本發(fā)明涉及交通運(yùn)行管理領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于交通運(yùn)行數(shù)據(jù)和劣化率的輕型汽車排放速率計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

道路機(jī)動車排放已出現(xiàn)排放源總量大、運(yùn)行工況惡化、時(shí)空分布極其不均的問題，通過淘汰“黃標(biāo)車”、提高機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)與燃油標(biāo)準(zhǔn)等宏觀靜態(tài)控制措施來實(shí)現(xiàn)減排的手段，難以解決這種交通排放不均勻性帶來的問題，使得交通污染管控措施須從粗放式向精細(xì)化轉(zhuǎn)變，為此需建立高時(shí)空分辨率、可反映道路交通流的運(yùn)行工況及其對排放影響的機(jī)動車動態(tài)排放清單，以支撐精細(xì)化交通污染管控措施的制定。

然而，建立高時(shí)空分辨率、可反映道路交通流的運(yùn)行工況及其對排放影響的機(jī)動車動態(tài)排放清單存在多個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。首先，機(jī)動車的排放受運(yùn)行工況影響而出現(xiàn)復(fù)雜動態(tài)變化，不同工況下機(jī)動車的排放速率各不相同。即使某一時(shí)段內(nèi)的平均速度相近，但因?yàn)檫\(yùn)行工況的差異，總排放量也會出現(xiàn)很大差異，而現(xiàn)階段運(yùn)行工況的惡化更加劇了排放動態(tài)變化的復(fù)雜性。并且，隨著累積行駛里程或車齡的不斷增加，由于車身損耗、催化劑性能老化、氣缸雜質(zhì)聚積等因素，車輛的排放水平會出現(xiàn)不斷劣化，因此，研究并掌握機(jī)動車污染物排放劣化規(guī)律是建立準(zhǔn)確排放清單的關(guān)鍵。這就給建立準(zhǔn)確的排放清單提出了兩個(gè)要求：一是深入研究并掌握機(jī)動車動態(tài)排放特征。只有細(xì)致掌握機(jī)動車運(yùn)行工況與動態(tài)排放的關(guān)系，才能為通過運(yùn)行工況表征動態(tài)排放提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時(shí)找到能夠準(zhǔn)確反映機(jī)動車動態(tài)排放的表征參數(shù)。二是具備大規(guī)模獲取道路機(jī)動車運(yùn)行工況的手段。隨著智能交通系統(tǒng)的快速發(fā)展，國內(nèi)外多個(gè)城市都建成了大型浮動車系統(tǒng)，其定位精度及采樣頻率均較高，為大規(guī)模準(zhǔn)確獲取城市道路機(jī)動車提供了理想的數(shù)據(jù)來源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種基于交通運(yùn)行數(shù)據(jù)和劣化率的輕型汽車排放速率計(jì)算方法， 該方法可優(yōu)化道路運(yùn)行工況、降低機(jī)動車排放量、提高城市空氣質(zhì)量。

為了達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于交通運(yùn)行數(shù)據(jù)和劣化率的輕型汽車排放速率計(jì)算方法，包括以下步驟：

S1：以VSP-v所定義的運(yùn)行模式作為排放表征參數(shù)來建立MOVES排放模型，對MOVES排放模型進(jìn)行多次輸入輸出測試得到輕型汽油車的基礎(chǔ)排放速率庫；

S2：對輕型汽油車進(jìn)行劣化規(guī)律分析，建立車齡與污染物濃度的擬合方程，計(jì)算輕型汽油車的劣化率；

S3：利用機(jī)動車劣化規(guī)律中所得結(jié)論，對建立的輕型汽油車的基礎(chǔ)排放速率庫進(jìn)行校準(zhǔn)與修正得到修正后的排放速率。

進(jìn)一步地，所述步驟S1中以VSP-v所定義的運(yùn)行模式作為排放表征參數(shù)的過程如下：

采用機(jī)動車比功率VSP與速度v兩個(gè)變量/參數(shù)共同描述機(jī)動車的瞬時(shí)運(yùn)行工況，對機(jī)動車比功率VSP與速度v的組合命名為運(yùn)行模式OpMode，根據(jù)機(jī)動車比功率VSP與速度v的取值范圍將機(jī)動車的運(yùn)行工況共劃分為23種運(yùn)行模式，即有23個(gè)不同的機(jī)動車比功率VSP與速度v的取值組如下表：

