（光学工程专业论文）机动车排放因子模型数据库研究.pdf

在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 签名： ( 保密的论文在解 导师签名：砂i l t 弓i 直接影响人们的健康。因此针对机动车污染世界各国都在积极采取措施，除了 积极支持和发展新能源汽车外，一方面通过制定排放法规，不断严格机动车污 染排放标准；另一方面建立机动车污染控制体系，形成了一系列完整的技术与 管理相配套的制度。 其中，一个非常重要的方面是国外开发了一系列的机动车排放因子模型， 用来定量计算机动车排放污染物、预测未来一段时间内或者某一特定区域内的 排放量，从而为制定合理的政策、措施提供技术和数据支持。而国内很多研究 机构利用国外的模型分别计算了北京、上海、澳门等地的排放清单，为城市机 动车环境污染提供了有效的数据支持。但是国外模型都是基于当地特殊的交通 状况、车辆技术条件、驾驶行为、排放法规和气候条件而开发的。因此应用国 外模型来计算北京市或其它城市的机动车污染排放清单难免会出现很多大误差。 而且到目前为止国内还没有开发出自己的模型，在排放因子模型数据库方面的 研究更是甚少，主要原因之一是开发排放因子模型数据库的需要大量的可靠基 础实验数据的积累及分析方法的欠缺。排放因子模型数据库作为模型的核心部 分，是建立模型的基础。因此，本课题基于这一点出发，研究排放因子模型数 据库的分析方法，为北京市机动车排放因子模型的建立提供数据库的基础。 本文通过解析和研究国外机动车排放因子模型的建立方法，对影响机动车 排放的各个因素进行分析，研究数据库对数据的需求。由此确定了北京机动车 排放因子模型数据库的构建方法。在此基础上，通过利用车载排放测试设备和 实验室设备进行车辆排放测试，获得所需要的实验数据。 通过对实验数据进行了全面、系统和科学的分析，建立了轻型车基本排放 因子模块、重型车微观速率排放模块和车队综合排放因子计算模块的算法，并 最终确定了北京市机动车排放因子数据。为北京市机动车排放因子模型的开发 提供了数据基础。在此基础上，研究了数据库如何用于排放因子模型。 对于轻型车排放因子的研究，主要涉及以下方面：基本排放因子( 北京工 况) 、劣化和各种修正系数。在各种修正系数分析中，重点分了速度和汽油车燃 油蒸发排放因子。通过参考国际上模型开发的先进经验，利用先进的基于车辆 比功率v s p 和速度联合分布，对重型车的微观工况的排放速率和基于实际道路 的排放因子进行了研究。 关键词：排放因子模型；轻型汽车；重型车；数据库；排放因子；排放速 率；v s p a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n dt h ei m p r o v e m e n to fp e o p l e 。sl i v i n g s t a n d a r d s ，c h i n a 。sv e h i c l ep r o d u c t i o na n dh o l d i n g sa r eg r o w i n gb yl e a p sa n db o u n d s c o n t i n u e d - r a p i dr i s eo fu r b a nv e h i c l ep o p u l a t i o nh a sp o s e das e r i o u sc h a l l e n g et o t h ee n v i r o n m e n t t h e r ei ss u r v e ys h o wt h a t ，i n2 0 0 8m o t o rv e h i c l ee m i s s i o n so f n i t r o g e no x i d e s ，c a r b o nm o n o x i d e ，h y d r o c a r b o n sa n dp a r t i c u l a t em a t t e rp o l l u t i o ni n t h et o t a lt h r e ep o l l u t i o no fb e u i n gc o n t r i b u t e dr e s p e c t i v e l y4 8 9 0 ，4 5 a n d2 8 w h i c hs h o wt h a tm o t o rv e h i c l ep o l l u t i o nh a sb e c o m eam a j o rs o u r c eo fu r b a na i r p o l l u t i o n m o