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城市道路汽车行驶工况的构建与研究 摘要 随着我国汽车工业的机动车保有量的增加，能源危机和机动车的尾气排放 问题日趋严重，已经成为交通环境领域急需解决的关键问题。研究开发基于我 国城市交通运行特征的车辆行驶工况，将为车辆污染物排放量和燃油消耗量的 确定、新车型的技术开发和评估以及交通控制方面的风险测定等提供基础数据。 本文在借鉴国内外先进的车辆行驶工况构建方法的同时，运用极大似然法 和马尔可夫过程理论，研究了城市道路汽车行驶工况的构建方法。 汽车行驶中的速度可以看作随时间变化的一系列随机变量，把行驶工况定 义为一随机过程。本文利用随机过程中的马尔科夫过程来研究汽车行驶工况， 利用最大似然估计法来划分原始数据，把行驶工况定义为不同状态，求出各状 态的转移概率，构建一系列的候选工况，选取十个特征参数( 如平均速度、平 均加速度、加速比例等) 为准则，从大量实际行驶速度中提炼出一段速度变化 曲线作为代表性行驶工况。 以合肥市典型道路为研究对象，对马尔可夫构建方法进行了分析。在分析 总结国内外行驶工况相关研究的基础上，根据现有实验条件，确定了合肥市汽 车行驶工况研究的实验方案。通过a m 2 6 0 0 s 机动车道路实验数据处理系统在 典型道路上进行了行驶工况数据采集实验，对路测数据进行了汽车行驶特征的 分析，主要分析了车辆行驶的平均速度、平均加减速度、速度区间分布以及加 速度在速度区间内的分布情况。然后，运用马尔可夫理论来构建道路汽车行驶 工况，并与e c e l5 等国外著名行驶工况进行了比较分析。结果表明应用马尔科 夫提取的行驶工况能够代表实验数据的行驶工况。 关键词：行驶工况，马尔可夫，极大似然法，行驶特征 c o n s t r u c t i o na n dr e s e a r c ho fv e h i c l ed r i v i n gc y c l eo fc i t y r o a d a b s t r a c t ： t h e e n e r g yc r i s i sa n dv e h i c l ee x h a u s te m i s s i o np r o b l e mh a sb e e nc o n t i n u o u s l y d e t e r i o r a t e da l o n g w i t ht h er a p i di n c r e a s eo fa u t o m o b i l ei nc h i n a i th a sb e c o m et h e k e yp r o b l e m w h i c hi s u r g e n t t ob es o l v e di nt h ef i e l do ft r a f f i c e n v i r o n m e n t s t u d y i n ga n dd e v e l o p i n gv e h i c l ed r i v i n gc y c l e sb a s e do nt h et r a f f i c c h a r a c t e r i s t i co fo u rc o u n t r yc i t i e sw i l l p r o v i d eb a s i cd a t af o rc a l c u l a t i n gt h e v e h i c l ee m i s s i o na n df u e lc o n s u m i n ga n dd e v e l o p i n gn e wv e h i c l et y p e s ，a sw e l la s e v a l u a t i n gt h er i s ki n v e s t m e n tp r o j e c t sa n dd e c i s i o nm a k i n go ft r a f f i cc o n t r 0 1 l e a r n e df r o mt h ei n t e r n a t i o n a la d v a n c e dd e s i g nm e t h o d so fv e h i c l ed r i v i n g c y c l e s ，b a s e do nt h em a x i m u ml i k e l i h o o dm e t h o da n dm a r k o vp r o c e s s ，t h ed e s i g n m e t h o do ft r a n s i e n td r i v i n gc y c l e si ss t u d i e da n dd e v e l o p e di nt h i sp a p e r t h ed r i v i n gs p e e do fv e h i c l e sm a yb