其中，可將23種運(yùn)行模式分成五類：剎車模式為OpMode 0、怠速模式為OpMode 1、低速運(yùn)行模式為OpMode 11～16、中速運(yùn)行模式為OpMode 21～30，高速運(yùn)行模式為OpMode 33～40；a_t為t時(shí)刻的加速度，m/s²；v_t為t時(shí)刻的瞬時(shí)速度，km/h；P_t為t時(shí)刻的機(jī)動車比功率VSP，kW/t。

進(jìn)一步地，所述步驟S1中得到輕型汽油車的基礎(chǔ)排放速率庫的具體過程如下：

S11：利用中國輕型排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的車輛型式認(rèn)證Ⅰ型試驗(yàn)工況“ECE15+EUDC”作為運(yùn)動參數(shù)輸入MOVES模型；

S12：將輕型車排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測試條件輸入MOVES模型作為仿真計(jì)算的條件；

S13：對MOVES模型中各個(gè)年份的新車進(jìn)行排放仿真測試，從而獲得MOVES模型中各個(gè)年份新車的排放因子值；

S14：將各個(gè)排放因子值與中國排放標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行比較，得到MOVES模型中與中國不同排放標(biāo)準(zhǔn)車輛所對應(yīng)的新車年份，并根據(jù)該新車年份在MOVES模型中得出與中國排放標(biāo)準(zhǔn)車型相接近的排放速率庫。

進(jìn)一步地，所述步驟S2的具體過程如下：

收集輕型汽油車檢查維護(hù)制度的臺架測試數(shù)據(jù)，分析CO、HC、NO_X和光吸收系數(shù)隨累積行駛里程或車齡的劣化規(guī)律，建立車齡與污染物濃度的擬合方程，得到擬合方程后，根據(jù)下式計(jì)算不同車齡機(jī)動車的劣化率：

其中，r_n為車齡為n年的機(jī)動車排放濃度與新車排放濃度的比例關(guān)系；e_n車齡為n年的機(jī)動車排放濃度；e₀車齡為0的新車排放濃度；通過該式可得出輕型汽油車在不同排放標(biāo)準(zhǔn)及車齡段下的排放劣化率。

進(jìn)一步地，收集輕型汽油車檢查維護(hù)制度的臺架測試數(shù)據(jù)中存在不合格的數(shù)據(jù)，對這些不合格的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除的過程是：對每輛被檢車的測試數(shù)據(jù)，僅保留 一個(gè)檢測周期內(nèi)的首次檢測數(shù)據(jù)，同時(shí)刪除部分屬性缺失的數(shù)據(jù)記錄，僅保留有效數(shù)據(jù)記錄，具體步驟如下：

1)按機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)將檢測記錄分類；

2)按車輛用途對數(shù)據(jù)進(jìn)一步劃分；

3)以累積行駛里程作為活動水平的代表參數(shù)，按10000km為劃分單位，將檢測數(shù)據(jù)按累積行駛里程進(jìn)行劃分，為避免因數(shù)據(jù)樣本量過少而導(dǎo)致明顯誤差，將累積行駛里程大于40萬公里的檢測記錄刪除；

4)去除5％最高值與5％最低值的數(shù)據(jù)后，求出每個(gè)區(qū)間內(nèi)CO、HC、NO的平均濃度值。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：

本發(fā)明通過以VSP-v所定義的運(yùn)行模式作為排放表征參數(shù)來建立了機(jī)動車MOVES排放模型，之后對MOVES排放模型進(jìn)行多次輸入輸出測試得到中國的輕型汽油車的基礎(chǔ)排放速率庫；然后再對輕型汽油車進(jìn)行劣化規(guī)律分析，建立車齡與污染物濃度的擬合方程，計(jì)算輕型汽油車的劣化率；最后利用機(jī)動車劣化規(guī)律中所得結(jié)論，對建立的輕型汽油車的基礎(chǔ)排放速率庫進(jìn)行校準(zhǔn)與修正得到修正后的排放速率，該方法確定合適的動態(tài)排放表征參數(shù)和劣化系數(shù)，建立了“交通狀態(tài)-輕型車運(yùn)行工況-動態(tài)排放速率”的映射關(guān)系，對優(yōu)化道路運(yùn)行工況、降低機(jī)動車排放量、提高城市空氣質(zhì)量具有重要的意義，對我國機(jī)動車污染控制措施的制定與實(shí)施也具有一定的借鑒意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法流程圖；

