（载运工具运用工程专业论文）中国在用汽车排放检测方法研究.pdf

山东理工大学硕士学位论文摘要 摘要 本文介绍了在用汽车排放检测方法，指出了我国控制在用汽车排放的必要性。调研 了我国典型城市在用汽车保有量状况及车型构成，分析了典型城市在用汽车实际使用状 况。 针对不同的在用汽油车排放检测方法，进行大量的实车排放检测试验。根据试验测 量结果，分析了瞬态工况法i m l 9 5 和新车认证工况法e c e l 5 之间的相关性。比较了满 足我国不同阶段排放标准的车辆利用简易瞬态工况法v m a s 、瞬态工况法i m l 9 5 和新车 认证工况法e c e l 5 时的检测结果，同时，还比较了双怠速法和稳态工况法a s m 的检测 结果。根据试验检测结果，分析了北京、上海地方标准与国家推荐标准规定的污染物排 放限值，此外，还对上述规定的h c 、c o 、n o x 、h c + n o x 的限值得出了研究结论与建 议。 本文还研究、制定了适合我国国情的在用汽车排放检测机构运营技术参考规范和在 用汽车排放质量控制技术参考规范，希望能够给我国在用汽车排放检测机构提供一定的 参考。在用汽车排放检测机构运营技术参考规范中对检测机构招标管理提出了相应的要 求，给出了检测人员培训考核参考规范。在用汽车排放质量控制技术参考规范中给出了 建立质量体系的要求、检测机构的e l 常管理以及检测设各、标准物质的管理要求。 关键词：在用汽车，排放，检测，工况法 山东理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t i no r d e rt op r o t e c te n v i r o n m e n t , i m p r o v ea i rq l l a l i t yo fc h i n e s ec i t i e s ，a n dr e d u c et h e e x h a u s te m i s s i o nf r o mt h ei n - u s ev e h i c l e ，i nt h et h e s i s ，t h et e s tm e t h o d so fi n - u s ev e h i e l e sa r e i n t r o d u e 吐t h en e c e s s i t yt oc o n t r o lt h ee x h a u s te m i s s i o no fi n - u s ev e h i c l e si ip o i n t e do u t b a s e do nt h ei n v e s t m e n to fv e h i c l eo w n e r s h i pa n dl y 】p eo ft y p i c a jc i t i e s ，a n a l y z et h es t a t u so f t h ee i l i e s v e h i c l e s f o rd i f f e r e n tt e s tm e t h o d s , al o to ft e s t sh a v eb e e nt a k e n0 1 3r e a lv e h i c l e s b a s e do nt h e r e s u l t so f t h et e s t s ，t h ec o r r e l a f i v i t yo f l m l 9 5a n de c e l 5h a sb e e ns t u d i e d a l s ot h er e s u l t so f d i f f e r e n tt e s t sm e t h o d s ，s u c ha se c e l 5 ，a s m ，v m a s 1 9 5a n dt w os p e e di d l eh a v eb e e n s t u d i e da n da n a l y z e di nt h i sp 岬a n dt h el i m i t so fb e i j i n c ss h a n g h a il o c a ls t a n d a r d s a n dn a t i o n a ls t a n d a r dh a v eb e e nc o m p a r e d ，t h ec o n c l u s i o na n da d v i c eh a v e b e e no v e n h lo r d e rt oc e n t r e le x h a u s te m i s s i o nf r o mi n - u s ev e h i c l e s ，t h ec r i t e r i o nf o ri n - u s ev e h i c l e s e x h a u s te m i s s i o nm e n t q u a l i t y h a sb e e ng i v e n a l s ot h ec r i t e r i o nf o rt e a to r g a n