目前，節能減排的政策力度不斷加大，為了控制內燃機車輛實際行駛過程的排放，國六法規引入了實際行駛污染物排放（Real Drive Emission）試驗，簡稱RDE，RDE限值NTE（Not To Exceed）將于2023年7月1日開始實施。

根據市場機構預測，到2030年，國內乘用車市場內燃機汽車當年的銷量占比仍然會在60%以上。低排放內燃機與新能源動力在很長一段時間內都將是汽車市場發展共同的主旋律。因此，聯合電子在積極跟進新能源發展趨勢的同時，在傳統內燃機領域也在不斷創新研發，為客戶提供滿足RDE法規要求的系統解決方案。

RDE系統解決方案包括系統零部件方案、減排軟件功能及排放標定參數優化等。其中軟件功能作為一項高性價比解決方案，可以在不額外增加硬件成本的基礎上實現排放性能優化。因此，本文將結合RDE帶來的難點與挑戰，介紹一系列發動機控制減排新功能。

1. RDE簡介

現行的國六Ⅰ型試驗測試循環采用全球統一輕型車輛測試循環（WLTC），在恒溫、恒濕的實驗室環境中跟隨固定的車速曲線行駛。而RDE試驗時，車輛應該在實際道路上按正常的駕駛模式、狀態和載荷行駛。但是，實際道路行駛也并不意味著任意行駛。如表1所示，國六法規規定了各種試驗邊界條件，包括溫度、海拔等環境條件，以及市區、市郊和高速段的行駛路線要求等。

表1 國六法規RDE試驗邊界條件

關于RDE限值要求，國六法規規定，市區行程和總行程污染物排放均應小于Ⅰ型試驗排放限值與下表2中規定的符合性因子（conformity factor，CF）的乘積，計算過程中不得進行修約。

表2 符合性因子

2. RDE帶來的挑戰

2.1 環境條件擴展帶來的挑戰

從表1可以看出，不同于Ⅰ型試驗恒定的環境條件，RDE試驗規定了比較寬泛的試驗邊界條件，其中環境溫度擴展到-7~35℃，而發動機排放對于溫度條件比較敏感，低溫環境不利于均質混合氣的形成，排放也會因此惡化。圖1是RDE激進駕駛循環下不同環境溫度的PN排放結果對比，可以看到隨著環境溫度的降低PN排放顯著增加。

圖1 某車型不同環境溫度下RDE激進駕駛循環PN排放對比

2.2 駕駛風格不確定性帶來的挑戰

RDE沒有固定的車速曲線，不同的駕駛風格對整車排放會產生很大的影響，圖2是聯合電子經過多次試驗后定義的激進RDE測試循環與WLTC循環的對比。從圖中可以看出，激進RDE駕駛覆蓋更廣的整車運行工況及更多的瞬態工況，這也將帶來更高的排放。

圖2 WLTC測試循環與聯合電子激進RDE測試循環

2.3 生產一致性和在用符合性要求帶來的挑戰

法規對于生產一致性和在用符合性都提出了明確的要求，疊加上文提到的多種影響因素，對車輛排放的一致性和魯棒性要求都更加苛刻。

綜上所述，環境條件的擴展，駕駛風格的不確定性以及生產一致性和在用符合性的要求，對于RDE項目開發都帶來了巨大的挑戰。對于參與整車開發的各方，都要努力使整車原始排放的優化達到最優，提高整車排放的魯棒性與一致性，避免因為以上諸多因素的干擾導致RDE試驗超出限值。接下來將簡要介紹為應對以上挑戰，結合各種先進控制算法開發的一系列減排新功能。由于RDE沒有固定的駕駛循環，項目排放優化第一步還是基于典型的WLTC進行，再基于各種自定義的RDE循環進行排放結果檢查，因此為了排放結果驗證的普適性及可重復性，本文中介紹的排放對比都是基于WLTC循環進行。

3. 面向RDE的發動機控制減排功能

3.1 面向環境條件擴展的優化功能

試驗表明低溫下-7/0℃的PN排放相比20℃成倍增加，法規中對-7℃排放結果除以1.6的擴展因子進行修正，而0℃結果則沒有擴展因子修正，因此聯合電子項目開發時將以0℃作為溫度的最惡劣邊界條件，關注該溫度下各污染物排放結果。

多次噴射策略

開發背景

低溫條件下缸內壁面的燃油濕壁是PN排放的主要來源，多次噴射技術，可以有效縮短油束貫穿距，減少冷機狀態下的燃油濕壁，從而降低PN排放。目前，3次噴射技術已經得到較為廣泛的應用，但是隨著RDE法規對于低溫環境的擴展以及低溫大負荷激進駕駛的可能性，3次已經無法全面滿足低溫減排的要求。

功能描述

最多可支持7次噴射，有效縮短油束貫穿距；

各次噴射在進氣、壓縮沖程自由、靈活配置，滿足起動、催化器加熱、暖機等不同工況的應用要求；

實時監測噴射脈寬、噴射間隔時間等參數，出現異常情況進行噴射次數自動降級處理，提升功能魯棒性。

從圖3 某車型WLTC循環暖機階段的排放結果對比中可以看到，相比單次噴射策略使用4次噴射后暖機階段PN排放出現顯著降低。

圖3 多次噴射功能示意

及排放結果對比

3.2 面向駕駛風格不確定性的優化功能

國六法規對RDE試驗的市區、市郊及高速段行駛路線做了基本要求，理論上滿足該要求的行駛路線都可作為有效路線，但是不同駕駛員的駕駛風格存在較大差異，激進的駕駛風格將會帶來更多的瞬態工況，而瞬態工況的增多也意味著更多的污染物排放。