圖2為本發(fā)明方法的技術(shù)線路圖；

圖3為輕型汽油車(客車與貨車)排放污染物隨行駛里程劣化趨勢。

具體實(shí)施方式

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

為了更好說明本實(shí)施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1

如圖1-2所示，一種基于交通運(yùn)行數(shù)據(jù)和劣化率的輕型汽車排放速率計(jì)算方法，包括：

A：采用VSP-v定義運(yùn)行模式作為排放表征參數(shù)；

用機(jī)動車比功率VSP與速度v兩個(gè)變量/參數(shù)共同描述機(jī)動車的瞬時(shí)運(yùn)行工況，對機(jī)動車比功率VSP與速度v的組合命名為運(yùn)行模式OpMode，根據(jù)機(jī)動車比功率VSP與速度v的取值范圍將機(jī)動車的運(yùn)行工況共劃分為23種運(yùn)行模式，即有23個(gè)不同的機(jī)動車比功率VSP與速度v的取值組如下表1：

表1機(jī)動車運(yùn)行模式(OpMode)定義

其中，可將23種運(yùn)行模式分成五類：剎車模式為OpMode 0、怠速模式為OpMode 1、低速運(yùn)行模式為OpMode 11～16、中速運(yùn)行模式為OpMode 21～30，高速運(yùn)行模式為OpMode 33～40；a_t為t時(shí)刻的加速度，m/s²；v_t為t時(shí)刻的瞬時(shí)速度，km/h；P_t為t時(shí)刻的機(jī)動車比功率VSP，kW/t。

選取由VSP-v所定義的OpMode作為動態(tài)排放表征參數(shù)，考慮了機(jī)動車車 型(輕、重型車)、使用燃油(汽油)、機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)(國零～國Ⅳ/Ⅴ)三個(gè)維度，得出每一機(jī)動車種類(如“輕型車-汽油-國零”為一類)在23種OpMode下的排放速率，全面細(xì)致地反映車輛種類與排放速率之間的關(guān)系。中國主要道路機(jī)動車車型與MOVES模型車型的匹配表，如表2：

表2車輛類型匹配表

B：對MOVES排放模型進(jìn)行多次輸入輸出測試，建立基礎(chǔ)排放速率庫，其具體是；

基于中國機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)及《道路機(jī)動車大氣污染物排放清單編制技術(shù)指南》中規(guī)定的測試工況、測試條件和排放限值或典型值，對MOVES排放模型進(jìn)行多次輸入輸出測試，得到MOVES排放模型中與中國機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定排放水平相近的“新車”，建立基礎(chǔ)排放速率庫。

為了在MOVES排放速率庫中匹配出符合中國輕型車輛排放水平的輕型車排放速率庫，利用中國輕型排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的車輛型式認(rèn)證Ⅰ型試驗(yàn)工況及其排放限值來作為排放標(biāo)準(zhǔn)匹配的中間參數(shù)。具體匹配方法如下：

1)將輕型車排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的Ⅰ型試驗(yàn)工況“ECE15+EUDC”作為運(yùn)動參數(shù)輸入MOVES模型，Ⅰ型試驗(yàn)工況如圖3所示；

2)將輕型車排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測試條件(燃油組分、溫度、濕度等)輸入MOVES模型作為仿真計(jì)算的各項(xiàng)條件；

3)在規(guī)定工況及條件下，對MOVES模型中各個(gè)年份的新車(輕型車，車齡為0)進(jìn)行排放仿真測試，從而獲得MOVES模型中各個(gè)年份新車的排放因子值(g/km)。

4)將各個(gè)排放因子值與中國排放標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行比較，得到MOVES模型中與中國不同排放標(biāo)準(zhǔn)車輛所對應(yīng)的新車年份，并根據(jù)該新車年份在MOVES模型中得出與中國排放標(biāo)準(zhǔn)車型相接近的排放速率庫。

