城市道路柴油公交车尾气排放建模及应用研究

摘要

城市道路柴油公交车发动机排量大，工况变化频繁，运行时间长，且油品差，在整个机动车排放总量中的贡献率较大。柴油公交车尾气排放模型是精确预测公交车实际道路上的尾气排放量，并进行有效控制的基础。然而我国尚缺少能够精确量化并反映实际行驶过程中公交车辆在线路节点和路段动态尾气排放的模型。
　　本文利用车载尾气排放测试设备，收集实际城市道路上柴油公交车辆尾气排放数据，对公交线路节点、路段处的尾气排放影响因素分别进行全面分析，进而建立适用于公交线路层面的动态排放模型并对模型加以应用。
　　首先，本文对车载尾气排放测试实验方案及相关基础数据采集工作进行了介绍。同时对数据初步处理及仿真模拟所需数据进行了详细的叙述和说明。基于获取的逐秒排放、工况数据以及相关线路节点属性，研究各参数对城市道路公交车辆尾气排放的影响，分析公交线路节点处排放特性，并提出量化公交线路节点处排放的算法。研究结果表明，比功率融合了速度、加速度、坡度及公交车载重量等因素对排放的影响，是城市道路柴油公交尾气排放建模的重要解释变量。此外，乘客载重量会影响到车辆尾气排放状况。怠速及低速排放估算模型中可以适当忽略公交车载重量变化对排放带来的影响，但在高速的排放估算模型中，忽略载重量的变化会带来约49％的估算误差。
　　其次，基于对排放影响因素的分析，建立柴油公交车尾气排放率模拟模式及回归计算模型，并对模型进行验证分析，进而提出节点排放因子计算模型。基于建立的节点排放因子计算模型，根据实测交叉口处的排放及延误等交通数据建立交叉口对柴油公交尾气排放影响评价模型，通过排放比值将交叉口的排放影响程度定量化。最终运用微观交通仿真软件，将交通仿真和排放模型耦合，对排放模型加以应用，对公交信号优先策略节能减排效益进行分析。研究结果表明公交信号优先策略可以有效的减少交叉口对公交车辆的排放影响，然而社会车辆的排放并未有明显减少，甚至在某些情况会增加交叉口全部车辆总体排放。
　　最后，建立了基于ArcGIS平台公交线路排放辅助分析系统的框架，给出了三个子系统:用户界面、数据输入及排放计算子系统具体设计方案。并提出了将公交线路排放辅助分析系统与智能公共交通系统结合的未来应用展望，以便实现公交线路层面排放时空特性的实时刻画。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究综述

1．2．1 城市道路机动车排放影响因素研究

1．2．2 城市道路机动车排放及油耗模型研究

1．2．3 城市道路车辆排放模型应用研究

1．2．4 国内外研究现状总结

1．3 研究目标与内容

1．4 研究方法及技术路线

1．4．1 研究方法

1．4．2 研究技术路线

1．5 本章小结

第二章 车载尾气排放测试实验及相关交通调查

2．1 车载尾气排放测试

2．1．1 车载尾气排放测试设备

2．1．2 车辆的选择

2．1．3 测试路线的选择

2．1．4 驾驶人员的选择

2．1．5 测试时段选择

2．1．6 其他因素

2．1．7 数据初步处理

2．2 相关交通数据调查

2．2．1 线路节点交通调查

2．2．2 仿真模拟交通数据调查

2．3 本章小结

第三章 柴油公交车尾气排放相关影响因素分析

3．1 柴油公交车辆行驶工况对排放影响分析

3．1．1 VSP定义及柴油公交车计算公式推导

3．1．2 VSP嗣排放影响分析

3．1．3 乘客载重量对排放影响分析

3．2 公交线路节点对柴油公交车辆排放影响分析

3．2．1 节点处数据处理

3．2．2 公交线路排放分布

3．2．3 公交站点排放时间分布特征

3．2．4 公交站点排放空间分布特征

3．2．5 怠速排放率

3．2．6 加减速过程中排放因子分析

3．2．7 站点影响范围长度及站点特征对排放的影响

3．3 小结

第四章 柴油公交车尾气排放建模

4．1 基于速度及比功率的排放率模型

4．1．1 模型建立思路

4．1．2 实际道路怠速及刹车状态下排放率

4．1．3 实际道路低速排放率回归模型

4．1．4 实际道路中速排放率回归模型

4．1．5 实际道路中高速排放率回归模型

4．1．6 模型验证

4．2 公交线路节点排放计算

4．2．1 公交线路节点排放量计算

4．2．2 公交线路节点排放因子计算

4．3 小结

第五章 交叉口柴油公交车尾气排放模型应用分析

5．1 交叉口对柴油公交车辆排放影响评价模型

5．1．1 评价模型建模思路

5．1．2 排放比值计算方法

5．1．3 排放比值与交叉口交通参数关系

5．1．4 排放比值回归方程

5．2 微观交叉口仿真

5．2．1 仿真路网搭建

5．2．2 信号控制方式的实现

5．2．3 仿真结果初步分析

5．3 排放模拟值比较

5．3．1 公交车队总体排放比较

5．3．2 车队总排放比较

5．3．3 评价模型应用

5．4 小结

第六章 基于ArcGIS公交线路排放辅助分析系统框架构建

6．1 系统需求分析

6．1．1 设计目标

6．1．2 系统功能设计

6．2 系统设计

6．2．1 系统总体设计方案

6．2．2 子系统模块设计

6．3 应用实例

6．4 未来应用展望

6．5 小结

第七章 结论与展望

7．1 主要研究成果和结论

7．2 主要创新点

7．3 研究展望

参考文献

致谢

附录

攻读博士期间发表论文及参与科研情况