i z a t i o n m a n g m e n ta n dt h ec r i t e r i o nf o rt e s tq u a l i t yc o n t r o lh a v eb e e n 酉v ，ht h i sp a r t , al o to f r e q u i r e m e n ta b o u th o w t oe s t a b l i s ht h em , a n a g e m e n tq u a n t i t ya n dt e s tq u a l i t yc o n t r o lc r i t e r i o n s o f t h et e s t l a b o r a t o r i e sh a v eb e e ns e tu d k e yw o r d l -v e l a i d e , e m l a m m te m i 鹤i o a , t e s t , d r i v i n gm o d e 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得山东理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 虢新审融 时间：卵7 年f 月引日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解山东理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅：学校可以用不同方式在不同媒体上发 表、传播学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 虢了亍彰花帆1 帆m 别磁够帅刁川日 1 1 课题来源 第一章绪论 本课题是国家科技攻关计划一中国在用汽车i m 技术规范与管理体系研究( 课题编 号：2 0 0 2 b a 9 0 6 a 7 3 ) 子课题二的一部分。 1 2 课题研究的意义 随着我国汽车工业的飞速发展，我国的汽车产销量增长迅猛，2 0 0 6 年产销均突破7 0 0 万辆，分别达到7 2 7 9 7 万辆和7 2 1 6 万辆，同比增长2 7 3 2 a ：b l2 5 1 3 。如此快速的增 长在世界汽车发展史上是绝无仅有的。与此同时我国汽车的保有量也在不断攀升，截至 2 0 0 5 年底，中国汽车保有量己达3 3 0 0 万辆，比2 0 0 4 年增长2 0 6 和2 6 。目前，我国 己成为全球第三大汽车生产国和第二大汽车销售国【l j 。 随着城市汽车保有量的急剧增加，汽车污染排放已成为很多城市空气污染的主要来 源。有关研究结果表明，北京、上海、广州等大城市汽车排放的一氧化碳、碳氢化合物、 氮氧化物、颗粒物在大气污染物中所占平均比例分别为8 0 、7 5 、6 8 和5 0 ，已成 为这些城市空气污染的第一大污染源闭d 】。同时，汽车排气污染在城市大气污染中所占 的平均比例正在不断增加。近几年城市燃煤型固定污染源排放得到了较好的控制，从环 境变化的趋势分析，如果不能有效控制汽车排放污染，到2 0 1 0 年，我国6 6 1 个城市中将 会有4 0 0 个城市的环境空气污染从煤烟型污染转化成汽车复合污染型，进而使得今后一 些城市发生光化学烟雾污染事故的可能性加大，国家环保总局为此己开始组织制定应对 光化学烟雾事件的紧急预案l 4 j 。 目前，世界上控制在用汽车排放的有效措施是实施i m 制度，i m 制度又称i m 计 划，来源于英语“i n s 啷d o na n dm a i l 衄m c cp r o g r a m ”，中文简称即检查维护制度，简 称i m 制度d l 4 】。i m 制度是在用汽车择放控制体系的重要组成，制度中的在用汽车排 放检查主要有年检和道路抽检。通过对汽车的检查维护，谈别出由于系统故障导致排放 超标的车辆，确定故障的原因和位置，进行维修，使其处于良好的工作状态下，保证各 种净化装置工作正常，整车技术状况得到改善圈、州m 。 我国在用汽车的较完整的i m 制度刚刚开始，且仅限于北京、上海、广州等少数几 个大城市。与此相应，国家先后发布了在用汽油车和柴油车排放标准，其中国家标准 o b l 8 2 8 5 2 0 0 5 点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法( 双怠速法及简易工 况法) 规定的在用汽油车排放检查采用双怠速法和简易工况法( 包括稳态工况法a s m 、 山东理工大学硕士学位论文第一章绪论 瞬态工况法i m l 9 5 、简易瞬态工况法v m a s 三种) ；国家标准g b 3 8 4 7 2 0 0 5 车用压燃 式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度限值及澳4 量方法，该方法给出了在用柴油车排放 检测采用自由加速试验和加载减速试验l u g - d o w n 方法，其中，自由加速试验可采用 不透光烟度法和滤纸法。