t o rv e h i c l ee m i s s i o np o l l u t i o n ，e s p e c i a l l ys m a l l e rs i z e dp a r t i c u l a t e m a t t e rc a nc a u s eg r e a th a r mt oh u m a nb o d y ，a n da l s ot h e r ei sap o t e n t i a lt h r e a tt o u r b a np h o t o c h e m i c a ls m o g ，w h i c had i r e c ti m p a c to np e o p l e 。sh e a l t h t h e r e f o r e ， e v e r yc o u n t r yi nt h ew o r l da r ea c t i v e l yt a k i n gm e a s u r e sf o rm o t o rv e h i c l ep o l l u t i o n ， i na d d i t i o nt ot h ea c t i v es u p p o r tf o rt h ed e v e l o p m e n to fn e we n e r g yv e h i c l e s ，o nt h e o n eh a n dt h r o u g ht h ed e v e l o p m e n to fe m i s s i o nr e g u l a t i o n s ，c o n t i n u e ds t r i n g e n t v e h i c l ee m i s s i o ns t a n d a r d s ；o nt h eo t h e rh a n dt oe s t a b l i s hm o t o rv e h i c l ep o l l u t i o n c o n t r o ls y s t e m ，b yf o r m i n gaf u l lr a n g eo ft e c h n o l o g ya n dm a n a g e m e n ts u p p o r t i n g t h es y s t e m a m o n gt h e m ，av e r yi m p o r t a n ta s p e c ti st h a tas e r i e so fv e h i c l ee m i s s i o nf a c t o r m o d e l sh a v eb e e nd e v e l o p e da b r o a d ，b e i n gu s e dt oq u a n t i t a t i v e l yc a l c u l a t ev e h i c l e e m i s s i o n sa n dp r e d i c tt h ee m i s s i o n si nt h ef u t u r e ，s oa st op r o v i d et e c h n i c a ls u p p o r t f o r f o r m u l a t i n gr e a s o n a b l ep o l i c i e s a n dm e a s u r e s m a n yd o m e s t i cr e s e a r c h i n s t i t u t i o n sl i s t e dt h ee m i s s i o ni n v e n t o r yi nb e i j i n g ，s h a n g h a i ，m a c a oa n do t h e r p l a c e sb yu s i n gf o r e i g nm o d e l s b u tt h ef o r e i g nm o d e l sa r eb a s e do ns p e c i f i cl o c a l t r a f f i cc o n d i t i o n s ，v e h i c l et e c h n i c a l c o n d i t i o n s ，d r i v i n gb e h a v i o r , e m i s s i o n s r e g u l a t i o n s ，a n dc l i m a t ec o n d i t i o n s t h e r e f o r e ，a p p