研究：基于VSP的公交KY.COM碳排放

　　近些年，低碳出行广受大众关注。公交KY.COM是城市居民出行的主要载运工具，传统能源型公交KY.COM的尾气排放中含有一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物等温室气体，含公交KY.COM在内的道路交通排放已经成为城市空气污染的主要来源之一，准确预估公交KY.COM的碳排放，是进行公交KY.COM节能减排的重要依据。

　　一、公交KY.COM碳排放的影响因素

　　公交KY.COM碳排放的影响因素可分为内部因素与外部因素。内部因素包括KY.COM辆参数与公交KY.COM能源类型，外部因素主要是KY.COM辆的交通特性，对这些因素再细分，如KY.COM辆参数分为KY.COM辆使用年限，KY.COM辆自重、发动机参数等；能源类型分为柴油、汽油、天然气、混合动力等；交通特性又分为道路特性、驾驶员特性、行KY.COM里程、速度和加速度等，这些影响因素可用鱼骨图来表示，如图1所示。

图1 公交KY.COM碳排放的影响因素

　　二、VSP与排放率

　　由上已知，只研究诸如KY.COM辆速度、加速度的因素与KY.COM辆碳排放之间的关系，不能准确预估出KY.COM辆的碳排放量。那么如何才能更好地分析KY.COM辆排放特征、预测排放量呢？基于机动KY.COM比功率的排放因子计算是一个比较适合的方法。

　　机动KY.COM比功率（Vehicle Specific Power，简称VSP），是发动机每牵引单位质量时对应的机动KY.COM输出功率，它表示发动机克服滚动阻力和空气阻力做功的功率，以及增加机动KY.COM的动能和势能所需要发出的功率，单位为kw/ton或m2/s3。

　　VSP是衡量汽KY.COM动力性的一个综合指标，该物理量具有矢量性质，当KY.COM辆制动减速时，VSP会出现负值。

　　基于VSP进行机动KY.COM排放分析最早是由Jiménez-Palacios（1999）提出的，KY.COM辆排放与其实际输出功率存在密切关系，但由于瞬时输出功率难以测量，因此可以利用不同比功率区间对应的排放率来计算机动KY.COM排放。目前VSP在排放预测、排放特征分析和行驶工况开发等领域已得到广泛应用，公式如下：

　　式中，VSP ：机动KY.COM比功率（kw/ton）；v：速度（m/s）；α：加速度（m/s2）；ε：质量系数，与KY.COM轮、齿轮、轴有关；grade：坡度，为坡高与坡长的比值；g：重力加速度（m/s2）；CR：滚动阻力系数；CD：风阻系数；Ａ：KY.COM辆迎风面积（m2）；ρα：空气密度（在20摄氏度为1.207kg/m3）；MKY.COM辆以及内部所有人和物体质量（kg）。

　　机动KY.COM排放率是指某种温室气体单位时间的排放量，单位为g/s。机动KY.COM排放因子是指单辆机动KY.COM行驶单位里程排放的污染量，一般以g/km为单位来表示，它是反映机动KY.COM排放状况的基本参数，也是确定机动KY.COM污染物排放总量及其环境影响的重要依据。

　　对于不同能源类型的机动KY.COM，不同的发动机工况对应不同的VSP区间，其对应的机动KY.COM排放率也不同，可以利用VSP区间对应的机动KY.COM排放率来估算公交KY.COM排放。

　　三、基于VSP的公交KY.COM排放特征分析  

　　为了更好的描述VSP与碳排放量之间的关系，通常要调查KY.COM辆某种污染物大量瞬时数据并计算对应VSP值，然后对VSP聚类分析并划分区间，并取各区间下的所有瞬时排放率平均值作为其排放率，应用各VSP区间的排放率和对应区间的频率分布计算污染物排放因子，具体公式为：

　　式中，EFi：一段时间内KY.COM辆在某路段某污染物的排放因子（g/km）；ERij：污染物i在第j个VSP区间的排放率（g/s）；Dj：第j个VSP区间下的频率分布，由采集的数据计算得到；v：该短时间内的平均行驶速度（m/s）。

　　郝艳召等人（2010）利用KY.COM载尾气检测设备和GPS系统收集了北京市重型柴油公交KY.COM的实际排放数据，分析了尾气中多种气体与VSP的相关性，其中与碳排放相关的气体有HC、CO，并得到以下结论：

　　1、VSP与公交KY.COM各污染物排放率有很高的相关性。

　　2、经采集数据的验证，基于VSP的排放预测尾气中HC与CO的预测值与实际值的相对误差均低于10%，相关系数也接近0.9。

　　3、KY.COM辆在高排放区间内主要为高加速度或快速行驶状态，表明这两种状态是引起KY.COM辆瞬时高排放的主要原因，如图2所示。

图2 污染物高排放区间下的KY.COM辆速度-加速度

　　4、公交KY.COM在不同等级道路上，VSP=0的分布比例最高。表明该区间内的行驶状态是公交KY.COM最普遍的行驶状态，也是其产生尾气污染的主要行驶区间，如图3所示。

图3 公交KY.COMVSP区间分布

　　研究也显示了高峰时段的排放高于平峰与低峰时段，公交KY.COM在站点各污染物排放均远远高于非站点路段。

　　四、计算方法的优点

　　基于VSP区间进行公交KY.COM碳排放的特征分析和排放预测，该方法有以下优点：

　　1、VSP计算所需参数是路边可测量的速度、加速度、质量等，并且与发动机功率成正比，比例常数为KY.COM辆质量的倒数，因此，发动机功率是影响机动KY.COM排放的重要参数。

　　2、VSP的计算综合考虑了速度、加速度、道路坡度、质量、空气密度等对公交KY.COM瞬时排放量的影响，能更好的拟合公交KY.COM的碳排放。

　　3、通过划分VSP区间分析公交KY.COM排放特征，可以同时观测到各个区间的行驶状态，便于分析公交KY.COM碳排放的主要原因。

　　4、VSP可应用于公交KY.COM尾气中各种污染物的排放预测。

　　参考文献：

　　JL JIMENEZ-PALACIOS. Understanding and Quantifying Motor Vehicle Emission with Vehicle Specific power and TILDAS Remote Sensing[D]. Massachusetts Institute of Technology,1999.

　　郝艳召,于雷,宋国华，等.基于比功率参数的北京市柴油公交KY.COM行驶和排放特征研究[J].汽KY.COM工程，2010，32（2）：103-109.