但是以上两个标准并没有具体规定在用汽车排放检测时采用何 种方法，而且，这两个法规也没有给出采用简易工况法进行排放检测时的限值。主要原 因是考虑城市不同，汽车保有量、车型构成及汽车运行工况也随之不同，因而适宜不同 城市的检测方法也肯定有所差异i s 9 1 。因而，研究适合我国典型城市的在用汽车检测方 法，对于我国开展在用汽车的排放检测工作具有十分重要的意义。 为此，本文将重点通过对国内外在用汽油车排放检测方法的对比试验，研究各种方 法测试方法的特性，分析研究各检测方法、排放限值对我国城市在用汽车排放检测的适 用性。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 国外研究概况 国外的在用汽车i m 制度管理体系的建立经过几十年的发展，已取得了很多经验， 其检测方法和检测规范也日益成熟，这对我们国家在用汽车排放检测方法和检测规范的 研究都十分有利i j u j 。 怠速法、双怠速法和自由加速烟度试验方法也被称为无负荷检测方法，其中的汽油 车怠速检测法虽然易于操作、检测便捷、费用低廉，但其不足亦十分明显：( 1 ) 怠速法 在旧的、技术落后的车辆上会取得很好的效果。但是当检测电控汽车、装有三效催化转 换器的和氧传感器的车辆时，则不能起到监控排放的作用。( 2 ) 怠速法检测时车辆无负 荷，不能反映n o x 的排放。对于那些n o x 高排放车辆，怠速法无能为力。( 3 ) 给化油 器车留下作弊机会。检测超标的车本应通过维修、保养，使车况正常，从而降低了c o 、 h c 浓度。但一些车主在年检前通过调整将混合气调稀，偏离正常的怠速时的浓混合气 设计状态。年检过后，为不使车辆起动困难，再将化油器调整恢复到原状态。同样，柴 油车自由加速烟度试验方法自由加速烟度法具有检测操作简便易行、测试仪器价格便宜 和便于携带、以及检测时间短等优点，广泛应用于柴油车的年检、路检，但也存在弊端： ( 1 ) 自由加速法在操作时，“将油门踏板迅速踏到底”速度与力度的掌握不同，使得测 量的不确定性较大，重复性差。( 2 ) 自由加速时车辆无负荷，不是车辆行驶的真实工况， 也不是汽车短时间停驶维持怠速的工况。( 3 ) 有时会出现冒黑烟和抽气泵开始抽气的时 间不同步的现象，这时测不到最大烟度值【1 1 【1 2 。 无负荷法的突出弊端是在车辆无负荷时进行检测，因此检测结果与车辆实际运行时 的排放存在较大差距，同时检测结果的代表性和真实性也较差。为此美国率先开发了简 2 山东理工大学硕士学位论文第一章绪论 易工况法，将车辆置于底盘测功机上，车辆按规定车速在底盘测功机上“行驶”，驱动轮 带动滚筒转动，底盘测功机按检测标准事先设定的程序通过滚筒向驱动轮施加一定的负 荷，来模拟汽车道路行驶阻力，同时测量汽车排气中的污染物。简易工况法与新车排放 认证工况试验相比，简化了设备、仪器，试验时间也缩短了很多【1 ”。 1 、汽油车稳态加载模拟工况法( a s m ) 1 4 1 稳态加载模拟工况法又称加速模拟工况( a c c e l e r a t i o ns i m u l a t i o nm o d e ，简称a s m ) ， 是美国西南研究所和s i e r r a 研究所于1 9 8 8 年共同研究开发的试验方法。1 9 9 6 年美国 e p a 认可了a s m ，并规定了试验方法、设备要求等。 该方法是将车辆放置在底盘测功机上，模拟汽车以一定车速( 一般为2 5 0 k m h 和 4 0 0 k i n h ) 加速时的道路负荷，测试排放中的h c 、c o n o x 的浓度，检测结果以浓度表 示。 国外研究表明a s m 检测结果与美国联邦新车实验程序f t p 结果相关性较差，这主 要是由于a s m 是等速等负荷的稳态行驶工况，而i m 2 4 0 和f t p 是变速变负荷的瞬态行 驶工况，显然对排放有不同影响。另外，排放污染物分析原理也不相同。a s m 与新车试 验的相关性较差，使得a s m 方法误判率偏高，尤其是对电喷加三元催化器的车辆，误 判率最高可达3 5 左右，准确率最差时可低到6 5 。 a s m 法可识别出n 0 x 排放高的车辆，但由于工况单一，与汽车实际行驶时的排放 状况仍有一定差别。a s m 的另一不足之处是该方法基于排放浓度而不是排放质量。发动 机排量小的车辆排放质量少，排量大的车辆排放质量多，但其排放浓度却有可能相同。 因而a s m 对不同发动机排量的车辆是欠公允的。 2 、汽油车瞬态工况法( i m 2 4 0 ) 1 5 3 1 9 9 0 年，美国提出了加强型的瞬态排放检测方法i m 2 4 0 ，该方法所用试验仪器设备 基本与美国联邦试验法f t p ( 新车排放试验方法) 相同。i m 2 4 0 试验工况采用n 甲曲线 前0 3 3 3 秒的两个峰，并将测试时间缩短为2 4 0 秒。 i m 2 4 0 试验要求底盘测功机的控制精度更高，排放结果以g m i l e 表示。i m 2 4 0 是一 种技术含量高的检测方法，与f 1 p 的相关性较好，测试精度和重复性也较好，但设备费 用昂贵，维护比较复杂，检测时间较长，对检测人员也有较高的要求。 