l i c a t i o no ff o r e i g nm o d e l st o c a l c u l a t et h em o t o rv e h i c l ee m i s s i o n si n v e n t o r yi nc i t i e so fb e i j i n go ro t h e rw i l l i n e v i t a b l yl e a dt ob i ge r r o r s m o r e o v e r , s of a rn oi n s t i t u t i o nh a sd e v e l o p e di t so w n m o d e l ，a n dr e s e a r c ho nt h ee m i s s i o nf a c t o rm o d e ld a t a b a s ei se v e nl e s s t h em a i n r e a s o ni st h el a c ko fi n t e g r i t ya n da n a l ”i c a lm e t h o d s e m i s s i o nf a c t o rm o d e l d a t a b a s ea sac o r ep a r to ft h em o d e l st h eb a s i st oe s t a b l i s ht h em o d e l b ys t u d y i n gt h em e t h o d so ff o r e i g nm o d e l sa n dt h ef a c t o r st h a ta f f e c tv e h i c l e e m i s s i o n s ，t h ed a t ad e m a n dw h i c hi sn e c e s s a r yf o rm o d e ld a t a b a s ei sa n a l y z e d o n t h eb a s i so ft h i ss t u d yw o r k ，t h ep a p e re s t a b l i s h e st h ea l g o r i t h mf o rb e i j i n gv e h i c l e e m i s s i o n sf a c t o rm o d e l t h e ne m i s s i o no fv e h i c l e si st e s t e dt h r o u g hu s i n gl a b o r a t o r y e q u i p m e n t sa n dp o r t a b l e e m i s s i o n sm e a s u r e m e n ts y s t e m ，w h i c hc a no b t a i nt h e r e q u i r e de x p e r i m e n t a ld a t a b yc o m p r e h e n s i v e l y , s y s t e m a t i c a l l ya n ds c i e n t i f i c a l l ya n a l y z i n gt h ee x p e r i m e n t a l d a t a ，t h em o d u l e so fe m i s s i o nf a c t o r sf o rl i g h tv e h i c l e ，m i c r o r a t ee m i s s i o n sm o d u l e f o rh e a wv e h i c l e sa n dm o d u l eo fi n t e g r a t e de m i s s i o nf a c t o r f o rv e h i c l ef l e e t c a l c u l a t i o na r ee s t a b l i s h e d a n df i n a l l yt h eb e i j i n gv e h i c l ee m i s s i o nf a c t o rd a t ai s b u i l t ，w h i c hc a np r o v i d e sd a t ab a s ef o rt h ed e v e l o p m e n to ft h eb e u i n gv e h i c l e e m i s s i o nf a c t o rm o d e