技术概述
车载排放测试是一种专门针对机动车尾气排放进行实时监测和评估的检测技术，通过在车辆实际行驶过程中安装便携式排放测试系统（PEMS），对车辆排放的各类污染物进行连续、动态的测量。与传统的实验室台架测试不同，车载排放测试能够真实反映车辆在实际道路、不同工况下的排放水平，是目前机动车排放监管和研究中最为先进和可靠的测试手段之一。
随着机动车保有量的持续增长以及环保法规的日益严格，传统的实验室检测方法已经难以全面反映车辆在实际使用过程中的排放状况。实验室测试虽然具有可控性强、重复性好的优点，但其测试工况往往与实际驾驶条件存在较大差异，导致部分车辆在实验室测试中表现良好，而在实际道路行驶时却排放超标。为了解决这一问题，车载排放测试技术应运而生，并逐步成为各国排放法规中重要的监管手段。
车载排放测试的核心原理是将便携式排放测试系统直接安装在待测车辆上，通过采样探头连接车辆排气管，实时采集尾气样本并进行分析。测试过程中，系统同步记录车辆的行驶速度、加速度、地理位置、环境温度湿度等参数，从而建立起排放数据与实际驾驶工况之间的对应关系。这种方法不仅能够获取更加真实的排放数据，还可以分析不同驾驶行为、道路条件对排放的影响，为车辆排放控制技术的优化提供重要依据。
从技术发展历程来看，车载排放测试经历了从早期简单的便携式气体分析仪到如今集成化、智能化的多组分测试系统的演变。现代车载排放测试系统通常具备测量气态污染物（如一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等）和颗粒物质量及数量的能力，部分高端系统还可以分析颗粒物的粒径分布和化学成分。测试精度和可靠性也在不断提升，部分指标已经接近或达到实验室级分析仪器的水准。
在国际法规层面，欧盟率先将车载排放测试纳入轻型车实际行驶排放（RDE）法规，要求车辆在实际道路测试中满足规定的排放限值。我国也在国六排放标准中引入了实际行驶排放测试要求，标志着车载排放测试已成为新车型式检验和在用车监管的重要技术手段。这一技术的推广应用，对于促进机动车排放控制技术进步、改善大气环境质量具有重要意义。
检测样品
车载排放测试的检测样品主要是机动车在运行过程中产生的尾气排放物，包括气态污染物和颗粒态污染物两大类。根据车辆类型、燃料种类以及排放控制技术的不同，检测样品的具体组成和特性也存在较大差异。
对于汽油车而言，主要检测样品包括一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物以及颗粒物等。汽油车由于采用点燃式工作原理，其尾气中一氧化碳和碳氢化合物的浓度相对较高，特别是在冷启动和怠速工况下排放较为明显。随着缸内直喷技术的普及，汽油车的颗粒物排放也日益受到关注，成为车载排放测试的重要检测对象。
柴油车的检测样品则以氮氧化物和颗粒物为核心关注对象。柴油车采用压燃式工作原理，燃烧温度较高，容易生成大量的氮氧化物。同时，柴油燃料的碳氢比更高，不完全燃烧时容易产生碳烟颗粒，因此颗粒物质量浓度和数量浓度是柴油车排放检测的重点。现代柴油车普遍配备柴油颗粒过滤器（DPF）和选择性催化还原（SCR）等后处理装置，车载排放测试可以评估这些装置在实际使用条件下的工作效率。
天然气车辆的检测样品主要包括甲烷、非甲烷碳氢化合物、氮氧化物等。天然气作为清洁燃料，其燃烧产生的颗粒物较少，但碳氢化合物中的甲烷成分需要单独关注，因为甲烷是一种强效温室气体。车载排放测试可以区分甲烷和非甲烷碳氢化合物的排放量，为全面评估天然气车的环境影响提供数据支持。
混合动力车辆和纯电动车辆的排放测试也有其特殊性。混合动力车需要分别测试发动机工作状态下的排放和纯电行驶模式下的能量消耗，综合评估其环保性能。纯电动车虽然零尾气排放，但其制动系统产生的制动磨损颗粒物正成为新的关注点，相关测试方法也在研究制定中。
- 轻型汽油车尾气：一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、颗粒物
- 轻型柴油车尾气：一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、颗粒物质量与数量
- 重型柴油车尾气：氮氧化物、颗粒物质量与数量、氨气（配备SCR系统时）