国外研究表明，i m 2 4 0 特点测试结果与f t p 结果有很好的相关性，同时i m 2 4 0 对3 种污染物的测试结果相对于f t p 结果的离散性很小，所以i m 2 4 0 的错判率很低。 3 、汽油车简易瞬态工况法( v m a s ) 1 q 为了克服a s m 与f i p 相关性差，但费用太高、不利于推广的困难，一种被称作v m a s ( v e h i c l e m a s s a n a l y s i s s y s t e m ) 的检测方法在美国出现，v m a s 是美国s e n s o r s 公司于 1 9 9 8 年研发的用于一般型在用汽车排放检测的简易瞬态排放测试方法。美国e p a 在2 0 0 1 年认可了用的v m a s 检测方法。 相对于i m 2 4 0 工况法，v m a s 工况法要求的设备仪器条件要求低，但略高于a s m 山东理工大学硕士学位论文 第一章绪论 法。 当v m a s 采用与i m 2 4 0 相同的测试工况时，两者测试结果的相关性非常好。1 9 9 8 年美国e p a 进行了v m a s 和i m 2 4 0 对比的试验，试验对随机选取的8 4 6 辆车做了 v m a s 、i m 2 4 0 的同步测试。三种污染物的相关因子可达到：c o 为9 9 3 ；h c 为9 3 ； n o x 为9 9 2 。，表现出极好的相关性。 4 、柴油车加载减速法( l u g - d o w n ) 1 7 】1 0 8 1 该方法源自香港，香港环保署于2 0 0 0 年6 月颁布了修订后的柴油车加载减速排放限 值和测量方法，对柴油车分为5 5 t 以下级和5 5 t 以上级两个级别。 该方法在3 个加载工况点测试烟度。3 个测量点分别是最大功率点、最大功率对应 转速的9 0 转速点和最大功率对应转速的8 0 转速点。只有最大轮边功率、发动机转速 范围和3 个工况点测得的光吸收系数k 或烟度值均满足标准限值，排放测试才判定为合 格。 该方法的目的是寻找车辆最大功率点的实际车速并测量该点的排放烟度，它从发动 机的功率和烟度两方面来判定受检车是否达标，因此它在排放检测技术上有效地防止了 车辆维修时单纯追求烟度低而过多地牺牲功率或为应付检测有意调整怠速的“假达标” 现象。 该方法还能检测黑烟的烟度，也能检测排气中自烟、蓝烟等可见排放污染物。由于 可以连续检测且在低烟度时有较高的分辨率，故可进行受检车辆的瞬态碳烟排放检测， 也可观察烟度的变化曲线。 1 3 2 国内研究现状 、 国内对在用汽车排放控制开展的比较晚，应该说处于起步的阶段。一些研究院所和 部分高校为配合地方城市治理汽车排气污染，积极开展了相关检测方法的研究，以找出 适宜不同城市的排放检测方法，并取得了显著成效。 清华大学为配合北京市进行汽车排放污染治理作了深入细致的研究，结合北京市机 动车运行的特点，研究不同的检测方法，并提出北京市在用汽油车的排放研究应采用 b a s m 方法，即适合北京地方特点的a s m 方法，同时，提出了此种方法的排放限值， 并在此基础上形成了北京市的机动车排放地方标准，该方法目前已成功应用于北京市在 用汽车的年检。 广州工业大学、广州市环境检测站为配合广州市开展在用汽车排放治理工作，开展 了一系列的研究工作，其中对在用汽油车作了大量的相关性研究，广州市提出在用汽油 车采用v m a s 方法进行排放检测，而柴油车采用l u g - d 0 w n 方法进行检测。 上海大学、上海市环境科学院在研究上海市i m 制度时，针对上海市的实际状况， 提出了适合上海市的在用汽油车排放检测方法“s a 方法及排放限值。同时，提出 山东理工大学硕士学位论文第一章绪论 在用柴油车采用u j g d o w n 进行排放检测，并给出了相应的排放限值。 中国环境科学研究院移动源污染控制研究基地在国家科技攻关计戈! 卜一i n 讧技术规 范与管理体系的子课题中，对常用的排放检测方法，尤其是简易工况法进行了大量试验 研究，取得了很多有益的研究成果，并成功用于全国在用汽车排放检测工作。 虽然相关的研究院所做了大量的工作，但是起步较晚，基本上是跟随国外的研究思 路，与国外存在较大的差距，具体表现为：理论基础不完善、不系统、不深入；检测方 法与城市的匹配性差；同时研究试验量较少，且局限于几种常见车型；此外，以上这些 研究仅限于个别大城市，中小城市的研究并没有完全展开。为此，本文分析典型城市车 辆运行工况，研究各排放方法的特点以适用于不同城市，以期能够对各类城市的汽车排 放检钡4 提供参考。 1 4 主要研究内容 本课题主要研究内容： i 、文献综述及我国主要城市汽车类型和保有量调研分析 调研我国主要城市汽车类型和保有量，搞清主要城市的汽车保有量，分析各城市的 车型分布状况和特点。 2 、典型城市汽车使用状况测试分析 选取我国大、中、小型城市各一个，实地测试典型城市的汽车使用状况，分析确定 典型城市的平均车速、行驶工况分布等。 3 、各检测方法测试结果相关性研究 根据我国主要城市汽车类型和保有量的调研结果及典型城市汽车使用状况的测试分 析结果，选取试验车型、确定基准试验方法。进行新车认证工况法、双怠速法、稳态工 况法a s m 、瞬态工况法i m l 9 5 、简易瞬态工况法v m a s 的对比试验，对所测结果进行 解析，研究各检测方法测试结果的特性，并对排放限值作出研究、探讨。 