et a k e no nas e r i e so fs t o c h a s t i cv a r i a b l e s w i t ht i m ea n dt h ed r i v i n gc y c l e sa r ed e f i n e das t o c h a s t i cp r o c e s s t h ed r i v i n gc y c l e s a r er e s e a r c h e db yt h es t o c h a s t i cp r o c e s so fm a r k o vi nt h ep a p e r ，t h ed r i v i n gc y c l e s a r ed e f i n e dd i f f e r e n ts t a t e s b ym a x i m u ml i k e l i h o o de s t i m a t i o n ，t h et r a n s i t i o n p r o b a b i l i t i e so fs t a t ea r er e q u i e r d ，as e r i e so fc a n d i d a t ec y c l e sa r eb u i l d e da n dt h e r e p r e s e n t a t i v ed r i v i n gc y c l ei sa b s t r a c t e df r o mas p e e dv a r i a t i o nc u r v eo fan u m b e r o fm e a s u r e dr e a ld r i v i n gs p e e d sa c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r s o nt h eb a s i so far e v i e wo fs t a t e - o f - t h e a r to nd r i v i n gc y c l e s ，t h i st h e s i sf i r s t p r o p o s e dad a t ac o l l e c t i o nm e t h o d o l o g yf o rd e v e l o p i n gd r i v i n gc y c l e s t h e n ，t h e r e s e a r c hc o n d u c t e dt h ed a t ac o l l e c t i o no fv e h i c l e s d r i v i n gm o d e si nh e f e ib ya c o m b i n e du s eo fa m - 2 6 0 0 ss y s t e ma n da m - 4 0 0s y s t e m ，w h i c hf u r t h e rw e r eu s e d t od e v e l o pa nd a t a b a s eo fd r i v i n gc y c l e sf o rc l a s s i f i e dr o a d sf o rh e f e i s u b s e q u e n t l y ， t h ed e v e l o p e dd r i v i n gc y c l e sw e r ec o m p a r e dw i t ht h ew i d e l yu s e dd r i v i n gc y c l e si n t h ew o r l ds u c ha se c e15u s i n gm a r k o vm e t h o d ，av e h i c l e sd r i v i n gc y c l eo fh e f e i b a s e do n10p a r a m e t e r sf r o ms p e e dd a t ao fr o a dt e s t sw a ss y n t h e s i z e d ，w h i c hm a y r e f l e c tt h ea c t u a ld r i v i n gc o n d i t i o no fh e f e im o r ep r o p e r l y k e y w o r d s ：d r i v i n gc y c l e ；m a r k o v ；m a x i m u ml i k e l i h o o dm e t h o d ；d r i v i n gp a t t e r n 表格清单 表4 一l 实验车基本参数一2 5 表4 2a m 2 6 0 0 s 技术参数2 7 表4 3 主要技术参数2 8 表4 4a m 4 0 0 技术参数2 9 表4 5 实验项目及所需参数2 9 表4 6 屯溪路上午从东至西的交通量3 l 