太原市公交车行驶工况构建及排放特性研究

发布时间：2020-10-16 14:52

　　 进入21世纪以来,科学技术日新月异,汽车工业也蓬勃发展,我国机动车保有量持续稳定增长,能源危机以及机动车尾气排放已经成为我国交通领域里亟需解决的问题。为了降低机动车污染物排放,我国制定了严格的排放标准,但排放标准都是根据欧洲的道路测试循环制定的。由于欧洲国家的道路特点和我国有较大的不同,其测试循环并不能真实反映我国实际道路交通情况,因此开发出适合本土道路的循环工况,并基于工况进行道路排放特点的研究,对于我国新车型的开发以及节能减排具有重要意义。本文以太原市在用的15辆公交车为研究对象,选取能够反映太原市公交车道路运行特点的10条线路为研究路线,采用车辆正常运行法,采集了6个月的车辆行驶数据,建立了太原市公交车实际道路行驶的数据库。对采集得到的原始数据进行了异常数据剔除、尖点和毛刺数据处理等,保证了数据的准确性。对处理后的数据进行短行程划分,得到了2104个运动学片段。定义了26个描述运动学的特征值参数和描述总体分布的特征值参数,运用主成分分析法和聚类法解析出太原市公交车在拥堵、一般、顺畅环境下的三类代表型工况。根据相关系数从大到小的原则从三类工况中选取相应运动片段合成太原市公交车瞬态行驶工况。通过对构建工况进行特征值误差分析和速度-加速度联合分布比较,验证了构建工况的有效性,并与其它典型瞬态工况进行对比分析,发现构建的太原市瞬态工况与目前引用的欧洲工况有较大的差异。在太原市公交车瞬态工况的基础上,根据公交车行驶特点,构建出三种道路环境下的模态工况模型,运用多目标分析理论进行优化,明确了优化变量、目标函数和约束条件。运用Matlab优化工具箱进行计算,最终将计算所得的三类模态工况合成了太原市公交车综合模态行驶工况。通过对构建工况进行特征值误差分析和速度-加速度联合比较完成了工况有效性验证,将构建的太原市公交车模态工况和世界其它国家的模态工况进行了对比分析,结果表明,太原市公交车模态工况能够反映太原市公交车实际道路运行特点。利用车载尾气检测设备对公交车进行了尾气排放测试,测试结果表明,公交车的行驶道路类型、速度加速度、行驶模式都会影响公交车污染物排放情况。公交车在城市次干道上的污染物排放速率明显大于主干道和支路道路上的排放速率,这主要是由于次干路上比较拥堵,公交车在加速时间内产生的CO、NO_x和HC排放速率最大造成的。公交车以中高速加速行驶时,CO和NO_x的排放速率将达到最大值,而当公交车由怠速状态急剧加速时,此时HC的排放速率将达到最大值。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X322;U491.17
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究意义
    1.3 国内外相关研究现状
        1.3.1 国外汽车行驶工况研究现状
        1.3.2 国内汽车行驶工况研究现状
        1.3.3 工况构建方法
    1.4 本文主要研究内容
第二章 公交车行驶工况试验规划
    2.1 数据采集方法
    2.2 数据采集路线、车辆及驾驶员的选择
        2.2.1 采集路线的筛选
        2.2.2 实验车辆的选择
        2.2.3 驾驶人员的选择
    2.3 数据采集平台
        2.3.1 车载数据采集终端
        2.3.2 数据监控统计平台
    2.4 数据采样间隔和采集时间
    2.5 本章小结
第三章 数据处理
    3.1 采样数据预处理
        3.1.1 异常数据剔除
        3.1.2 尖点数据处理
        3.1.3 毛刺数据处理
    3.2 短行程划分法
        3.2.1 短行程定义
        3.2.2 特征值定义及计算
    3.3 特征参数值的计算
        3.3.1 用于描述运动学片段的特征值计算
        3.3.2 用于描述整体分布的特征值计算
    3.4 本章小结
第四章 太原市公交车瞬态工况的构建
    4.1 主成分分析
        4.1.1 主成分分析理论
        4.1.2 主成分分析结果
    4.2 聚类分析
        4.2.1 快速聚类法分析理论
        4.2.2 聚类分析结果
    4.3 瞬态工况的合成
    4.4 瞬态工况的验证
        4.4.1 特征参数误差分析
        4.4.2 速度-加速度联合分布验证
    4.5 与典型工况的对比
    4.6 本章小结
第五章 太原市公交车模态工况构建
    5.1 多目标优化问题概述
    5.2 模态工况构建
        5.2.1 模态工况模型建立
        5.2.2 模态工况优化求解
    5.3 模态工况验证
        5.3.1 特征参数误差验证
        5.3.2 速度-加速度联合分布验证
    5.4 与典型模态工况的对比
    5.5 本章小结
第六章 基于公交车行驶工况的排放特征研究
    6.1 试验方案设计
        6.1.1 车载排放测试系统简介
        6.1.2 排放测试车辆和路线的选择
    6.2 数据预处理及对比分析
        6.2.1 车辆发动起步延迟数据修正
        6.2.2 车辆怠速起步延迟数据修正
        6.2.3 排放测试工况与总体工况数据的对比分析
    6.3 排放特征分析
        6.3.1 评价参数定义
        6.3.2 不同类型道路上对公交车燃料消耗和排放的影响
        6.3.3 速度加速度对公交车燃料消耗和排放的影响
        6.3.4 不同行驶模式对公交车燃料消耗和排放的影响
    6.4 本章小结
第七章 全文总结及展望
    7.1 全文总结
    7.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的研究成果

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本文编号：2843402