten Fluss Sampling 16 entwickelt. Dieses Paket ist in der zweiten Hälfte 2016. Die vierte RDE-Paket mit der Definition von Anforderungen für die Übereinstimmung in Betrieb und Marktüberwachungstests befassen wird abgestimmt werden. Der Abschluss dieses Paket wird für Anfang 2017. Die RDE Verordnungen vorgesehen 2016/427 13 und 2016/646 14 werden derzeit integriert zusammen mit dem Worldwide Harmonized leichten Nutzfahrzeugen Testverfahren (WLTP) in einen größeren EU – Typzulassungsverordnung , die Verordnung ergänzen wird 715/2007 2.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, die experimentellen Verfahren, die von der neu angenommenen RDE regel erforderlich präsentierenlation. Die RDE – Testverfahren , die Grenzen der zulässigen Testbedingungen definiert, das Protokoll für die Prüfung Fahrzeuge, die Anforderungen an die Instrumente und die Bewertungsmethoden für die Analyse von Fahrzeugbetrieb und die damit verbundenen Schadstoffemissionen (Tabelle 1) angewendet werden. Das Verfahren kann in sechs Schritten zusammenfassen: 1) Fahrzeugauswahl, 2) Vorbereitung des Fahrzeugs, 3) Reise-Design, 4) Reise Ausführung, 5) Reise Überprüfung und 6) Berechnung der Emissionen. Wenn eine der Anforderungen in jeder dieser sechs Schritte nicht erfüllt ist, wird der Test nicht bestanden. Für eine detailliertere Beschreibung des RDE – Testverfahren kann der Leser auf die Regelung selbst beziehen 13-14.
| Anhang III A der EG-Verordnung 692/2008 |
| 1. Einleitung, Definitionen und Abkürzungen |
| 2. Allgemeine Anforderungen an die Konformität Faktoren |
| 3. RDE-Test durchgeführt werden soll |
| 4. Allgemeine Anforderungen |
| 5. Randbedingungen |
| 6. Reiseanforderungen |
| 7. Betriebsanforderungen |
| 8. Schmieröl, Kraftstoff und Reagenz |
| 9. Die Emissionen und Reise Bewertung |
| Anhänge |
| Anlage 1: Prüfverfahren für Fahrzeugabgasprüfung mit einem PEMS |
| Anhang 2: Technische Daten und Kalibrierung von PEMS Komponenten und Signale |
| Anlage 3: Validierung von PEMS und nicht nachvollziehbar Abgasmassendurchsatz |
| Anhang 4: Bestimmung der Emissionen |
| Anlage 5: Überprüfung der Reise dynamischen Bedingungen mit Methode 1 (Moving Averaging Fenster) |
| Anlage 6: Überprüfung der Reise dynamischen Bedingungen mit Methode 2 (Power Binning) |
| Anhang 7: Auswahl der Fahrzeuge für PEMS Prüfung bei der ersten Typgenehmigung |
| Anhang 7a: Überprüfung der Gesamtreise Dynamik |
| Anhang 7b: Verfahren, die kumulative positive Höhendifferenz von einer Reise zu bestimmen |
| Anhang 8: Datenaustausch und Berichtspflichten |
| Anhang 9: Bescheinigung des Herstellers über die Einhaltung |
Tabelle 1:. Aufbau der RDE Regelung Die Regelung gilt als Anhang IIIA der Verordnung 692/2008 10 zu sein. Alle Teile und Anlagen sind in der Verordnung 2016/427 (das erste Paket) 8 beschrieben. Die Anlagen 7a und 7b sowie die Konformitäts Faktoren sind in der Verordnung 2016/646 (das zweite Paket) 9 beschrieben.
Protocol
Representative Results
Discussion
In dieser Arbeit wurde die RDE Verfahren beschrieben. Einige Punkte verdienen besondere Aufmerksamkeit und werden hier näher erläutert.
