高原山区道路坡度对机动车比功率和气态排放物的影响

为研究高原环境下道路坡度对车辆比功率(vehicle specific power, VSP)、NOx和CO_(2)的影响,利用车载排放测试系统对轻型柴油车进行实际道路试验。试验结果表明:忽略坡度对VSP的数值大小造成差异,引起VSP分布趋势变化。在坡度10%范围内,考虑坡度与忽略坡度的VSP差值和坡度具有较强相关性。当道路坡度绝对值小于1时,可以忽略坡度计算VSP值。忽略坡度的VSP对划Bin区间造成聚集,扰乱了Bin区间与排放相关性;忽略坡度Bin区间排放值更接近于平均排放值。考虑坡度计算的VSP值与NOx、CO_(2)排放速率有较好的相关性。

高原环境下机动车排放颗粒物微观特性分析

为研究高原环境机动车排放颗粒物微观特性,该研究在昆明地区进行试验收集缸内直喷(GDI)汽油机、进气道喷射(PFI)汽油机和柴油机排放颗粒物。通过Matlab软件对透射电子显微镜获得的颗粒图像进行处理,结合图像算法对颗粒团聚体分形维数和初级粒子纳米结构参数进行分析。研究结果表明:高原环境下机动车源排放颗粒物团聚体都呈现出外观不规则且具有分形特征的簇状或链状结构,初级颗粒表面粗糙且近似为球形颗粒;其中PFI汽油机颗粒物分形维数大于GDI汽油机和柴油机颗粒物;GDI汽油机和PFI汽油机颗粒碳晶长度略小于柴油机颗粒物,碳晶曲率大于柴油机颗粒物,而PFI汽油机颗粒物碳晶间距最大。

昆明市高速公路机动车温室气体排放清单及时空性分布特征

为研究昆明市高速公路机动车的CO、CO_(2)、N_(2)O、CH_(4)温室气体排放清单,使用2021年昆明市高速公路客车交通流量数据、机动车GPS信息数据获得了高速公路网上的车型构成、车流量等基础数据,应用本土化修正后MOVES模型计算了昆明市高速公路的机动车CO、CO_(2)、N_(2)O、CH_(4)排放因子。基于实际交通流量数据、温室气体排放因子和昆明市高速公路实际道路信息,构建了昆明市高速公路机动车温室气体排放清单,并对其排放特征以及空间分布特征进行分析。结果表明:昆明市2021年高速公路机动车CO、CO_(2)、N_(2)O和CH_(4)的排放量分别为20337.1、2575677.1、33.8和72.9 t,总计CO_(2)当量为2626212.5 t。按排放标准划分,国Ⅳ排放标准的机动车是4种温室气体排放的主要贡献车型;按车辆类型划分,小型客车是CO、CO_(2)、N_(2)O排放的主要贡献车型,大型客车是CH_(4)排放的主要贡献车型;按燃料类型划分,汽油车是CO、CO_(2)、N_(2)O的主要贡献车型,柴油车是CH_(4)排放的主要贡献车型。昆明市高速公路机动车温室气体排放时间分布特征为排放强度与不同时间段的交通流量呈正相关,在24 h内呈现双高峰变化;空间分布特征为排放强度与路网密度和区域交通流量密切相关,路网密度较高和交通流量较高的区域排放强度较高。