l b e s i d e s ，i ti ss t u d i e dh o wt h ed a t a b a s ec a nb eu s e df o r e mi s s i o nf a c t o rm o d e l t h ee m i s s i o nf a c t o ro fl i g h tv e h i c l e s ，m a i n l yi n v o l v et h ef o l l o w i n ga r e a s ：b a s i c e m i s s i o nf a c t o r s ( b e i j i n gc o n d i t i o n ) ，d e g r a d a t i o n ，a n dv a r i o u sc o r r e c t i o nf a c t o r s b e t w e e nt h ec o r r e c t i o nf a c t o r s ，t h ep a p e rp l a c e se x t r ae m p h a s i so nt h ea n a l y s i s o fv e l o c i t yc o r r e c t i o nc o e f f i c i e n ta n dt h ep e t r o lf u e le v a p o r a t i v ee m i s s i o nf a c t o r s t h em i c r oc o n d i t i o n so fh e a v yv e h i c l ee m i s s i o nr a t e sa n de m i s s i o nf a c t o r sb a s e do n r e a ir o a d sw e r es t u d i e d k e y w o r d s ：l i g h t - d u t yv e h i c l e s ；h e a v y d u t yv e h i c l e s ；d a t a b a s e ；e m i s s i o nf a c t o r ； e mi s s i o nr a t e s ； 目三巨 口水 i v i i l i 1 1 1 l 2 l ! z l ! i 5 5 6 8 8 8 2 3 排放因子模型解析9 2 3 1m o b i l e 模型分析9 2 3 2m o v e s 模型解析。1 0 2 3 3c o p e r t 模型解析1 2 2 3 4 模型发展趋势1 4 2 4 排放因子模型建立1 5 2 4 1 机动车排放影响因素1 5 2 4 2 主要核心模块1 5 2 4 3 主要参数获取1 6 2 5 本章总结1 7 第三章排放因子测试系统和测试方法。1 8 3 1 测试系统。1 8 3 1 1 台架测试系统。1 8 3 1 2 车载排放测试系统。1 8 3 2 测试系统验证2 3 3 2 1 气态污染物测试验证。2 3 3 。2 2 颗粒物测试验证2 4 3 3 测试方法及过程。2 5 3 3 1 轻型车排放因子测试( 测试准备、试验工况和试验过程) 。2 5 3 3 2 中重型车排放因子测试。2 7 3 4 本章总结2 9 第四章轻型车排放因子分析和计算。3 0 4 1 轻型车技术类型划分3 0 4 1 1 轻型车排放控制技术发展3 0 4 1 2 轻型车类型划分3 1 v 4 2 轻型车基本排放因子计算3 2 4 2 1 零公里排放因子( z m l ) 分析3 3 4 2 2 工况相关系数分析。3 6 4 2 3 轻型车排放因子劣化分析3 8 4 2 4 轻型车排放因子比较分析4 3 4 3 速度修正系数获取。4 4 4 3 1 数据来源4 4 4 3 2 分析方法4 6 4 3 3 速度对排放因子影响系数4 7 4 4 蒸发排放分析4 8 4 4 1 蒸发排放定义4 8 4 4 2 蒸发排放因子计算分析4 9 4 4 3 测试数据分析及计算。s l 4 5 本章总结5 2 第五章中重型车排放因子分析和计算。s 3 5 1 车辆类型划分5 3 5 1 1 中重型车排放排放控制技术发展5 3 5 1 2 中重型车类型划分。5 4 5 2 中重型车比功率k 5 4 5 2 1 比功率概念提出。5 4 5 2 2 重型车比功率概念的发展s s 5 2 3 重型车比功率公式分析及确定。5 6 5 3 中重型车排放因子计算5 7 s 3 1 中重型车辆实际道路行驶工况v s p 5 8 s 3 2 微观工况b i n 区间划分5 8 5 3 3 中重型车微观排放速率计算5 9 5 3 4 北京中重型车典型行驶工况分布。