瞬態噴油相位自適應

開發背景

試驗研究表明，活塞頂部的燃油濕壁是瞬態工況PN排放的主要來源之一，傳統的噴油相位標定在發動機臺架穩態工況下根據轉速、負荷等工況條件選擇最優的噴射相位，而臺架穩態工況下活塞表面處于較高溫度，此時燃油噴射到活塞表明會很快蒸發不會產生濕壁。但是在實車瞬態工況特別是加速過程中，發動機從小負荷運行到大負荷工況，此時產生負荷階躍，而活塞表面溫度上升是一個緩變過程，此時如果噴油相位根據穩態標定的負荷階躍到較提前的位置，就會產生活塞頂部燃油濕壁，帶來PN排放。

功能描述

利用傳熱學原理建立活塞頂部溫度模型，根據當前工況下的發動機轉速、負荷、點火角等參數計算得到實時的活塞頂部模型溫度；

根據活塞頂部溫度，選擇最優的噴油相位，據此對基礎噴射相位進行實時調整，減少活塞頂部濕壁，從而降低PN排放。

圖4某車型WLTC循環排放對比結果可以看出，使用瞬態噴油相位自適應功能后，PN排放結果出現明顯的改善。

圖4 瞬態噴油相位自適應功能原理

及排放結果對比

基于儲氧量模型的催化器控制

開發背景

常規的催化器控制功能將后氧LSF傳感器電壓作為控制目標，但后氧電壓只是催化器外部的表現，不能完全反應催化器內部儲氧量等工作狀態，無法保證催化器工作在最佳轉換效率下，在混合氣濃稀變化比較劇烈的瞬態工況，可能會導致排氣在濃端或者稀端擊穿，出現氣態排放物的濃度尖峰。

功能描述

建立了催化器機理的數學模型，實時觀測得到催化器內部儲氧量狀態；

將儲氧量作為催化器閉環控制的目標，保證催化器工作在最佳轉換效率，避免排氣在濃端或者稀端擊穿，從而降低排放。

圖5 基于儲氧量模型的催化器控制原理及效果示意

3.3 面向生產一致性和在用符合性的優化功能

國六法規對RDE試驗的生產一致性和在用符合性都提出了要求，但是由于RDE試驗本身存在的諸多不確定性因素，疊加各種零部件制造及老化帶來的散差，對排放一致性和在用符合性都將帶來極大的挑戰。

基于神經網絡的混合氣分區自學習

開發背景

缸內混合氣當量狀態對污染物排放有著直接的影響，而發動機進氣系統、噴油系統、排氣后處理系統等多個子系統的傳感器、執行器散差都會對混合氣控制產生影響。混合氣自學習功能就是為了學習上述散差帶來的混合氣預控偏差，然而傳統的斜率、截距式的線性自學習模型已經很難描述當前因各種復雜零部件散差帶來的非線性特征。

功能描述

利用神經網絡算法，將發動機的整個運行工況優化為多個區域，分別對各區域的預控偏差進行學習；

可以將發動機轉速、負荷及水溫等多種因素作為網絡的輸入，滿足不同工況、環境條件的分區修正需求。

從圖6可以看到，在演示項目中使用基于神經網絡的混合氣自學習策略相比傳統策略碳氫等污染物排放出現明顯降低。

圖6 基于神經網絡的混合氣分區自學習原理

及排放結果對比

噴油器靜態流量自學習

開發背景

噴油精確控制一直是直噴汽油機減排的關鍵技術之一，噴油器靜態流量作為噴油器的一項重要特性參數，在生產制造及積碳等老化情況下帶來的散差，不僅影響不同車輛間的一致性，對單車的各缸不均勻性也會帶來影響。傳統策略使用單一的名義值作為所有噴油器靜態流量標定值，無法識別各噴油器之間的靜態流量偏差，帶來噴油精度計算偏差。

功能描述

利用胡克定律建立了噴油器靜態流量的數學機理模型；

通過對油軌壓力變化、噴油脈寬的高頻檢測，計算得到各缸噴油器的靜態流量相對值；

利用數值分析計算得到各缸噴油器靜態流量與名義值之間的偏差，修正各噴油器間的偏差，實現更精確的噴油量控制。

圖7中演示項目發動機四缸噴油器的真實靜態流量與等效自學習流量的對比，可以看到，本功能很好的學習到了各缸噴油器靜態流量的偏差。

圖7 噴油器靜態流量自學習功能原理

及學習結果對比

空燃比自適應控制

開發背景

前氧傳感器閉環控制作為混合氣控制的基礎，對混合氣的形成起著至關重要的作用，氧傳感器自身特性決定了其信號處理過程是一個一階慣性延遲環節，通常其特性參數在標定樣車上通過標定方法得到，然而由于零部件散差及氧傳感器自然老化/中毒等因素，該參數在車輛使用中會產生變化。

功能描述

利用隨機梯度下降算法對前氧傳感器特性參數進行在線辨識；

實時修正因車輛散差及傳感器特性變化對氧傳特性帶來的影響，增強空燃比控制的魯棒性。

圖8排放結果對比了制造氧傳感器延遲故障后，原策略和自適應控制策略的差異，可以看到經過兩次排放循環的學習，自適應控制策略使一氧化碳的排放顯著降低。

圖8 空燃比自適應控制功能原理

及排放結果對比

結語

聯合電子秉承“Software as a Service”的軟件設計理念，采用基于模型的建模方法、神經網絡算法、數值分析算法等先進控制算法，在不額外增加硬件成本的前提下，提供更加有效的減排功能，為客戶提供滿足RDE排放法規要求的解決方案。我們還在不斷創新研發各種新功能、新軟件，為客戶創造價值，為節能環保貢獻我們的力量。

責任編輯：lq6