基于VSP的城市公交车动态排放与油耗特征研究——以南京为例

摘要

面对交通拥堵问题，发展公共交通是有效的解决方法之一，在当今大力倡导节能减排的背景下，本文以南京市公交车为研究对象，通过搭建车载排放测试系统PEMS(Portable Emission Measurement System)、开展实际道路车载排放测试以及构建柴油公交车排放和油耗模型等工作，深入研究南京市区柴油公交车的排放和油耗特征。
　　首先，选用SEMTECH车载排放测试系统对不同道路等级上正常行驶的6辆公交车进行排放测试，获取了包括CO2、CO、HC和NOx四种污染物的瞬时排放率、速度以及海拔高度等参数在内共6.5万组有效数据，累计行程220km。
　　其次，基于车载排放实测数据，对南京市区柴油公交车的排放和油耗总体特进行研究，发现：南京市柴油公交车尾气污染物CO2、CO、NOx以及HC的排放率按照怠速、减速、匀速、加速的顺序递增，且CO2和CO对车辆运行模式比较敏感，相比而言HC变化较小；随着发动机排气量的增加，CO2、NOx、HC排放因子和油耗因子逐渐增加，CO排放因子逐渐减小；排放率和油耗率在主干路和次干路上的差别不大，支路上相比较低，排放和油耗因子在支路上最大，次干路次之，主干路最小；各污染物排放率和油耗率平峰时段高于高峰时段，排放因子和油耗因子平峰时段小于高峰时段。
　　引入比功率VSP概念，分析了南京市公交车的VSP分布状况及其与排放和油耗之间的关系，结果显示：南京市区公交车VSP区间分布具有明显的趋零集中趋势，95％左右数据处于-10 kW/ton～10kW/ton的区间内；各污染物排放率在VSP=0 kW/ton处出现拐点，当VSP为负值时，污染物排放率和油耗率均较低，而且差别不大；当VSP的值为正数时，机动车的污染物排放率和油耗率随着VSP的升高呈现单调上升趋势，但当VSP的值为正数且很高时(VSP>10 kW/ton)，机动车的油耗率或污染物排放率随VSP的增加有下降的趋势。
　　最后，在对公交车排放特征的分析基础上，建立基于速度和比功率的公交车尾气排放和油耗模拟方法。由于以VSP作为运行工况的唯一“代用参数”，不足以全面反映机动车运行工况对油耗和排放的影响，运用统计分析方法分析综合参数VSP中自变量与排放和油耗的关系，速度V和加速度A存在正的相关性，且在相同的VSP区间，车速的变化对排放率和油耗率的影响较大，故引入平均车速，采用直接观察法确定出基于车速和VSP的排放单元划分方法并划分出34个Bin，在此基础上对速度细分从而建立起南京市区柴油公交车排放和油耗模拟模式。对比污染物排放和油耗的模拟结果与实测结果，发现怠速模型模拟误差均在10％以内，中低速模型(040 km/h)CO2、CO排放以及油耗误差在20％以上，说明模拟模式在怠速和中低速具有较高的可靠性，在高速时可靠度较差。将所建模型与CMEM比较，从总体来说本研究建立的模型误差要小。