高原环境山区道路农用拖拉机掺烧生物柴油污染物排放因子类型量化研究

分析农用拖拉机在高原环境山区道路下行驶时掺烧大豆油B10(10%大豆油生物柴油+90%柴油)、B30(30%大豆油生物柴油+70%柴油)、地沟油W10(10%地沟油生物柴油+90%柴油)与柴油排放污染物的情况。结果表明:有效燃油消耗率(BSFC)随发动机转速升高而降低,而生物柴油油比例的提高会导致BSFC增加。此外,通过发动机功率、燃油消耗量、行驶速度及行驶时间4个方面,对农用拖拉机排放的CO、NO_(x)、CO_(2)及HC的排放因子进行了表征。在CO排放方面,与大豆油B10相比,大豆油B30的生物柴油油比例增加,基于发动机功率的排放因子下降了6.18%。大豆油B10、B30和地沟油W10基于发动机功率的排放因子与柴油相比分别降低了23.66%、24.13%和26.85%。在NO_(x)排放方面,掺烧大豆油B10与地沟油W10时,基于发动机功率的地沟油W10的排放因子比大豆油B10高6.24%;在CO_(2)排放方面,基于燃油消耗量的排放因子显示,大豆油B10、B30和地沟油W10均高于柴油,这表明掺烧生物柴油可促进更充分的燃烧,从而增加CO_(2)排放。在HC排放方面,基于发动机功率的生物柴油HC排放因子值均高于柴油,且基于发动机功率的HC排放因子是《非道路移动源大气污染物排放清单编制技术指南》推荐值1.52倍。随着生物柴油油比例的增加,基于燃油消耗量的HC排放因子也相应增加。

基于组合模型的高原环境GDI汽油车排放预测

为预测高原环境下缸内直喷(Gasoline Direct Injection, GDI)汽油车CO和PN的瞬时排放量,开发并评估了一套基于深度学习的排放预测模型。利用便携式车载排放测试系统对一辆GDI汽油车进行实际道路排放测试;加入奇异谱分析对原始时间序列进行处理,剔除时间序列中的异常值;利用XGBoost模型对GDI汽油车的CO和PN的瞬时排放进行初步预测,并利用SVR模型进行残差修正得到最终的预测结果。将预测结果与实际道路排放试验中使用PEMS设备测量的实际值进行比较,结果表明,XGBoost-SVR排放预测模型能较好地预测GDI汽油车瞬时CO和PN的排放,相比单一的XGBoost模型,RMSE分别提高了22.9%和39.7%,决定系数R2均大于0.9,支持预测结果的可靠性。该模型对监测高原环境下GDI汽油车实际道路排放具有一定的工程意义。

坡度对机动车气态排放物的影响

利用车载排放测试系统对轻型柴油车进行实际道路实验,研究瞬态条件下的不同坡度对车辆气态排放物的影响。结果表明随坡度增加CO_(2)、NO_(x)的排放速率均增加,在坡度3度时上升剧烈;高车速时CO_(2)排放速率显著增加,NO_(x)排放速率增加较缓慢。在-5坡度到4度时CO_(2)排放速率与坡度成线性关系。在海拔4000米时NO_(x)排放速率显著增长。

曲靖市中大型农用拖拉机排放清单与空间分布研究

为了解中国高原地区农用拖拉机排放状况,加强大气污染物的管控,利用车载排放测试系统(PEMS)对曲靖市中大型农用拖拉机实际工况下的尾气排放情况进行了测试,建立了2021年曲靖市中大型农用拖拉机大气污染物及温室气体排放清单。结果显示,2021年曲靖市中大型农用拖拉机氮氧化物(NO_(x))、CO、CO_(2)、碳氢化合物(HC)排放量分别是3657.165、797.601、175566.573、115.911 t。空间分布结果显示,曲靖市高排放区域主要是农业发达、耕地宽广、农民收入水平相对较高的陆良县、马龙区和宣威市;而城镇化程度较高的主城区麒麟区和地区经济状况较差的会泽县排放水平较低。为尽可能降低排放清单的不确定性,后续工作应针对不同车龄的大型农用拖拉机进行调研和测试,建立本地化排放因子数据库,为曲靖市和其他高原地区空气质量模拟预测与污染治理决策提供数据基础和科学支撑。