經(jīng)過匹配測試，得到我國不同排放標(biāo)準(zhǔn)下輕型汽油車(質(zhì)量小于1250kg)的基礎(chǔ)排放速率庫，如表3所示：

表3本地輕型汽油車基礎(chǔ)排放速率

C：輕型汽油車劣化規(guī)律分析，建立車齡與污染物濃度的擬合方程，計(jì)算劣化率，具體計(jì)算過程如下：

收集輕型汽油車檢查維護(hù)制度的臺架測試數(shù)據(jù)，分析CO、HC、NO_X和光吸收系數(shù)隨累積行駛里程或車齡的劣化規(guī)律，建立車齡與污染物濃度的擬合方程，得到擬合方程后，根據(jù)下式計(jì)算不同車齡機(jī)動車的劣化率：

本研究收集了佛山市十余個(gè)機(jī)動車尾氣檢測站的機(jī)動車尾氣檢測數(shù)據(jù)，共收集2011～2013年佛山市輕型汽油車尾氣檢測數(shù)據(jù)1459715條，共735568輛被檢車輛，其中客車706206輛，貨車29362輛，選取ASM5025工況檢測結(jié)果進(jìn)行分析，為較準(zhǔn)確反映在用車的排放情況，剔除因首次上線檢測不合格而重測的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)的處理方法如下：對每輛被檢車的測試數(shù)據(jù)，僅保留一個(gè)檢測周期內(nèi)的首次檢測數(shù)據(jù)。同時(shí)，刪除部分屬性(如檢測時(shí)間、累積行駛里程等)缺失的數(shù) 據(jù)記錄，僅保留有效數(shù)據(jù)記錄。

輕型汽油車檢測數(shù)據(jù)處理步驟：①按機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)將檢測記錄分類；②按車輛用途(客車、貨車)對數(shù)據(jù)進(jìn)一步劃分；③以累積行駛里程作為活動水平的代表參數(shù)，按10000km為劃分單位，將檢測數(shù)據(jù)按累積行駛里程進(jìn)行劃分。為避免因數(shù)據(jù)樣本量過少而導(dǎo)致明顯誤差，將累積行駛里程大于40萬公里的檢測記錄刪除。④去除5％最高值與5％最低值的數(shù)據(jù)后，求出每個(gè)區(qū)間內(nèi)CO、HC、NO的平均濃度值(％或ppm)。

表4各污染物擬合曲線

以下是根據(jù)上述處理得到的輕型汽油車排放水平隨累積行駛里程劣化規(guī)律：

為研究輕型汽油車排放水平隨使用水平的劣化關(guān)系，分別作出輕型汽油客車和輕型汽油貨車的污染物CO、HC、NO的排放濃度隨累積行駛里程的劣化關(guān)系圖，如圖3所示。為進(jìn)一步量化排放水平的劣化趨勢，計(jì)算各劣化曲線的擬合方程和擬合度R²，如表4所示，各污染物的濃度單位均為體積分?jǐn)?shù)(％或10^-6)。

D：利用機(jī)動車劣化規(guī)律中所得結(jié)論對其進(jìn)行部分校準(zhǔn)與修正；

由于基礎(chǔ)排放速率庫是由“新車”的基礎(chǔ)排放速率構(gòu)成的，而沒有考慮在用車排放水平的劣化影響。隨著行駛里程或車齡的不斷增加，由于車身損耗、催化劑性能老化、氣缸雜質(zhì)聚積等因素，車輛的排放水平會出現(xiàn)不斷劣化，需要對在用車的排放速率加以修正。

本發(fā)明采用在用車污染物排放水平隨累積行駛里程的劣化關(guān)系，結(jié)合中國機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)中的劣化系數(shù)和相關(guān)研究得出不同車型的劣化率。

對于輕型汽油車，因使用水平的代表參數(shù)是累積行駛里程，為得到汽油車排放水平在不同車齡下的劣化率，需要根據(jù)在用車年均行駛里程將累積行駛里程轉(zhuǎn)化為車齡，從而建立車齡與污染物濃度的擬合方程。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知，輕型車的年均行駛里程約為23000km。得到擬合方程后，通過式(1)可得出汽油車在不同排放標(biāo)準(zhǔn)及車齡段下的排放劣化率，如表5所示。

表5輕型汽油車排放水平隨車齡劣化率

以上為各種車輛的排放水平隨車齡的劣化關(guān)系。在計(jì)算機(jī)動車排放時(shí)，確定了排放計(jì)算的基準(zhǔn)年后，即可根據(jù)各車型的車齡，將排放速率庫中的排放速率乘以劣化率得到修正后的排放速率。

相同或相似的標(biāo)號對應(yīng)相同或相似的部件；

附圖中描述位置關(guān)系的用于僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。