表4 7 屯溪路下午由西向东的交通量31 表4 8 屯溪路的雷达枪车速3 2 表5 1 实验实际道路行驶特征参数值一4 1 表5 2 不同道路的工况比例4 2 表5 3 合肥实际道路测试与标准工况比较4 5 表6 1 实验数据状态参数值4 8 表6 2 状态转移概率4 9 表6 3 合肥市典型道路实测数据与行驶工况的比较4 9 表6 4 与国内外行驶工况参数对照表5 0 插图清单 图l 一1e c e l 5 工况3 图2 1f t p 7 5 工况5 图2 2j a p a n l 0 1 5 工况7 图2 3 欧洲e c ee u d c 工况8 图2 4 澳洲悉尼行驶工况一9 图2 5 印度4 m o d e 行驶工况1 0 图2 6 墨尔本行驶工况1 1 图2 7 法国行驶工况1 2 图2 8 行驶工况影响因素1 4 图3 一l 城市道路汽车行驶工况的开发流程一2 0 图3 2 马尔可夫过程构建行驶工况流程2 l 图4 1a m 一2 6 0 0 s 机动车道路实验数据处理设备2 6 图4 2a m 2 6 0 0 s 系统软件界面2 6 图4 3o e s i i 速度传感器2 7 图4 4a m 一4 0 0 电喷式汽油机流量传感器2 8 图4 5 实验的流程3 0 图4 6 结果的准确性与数据量的间的关系3 5 图4 7 跟车人员跟车记录表3 5 图5 1 运动学片段定义3 7 图5 2 屯溪路时间速度历程图4 1 图5 3 屯溪路时间加速度历程图4 l 图5 4 不同道路的平均速度对比4 1 图5 5 不同道路的平均加速度对比4 2 图5 6 不同道路的平均减速度对比4 2 图5 7 不同道路类型工况比例4 3 图5 8 不同道路速度分布图4 3 图5 9 不同道路速度加速度联合分布图4 4 图6 一l 极大似然法速度时间曲线族的划分一4 7 图6 2 极大似然法速度时间状态的划分4 7 图6 3 典型道路代表性行驶工况4 9 独创性声明 本人声明所黾交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，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 盒目巴王些太堂 或其他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己在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签字：怖签字日期：z 唧年f 月乙7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金目巴王些厶堂有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人 授权 金篷兰些态堂 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检 索，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适用本授权书) 学位论文者签名：张车勉 签字日期：幻呷年厂月z7 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名； 一) 匆劣 签字嗍：1 年，月吵日f 电话： 邮编： 致谢 本论文是在导师石琴教授的精心指导和悉心关怀下顺利完成的，石老师治学 严谨、诲人不倦的师者风范，宽广的知识面、活跃开阔的思维，对问题敏锐的洞 察力，以及忘我的敬业精神时刻感染教育着我，让我受益终生! 在此谨向石老师 致以最衷心的感谢和最真挚的敬意! 衷心感谢机械与汽车工程学院交通工程教研室的黄志鹏老师和姜平老师多年 来在学习上对我的无私指导和帮助。 同时，在本文的写作过程中，我也参考吸收了很多国内外专家学者的理论和 观点，收获颇多，这对本文的形成大有裨益。籍此机会，我也向他们表示衷心 的感谢。 感谢含辛茹苦培养我的父母、家人。 衷心感谢张雷、王华、段伟、汪成明、左正等师兄师姐，邓超、卢利平、刘 钊等同窗好友，刘魏娜、李友文、李庆虎、汪新伟等师弟师妹在学习和生活上对 我的热情帮助。 感谢合肥工业大学，在这里我度过了人生中最美好的七年时光。 感谢所有关心、支持和帮助过我的老师、同学、朋友们。祝愿他们一生平安 幸福快乐! 作者：张锐 2 0 0 9 年3 月 第一章绪论 1 1 背景 汽车的诞生和快速发展，改变了人们的生活，加快了人们的生活节律，极 大地提高了人们工作效率，汽车是当今社会的主要交通运输工具的一，汽车工 业的发展给社会经济带来重大机遇和活力，同时也给人类社会带来了不小的负 面影响，如汽车交通事故、环境严重污染。据统计，截止2 0 0 8 年6 月底，机动车 保持快速增长，汽车和摩托车是机动车的主要构成部分。全国机动车保有量为 1 6 5 7 l3 3 4 7 辆，与2 0 0 7 年底相比，增力h 5 9 3 5 7 5 8 辆，增长3 7 2 。