基于车载测试的城市公交车燃料消耗与排放特征及模拟研究

大力发展公共交通是解决城市交通拥堵问题的有效的途径，但其产生的能源和环境影响往往被忽视。本课题针对城市公交车，应用车载测试系统对其实际道路的瞬态运行工况、燃料消耗和污染物排放进行测试，应用多元分析和聚类分析等方法系统解析其运行工况特征以及车辆属性、运行工况、驾驶员属性和客流时空分布等因素对公交车动态燃料消耗和排放影响的机理和规律，进而建立综合考虑驾驶员属性和动态载荷的基于平均车速和VSP二维矩阵的城市公交车燃料消耗和排放时空模拟分析模型和计算方法，为合理评估城市公交车的能耗和污染物排放水平提供依据，也为定量评价城市路网规划、交通管理措施和道路建设项目的能源和环境影响提供技术支持。

本研究应用车载尾气排放测试设备（SEMTECH-D）和GPS系统对南京市典型道路的公交车瞬态运行工况、燃料消耗和污染物排放进行了测试，累计测试数据超过40万组，测试里程220公里，研究结果显示：（1）南京市公交线路平均运行速度普遍在10-20km/h，平峰15-25km/h，高峰为11-18km/h，97%以上的公交车行驶工况发生在-10 kw/t < VSP (Vehicle Specific Power) < 10 kw/t 区间内，与我国其他城市相比，南京市公交车怠速比例较大，平均车速较低，最高车速却较高。（2）各污染物排放速率在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，污染物排放率和油耗率随着VSP的升高呈单调上升趋势，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。（3）以VSP和平均车速作为公交车运行工况代用参数，在模拟车辆怠速工况下的油耗和排放时误差在10%以内，中低速时误差在15%以内，而高速时误差达20%以上，说明模式结果在车辆高速时的表现需要提高。（4）公交车辆在交叉口、公交站点停靠时间较短，但是减速、怠速、再加速过程使得车辆在此处的排放贡献率达到50%以上。（5）开发了基于GIS的车辆排放监测辅助分析平台，可以实时或准时分析车辆的运行工况、污染物排放和运行轨迹。上述结果进一步分析和完善，可以为我国城市公交车的能耗和污染物排放综合管理提供科学依据和平台。