- 天然气车尾气：甲烷、非甲烷碳氢化合物、氮氧化物
- 混合动力车尾气：发动机工作模式下的各组分排放
检测项目
车载排放测试的检测项目涵盖了机动车尾气中的主要污染物以及相关表征参数，根据测试目的和法规要求的不同，具体检测项目可以有所侧重和调整。以下对主要检测项目进行详细介绍：
一氧化碳（CO）是机动车尾气中的主要污染物之一，由燃料不完全燃烧产生。一氧化碳无色无味，被人体吸入后会与血红蛋白结合，降低血液携氧能力，高浓度时可危及生命。车载排放测试通过非分散红外分析法（NDIR）或气体传感器实时测量尾气中的一氧化碳浓度，评估车辆燃烧系统的完善程度和排放控制系统的有效性。
碳氢化合物（HC）是燃料未燃烧或部分燃烧后以气态形式排放的有机物总称，包括烷烃、烯烃、芳香烃等多种组分。碳氢化合物是光化学烟雾的重要前体物，在阳光照射下与氮氧化物反应生成臭氧等二次污染物，对大气环境和人体健康造成危害。车载排放测试通常采用氢火焰离子化检测器（FID）测量总碳氢化合物，部分系统还可以通过气相色谱法分析具体组分。
氮氧化物是燃烧过程中空气中的氮气在高温下氧化生成的产物，主要包括一氧化氮和二氧化氮。氮氧化物是形成酸雨和光化学烟雾的主要物质，还会刺激人体呼吸系统，加重哮喘等疾病症状。车载排放测试采用化学发光分析法（CLD）或不分光紫外分析法测量氮氧化物，对于配备选择性催化还原系统的车辆，还需要监测氨气的逃逸排放。
颗粒物是柴油车和直喷汽油车排放的重要污染物，包括碳烟、可溶性有机组分、硫酸盐等成分。颗粒物特别是细颗粒物（PM2.5）可深入人体肺部，对呼吸系统和心血管系统造成危害。车载排放测试可以测量颗粒物的质量浓度和数量浓度，部分先进系统还可以分析颗粒物的粒径分布，覆盖从几纳米到几微米的范围。
二氧化碳虽然不属于传统意义上的大气污染物，但作为主要的温室气体，其排放量直接反映车辆的燃油消耗水平和碳足迹。车载排放测试通过测量二氧化碳排放量，可以间接计算车辆的燃油消耗量，为评估车辆的能源效率和碳排放提供依据。
- 气态污染物：一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、二氧化碳
- 颗粒物指标：颗粒物质量浓度、颗粒物数量浓度、粒径分布
- 扩展检测项目：氨气、一氧化氮与二氧化氮分项、甲烷与非甲烷碳氢化合物
- 工况参数：车速、加速度、发动机转速、排气温度
- 环境参数：环境温度、环境湿度、大气压力、GPS定位信息
检测方法
车载排放测试的检测方法主要包括测试准备、测试执行和数据处理三个阶段，每个阶段都有严格的技术规范和质量控制要求，以确保测试结果的准确性和可比性。
测试准备阶段首先需要对测试车辆进行检查，确认车辆处于正常工作状态，排放控制系统功能正常。检查内容包括发动机故障指示灯状态、后处理系统完整性、轮胎气压等。同时需要对便携式排放测试系统进行预热和校准，包括零点校准和量程校准，确保仪器处于最佳工作状态。采样系统的安装也在此阶段完成，采样探头需要牢固连接到排气管末端，同时避免影响车辆正常行驶。
测试路线的规划是测试准备的重要环节。根据法规要求和测试目的，测试路线通常需要涵盖城市道路、郊区和高速路段，不同路段的比例和行驶特征需要满足相应标准的规定。以欧盟RDE测试为例，城市路段、郊区和高速路段的比例需要分别在一定范围内，测试总距离和持续时间也有明确要求。测试路线还需要考虑地形因素，避免过大的海拔变化对测试结果造成影响。
测试执行阶段，车辆按照规划路线正常行驶，测试系统连续采集和记录排放数据。驾驶员需要遵守交通法规，避免过于激烈或过于温和的驾驶方式，使测试工况具有代表性。测试系统同步记录排放浓度、排气流量、车速、加速度、环境参数等信息，采样频率通常为1Hz或更高，以捕捉瞬态工况下的排放变化特征。
数据处理阶段首先需要对原始数据进行有效性检查，剔除异常值和非有效测试时段的数据。然后根据排气流量和污染物浓度计算质量排放量，再结合行驶距离计算比排放量。对于颗粒物测试，还需要考虑背景浓度的扣除和系统损失修正等因素。最终结果需要与相应法规限值进行比较，判定车辆是否达标。
在实际行驶排放测试中，还需要关注冷启动排放的处理方式。冷启动阶段由于发动机和后处理系统温度较低，排放通常较高。不同法规对冷启动是否纳入测试结果计算有不同规定，部分法规允许排除冷启动阶段的排放数据，部分则要求全部计入。测试报告中需要明确说明冷启动处理方式，以保证结果的可比性。