4 、在用汽车排放检测参考性技术规范编制 研究、制定中国在用汽车排放检测机构运营技术参考性规范，希望能够为在用汽车排放 检测机构提供一定的参考。 山东理工大学硕士学位论文第二章中国典型城市在用汽车使用状况分析 第二章中国典型城市在用汽车使用状况分析 2 1 中国汽车增长状、兄【1 1 最近几年，中国汽车工业发展快速，汽车产量和保有量增长迅猛。图2 - 1 给出了十 多年来中国汽车产量增长状况。从1 9 9 5 年到2 0 0 6 年十年多间，中国汽车产量增a n t 约 3 6 倍，年均增长率为1 3 8 8 ，尤其是进入二十一世纪之后，年均增长率达到1 9 ，4 1 。 图2 - 2 给出了近二十年来中国汽车保有量增长状况。从1 9 8 5 年到2 0 0 5 年中国汽车保有 量增加了约9 2 8 倍，汽车保有量年均增长率约为1 2 4 1 。 举 k v l 圳 排 1 9 9 51 9 1 9 9 7l 嘲1 9 9 92 0 0 02 0 0 12 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 0 6 图2 _ 1近年来中国汽车产量增长趋势 2 2 典型城市汽车保有量及其构成 图2 - 3 是截止到2 0 0 6 年底中国部分城市的汽车保有量。从图中可以看出：北京、上 海和广州的汽车保有量最多，均在1 8 0 万辆以上，尤其是北京市汽车保有量接近2 9 0 万 辆。重庆、天津、济南、南京和昆明的汽车保有量在7 0 1 8 0 万辆之间。其中直辖市天 津、重庆的汽车保有量已超过1 0 0 万辆。沈阳、厦门和长沙的汽车保有量不足1 0 0 万辆 为了进一步了解各城市机动车的构成，选取了北京、上海、天津、广州、重庆和南 京六个典型城市，对其汽车构成状况进行了详细调查分析，调查结果如图2 4 所示。北 京市汽车、摩托车和低速货车的比例分别为8 4 、1 4 和2 ，天津市汽车、摩托车和 低速货车的比例分别为5 7 、3 9 和4 ，如图2 4 、图2 - 4 ( b ) n 示。 北京市和天津市都是中国北方的大城市，在汽车构成中其主要成份是汽车，两市汽 6 啪珊瑚啪啪垂|耄珊伽姗珈咖枷啪啪o 山东理工大学硕士学位论文第二章中国典型城市在用汽车使用状况分析 车比例分别达到8 4 和5 7 。其次是摩托车，分别为1 4 和3 9 。低速货车所占比例 较小，仅为2 和4 。 嫠 i 舡 鬈 l ；一 4 r 圈 ； 蘸一 l 一骥一 手 麓 蚓匡 霸璧 一 露豳 眶 阵i目 l 一 睦 圈- 目堆e 鼍一 埔5 蜥埘t 姗姗2 0 0 02 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 32 0 0 4 撕2 0 0 6 年份 图2 _ 2 近年来中国汽车保有量增长趋势 ( 万辆) 北京上海广州重庆天津济南南京昆明沈旧长沙厦n 图2 _ 3 典型城市机动车保有量 上海、广州、重庆和南京是中国南方的大城市。如图2 - 4 ) 、2 4 、图2 - 4 ) 、图 2 吖f ) 所示，上海市汽车、摩托车和低速货车的比例分别为4 2 、5 8 和2 ，广州市汽 车、摩托车和低速货车的比例分别为3 3 、6 6 和1 ，重庆市汽车、摩托车和低速货 车的比例分别为4 6 、4 8 和6 ，南京市汽车、摩托车和低速货车的比例分别为4 4 、 5 2 和4 。 中国南方沿海大城市上海和广州的摩托车比例最高，分别达到5 8 和6 6 ，明显高 于汽车比例，均高出1 4 个百分点以上。低速货车比例很低，仅为1 以下。 中国南方内陆大城市重庆和南京的汽车构成尽管也是以摩托车为主，但是汽车与摩 托车的比例相差较小，两者之差均在8 个百分点以内。南方内陆大城市的低速货车比例 明显高于南方大城市。重庆和南京的低速货车比例都在4 以上。 躲嚣黧裟器絮器 o 蓦耋 拗 抛 蚴 瑚 o 山乐理工大学碗士学位论文 第二章中国典型城市在用汽车使用状况分析 通过对典型城市汽车保有量和机动车构成的调查分析发现，中国城市汽车的构成具 有明显的地域特点。( 1 ) 中国北方大城市的汽车主要由汽车构成，中国南方大城市的汽 车主要由摩托车构成；( 2 ) 南方沿海大城市的摩托车比例明显高于汽车，南方内陆大城 市的摩托车和汽车比例基本相当；( 3 ) 中国南方内陆大城市的低速货车比例较高。 ( a ) 北京 ( c ) 上海 ( e ) 重庆 ( b ) 天津 ( d ) 广州 ( d 南京 图2 - 4 中国典型城市的机动车构成状况 2 t 3 典型城市的汽车类型分布状况 本文采用最常用的轻型客车、重型客车、轻型货车、重型货车和其他汽车的分类方 法，以北京、上海、天津和重庆为例，对中国典型城市的汽车类型分布状况进行统计分 析。四城市的汽车类型分布状况如图2 - 5 所示，从图中可以直观地看出各城市的汽车构 成特点。北京市的汽车中，轻型客车约占6 l ；其次是重型客车占1 4 ；重型货车占 山东理工大学硕士学位论文第二章中国典型城市在用汽车使用状况分析 1 3 ；轻型货车占1 2 ；其他类型汽车所占比例小于l 。