6 2 5 3 5 排放因子计算。6 4 5 4 排放因子速度相关性分析6 7 5 4 1 平均速度工况的获取6 7 5 4 2 分析步骤6 8 5 4 3 大型客车速度修正系数。6 8 5 s 本章总结6 9 第六章全文总结和展望。7 1 6 1 主要研究工作和结论7 1 6 2 课题展望7 2 致谢7 3 参考文献7 4 攻读硕士学位期间发表论文及参加及科研项目7 6 v i 逐步提高，由于人口 动我国汽车工业快速 中国汽车工业协会统 同比分别增长3 2 4 4 和3 2 3 7 。预计我国汽车工业在今后十年里仍将呈现一个快速增长的发展态势， 其中北京市的汽车保有量接近5 0 0 万辆。如此快速的城市机动车保有量增长， 在推动经济增长、改善人们生活水平的同时，也给城市交通、空气质量等带来 了严峻挑战。由于我国机动车的污染控制水平普遍相对落后，单车排放水平高， 新车排放达标率低，在用车使用年限长，维修保养制度不够完善，交通管理及 排放法规等都不能满足汽车工业迅速发展的需要，使得汽车排放污染已严重影 响了城市空气质量，机动车排放污染已经成为城市环境空气污染的主要来源之 一i l 习】。调查研究表明：在城市空气污染中机动车对颗粒物( 小于p m i o ) 的贡献率 为4 0 5 0 ，氮氧化物4 0 8 0 ，c o 大于8 0 1 3 】。 机动车排放的n o x 和挥发性有机物在大气中进一步反应，行车淡蓝色的烟 雾，直接刺激人的呼吸系统，并对心血管等系统造成损害。1 9 9 8 年，曾有北京 出现光化学烟雾事件报道；2 0 0 1 年也有南宁和深圳发生光化学烟雾的报道。机 动车排放的颗粒物特别是极细微的颗粒物如p m 2 5 等造成极大的危害。目前2 3 的城市空气质量不达标，颗粒物超标严重，机动车排放占颗粒物污染的2 0 - 3 0 ， 排放的细颗粒物在人们的呼吸带，可以达到肺的深部，导致肺炎、气喘、肺功 能下降等呼吸系统疾病。道路两侧的空气污染严重，城市道路车辆集中，污染 物排放量大，浓度高，对行人、司机和交通警察的影响大。 1 1 2 我国机动车尾气排放控制现状 针对城市机动车快保有量的速增长及其排放污染物带来的危害，世界各国 都在采取了相应的措施进行控制。为此我国从2 0 0 0 年起遵循欧洲的机动车排放 法规体系陆续颁布了更为严格的法规来控制机动车的排放，不断加严的排放标 1 武汉理工大学硕士学位论文 准的实施，缩短了我国与国外汽车污染物排放标准的差距，且已经取得了较好 的效果。北京市机动车排放标准发展历程如表1 - 1 所示。另外，在用车监督管理 体系逐步完善，如实施了相关的政策如o b d 及i m 制度、改善燃油质量、发展公 共交通、更新淘汰老旧车辆及车辆限行等有效对车辆排放进行控制。 表1 - 1 北京市机动车排放标准发展历程 淤 国i国i i国i国 车辆类型 轻型汽油车1 9 9 9 1 12 0 0 3 1 12 0 0 5 1 2 3 02 0 0 8 3 1 重型汽油车2 0 0 2 7 12 0 0 3 9 12 0 0 9 7 1 重型柴油车2 0 0 0 1 12 0 0 3 1 12 0 0 5 1 2 3 02 0 0 8 7 1 摩托车2 0 0 1 1 12 0 0 4 1 12 0 0 8 7 1 虽然在过去的十几年里，我国实施了一系列措施来控制机动车排放，然而 随着机动车保有量的迅速增长及其他相关因素的影响，机动车排放污染问题依 然十分严峻，机动车污染物排放总量大，污染物浓度依然较高。且随着机动车 排放管理工作的深入，法规实施本不断提高，对法规实施所获得环境改善程度 及排放控制效果一知半解，即缺少有成效的量化评估手段。目前通过对机动车 污染控制决策支持系统的研究可以量化评价排放控制效果，因此需要研究者对 机动车排放机制和规律进行深入研究并开发相关的工具与建立相关的统计数据， 以更好的控制机动车排放有效改善空气质量。 1 2 国内外相关研究现状 1 2 1 机动车排放模型 机动车排放的尾气是大气三大污染源之一，随着机动车保有量的增长，其 大气污染的分担率也日益加大。机动车排放因子是对机动车尾气排放进行量化、 分析和评价的重要参数。机动车排放模型是对排放因子数据库及一系列的其它 影响因素等的程序化，可用于估算区域机动车排放总量或排放强度，有助于分 析车辆高排放的原因和制定控制策略。 机动车排放模型按照模拟方法不同可分为平均速度类和行驶工况类模型。 