Für die Typgenehmigung Zwecke ist es zwingend nötig, den Abgasstrom mit Hilfe von Geräten wie einem EFM-Funktion ohne Verbindung mit der ECU des Fahrzeugs zu bestimmen. Im Hinblick auf Fahrzeugaufbereitung ist die Verbindung zwischen dem EFM und dem Endrohr wichtig. Die Materialien sollten temperatur- und Abgaszusammensetzung beständig sein. Obwohl dies für die NO x nicht so kritisch ist, wird es für die Partikelzahl Abtastung signifikant sein, wo die Desorption des abgelagerten Materials , um künstlich hohen Emissionen führen kann. Darüber hinaus weist die Kondensationsprodukte ansammeln können, sollten vermieden werden. Die Kondensate bei Beschleunigungen gebildet wird, kann in die Messsysteme eindringen und diese beschädigen oder sie blockieren. Die Abtastpunkte der Analysatoren verbunden sind, stromabwärts von dem EFM damit die gesamte fl sicherzustellenow geht durch den EFM. Falls dies nicht möglich, und sie werden vor dem EFM verbunden ist, eine Korrektur für die extrahierte Strömungs gemacht werden muss. Die Analysatoren sollte die Länge der Abtastzeilen ohne Modifikationen hinter dem EFM, verbunden werden. Wenn dies nicht möglich ist, muss die Verweilzeit in dem zusätzlichen Rohr Rechnung in der Software, um genommen zu werden, um eine korrekte Berechnung der Emissionen gewährleisten. Die Analysatoren können innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs eingebaut werden, so lange wie Sicherheitsanforderungen erfüllt werden. Darüber hinaus erfordert die Kalibrierung der Analyse Aufmerksamkeit. Es muss im erwarteten Bereich der Emissionen des Fahrzeugs durchgeführt werden. Andernfalls könnte die Forderung von 90% Abdeckung von 99% der Messungen der gültigen Teile des Emissionsprüfung nicht erfüllt werden.
Die Auslöseüberprüfung und die Berechnung der Emissionen werden in der Regel durch die PEMS Software durchgeführt. Für den normalen Fahr können alle Bedingungen leicht erfüllt werden 17 </ Sup>. Zum Beispiel auf der Grundlage unserer Messungen ist ein normal angetrieben Reise gut innerhalb der dynamischen Randgrenzen (Abbildung 4). Allerdings kann aggressives Fahren innerhalb des Durchlasszone, vor allem in den städtischen oder Autobahn Portionen. Auf der anderen Seite, Daten in niederländischen Städten zeigen , dass normale Fahr auch diese Grenzen 18 nicht überschreiten. In Zukunft Erfahrung im Laufe der Zeit durchgeführten Tests näher an den Randbedingungen und Bewertungsverfahren , die Differenzen von> 50% zeigen die Anwendbarkeit des Verfahrens 11,19 beurteilen.
Eine Quelle der Unsicherheit stammt aus der Bestimmung von Straßenlasten für die Messung des CO 2 -Ausstoßes mit dem WLTC; werden diese Messungen benutzt, um die Normalität der Fahrbedingungen mit der RDE Datenauswertung auszuwerten. Idealerweise ähneln die ausgewählten Straßenlasten denen des unbelasteten Fahrzeug mit den PEMS auf der Straße getestet. Die Flexibilitäten der WLTP gewährt in (beispielsweise bis determine die Straßenlast basierend auf konservativen generischen Parameter oder das Fahrzeug mit der höchsten Testmasse innerhalb einer Familie) in den CO 2 -Emissionen erhebliche Abweichungen verursachen können durch die WLTC bestimmt und später auf der Straße gemessen. In der Folge können die Verfahren eine voreingenommene Beurteilung der tatsächlichen Fahr Schwere ergeben. Die WLTP Bestimmungen für die Straßenlast Einstellung kann möglicherweise benötigen für RDE Zwecke angegeben werden.