农用拖拉机燃用生物柴油排放特性研究

农业机械已日益成为中国大气污染的重要来源,其排放问题需要更深入的研究。为探究在高海拔条件下农用拖拉机燃用不同比例生物柴油对实际作业条件下的CO(carbon monoxide)、HC(hydrocarbon)、NOX(nitrogen oxides)和PN(particulate number)排放特性的影响,该研究对比分析了一台国III排放标准的农用拖拉机在海拔2 200 m下掺烧B10(10%体积大豆甲酯生物柴油+90%体积柴油)、B20、B30与柴油(B0)在旋耕时(发动机转速处于1 500~1 700 r/min,发动机功率在20~30 kW)的相关污染物排放的情况。分别使用OBD(on board diagnostics)和PEMS(portable emission measurement system)进行拖拉机工况和污染物的数据采集。试验结果表明:生物柴油的使用会略微降低燃油的经济性,增加有效燃油消耗率(brake specific fuel consumption, BSFC),B10、B20和B30相较于B0的BSFC分别增加了2.31%、2.71%和2.04%。该研究基于发动机功率方面来表征农用拖拉机CO、HC、NOX和PN的排放因子。生物柴油有助于降低农用拖拉机的CO、HC和PN排放因子,B10、B20和B30相较于B0基于发动机功率的CO排放因子分别下降了10.15%、12.73%和32.10%;相较于B0基于功率的HC排放因子分别降低了13.22%、26.45%和30.58%;相较于B0基于功率的PN排放因子分别降低了8.22%、10.91%和14.17%。随着生物柴油比例的增加,CO、HC和PN排放因子降低幅度增大。生物柴油会略微增加农用拖拉机的NOX排放,随着生物柴油比例的增加,NOX排放因子也相应增加,B10、B20和B30相较于B0基于发动机功率的NOX排放因子分别增加了1.60%、2.78%和4.20%。该研究中所有测试燃料基于功率的NOX排放因子较《指南》推荐值高3倍多,可见《指南》推荐值对高原环境下的NOX排放因子不适用,高原环境会影响拖拉机在实际作业过程中的污染物排放。为减少高海拔条件下农用拖拉机在实际作业过程中的污染物排放,考虑到燃油的经济性和生物柴油对NOX排放的影响,将小比例掺混生物柴油作为农用拖拉机替代燃料来使用,不仅可以减少CO、HC和PN的排放,还可以减少化石燃料的使用。研究结果可为高海拔环境下农用拖拉机燃用生物柴油的实际污染物排放控制优化提供参考,可以补充在高海拔地区农业机械的排放数据库,以辅助环境污染研究和政策制定。

基于正交试验设计的载体结构对柴油机颗粒捕集器工作特性的影响研究

为降低柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)的压降并提高捕集效率,建立了DPF压降与捕集效率的数学模型,基于试验设计和多项式逼近算法,系统地研究了载体配比(x1)、壁厚(x2)及载体孔密度对DPF性能的影响。结果表明:载体配比和壁厚对压降与捕集效率影响效果显著,当载体配比和壁厚分别处于(1.40,1.53)和(0.249,0.267)mm区间时,DPF压降处于较低水平,而捕集效率相对较高,在载体配比为1.52、壁厚为0.264 mm时,压降达到最小值为4.2 kPa,捕集效率为90.28%。通过多项式逼近算法得到了压降模型和捕集效率模型的显示表达式:压降模型Y=51.19+3.815x_(1)-8.726x_(2)+3.794x_(1)^(2)-1.735x_(1)x_(2)+0.524x_(2)^(2);捕集效率模型Y=0.383+0.105x_(1)+0.085x_(2)+0.032x_(1)^(2)-0.016x_(1)x_(2)-0.0032x_(2)^(2)。DPF压降和捕集效率模型具有良好的预测精度和拟合度,压降和捕集效率的均方根误差分别为0.0110、0.0002,压降和捕集效率拟合优度分别为0.9996、0.9985。