平均速度类模型以车辆平均速度作为污染物( h c c o n o x p m 等常规及非常规的 污染物) 的表征参数，即污染物排放因子是车辆平均速度的函数，在时空分辨 率上适用于宏观和中观尺度；行驶工况类模型的基础是机动车瞬时的行驶状态 2 武汉理工大学硕士学位论文 的各污染物的排放速率，即通过标准工况瞬时的速度、加速度及v s p 等参数计 算车辆排放率和排放型 引，例如：c m e m 模型根据发动机瞬时排放量来确定模 型的数据库；m o v e s 6 1 模型则根据逐秒测试数据通过不同的统计回归方法( 回归 方程等) 和代用参数( 速度- 力口速度矩阵、v s p b i n 等参数) 建立参数与污染排放 的瞬时关系，图1 - 1 简要介绍了机动车排放模型的分类及代表性模型。 图1 - 1 机动车排放模型分类 c o p e r t 7 模型由欧洲环境署( e e a ) 于1 9 8 9 年资助开发，经过不断改进， 目前最新版本为c o p e r t 4 ；是欧洲应用最为广泛的计算机动车道路排放模型之一。 该模型原理与m o b i l e 、e m f a c 等类似，采用平均速度表征车辆行驶特点。该模 型排放因子包括热排放、冷启动排放和蒸发排放，都是基于机动车平均速度的 函数，可以计算单车排放因子或者车队一年中的污染物排放量。该模型结构如 图2 2 所示，模型的测试工况为e c e l 5 + e u d c 及4 1 个基于实际道路的工况循环。 模型根据车型、排放标准及燃料的不同对机动车进行分类为乘用车，轻型货车、 重型货车、城市公交车及长途客车、摩托车等。 m o b i l e 8 。1 1 】系列机动车排放模型由美国环保部( e p a ) 于1 9 7 8 年开发，经过 不断更新和改进，目前最新版为m o b i l e 6 ；其可用于评估过去、现在和未来机动 车尾气各污染物排放因子和排放清单。同时该模型具有良好的用户界面及可移 植性，因此得到了广泛的应用。 m o v e s l 6 j ( m o t o rv e h i c l ee m i s s i o ns i m u l a t o r ) 由美国环保局开发的新一代用 来替代m o b i l e 机动车排放模型。m o v e s 是一种综合的、多尺度的代表了发展方 向机动车排放模型。相比较于其它模型，其在更为微观的车辆排放分析、高排 放车辆的排放识别、重型车和非道路车辆排放、颗粒物和有毒物质排放、改善 了模型的评价和不确定性评估等都进行了细致的分析和确定。 3 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 2 国内研究现状 我国从2 0 世纪9 0 年代开始就将美国m o b i l e 5 1 2 】模型引入机动车排放因子 及排放清单分析计算，在此之后已经引入多个国外开发的排放模型并对多个城 市机动车排放进行了分析和计算；例如曾先后使用过m o b i l e 5 m o b i l e 6 、c o p e r t 、 e m f a c 、c e m e 【1 引、i v e 【1 4 l 等模型计算过北京、南京、澳门、上海及香港等地的机 动车排放因子及排放清单和分担率。例如北京大学环境学院的宋翔宇、谢邵东 等人利用c o p e r t 模型以2 0 0 2 年各省统计年鉴的关于机动车及道路信息数据为 基础计算了各省区不同机动车类型在不同工况下的排放因子，并利用g i s 技术建 立了4 0 k m x 4 0 k m 空间分辨率的机动车排放源清单；结果表明2 0 0 2 年中国机动 车排放c o n o x n m v o c p m i o 的排放总量分别为2 8 1 5 x 1 0 4 、3 0 5 x 1 0 4 、4 6 1 x 1 0 4 和l l l l x 0 4 且主要来源于摩托车和汽油小客车的排放；且污染物排放量的空间 分布显示出排放集中于经济发达地区，其中长三角、珠三角和京津地区的排放 相对较强【1 5 1 。北京大学谢绍东等人应用c o p e r t 3 模型计算了中国机动车排放因 子，其中对车辆平均速度、气候参数、燃油类型、平均旅程长度、负载坡度等 都作了本地化的假定，分析了不同地区不同类型机动车的排放因子并与台架试 验结果进行了比划1 6 l 。清华大学环境科学与工程系吴烨等利用m o b i l e 和p a r t s 模式，结合澳门机动车统计数据计算各污染物排放因子、排放清单和不同车型 的排放贡献率掣1 7 j 。通过对国外模型的引入和实际应用，国内对基于平均速度 的宏观模型应用成熟，因此现研究的重点也已从宏观模型向中观和微观方向深 入发展；研究的范围从实验室到实际道路转变，排放数据的累积也在不断积累 和完善当中，如对于d c m e m 开发。