Es sollte in Konformität von Regulierung, gibt es einige Unterschiede (zB Driftkorrektur ist erlaubt, OBD – Anschluss ist notwendig, um zu berechnen Emissionen in g / kWh) aufgrund der unterschiedlichen Art , dass im Vergleich zu den europäischen Schwer zu beachten, Genehmigungsverfahren für den schweren Nutzfahrzeugen (Motoren) 6. Die Unterschiede sind von den Rahmen dieses Papiers. Mit dem US-in-use-Compliance-Regelung gibt es mehr Unterschiede in der Bewertungsmethode.
Weltweit, RDE markiert dieerste regulatorische On-Road-Test für leichte Nutzfahrzeuge. Die RDE Bestimmungen der Verordnung definiert 2016/427 markieren die erste relevante Instanz für die Bauartzulassung von leichten Nutzfahrzeugen in Europa, wo RDE die Standardfahrzeugtests unter kontrollierten Bedingungen im Labor ergänzt. Die RDE-Testverfahren ermöglicht die Prüfung und damit Controlling, Fahrzeugschadstoffemissionen unter einem weiten Bereich von Betriebsbedingungen und in einer robusteren und umfassender als die derzeit angewandten Labortests mit einem vorgegebenen Fahrzyklus.
Dennoch ist RDE auch Einschränkungen unterworfen. Erstens modal Emissionsmessungen auf der Straße über lange Zeiträume birgt das Risiko des Analysators Drift (beispielsweise aufgrund von Schwankungen in der Umgebungstemperatur). On-road sind Emissionsmessungen unterliegen damit größere Unsicherheit Margen (bei maximal 20 bis 30% bei der geltenden Emissionsgrenze für NO x geschätzt) 21 als Emissionsmessungs im Labor, auch wenn PEMS Analysatoren ähnliche Anforderungen in Bezug auf Genauigkeit und Präzision als Laboranalysatoren erfüllen. Zweitens erfordert der Umgang mit PEMS Ausrüstung Ausbildung; Abgastests auf der Straße Durchführung ist noch nicht Plug-and-Play, und es erfordert ein Experte. Als On-Road-Tests mit PEMS ist noch recht neu, Ausbildung, und teilen Best Practices zu erwerben Autohersteller und technische Dienstleistungen ermöglicht es erforderlich ist. Der vorliegende Artikel ist ein Versuch, Wissen über den Umgang mit PEMS und die Prüfung der Emissionen von Kraftfahrzeugen auf der Straße zu verbreiten. Größere angelegte Erfahrung mit den RDE Bestimmungen, wie sie durch Interlaborübungen oder durch Benchmarking gegen die bestehenden internationalen Rechtsvorschriften eingeholt werden, fehlt noch. Als RDE das erste On-Road-Testverfahren für leichte Nutzfahrzeuge weltweit darstellt, sieht die Europäische Kommission eine jährliche Überprüfung der Konformität Faktoren und eine umfassende Überprüfung des gesamten RDE Verfahren in der midterm.
<p class="Jove_content"> Es gibt zwei große Bereiche für die künftige Anwendung. Erstens, die von anderen Ländern RDE kann übernommen werden. China, Indien, Japan und Südkorea sind daran interessiert, bei der Annahme RDE, oder Teile davon, für regulatorische Zwecke. Als solche das hier beschriebene Verfahren kann die Vorlage für regulatorische On-Road-Abgasprüfung von leichten Nutzfahrzeugen werden auf der ganzen Welt. Zweitens stellt RDE einen Leitfaden für gute Praxis für jede unabhängige Emissionsprüfung von Forschungseinrichtungen und technische Dienstleistungen durchgeführt. Die Bestimmungen dazu beitragen sicherzustellen, genaue und robuste On-Road-Emissionsmessungen.Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank Sensors Inc. for providing a PEMS for conducting an inter-laboratory exercise.
Materials
| 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 | |||
References
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