不同海拔下国Ⅵ重型柴油车实际道路NO_(x)排放特性

为了解不同海拔下国Ⅵ重型柴油车的NO_(x)排放特性,利用便携式排放测试系统(PEMS)在4个不同海拔城市(襄阳、昆明、丽江和香格里拉)对国Ⅵ重型柴油车进行实际道路排放测试。结果表明:随着海拔高度的升高,NO_(x)排放呈现增加趋势,高海拔下的平均NO_(x)排放速率是平原的4.65~20.58倍,NO_(x)综合排放因子是平原的2.80~13.75倍;不同载荷条件下香格里拉的NO_(x)综合排放因子是襄阳、昆明和丽江的1.27~13.75倍;市区路的NO_(x)排放因子是市郊路和高速路的1.05~6.49倍,且香格里拉市区路的排放因子超过400 mg/km;在Bin 11~Bin 14和Bin 21~Bin 28区间,随着机动车比功率(VSP)的升高,NO_(x)排放速率表现出先增大后减小的趋势;不同海拔下车辆从市区路到市郊路、市郊路到高速路行驶时,NO_(x)瞬时排放速率出现峰值;NO_(x)高排放区域集中在高转速、高扭矩区间;海拔与平均NO_(x)排放因子的决定系数为0.86,表现出较强的正相关关系。

轻型车燃用汽油/天然气的高原道路排放特征

为研究高原条件下轻型车燃用汽油、天然气时的道路行驶排放特征,参考国六排放法规,在1075、1400、1910 m海拔地区驾驶汽油/天然气双燃料汽车,分别燃用汽油、天然气进行道路排放测试,使用机动车比功率(VSP)分区的方法处理排放数据。结果表明:NO_(x)、CO、CO_(2)排放因子随着海拔降低而下降。NO_(x)排放与排气温度在大部分试验中呈较好的线性相关关系,燃用汽油时的排气温度在高VSP区间升高迅速,使NO_(x)排放高于燃用天然气时的排放。在高海拔条件下,使用天然气作为汽车燃料能够减少NO_(x)排放。各海拔试验中,燃用天然气时的CO、CO_(2)排放因子分别较燃用汽油时平均降低了77.18%、22.32%。海拔越高,燃用天然气的CO_(2)减排效果越明显。

基于Transformer改进的Faster RCNN在复杂环境下的车辆检测

在监控视角中目标车辆较小、遮挡较为严重,导致检测精度低。通过探讨卷积神经网络和Transformer模型的互相借鉴和联系,并结合损失函数等常规改进,提出了新的Faster RCNN模型。通过借鉴Transformer模型的思想,对原有的特征提取网络进行了改进,将原block比例3∶4∶6∶3改为3∶3∶27∶3、卷积核由3×3改为7×7,增大其感受野,能够更好捕捉图像中的全局特征,使用DW卷积来减少参数量并略微提高性能,使用Channel shuffle解决通道间信息不交流的问题。将原先交并比IoU改为CIoU,与改进后的特征提取网络结合,进一步提高小目标和遮挡目标的检测效果。在UA-DETRAC数据集上,改进后的模型在mAP@0.5:0.95方面比原算法提高了20.20%,并在大、中、小目标下分别提高了15.8%、23%和45.8%,相较于其他模型,如YO⁃LOv7、YOLOv5和Cascade RCNN,mAP@0.5:0.95分别提高了3.3%、5%和6.69%。

基于二次规划的智能网联汽车路径规划算法

针对结构化道路下自动驾驶车辆实时路径规划存在路径不稳定、曲率不连续、运算时间长等问题,提出一种基于二次的路径规划算法。从全局离散的导航路径中截取一段做平滑处理,构建Frenet坐标系;在离散的SL空间中用动态规划对车道内的障碍物做绕行决策,从而开辟可行驶区域;利用二次规划从可行驶区域中构建以安全性和舒适性评价指标为核心的代价函数,评价规划路径成本,选择能够最小化代价的最优路径。通过MATLAB/Simulink搭建算法框架,仿真实验结果表明,该算法在结构化道路的静态避障环境中规划出的路径平稳、曲率更小、运行时间快,相比较传统的Apollo算法更平稳可靠。