上海市轻型客车比例高达7 8 ；重型客车和轻型货车各占8 ；重型货车占4 ，其他类型汽车所占比例为2 。天 津市轻型客车占6 2 ：轻型货车占1 8 ；重型货车占9 ；重型客车占8 ，其他类型 汽车所占比例为3 。重庆市轻型客车所占比例明显约为4 5 ；其次是轻型货车占2 4 ； 重型货车占2 1 ；重型客车占7 ；其他类型汽车所占比例为3 。 ( c ) 天津 ( d ) 重庆 图2 - 5 中国典型城市汽车类型分布状况 根据北京、上海、天津和重庆四城市汽车类型的统计分析结果，得出如下几点结论： ( 1 ) 北京、上海、天津和重庆四城市的汽车中，轻型汽车( 包括轻型客车和轻型 货车) 所占比例最大，分别为7 3 ，8 6 ，8 0 和6 9 。 ( 2 ) 北京、上海、天津和重庆四城市的汽车中，轻型客车所占比例均为最高，但 是北京、上海和天津三个大城市的轻型客车所占比例高于6 0 ，重庆市的轻型客车所占 比例低于5 0 ，约为4 5 。 ( 3 ) 轻型货车在四个城市的汽车中所占的比例较大，排列顺序依次为：重庆2 4 、 天津1 8 、北京1 2 和上海8 。 ( 4 ) 重型客车在北京市所占比例较大，达到1 4 。而在上海、天津和重庆三个城 市中所占比例基本相当，分别为8 、8 和7 。 ( 5 ) 重型货车在北京和重庆两大城市中所占比例较大，分别为1 3 和2 l ，而在 上海和天津两个城市中所占的比重较小，分别为4 和9 。 2 4 典型城市汽车使用状况研究嗍 汽车使用状况研究以北京、天津和大连三个城市为研究对象，采用专门的道路行驶 记录仪和实验车测取了汽车实际行驶状况后，获得了三城市的行驶工况参数，结果如图 2 - 6 、图2 7 所示。 从图2 - 6 中可以看出，最高车速以北京市为最高，达到7 7 5 k m h ；大连市次之，约 为7 2 k i n h ；天津市最低，仅为5 9 k m h 。平均车速大连市最高，达到3 3 5 k m h ；北京和 天津较低，分别为2 0 k m h 和1 9 1 k m h 。由于北京市封闭式道路较多，汽车行驶可以达 到较高的最高车速。但由于北京市汽车保有量大，易发生交通拥堵，因此北京市汽车行 1 0 山东理工大学硕士学位论文第二章中国典型城市在用汽车使用状况分析 驶的平均车速并不高。而对于大连市来说，城市道路建设较好，汽车行驶的最高车速也 较高，同时大连市的汽车保有量不多，在市区行驶很少发生交通拥堵，汽车行驶的平均 车速最高。对于天津市来说，由于道路状况较差，加之汽车保有量较大，因此最高车速 和平均车速都较低。 车速( k l i l h ) 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 北京天津大连 图2 _ 6 北京、天津和大连汽车行驶速度对比 北京、天津和大连三城市汽车行驶工况解析结果如图2 7 所示。从图中可以看出， 大连市汽车行驶的怠速工况比例约为6 ，北京市和天津市汽车行驶的怠速工况比例均 大于1 6 。大连市汽车行驶的等速工况比例约占3 3 2 ，北京市和天津市汽车行驶的等 速工况比例分别为2 7 3 a r 阳2 7 8 。大连市汽车加速工况所占比例也明显高于北京市和 天津市，达到3 8 6 ，北京市和天津市汽车行驶的等速工况比例分别为2 5 3 和2 6 9 。 工况比纠( ) 息速工况加速工况等速工况减速工况 图2 _ 7 北京、天津和大连汽车行驶工况解析结果 大连市汽车行驶的怠速工况比例低、等速工况和加速工况比例高，主要得益于汽车 保有量少和良好的城市道路状况，较少发生汽车拥堵现象。对于北京市来说，尽管城市 道路状况较好，但由于汽车保有量较多，上下班高峰期间经常发生汽车拥堵现象，而导 致汽车行驶时的怠速工况比例增加、等速工况和加速工况比例降低。天津市尽管汽车保 有量不多，但城市道路状况较差，也容易发生汽车拥堵现象，而使汽车行驶时的怠速工 !窜；历船垢m 0 o 况比例增加、等速工况和加速工况比例降低。 2 5 小结 通过对中国汽车发展状况调查，对典型城市北京、上海、天津和重庆等城市的汽车 构成和汽车类型分布的分析、以及对北京、天津和大连三城市汽车行驶工况的实地测试 和数据解析，可以得出如下结论： ( 1 ) 随着中国国民经济的稳步增长，中国汽车工业已经进入了高速发展时期。从 1 9 9 5 年到2 0 0 6 年十年多问，中国汽车产量增加了约3 6 倍，年均增长率为1 3 8 8 ，尤 其是进入二十一世纪之后，年均增长率达到1 9 4 1 。 ( 2 ) 中国城市汽车的构成具有明显的地域特点。中国北方大城市的汽车主要由汽 车构成，中国南方大城市的汽车主要由摩托车构成；南方沿海城市的摩托车比例明显高 于汽车，南方内陆城市的摩托车和汽车比例基本相当； ( 3 ) 根据汽车类型的统计分析结果，北京、上海、天津和重庆四城市的在用汽车 中，轻型汽车所占比例最大，约为6 9 8 6 ，重型汽车所占比例约为1 2 2 8 ，其他车 辆占在用汽车总量的比例 1 3 。其中，轻型客车占在用汽车总量的4 5 7 8 ，轻型 货车占在用汽车总量的8 2 4 ；重型客车占在用汽车总量的7 1 4 ，重型货车占在用 汽车总量的4 2 1 。 ( 4 ) 根据实测的汽车实际行驶工况和专用分析软件的解析结果，北京、天津和大连三城 市最高车速在5 9 7 8 k m h 之间，平均车速在1 9 3 4 k x n h 之间：汽车行驶的怠速工况比 例为6 1 7 ，等速工况比例约占2 7 3 4 ，加速工况所占比例为2 5 3 9 ，减速工况 比例为2 2 31 。城市的道路状况和汽车保有量的多少是决定汽车行驶工况重要的影响 因素。 山东理工大学硬士学位论文 第三章各种排放检测方法特性试验研究 第三章各种排放检测方法特性试验研究 3 1 相关性分析原理 为了确定i m l 9 5 和e c e l 5 工况法之间的相关性，对两种排放检测方法的试验结果 进行了统计分析，确定两种检测方法的相关系数，求出两者之间的回归方程。同时，还 对计算结果进行了参数检验。 3 1 1 相关系数的计算f 1 9 1 、9 1 t 2 0 设x 为自变量，y 为因变量，x i 和分别为x 和y 的第i 个观察值，根据统计学原 理推导，x 与y 之间的相关系数可由下列公式求出： ；努匆沪力 杰似一习伽一力 1 亍1 亍一 、沙，j 善伊玎 n 砂一弘 户i m lf = ， 隔阿 n x j y , 一哪 ：! ：= = = ；! = = ：= = = = = = = = = = = = = = = ：= 一 厣崭厣i 其中：x 广自变量的各个变量值； i 自变量数列的平均值； y i 因变量的各个变量值； y 因变量数列的平均值； ，r 一对应值的项数； ( 3 1 ) ( 3 2 ) ( 3 3 ) ( 3 - 4 ) 立蚂 i | 足 山东理工大学硕士学位论文第三章各种排放检测方法特性试验研究 6 r 数列的标准差； d y _ 擞列的标准差； 6 2 一两数列的协方差。 相关系数牟取值在。1n + i 之间。舻为负值时是负相关，舻为正值时是正相关。 邸越接近士1 时表示相关关系越强，越接近于0 表示相关关系越弱。一般认为霞数值在 0 3 以下为不相关，0 3 0 5 是低度相关；0 5 0 8 为显著相关；0 8 以上为高度相关。 回归方程的确定：设x 为自变量，】厂为因变量，蕾和y i 分别为j 和r 的第i 个观察 值，设回归方程为y = a + f l x ，用最d - - - - 乘法求出d ，口的值。 作离差平方和： q = ( y i - r ) 2 = ( y i 一口一肋户 选择参数d 、b 使q 达到最小，即： q = n 一一y ，= r y f 一口一声弛，= m i n 为此，令q 分别对旺和口的两个一阶偏导数等于零，即： l 詈一嘻伽- o 陪o q - 2 i k _ l ( y 例删 解方程后有 伪一；j 似一力 卢= 型1 - 一 似一 i = l 口= i 一； 3 1 2 回归方程和相关系数的检验 先考察回归系数卢饷分布，由表达式( 3 - 8 ) 可推出： 芦= 一习西一力 陋砂 卜1 ( 3 5 ) ( 3 6 ) ( 3 7 ) ( 3 8 ) ( 3 9 ) z ：x r 一_ j _ = 三l 一 ( 3 1 0 ) h 一 i = 1 这是巧、如k 的线性分布，而巧、玛是独立分布的正态变量，所以卢服 从正态分布，其中 1 4 山东理工大学硕士学位论文第三章各种排放检测方法特性试验研究 e 8 nh ( x 玉) e y i( x 聂) ( 8 + p x j ) 印7 = 2 一= 型f 一 ( 3 1 1 ) 伍r ；尸一妒 f 一1i = 1 p ( x 五) 崩 n 一；， = 口 故声，是声的分布无偏估计；又由d y e = o - 2 可得， 善r 船一珈k 矿 d p = 詈1 = 了二二 l 言r x 一；，2 j ；f 麓一；， l t j 因此，声月匣从正态分布，因而：u ( 3 一1 2 ) ( 3 1 3 ) 星，二生服从标 准正态分布( o ，1 ) ，由由于，：鱼二掣生服从自由度力一2 的z z 分布( - 2 是盯： d 啮 的确估，且钏蚺一学历焉默撇一z 的r 分布。 相关系数的检验：对于显著水平口，一次抽样后计算得丁= 兰上一的数值。 州阳一可 若吲t 阳一到则认为线性回归显著；若吲 2 0 ，r o = 0 4 2 2 7 ) ，此时，求得的各相关系数均大于r o ，即相关性很高。同理，各回 归方程的显著性检查分别为：l t c oi = 1 5 3 8 、it # c i = 1 3 5 3 、i t n o x l = 1 3 3 2 、l t c 0 2 i = 1 2 3 7 ， 而厶。( 2 1 ) 宅0 7 9 6 、t o 。3 ( 2 2 ) _ 2 0 7 3 9 、t 0 。( 2 2 ) 2 0 6 8 7 ，所以各线性回归显著。 这说明采用瞬态工况法对在用汽车排放检测是可行的，其检测结果与新车认证工况 法具有很好的相关性。 