汽车保有量为 6 1 2 2 1 7 5 0 辆与2 0 0 7 年底相比，增加了4 2 5 3 9 8 5 辆，增长7 4 7 。摩托车保有 量8 8 8 6 6 4 0 8 辆，与2 0 0 7 年底相比，增加l7 6 9 7 9 5 辆，增长2 0 3 。从车辆类型看， 汽车、摩托车占全国机动车总量的9 0 5 7 ，是机动车的主要构成部分【1 1 。目前 汽车用燃料主要是汽油、柴油等石油产品，世界石油资源的很大一部分都消耗 在汽车上，而汽车尾气的排放则是增长最快的空气污染物之一，可以说汽车排 放污染物正以飞快的速度影响人们的生活和工作。在发达国家城市区域，汽车 是c o ，n o 。和h c 等空气污染的主要来源。减少汽车排放、提高其燃油经济性和 开发新的代用燃料将对改善环境污染，缓解能源危机做出重大贡献。目前汽车 安全、节能与环保及i m 制度已成为国际性的研究热点和方向，是汽车工业可持 续发展战略研究的重要组成部分。 历史上的第一个行驶工况是在2 0 世纪5 0 年代形成的，美国、欧洲、日本 和澳大利亚都曾对有关车辆排放的不同相关因素构建了不同的工况。世界范围 内车辆排放测试使用的行驶工况可分成3 组：美国行驶工况( u s d c ) 、欧洲行 驶工况( e d c ) 和日本行驶工况( j d c ) 。美国f t p ( 联邦认证程序) 为代表的 瞬态工况( f t p 7 2 ) 和e c e 为代表的模态工况( n e d c ) 也为世界各国所采用1 2 l 。世 界上很多国家都以标准形式提出了不同车型的标准工况，如日本的1 0 1 5 工况 循环，欧洲经济委员会的e c e r 1 5 工况循环，美国联邦城市及高速公路循环 ( c v s c h ) 。a n d r e 等在1 9 9 5 年研究了欧洲一些城市的平均行驶工况pj 。瑞典 人e v ae r i c s s i o n 曾列出了影响行驶工况的因素，并根据城市交通中实际行驶工 况数据，来描述行驶工况，准确地分析了道路环境、驾驶员、交通条件对行驶 工况的影响1 4 j 。h o l m e nb a 分析了不同驾驶员的汽车行驶工况对燃油消耗的影 响【5j 。j i el i n 利用马尔可夫随机过程研究了加利福尼亚三个地区的行驶工况【6 l 。 国内汽车行驶工况研究很多。中国环境科学研究院曾用两年多的时间进行中国 城市汽车行驶工况和污染物排放系数测定的研究1 7j 。赵慧等对香港城区汽车行 驶工况进行了研究【8 】。武汉理工大学的马志雄等研究了动态聚类法在车辆实际 行驶工况开发中的应用一j 。 行驶工况被作为评估车辆排放的一个完整的权威方法被使用了长达2 0 年 之久，因此真正理解一个工况的构建对于车辆的排放评估有必不可少的作用。 行驶工况用于确定车辆污染物排放量和燃油消耗量、新车型的技术开发和评估、 甚至测定在交通控制方面的风险等，是汽车工业一项共性核心技术。确定一个 城市的某种车型的动力性、经济性和清净性( 如燃油消耗和排放水平) ，首先要 与所在城市交通状况相协调，所用的行驶工况应能反映车辆实际的典型行驶工 况。目前，我国汽车排放测试规程采用欧洲的排放标准，难以真实地反映我国 城市汽车的实际排放因子和排放量，因此，开展我国大中城市汽车行驶工况的 研究十分必要。 作为中国华东地区省会城市合肥，根据有关统计资料表明：目前汽车保有量 每年都在递增，且以每年2 0 的速度进行增长，机动车的快速增长，导致的首 要问题就是本地区的环境污染的日益加重。通过对近几年的合肥市大气污染状 况监测和调查，汽车的废气排放占合肥市气体排放总量的6 0 一8 0 ，汽车的 排气污染己成为该城市的主要污染源的之一，其等标污染负荷比为6 0 2 ，其 中尤以n o x 的污染最为严重，等标污染负荷比竟达到了7 3 8 ，汽车对大气中 的n o x 贡献率达到了7 8 1 ，而且汽车废气排放的总量随着汽车数量的增加还 在呈明显的增加趋势，汽车的燃油消耗与废气的排放与城市的交通状况关系是 非常紧密，而汽车行驶工况是体现城市的交通状况关系的主要特征的之一。因 此，研究体现合肥本地区的汽车行驶工况与燃油消耗和污染物排放关系从而获 取本地区的燃油与污染排放主要关系特征就显得非常的重要。 1 2 研究的目标及意义 车辆行驶工况又称汽车运转循环，是针对某一类型车辆用来描述特定交通 环境下车辆行驶特征的速度一时间历程。行驶工况是对车辆的实际行驶状况进 行调查，并对实验数据进行数据分析，运用多元统计理论方法建立起来的典型 工况。行驶工况的主要目的是用于确定车辆污染物排放量和燃油消耗量、新车 型的技术开发和评估以及测定在交通控制方面的风险等，是汽车工业一项核心 技术10 1 。 由于不同国家、城市和地区的交通条件不同，造成不同地方的车辆实际运 行工况有很大的差异，这种差异使得同一汽车在不同地方的实际运行过程表现 出不同的性能，特别是汽车的经济性和排放性差别较大。