柴油机燃用生物柴油排放颗粒物的微观特征研究现状及展望

柴油车辆排放的废气污染物是空气污染的重要组成部分。近年来,柴油机颗粒物排放法规不断严格,而生物柴油因其对环境友好、可广泛获得和可再生性受到了极大关注,对缓解柴油发动机的能源危机和污染物排放也具有重要意义。柴油机使用生物柴油燃料改变了燃烧过程,从而影响颗粒物的理化性质,最后影响颗粒物的氧化反应活性。本文综述了生物柴油对碳烟颗粒形态、纳米结构和氧化反应性的影响。在此基础上,讨论了颗粒物微观特性与颗粒氧化反应性之间的关系。最后,总结了本文的研究结果,并对今后的研究工作提出了展望。

基于节点分类的区域货流分布预测方法

为了更加精确地预测区域货流分布并准确描绘区域经济之间的联系与互动,提出了基于聚类算法与改进重力模型相结合的区域货流分布预测方法。首先,通过Pearson相关性检验对货运影响因素进行分析,针对不同区域之间的异质性和相似性,采用K-means++算法进行节点聚类,对起讫点(origin-destination,OD)进行精细化研究;其次,引入货运影响因素、社会联系强度以及由距离成本和时间成本构建的阻抗函数作为参数,对传统重力模型进行改进,灵活地适应不同地区的交通特征,使得模型更具通用性和适应性;最后,以云南省为例,利用构建的改进重力模型进行货流分布预测,并与传统重力模型预测结果进行比较。结果表明:改进重力模型预测精度比传统重力模型提升了57.75%,稳定性提升了54.66%。该方法预测精度明显提升,为区域货流预测提供了更为可靠的方法。

高速公路货车出行行为研究

为制定符合实际情况的高速公路货车差异化收费标准,前期对研究区域高速公路网内货车驾驶员出行行为的研究十分重要,本文在差异化收费场景下,构建货车驾驶员群体细分的潜在类别模型,基于昆明市286份高速公路货车出行行为问卷调查数据,对不同聚类数目模型拟合优度进行比较,最终选取货物类型、付费方式、选择重视因素和情境选择行为4个因素作为外显变量,对其进行潜在类别划分,并对比分析了各类货车驾驶员的出行选择偏好。研究表明:货车驾驶员群体可划分为保守型、变通型和无奈型3类,且货物类型和运输成本对驾驶员的类别划分有显著影响;当运输成本提高时,灵活型出行选择会更加看重通行费用的高低,而忠诚型则注重高速公路良好的行车体验;无奈型迫于货物的运输时间要求,提高收费场景下的行为特征差异较小。因此,针对不同类型货车驾驶员群体应制定差异化的收费定价策略,这有助于保持用户忠诚度和提高公路收费政策的有效性。

传动比对汽车实际行驶排放试验动力学特性与排放的影响

为研究传动比对轻型车CO_(2)、CO、PN、NO_(x)排放以及动力学参数的影响,选择4辆7挡干式双离合变速器轻型车作为试验车辆在相同道路上进行实际行驶排放(real driving emission,RDE)试验,依据传动比对数据进行划分.结果表明:(1)随着传动比、相对正加速度(relative positive acceleration,RPA)的升高,CO_(2)、CO、NO_(x)排放因子以及未装汽油机颗粒捕集器(gasoline particulate filter,GPF)车辆的PN排放因子均呈增加趋势.其中,CO_(2)、CO、PN(未装GPF)的排放因子与传动比的相关系数平均值分别为0.963、0.933、0.949,与RPA的相关系数平均值分别为0.971、0.955、0.975,均呈显著正线性相关;NO_(x)排放因子与传动比、RPA的相关系数平均值分别为0.567、0.543,相关性均较弱.(2)以传动比作为变量的轻型车排放因子分析方法表明,随着传动比的升高,单位里程中发动机的工作循环与排放次数均增加,CO_(2)与污染物排放因子呈增加趋势,这解释了CO_(2)、CO、PN(未装GPF)、NO_(x)的排放因子均与传动比呈正线性相关的原因.(3)RPA与传动比的相关系数平均值为0.953,二者呈显著正线性相关.v·a_(pos)_[95](车速与大于0.1 m/s^(2)正加速度乘积的第95个百分位)与传动比的相关系数平均值为-0.487,呈负线性相关,且相关性较弱.增加低速挡使用时间,RPA呈升高趋势,v·a_(pos)_[95]呈降低趋势,可远离行程无效判定界限,从而提高RDE试验动力学检验通过几率.研究显示,传动比、RPA与CO_(2)、CO、PN(未装GPF)的排放因子均呈显著相关,借助调节传动比对碳和污染物排放进行控制,为减少汽车实际行驶排放提供了新的途径.