- 测试准备：车辆检查、仪器预热校准、采样系统安装、测试路线规划
- 测试执行：按照规划路线行驶、连续采集排放数据、记录工况和环境参数
- 数据处理：数据有效性检查、质量排放量计算、比排放量计算、结果判定
- 质量控制：仪器定期校准、比对测试、重复性验证
- 结果报告：测试条件描述、排放结果汇总、与限值比较结论
检测仪器
车载排放测试所使用的检测仪器统称为便携式排放测试系统，是一套集成了气体分析仪、颗粒物分析仪、流量测量装置、数据采集系统等模块的综合测试设备。随着技术进步，现代PEMS设备在测量精度、便携性、可靠性等方面都有了显著提升。
气态污染物分析模块是PEMS的核心组成部分。一氧化碳通常采用非分散红外分析原理测量，通过特定波长的红外光被一氧化碳分子吸收的原理实现定量分析。碳氢化合物采用氢火焰离子化检测器测量，碳氢化合物在氢火焰中燃烧产生的离子电流与碳原子数成正比。氮氧化物采用化学发光分析原理，一氧化氮与臭氧反应生成激发态二氧化氮，其退激时发出的光强度与一氧化氮浓度成正比。对于二氧化氮，通常先将其转化为一氧化氮再进行测量。
颗粒物分析模块是近年来发展迅速的测试单元。颗粒物质量测量通常采用滤纸称重法或实时质量监测法，前者将颗粒物采集到滤纸上再进行精密称重，后者通过微量振荡天平或激光散射法实现实时监测。颗粒物数量测量采用凝结粒子计数器原理，颗粒物经挥发性物质去除和粒径筛选后，在过饱和蒸汽中凝结长大，然后通过光学方法计数。粒径分布分析则需要采用电迁移率分析法或飞行时间分析法等更复杂的技术。
排气流量测量装置用于确定尾气的体积流量，是计算质量排放量的必要参数。常见的流量测量方法包括流量计直接测量法和示踪气体法。直接测量法在排气管末端安装流量计，测量排气和稀释空气的混合流量。示踪气体法向排气中注入已知流量的示踪气体（如氦气），通过测量示踪气体在采样气流中的稀释比例反算排气流量。
数据采集与处理系统负责协调各分析模块的工作，记录和存储测试数据，并进行实时计算和结果显示。现代PEMS通常配备工业级计算机或嵌入式系统，具备强大的数据处理能力和友好的操作界面。系统可以实时显示各污染物的瞬时排放率和累计排放量，同时记录车速、加速度、GPS轨迹等辅助信息，便于后续分析排放与工况的关系。
电源管理模块为整个系统提供稳定的电力供应。考虑到车载测试的特殊性，PEMS通常配备独立的电池组，可以支持数小时的连续测试。部分系统还可以利用车辆电源进行充电，延长测试时间。电源管理系统还需要考虑车辆电气环境中的电磁干扰问题，采取适当的滤波和屏蔽措施。
- 气体分析仪：非分散红外分析仪（CO）、氢火焰离子化检测器（HC）、化学发光分析仪
- 颗粒物分析仪：滤纸称重装置、微量振荡天平、凝结粒子计数器、粒径谱仪
- 流量测量装置：文丘里流量计、热式流量计、示踪气体注入与检测系统
- 数据采集系统：工业计算机、数据采集卡、GPS接收机、环境参数传感器
- 辅助设备：电源模块、采样管路、稀释系统、安装支架
应用领域
车载排放测试技术凭借其真实反映实际道路排放状况的优势，在多个领域得到了广泛应用，成为机动车排放监管和技术研发的重要工具。
在法规认证领域，车载排放测试已成为新车型式检验的重要组成部分。欧盟自2017年起实施实际行驶排放法规，要求轻型车辆在实际道路测试中满足规定的排放限值，有效解决了实验室测试与实际排放不一致的问题。我国国六排放标准也引入了RDE测试要求，新生产轻型汽车需要通过实际行驶排放测试才能获得型式批准。这一应用促使汽车企业更加重视车辆在各种实际工况下的排放控制，推动了排放控制技术的进步。
在用车监管是车载排放测试的另一重要应用领域。各地环保部门和交通管理部门可以利用便携式测试设备对在用车辆进行路检路查，发现排放超标车辆并要求整改。与传统的简易工况法检测相比，车载测试能够更真实地反映车辆在实际行驶中的排放状况，提高了监管的有效性。部分城市还建立了在用车实际行驶排放监控平台，对不同车型、不同排放标准车辆的排放状况进行统计分析，为制定针对性的管控措施提供依据。