目前，欧洲、美国、 日本等许多地区和国家都有自己的汽车行驶曲线，以指导汽车的设计和检验等 工作我国现在暂时沿用欧洲标准，但其行驶曲线并不适合中国国情 目前，我国轻型车排放测试规程采用欧共体的e c e l 5 工况，行驶特征如图 1 1 所示。 2 一一_ 八| 武i ? i 仁 图卜1e c e l 5 工况 该工况属于新车型认证和产品一致性检查采用的测试工况。若用该工况 去测试车辆，由于各城市不同的道路特征、交通流量分布、地理特征、自然环 境等等，均会影响到汽车的行驶速度，车速是影响能耗和排放的重要因素。据 此，采用e c e l 5 工况难以真实地得到车辆的实际排放因子和排放。 发达国家的经验表明，降低汽车燃油消耗和尾气排放最根本的途径是依靠 发动机节能减排技术的开发和应用，大力发展电动汽车、燃料电池汽车和混合 动力汽车，而推动这些先进技术发展的动力，主要是实施越来越严格的汽车燃 油消耗以及排放法规的实施。全面调查和研究符合中国地区交通特征的行驶工 况，并建立符合我国国情的行驶工况，对于定量分析本地区的机动车排放总量 及控制水平，从而制定相应的控制策略，具有重要的指导意义。 目前，美国、欧洲、日本等国家或地区的行驶工况研究相对先进，但都是 直接从实际测试数据拟合而成，其拟合程度是否能真实反映实际路网中机动车 形式工况特征和拟合度达到什么程度尚缺乏科学的评价方法。而我国迄今为止 还没有普遍接受的标准的行驶工况，无论在实测数据的支持、拟合方法的应用、 还是在行驶工况评价方法的建立等方面的还处于起步阶段。本文目的就是针对 上述几个问题作探索性的研究。 ，综上所述，本文的研究目标是：( 1 ) 研究城市道路汽车行驶工况的构建方 ：法，以实例分析其可行性与合理性；( 2 ) 采用合理的实验方法采集大量的实验 数据以补充构建行驶工况的基础数据；( 3 ) 建立能反映汽车实际道路行驶特征 的行驶工况；并以合肥市为例分析其可行性。 1 3 主要研究内容 本文依托于国家自然科学基金项目( 项目编号：7 0 7 7 1 0 3 6 ) “混合交通环境下 的汽车行驶工况的仿真与控制策略”选题。本文在城市道路行驶工况的构建方法 研究中，结合该项目，收集和分析了国内外行驶工况的研究资料，借鉴国内外 同类研究的方法成果，结合我国具体实际探讨车辆实际道路行驶工况的开发方 法，并以合肥市为例，对行驶工况的构建方法的可行性进行了研究。本文的主 要研究内容分为五部分： ( 1 ) 阐述了国内外汽车行驶工况的研究现状，分析了行驶工况的影响因素 和构建方法，并指出了行驶工况研究中存在的问题及研究发展方向。 ( 2 ) 利用随机过程中的马尔科夫过程来研究汽车行驶工况，运用极大似然 估计法来划分行驶工况实验数据，把行驶工况定义为不同状态，求出各状态的 转移概率，构建一系列的候选工况，以平均速度、平均加速度和加速比例等十 个特征参数为准则，从大量实际行驶速度中提炼出一段速度变化曲线作为代表 性行驶工况。 ( 3 ) 以合肥市为例，根据现有实验条件，确定了汽车行驶工况的实验方案。 选择四条典型道路作为实验路线，搭建车载实际道路汽车行驶工况测试系统， 进行了城市道路的实车实验，得到了车辆的车速、油耗等数据。 ( 4 ) 通过采集到的速度数据进行分析处理，以平均速度、加速比例、减速 比例、匀速比例等特征参数分析了道路实际行驶特征，是构建汽车行驶工况的 基础工作。 ( 5 ) 运用马尔可夫随机过程方法，从实测数据中合成了一条城市道路典型 汽车行驶工况。结果表明应用马尔科夫过程构建的行驶工况能够代表实验数据 的行驶工况。 4 第二章国内外行驶工况研究状况及影响因素 介绍目前国内外标准工况和国内外行驶工况的研究现状，分析了行驶工况 的影响因素和构建方法，从中找出经验及启示，也同时指出各国在建立行驶工 况中所存在的不足和问题，选取其中一些问题作为本文的研究内容。 2 1 国内外标准工况 世界范围内的车辆行驶工况被分成三组：美国行驶工况、欧洲行驶工况和日 本行驶工况并且以美国f t p ( f e d e r a lt e s tp r o g r a m ) 为代表的瞬态工况( t r a n s i e n t d r i v i n gc y c l e ) 和以e c e ( e c o n o m i cc o m m i s s i o nf o re u r o p e ) 为代表的模态工况 ( m o d a ld r i v i n gc y c l e ) 广为采用。从使用上分，又可以分为标准工况和研究工况 【i1 1 o 2 1 1 国外标准工况 ( 1 ) 美国工况 美国行驶工况种类繁多，用途各异，大致包括认证用( f t p 系) 、研究用( w v u 系) 和短工况( i m 系) 三大体系，广为熟知的有联邦测试程序( f t p 7 5 ) ，洛杉矶 ( l a 9 2 ) 和负荷模拟工况( i m 2 4 0 ) 等行驶工况纠i i 川。 乘用车和轻型载货汽车行驶工况 2 0 世纪6 0 年代，汽车排放的废气使美国加州洛杉矶出现了烟雾空气，为 改善这种状况需要削减汽车废气排放量。