基于模型的城市公交车辆NO_(x)排放研究进展

公交优先的理念及公交专用道等设施的发展对NO_(x)等污染物的减排有重要意义,基于车辆、道路、交通等因素的仿真模型成为研究公交车辆污染排放的最有效工具。以城市公交车辆NO_(x)排放为研究对象,围绕公交车辆、公交专用道、公交站台3个方面对当前研究领域应用的主要排放模型进行了整理,得出当前仿真模型的发展要求需要适合本地区特点的微观模型和多种模型及算法的组合,使仿真过程和结果精准化;大量模型研究为揭示公交车辆单车排放特性提供了重要依据,耦合多要素的模型研究是当前仿真分析的主要方向;公交专用道的设置有利于改善公交车辆的工况并减少排放,相关模型的研究可进一步优化排放效益;扩散模型和微观模型等大量用于站台、道路等的优化设计,确保接送乘客的效率提高并减少NO_(x)污染。

基于混合算法的纯电动车整车质量及道路坡度估计

针对纯电动车行驶中整车质量与道路坡度的参数估计问题,根据整车质量具有稳变性及道路坡度具有时变性的特点,在车辆纵向动力学的基础上,提出了一种基于混合算法的整车质量及道路坡度估计方法,并将该方法应用于纯电动汽车起步阶段。使用对稳变量具有较好估计效能的遗忘因子递归最小二乘法进行了整车质量的估计,并将输出的质量结果作为坡度估计的输入参数之一。使用自适应卡尔曼滤波进行道路坡度估计,通过引入带有遗忘因子的噪声估计器,降低了外界噪声统计特性无法归纳的噪声影响,进而提高坡度估计精度。选取平地与微斜坡路段进行电动车起步试验,根据车辆起步过程速度低的特点,忽略空气阻力。使用全球导航卫星系统(GNSS)终端和车辆控制器局域网(CAN)总线采集所需数据,进行离线计算。结果表明:选择一段变坡度道路验证算法的有效性,该路段整车质量估计结果最终收敛至真实值10 kg以内,坡度估计结果具有较小误差;混合算法可以较为准确地估计整车质量和不断变化的道路坡度;二次起步试验质量估计结果具有相同的收敛趋势且质量误差小于2%,虽然坡度估计误差略有增大,但误差仍低于0.6%,表明混合算法在纯电动汽车起步过程中具有较高的估计精度。

空化作用及气泡行为轨迹观测研究进展

随着对空化现象的不断探索,已经有较多研究结果表明空化作用对摩擦副的减摩抗磨性能有促进作用,但由于空化现象的复杂性及难以直接观测,目前对其机理尚未取得共性结论,仍须进行深入研究.通过概述近年来对空化现象所做的相关研究,归纳气泡在溃灭过程中对壁面的空蚀损伤机理等,引出三种适用于基体表面的热门减摩方法,包括表面微织构、表面涂层和添加颗粒物.重点综述三种方法在不同结构、材料、形状、尺寸、分布方式等下对空化气泡行为轨迹的影响,以及在与其他效应相耦合下空化效应所起到的减摩效果,对相关研究进行整体归纳,并指出其中存在的问题和不足.最后提出搭建一个自动化试验装置,用于观测模拟水利机械装置工作过程中液体介质接触表面所产生的空化气泡溃灭的过程,填补该过程中气泡行为轨迹观测的欠缺,为表面空化减摩的研究奠定基础.