在汽车研发领域，车载排放测试为排放控制系统的开发和优化提供了重要支持。研发人员可以通过实际道路测试获取各种工况下的排放数据，分析发动机工况、后处理温度、驾驶行为等因素对排放的影响，指导控制策略的优化。特别是对于后处理系统的标定，需要综合考虑冷启动排放、城市工况排放、高速工况排放等多种场景，车载测试数据是不可或缺的参考依据。
在交通环境研究领域，车载排放测试数据可以用于建立和验证机动车排放因子模型，提高排放清单的准确性。研究者可以通过测试不同车型、不同技术路线车辆的排放特征，分析排放与车龄、里程、维护状况等因素的关系，为宏观层面的排放估算提供基础数据。部分研究还关注特殊工况（如拥堵、坡道、高海拔等）下的排放变化规律，为交通规划和管理提供参考。
在新能源汽车评估领域，车载排放测试技术也在拓展应用。对于混合动力汽车，需要评估其在纯电模式和混合模式下的综合排放水平。对于燃料电池汽车，需要监测氢气泄漏和其他可能的排放物。对于配备制动能量回收系统的车辆，还需要研究制动磨损颗粒物的排放特征。这些新兴应用推动着测试方法和测试设备的持续发展。
- 法规认证：新车型式检验、实际行驶排放达标判定、生产一致性检查
- 在用车监管：路检路查、排放超标车辆筛查、年检补充测试
- 汽车研发：排放控制系统开发、控制策略优化、后处理系统标定
- 环境研究：排放因子研究、排放清单编制、交通环境影响评估
- 特殊应用：高海拔排放测试、低温环境排放测试、特殊工况研究
常见问题
在车载排放测试的实践中，测试人员和监管部门经常会遇到一些技术和应用层面的问题，以下对常见问题进行分析解答：
关于测试结果与实验室测试的差异问题，这是车载排放测试最常被关注的问题。由于实际道路行驶工况的复杂性和不确定性，车载测试结果通常与实验室测试结果存在一定差异。一般而言，实际行驶测试中的排放往往高于实验室测试，这是因为实际驾驶中存在更多的加速、减速、怠速等工况，后处理系统的工作温度和效率也可能波动。法规中通常会设定一定的符合性因子，允许实际行驶排放高于实验室限值一定比例，但需要在规定范围内。
关于测试重复性的问题，由于实际道路条件难以完全控制，不同次测试的结果可能存在一定差异。为提高测试结果的可比性，法规对测试路线、工况分布、环境条件等做出了详细规定，要求测试在满足特定条件时结果才有效。同时，可以通过多次测试取平均值的方式降低随机因素的影响。测试人员还需要掌握正确的驾驶方法，避免过于极端的驾驶行为影响测试结果。
关于测试设备的选择问题，市场上有多种品牌和型号的便携式排放测试系统，性能和功能各有差异。选择时需要考虑测试目的、法规要求、预算等因素。对于法规认证测试，需要选用符合相应标准要求的设备，并定期进行校准和验证。对于研发用途，可以根据具体需求选择功能更全面的设备。设备的使用和维护人员需要接受专业培训，确保操作正确和数据质量。
关于环境条件对测试结果的影响问题，温度、湿度、气压等环境因素都会影响发动机工作状态和后处理系统效率，进而影响排放。低温环境下，发动机暖机时间延长，后处理系统起燃推迟，排放通常升高。高海拔地区空气密度降低，发动机燃烧状况改变，也会影响排放。法规通常对测试的环境条件范围做出规定，超出范围时测试结果可能需要修正或重新测试。
关于测试数据的分析和应用问题，车载排放测试产生的大量数据需要进行科学分析才能充分发挥价值。除了计算整体排放结果外，还可以分析排放的时间序列特征、排放与工况的相关性、不同路段的排放差异等。这些分析有助于深入理解车辆的排放特性，识别排放控制系统的薄弱环节，为技术改进提供依据。建议建立规范的数据管理和分析流程，提高数据的利用效率。
- 问：车载排放测试与台架测试有何区别？答：车载测试在实际道路进行，工况真实但可控性差；台架测试在实验室进行，工况可控但可能与实际有差异。
- 问：测试结果超标的主要原因有哪些？答：后处理系统故障或效率下降、发动机燃烧异常、驾驶工况过于激烈、设备故障或操作不当等。
- 问：如何保证测试数据的准确性？答：选用符合要求的设备、按规定进行校准、正确安装采样系统、控制测试条件、进行数据有效性检查。
- 问：测试对驾驶员有何要求？答：遵守交通法规、保持正常驾驶风格、按规划路线行驶、避免过于激烈或过于温和的驾驶方式。
- 问：测试报告应包含哪些内容？答：车辆信息、设备信息、测试条件、测试路线、排放结果、与限值比较结论、异常情况说明等。