经过研究，从一条具有代表性的汽车 上下班路线上解析出车辆的速度一时间蛆线，1 9 7 2 年被美国环保局( 简称e p a ) 用作认证车辆排放的测试程序( 简称f t p 7 2 ，又称u d d s ) 。按照这种程序来控 制车辆排放削减，被认为考虑了最严格的情形。f t p 7 由冷态过渡工况( 0 5 0 5 s ) ， 稳态工况( 5 0 6 - - 一1 3 7 0 s ) 构成。1 9 7 5 年在f t p 7 2 基础上加上6 0 0 s 热浸车和热态过 渡工况( 1 9 7 0 s 一- 2 4 7 5 s ) ，重复冷态过渡工况) 四个阶段构成了f t p 7 5 ( 特征参数见 图2 一1 ) ，持续时间2 4 7 5 s ；同时可用于车辆热启动排放的检查。 - 钟 协 乙” 童的 柏 图2 - 1f t p 一7 5 工况 由于交通网络的发展，道路出现许多主干线和高速道路，车辆高速运行时 间在出行的时间比例越来越大，发动机三种主要污染物的排放特征发生改变， e p a 发布了f t p 修订。研究者们开发了许多更加反映真实交通状况的循环，如 考虑了道路变化的u s 0 6 、车辆开空调满负荷运行的s c 0 3 等，作为f t p 的补充 工况，形成s f t p ( s u p p l e m e n tf t p ) ，并应用于2 0 0 1 年度后生产车型的排放测试。 而被e p a 用于乘用车高速公路燃油经济性测试的循环( h w f e t ) ，由于道路 坡度对于车辆油耗的影响，还开发了可变坡度的循环h w f e tm t n ；除了上述 工况外，尚有以下几个研究成果：具有更高的最大速度和平均速度、较少的怠速 运行时间和停车次数m i l e 、以及更高的最大加速度的l a 9 2 ( 洛杉矶9 2 ) 0 a r b 0 2 ： 由c a r b ( 力i 州环保署) 开发的基于跟踪车辆的工况研究，目的是测试车辆的实 际操作研究结果是处在f t p 7 2 边缘之外。它包括了冷启动和行程结束部分 的研究。 h l 0 7 ：e p a 协同汽车制造商开发的发动机循环，目的是测试车辆在超出一 定速度范围情况下的一系列加速能力；这种加速情形下大多数车辆必须全开油 门。其用于在各种速度层级开发和修正美国现有工况循环。 针对未被f t p 循环描述和覆盖的车辆运行工况区域，开发了一些工况循环。 如代表驾驶工况的r e p o s ( r e pf t p 之外) ：根据启动状况研究的r e m 0 1 ( r e m a i n d e r ) 循环。它们以速度和加速度为目标，注重研究更加细致的瞬态变化 效果。 重型车用行驶工况 重型车辆的研究近年来有侧重于瞬态工况的趋势。其中b a c 被推荐作为测 试重型车燃油经济性的操作规程( s a e 儿3 7 6 ) 。c b d l 4 是商业中心区域车辆测试 循环，它也是b a c 复合测试循环的一部分，运用1 4 个相同的循环模拟公交车 停车一运行的驾驶模式。c b d l 4 近似于c b d b u s 循环，但是时间步长可变。 其它还有用于卡车的c b d t r u c k 循环、城郊通勤往返测试循环的 c o i v i i u lu t e r 循环。 比较著名的还有市内测功机测试循环( u d d s h d v ) ：模拟重型汽油机市内区 域的操作，运行长度为1 0 6 0 s ，3 3 为怠速、平均速度3 0 4 k m h 、并用于燃油蒸 发排放测试。纽约城市循环( n y c c ) , 8 4 更是代表了市内区域道路大型车辆的运行 工况。它们作为f t p 标准工况被广泛应用。为了评价公交车的排放效果，通过 覆盖几条不同的、公认的繁忙运行路线，美国西弗吉尼亚大学( w v u ) 对纽约城 市曼哈顿地区混合电力和常规动力的公交车的操作和状态进行调查，开发了一 组含l o 个短行程的循环，短行程之间怠速时段1 9 秒；为满足足够的能源消耗测 试，将短行程数目增加至2 0 个，作为常规动力在用运输车( 卡车和运输巴 士) n e w y o r k b u s 工况。他们还研究了代表重型车道路测试数据复合行驶工况 c s h v r ；各种微型行程组成的典型城市复合行驶工况市区( w v u c i t y ) 、郊 区( w v u s u b ) 和洲际( w v u i n t e r ) 。以及n y c c o m p , n y c t r u c k 等工况。 6 除了用于底盘测功机的工况外，对于重型车辆，还有使用在发动机台架上 的代表性工况，它用发动机转速和扭矩计算的车辆特性( 最大功率比率、最大扭 矩) 来描述。测试工况循环包括一套稳定的按照发动机转速和扭矩( 欧洲和日本 规则) 定义的操作事项，或者是同时以瞬时发动机速度一扭矩指示( 美国规则) 的“瞬态 循环。 ( 2 ) 日本工况 早期日本使用的车辆行驶工况是j a p a n l0 i 况。j a p a n l 0 i 况相当于车辆在城 市中心的行驶状况，车辆在进行j a p a n l o i 况实验的前，需要进行热车，即车辆 以不低于4 0 k m h 的速度最少行驶15 m i n 。