目前正处于从我国自己的数据积累向建立 机动车污染排放模型有效的过渡阶段，但没有开发实际应用的排放因子模型和 数据库。 由于我国机动车登记数据统计不够完善，因此大部分模型参数依靠调查获 得；研究者也曾将尝试将国外的模型结合到我国区域交通需求模型中来预测机 动车的排放。但这些研究主要集中在借用国外开发的模型本地化，这些模型主 要用于编制当地的排放清单以及为常用的空气质量模型提供流动源的排放参数， 如a e r m o d 、a d m s 、c m a q 等。然而由于m o b i l e l v e c o p e r t 等国外模型均基 于国外车辆测试结果而建立，其模型中的核心数据均来自美国e p a 的或各个欧 盟成员国排放测试数据，而与美国和欧洲相比，我国在车型分类机单车排放因 子方面均存在较大差异，导致模拟结果和中国的实际情况可能存在较大误差， 4 武汉理工大学硕士学位论文 到目前为止，国内没有统一的国家认可的机动车排放因子模型，这一状态已成 为我国在机动车污染防治的科学决策方面的瓶颈，对机动车对空气质量的影响 作出比较实际的评价，进而为环境政策的制定提供技术支持，开发和建立我够 机动车排放因子模型已迫在眉睫，这一工作的开展将对国家统一进行机动车污 染治理工作起到重要的促进作用。而开发排放因子模型的关键在于排放因子数 据库的获取，因此本文将利用车载排放测试及实验室测试数据对排放因子数据 库进行了科学、合理的分析。 一 1 2 3 研究的目的和意义 近年来，随着城市机动车保有量快速增长及其带来的日益严峻的环境污染 问题，国内外都开始重视机动车排放对环境影响评估工作。在城市机动车保有 量快速增长的今天，机动车排放对环境的污染已成为不容忽视的问题。因此量 化评估机动车的排放及模拟各种环境政策、手段及交通管理措施的实施效果， 如国家层面上的车用燃油标准的实施、机动车报废制度、新的国家第三 阶段排放标准实施等和区域性地方管理政策，如限行特定种类车辆、增加公 共交通服务、提高或降低等的污染控制效果等变得非常关键。而区域机动车排 放因子数据库及其模型的建立的是实现这一目标的基础和工具。 在排放因子模型和数据库开发方面，国外模型已经非常成熟。而国内一直 没有统一具有代表性的模型和数据库，主要以国外模型应用研究为主。虽然这 样能有效分析和计算机动车排放对城市环境污染，但国外模型是基于国外城市 的交通状况、气候条件及车辆技术水平，使得模型分析结果在准确度方面误差 较大。因此开发基于国内城市交通状况及车辆技术水平的排放因子模型非常重 要。而排放因子数据库是排放模型开发的基础和关键，本文以北京市交通环境 状况为基础，利用现有机动车排放研究基础及实际道路排放测试，通过对测试 数据进行科学有效分析，获取机动车排放因子数据库，为排放因子模型的开发 奠定基础。 1 3 本文研究主要内容及技术路线 1 3 1 研究内容 本研究的主要内容包括以下几个方面： ( 1 ) 国外机动车排放模型解构 分析总结国内外在排放因子模型开发及应用领域的相关研究经验；国外机 5 武汉理工大学硕士学位论文 动车排放模型发展较为成熟，通过对国外机动车排放模型的主要结构和核心参 数进行解析，分析其模型的构建思路及方法，确定模型分析对测试数据的需求， 进而建立符合国内实际状况的排放因子模型数据库。 ( 2 ) 车载排放测试及实验室测试试验 排放因子模型数据库建立的前提是车辆排放测试数据，因此基于现有车辆 测试方法获得排放测试数据是很关键的。目前最为前沿的是车载排放测试，而 实验室测试则比较成熟。本研究基于中国汽车技术研究中心的车载排放测试设 备及实验室转鼓测试，对典型车辆的排放进行测试，为排放因子模型数据库的 研究奠定坚实的基础。 ( 3 ) 获得测试数据并科学分析和计算 对于微轻型车的排放因子，是基于实验室测试数据，并以平均速度为其主 要表征参数，进行数据分析。首先对实验数据进行收集和整理，并用数理统计 的统计分析方法对实验数据进行科学有效的分析，以建立基于北京市实际状况 的轻型车排放因子基础数据库。其中轻型车的综合排放因子分析主要是基于对 基本排放因子( 包括z m l 、工况相关系数及劣化率) 、和修正模块( 主要包括： 速度修正、温度修正、燃油、i m 等因素) 分析。对于中重型车的排放，是基于 车载排放测试设备的实际道路的排放测试数据，并结合当前国际上先进的且应 用于排放控制技术前沿的v s p b i n 和速度联合分布的排放分析方法，对其排放速 率和排放因子进行了分析和计算。 ( 4 ) 排放因子模型数据库的建立 基于对国家排放标准和不同车型的基本排放因子及修正( 包括劣化、速度、 冷启动、燃油蒸发、负载等) 参数的基础数据库；通过分析和计算，确定了一 套系统科学合理的方法体系来对机动车排放进行预测。 