童4 0 2 0 宝 苫0 苣6 _ 瓷4 、 朱2 苫0 c o o 1 02 03 0 e c e l 5 ( g k m ) ( a ) c o 的相关性分 h c o246 e c e l 5 ( g k m ) ( b ) h c 的相关性 山东理工大学硕士学位论文第三章各种捧放检测方法特性试验研究 n 0 x ( c ) n o x 的相关性分析 05 01 0 01 5 02 0 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 0 e c e l 5 ( g k m ) ( d ) c 0 2 的相关性 图3 1i m l 9 5 与e c e l 5 检测方法的对比研究 3 3 双怠速、a s m 、v m a s 和i m l 9 5 工况法排放检测的结果分析 3 3 1 试验设备与试验车辆 为了全面考察在用汽车排放检测方法( 双怠速法、a s m 法、v m a s 法和哪9 5 法) 对排放测量结果的影响，在本研究中利用几种排放水平、行驶里程不同的车型对上述几 种方法进行了全面的试验对比。试验中所用的底盘测功机和排放检测设备如表3 - 2 所示。 伽枷季|姗|寻啪m轴o 山东理工大学硕士学位论文第三章各种排放检测方法特性试验研究 表3 _ 2 各种测试方法所用设备名称 、濑i 试方法 双怠速i m l 9 5、礓噍a s sa s m 设备名k 底盘测功机o n os o k p 】孔工蝴 排气分析仪 v h a s 所帝v m a s 所带 a m d r o s e m o u n ts e n s 0 r a 皿 所选试验车共三辆，分别是行驶里程1 2 万公里的化油器车( 京e e 0 6 3 2 ，化油器式 的供油系统，为第一阶段车辆，简称国l 车) 、6 万8 千公里的电喷车( 京f t 0 5 2 3 ，闭 环电喷式供油系统，加装三元催化器尾气净化装置，达到国标规定的第2 阶段排放标准。 简称国2 车) 和7 7 1 0 公里的电喷车( 京h 9 9 5 7 8 ，闭环电喷式供油系统，加装三元催化 器尾气净化装置，达到国标规定的第4 阶段的新车排放标准的进口车。简称国4 车) 。三 辆试验车的详细技术参数如表3 - 3 、表3 _ 4 和表3 5 所示。 表3 _ 3 国1 车( 桑塔纳) 技术参数 类型m 1制造厂上海大众桑塔纳( 3 3 0 k 8 b l o l ) 整备质量 1 1 0 0最大总质量 1 5 0 0 驱动方式前轮两驱驱动轮胎气压2 5 0 k p a 变速器型式手动档位4 档 发动机型号 1 0 5 6 4 6 5 ( 1 8 l )制造厂上海大众 供油方式化油器式供油系统累计行驶里程1 2 万公里 车牌号京e e 0 6 3 2 表3 _ 4 国2 车( 捷达) 技术参数 类型，m 1制造厂一汽捷达( f v 7 1 6 0 c i ) ( ) 整备质量1 0 5 0最大总质量1 4 9 0 驱动方式前轮两驱驱动轮胎气压 2 5 0 k p a 变速器型式手动档位5 档 发动机型号a n 0 5 3 3 5 9制造厂一汽大众 供油方式闭环电喷累计行驶里程6 8 2 9 0 公里 车牌号京f t 0 5 2 3 表3 _ 5 国4 车( o p e l ) 技术参数 i类型m l制造厂o p e l ( w o l o h a f 6 8 3 g 0 1 1 9 5 7 ) i 整备质量 1 0 5 0最大总质量1 4 5 0 i 驱动方式前轮两驱驱动轮胎气压 2 5 0 k p a 山东理工大学硕士学位论文 第三章各种排放检测方法特性试验研究 变速器型式 手动档位5 档 发动机型号 z 1 z x e l 9 a a 4 6 6 2制造厂g m 供油方式闭环电喷累计行驶里程7 7 1 0 公里 车牌号京h 9 9 5 7 8 3 3 ，2v m a s 、i m l 9 5 和e c e l 57 - 况法排放检测结果的对比分析 图3 2 和图3 - 3 给出了国2 车( 京f t 0 5 2 3 ) 和国4 车( 京h 9 9 5 7 8 ) 分别采用新车认证 工况法、瞬态工况法i m l 9 及简易瞬态工况法三种检测方法的对比试验结果。 h c ( g k 神( 京f t 0 5 2 3 ( 国2 ) ) v i a s 平均 i m l 9 5 平均新车认证工况 ( a ) h c 排放的对比 c o ( g 1 【m a ) ( 京f t 0 5 2 3 ( 国2 ) ) | | | | | | | 睁l l i _ 鲁基内捌h 稿翻| | ：一 l 山东理工大学硕士学位论文第三章各种排放检测方法特性试验研究 n o x ( g k m ) ( 京f t 0 5 2 3 ( 国2 ) ) 0 0 8 0 0 7 0 0 6 0 0 5 0 0 4 o 0 3 0 0 2 0 0 1 0 v 1 4 s 平均i k l 9 5 平均新车认证工况 ( c ) n o x 排放的对比 图3 - 2 国2 车( 京f t 0 5 2 3 ) 三种检测方法的对比武验结果 h c ( g k ) ( 京h 9 9 5 7 8 ( 国4 ) ) i1 l | v 姒s 平均i m l 9 5 平均新车认证工况 ( a ) h c 排放的对比 c 0 ( g j 皿) ( 京h 9 9 5 7 8 ( 国4 ) ) i _ 。| | v m a s 平均i m