日本j a p a n ll 工况用于模拟车辆由郊 外驶入城区或在郊外的行驶状况。由于j a p a n ll 工况是一个在冷起动状态下使用 的行驶工况，因此车辆在实际测试的前，需要在2 0 - - 3 0 ( 2 的环境下至少放置6 小时。 上个世纪7 0 年代，由于城市结构、交通流量等的变化，日本开始对j a p a n l 0 工况加以修改，目前日本使用的就是经j a p a n l 0 改进后的j a n p a n l0 15 工况。 j a p a n l o 1 5 i 况运行时是6 6 0 s ，最高速度为7 0 k m h ，平均速度为2 2 7 k m h ，由三个 1 0 工况循环和1 5 工况一个循环构成( 如图2 2 所示) 。 8 00 7 0 0 6 c | 0 一0 暑4d0 f3 00 200 t 00 00 ur u u口 jb u uu u u哪u 图2 2j a p a n l 0 。1 5 工况 ( 3 ) 欧洲工况 欧洲现行的行驶工况是由欧洲经济委员会和欧洲经济共同体制订的，简称 e c e 。由于欧洲国家一般版图较小，并且各国之间经济、交通联系密切，因此 欧盟各国都执行相同的排放标准。欧洲国家排放控制法规始于1 9 7 0 年，1 9 7 2 年 开始实行统一的工况实验法，1 9 7 4 年出现了欧洲的综合法规，即联合国欧洲经 济委员会的e c e r l 5 ，至1 9 8 4 年修订为e c e r l 5 0 4 。 目前欧洲使用的是e c e + e u d c 工况，如图2 3 所示。e c e + e u d c 工况可以分 为两部分。第一部分是传统的城市道路行驶工况，是城市行驶过程的一个简化 代表。该部分由巧种行驶方式组成，通常称为“十五工况法”，主要反映了机动 车在欧洲城市内的行驶特征。为了反映市郊高速运行时的排放，从19 9 2 年7 月起， 在欧盟各国规定的标准测试工况后面又补充了第二部分，即机动车在郊外公路 上的行驶工况e u d c ( e x t r au r b a nd r i v i n gc y c l e ) ，两种工况合起来被称作 n e d c ( n e we u r o p e a nd r i v i n gc y c l e ) 。与美国f t p 一7 5 工况不同的是，e u d c 是一 种模态工况，主要由匀速、匀加速和匀减速运动组成，这种缺乏真实性的实验 结果必然导致结果严格性的下降。有关研究表明，欧洲行驶工况对排放的估计 7 比实际情况要低1 5 2 5 。而且，实验中的最大加速度1 0 6 m s2 ，也低于美国 测试规程的要求，造成其结果的可信性受到影响。从2 0 0 0 开始，原来欧洲行驶 工况中的4 0 秒热机时间被取消，冷起动刚开始时的污染物也将测试，从而使得 工况测试的条件变得更为严格。e c e - v 况由于考虑到了冷起动的影响而具有更 大的代表性，但仍摆脱不了模态工况的缺陷。 i m c - o c ) 图2 - 3 欧洲e c e e u d c 工况 誊 翟 基 毒 2 1 2 国内标准工况 我国从1 9 8 4 年起陆续制定的汽车排放标准共有1 4 项，其中适用于柴油车 的有6 项，汽油车的有1 0 项。其控制水平仅相当于国外2 0 世纪7 0 年代末8 0 年代初的水平。1 9 9 9 年，参照欧洲汽车排放法体系又制定和颁布了4 个新的法 规。这四个标准包含了欧洲所有汽车排放控制有关的法规。其中，现行的我国 标准g b t 1 1 6 4 2 8 9 轻型汽车排放污染物测试方法【1 4j 和g b t l8 3 6 8 - - 2 0 0 1 电动汽车能量消耗率和续驶里程实验方法i l5 j 都是建立在e c e l 5 工况的基 础上。e c e 工况是根据欧洲国家的交通状况、车辆结构、城市结构等解析出的。 其制订的目的是为欧洲国家提供满足其实际行使状况的车辆行使工况。我国目 前有关车辆行使工况方面的标准、实验方法、测试方法等基本上沿用e c e 工况。 然而，我国交通状况，例如，在我国机动车和非机动车常常混行、车辆结构、 城市结构、交通规则甚至是驾驶习惯等与欧洲国家均有很大差异，因此e c e l 5 工况并不能完全反映我国车辆的实际行驶状况。而事实上，欧洲也正在积极地 开发新的实际行驶工况。 2 2 国内外行驶工况的研究 2 1 1 国外行驶工况的研究 除了上述广为采用的行驶工况外，还有一些建构的方法尚不尽相同所建立 的地方性行驶工况，其目的在比较各国法规所制定行驶工况与地方性行驶工况， 用来作为车辆污染物排放与油耗特性的依据。 ( 1 ) 修正型f t p 1 9 7 8 年k u h l e r 和k a r s t e n s 对于当时利用e c e 1 5 作为测试工况已经无法很 贴切地反应行驶状况的现状，于意大利的t u r i n 、德国的s t u t t g a r t 与法国的 v e r s a i l l e s 等三个城市中规划七条路线，用测试车辆在实际道路上收集车速、发 动机转速以及加、减速度等资料，并以行驶速度、平均加速度、平均减速度、 短行程平均行驶时间、加减速状态切换次数、怠速、加速、减速、匀速状态所 占时间百分比等十个参数为评估准则，来描述行驶工况的特性。通过这些准则 的评估，表明k u h l e r 和k a r s t e n s 所调查的行驶工况与f t p 较为相近，却与当 时大部分属于欧盟国所采用的e c e 1 5 行驶状态差异很大。执行f t p 一次需要 约2 4 分钟，持续时间太长，为了希望能够缩短行程工况时间，但又能不失冷启 动对于污染物排放评估工作影响的重要性。因此确定了一个在4 0 0 秒以内的基 本循环，当车辆达正常运行温度，再进行第二次的循环，以避免每循环一次造 成对冷启动污染排放量的过大偏差，故将总时间应介于8 0 0 至1 0 0 0 秒的之间。 为了达成上述的目标，k u h l e r 和k a r s t e n s 利用十个参数为评估准则，筛选 f t p 部分短行程，使其十个参数值与调查资料较为相近，且对平均速度、加、 减速度给予权重，而其他参数则可享有较大的偏差，最后组成4 4 5 秒，行驶里 程为3 6 7 公里的修正型f t p 行驶工况。在实验室进行车辆污染物排放测试时， 必须做二次循环，分别将污染物收集于二个集气袋中，修正型f t p 行驶工况包 括了冷启动与热启动，故为避免产生高估车辆污染排放情形，在计算污染排放 量时包括了冷启动与热启动的权值( 权值为l ：2 1 。 ( 2 ) 澳洲悉尼行驶工况 1 9 7 9 年k e n t 等人利用星期一至星期五早上6 ：3 0 9 ：3 0 时间内，运用跟 车方法对悉尼的行驶工况进行资料调查。这三个小时被认为是空气受到车辆废 气排放而遭污染最为严重的时段，并依据悉尼地区交通调查单位针对悉尼市交 通与污染较为严重的地区，选定十二条测试路线进行行驶工况的调查。资料在 搜集后随即用速度力口速度相对频率从事交通特性分析。其搜集的资料包括了不 同行驶工况( 怠速、加速、匀速、减速) ，接着将行驶工况样本划分为短行程， 利用统计分析方法，将这些短行程加以选取组合，最后获得了一个符合悉尼特 性的行驶工况。它包含了8 个短行程，通常在两个怠速之间为一个短行程。悉 尼行驶工况历时1 0 分3 7 秒，至于8 个短行程在顺序的安排上并不认为是最重 要，因为此行驶工况准备利用热车启动测试。其行驶工况平均速度是3 3 6 k m h ， 总行驶距离为5 9 4 公里，其行驶工况如图2 - 4 所示。 图2 4 澳洲悉尼行驶工况 ( 3 ) 东京行驶工况 1 9 8 0 年y o s h i z u m i 等人将东京市区内道路分为主要道路、次要道路、高速 9 公路与辅助道路，于不同道路类型中选定1 7 条道路，依照高峰与非高峰( 包括 夜间) 时段，以实验车在选定的道路上往返四趟，进行行驶工况样本调查。所采 用的参数为行驶速度，平均加、减速度，怠速、加速、减速及匀速所占时间百 分比，上述四种行驶状态每公里所占时间以及匀速状态下的平均速度。由于在 各类型道路的交通量差异很大，因此作者利用交通调查所得各类型道路的行车 公里数，作为行驶工况调查样本各项参数的权重。y o s h i z u m i 等人首先将调查 到的行驶工况样本，划分为约2 0 分钟的较短行程区间，为了要降低划分方式对 最后结果的影响，以5 分钟为间隔，将调查行程资料划分为许多重叠且时间约 为2 0 分钟的较短行程区间，共得到7 6 0 个市区较短行程区间与1 6 0 个高速公路 较短行程区间。分别计算上述行程资料各个参数值，而在计算市区道路行驶工 况样本参数值前，将市区样本按照1 0 个不同速度区间划分1 0 个群体样本，再 分别计算1 0 个群体样本的各项参数，得到1 0 组市区道路样本与l 组高速公路 样本参数值后，分别由市区与高速公路的较短行程区间中选取与样本中参数值 最接近者，作为代表的行驶工况。 ( 4 ) 印度4 m o d e 行驶工况 l9 8 3 年g a n d h i 等人在印度德里与新德里二个城市中，选定商业区、高密 度低速车流、高速公路与住宅区等不同道路，并假设一天的中拥塞车流量与非 拥塞车流量相等地，于早上9 ：o o 1 0 ：0 0 下午5 ：0 0 - 6 ：0 0 利用实验车调查 选定道路的拥塞车流量的行驶工况样本，并在高峰时段的反向调查非拥塞车流 量的行驶工况样本。调查中记录每秒车速与车辆油耗情况，并将所调查车辆油 耗为车辆行驶速度行程长度的函数，而建立车辆油耗模式。接着计算所调查行 驶工况样本的平均行程长度，平均油耗量，怠速、加速、减速及匀速所占时间 百分比，故将平均行程长度与平均油耗带入油耗模式中，算出行驶速度，再以 平均行程长度除以行驶速度来决定欲建立的行驶工况长度。根据四种行驶状态 所占时间百分比结果，决定四种行驶状态长度后，以固定的加、减速度组合成 4 m o d e 的