1 3 2 研究技术路线 目前，国内对于轻型车和重型车分别采用不同测试标准和方法。对于轻型 车主要是基于实验室内的整车排放测试，而对于重型车主要是基于发动机台架 测试。发动机台架测试目前只测试有效的几个工况点，并不能满足对于重型车 排放因子数据库开发的需要，而且重型车台架测试成本高昂，且并不能反映重 型车实际道路的排放特征。 近年来，随着车载排放测试设备技术的进步，车载排放测试越来越应用于 车辆的排放研究中。因此对于轻型车主要采用实验室排放测试进行研究，对于 6 图1 - 2 排放因子研究技术路线 7 图1 1 武汉理工大学硕士学位论文 第二章排放因子模型对数据的需求分析 2 1 机动车排放因子 机动车排放因子是对机动车尾气排放进行量化、分析和评价的重要指标； 定义为指机动车运行单位里程、单位时间、单位功所排放的各污染物质量，单 位为g k i n ，g h ，g k w h ；其反映了机动车的排放水平，是研究机动车污染物排放 的基础和依据【1 一。机动车排放模型应用研究中的排放因子一般采用以g k m 及 g s 为单位的排放因子。 国内外很多研究机构都分别对机动车排放模型进行了研究，机动车排放模 型研究的目标是确定机动车各污染物排放因子( g k m ，g s ) 与其影响因素的数学 关系或物理关系【4 】，核心内容是通过分析车辆排放及其影响因素，设计排放测试 方案，对测试数据进行科学分析和计算，以建立排放因子模型数据库，并编写 相应的程序对区域性机动车排放进行量化分析。 2 2 机动车排放因子测试方法 现有的机动车排放测试方法主要有以下几种：台架测试、车载排放测试、 遥感测试和隧道实验。 台架测试排放因子在实验室中进行，可以控制各种影响因素如环境温度、 湿度、车辆状态等，且实验重复性好因此应用较为广泛。是指机动车在底盘测 功机上按照设定工况( n e d ct 况) 进行行驶，同时对排放进行收集获得排放因 子。实验室测试的缺点是不能模拟车辆实际的运行条件，因此与车辆实际排放 测试有一定误差。车载排放测试技术是指将便携式的测试设备安装在车辆上， 随着车辆在道路上行驶，实时测量排放体积浓度，和排气流量，从而获得车辆 的排放因子。该系统具有重量轻、体积小的优点，能够模拟车辆在道路上的实 时排放，因而测试具有较高的精确度和可靠性，而且可以节约测试时间和测试 成本；缺点是测试重复性不好，相信随着测试技术不断发展和完善，这一问题 会得到很好解决。 与台架测试相比，利用隧道实验、遥感技术及o b d 技术可以测试机动车的 综合排放因子。隧道实验通过在隧道进出1 3 处对污染物的浓度进行采样，根据 进出口的污染物浓度差异及机动车种类和数量、车速、风速风向及环境温湿度 8 武汉理工大学硕士学位论文 的变化对车队的综合排放因子进行分析和计算；同时根据质量守恒及多元回归 方法也可对不同车型的平均综合排放因子进行分析计算 1 9 - 1 1 l 。隧道实验测试车辆 样本量较大，测试结果具有一定代表性；其缺点是受环境影响因素大。遥感检 测是利用红外光检测仪器的红外线测试原理，检测行驶中车辆排放污染物浓度， 识别出污染物排放严重超标的车辆；遥感检测仪器由综合分析仪、红外发射器 和接收器及摄像机组成。目前，利用遥感技术对机动车尾气进行测试已得到广 泛应用，主要缺点是易受环境条件( 风速、风向) 的影响，而且为定点测试，不能 全面反应机动车在各种行驶状态下的排放【z z j 。 相比较而言，车载排放测试数据和实验室测试数据测试精度高，且可以得 到不同车型的基本排放因子，能很好的满足排放因子模型的需求。 2 - 3 排放因子模型解析 2 3 1m o b i l e 模型分析 m o b i l e 2 3 2 卅系列模型的核心数据为基本排放因子( b e f ) ，测试数据主要来源 于美国环保局组织的在用车测试以及f t p 工况下的新车排放测试结果，其实质是 对大量测试结果进行统计回归的经验模型。e p a 从1 9 7 7 年开始每年都要选取一 部分车辆进行排放和燃料效率的测试，台架试验积累数据上万套，形成庞大的 基本排放因子数据库。该模型首先对不同车型、行驶里程的平均基本排放因子 进行了研究，并根据发动机燃油喷射系统、燃油品质、环境因素、空调负荷和 机动车排放标准和l m 制度等因素进行基本排放因子的修正，另外，m o b i l e 6 中 将车辆分为2 8 类，并专门开发了1 1 个工况以确定速度修正因子。 模型算法和基本原理 m o b i l e 系列模型是用于计算车队的综合排放因子的程序，其计算原理是首 先根据不同车型的排放控制技术得到机动车在标准状况( f t p ) 下的基本排放因 子( z m l ) ，再根据车辆实际运行