考虑快速路几何线形的路段机动车能耗和排放特征研究

摘要

随着我国经济的快速发展和人均收入的提高，城市机动车保有量快速增长，城市道路尾气污染防治和机动车节能减排问题已成为我国目前面临的重要课题。机动车能耗和尾气排放受到车辆自身行驶工况，道路线形以及交通环境等因素的影响。其中，快速路平曲线路段会对机动车能耗和排放产生直接影响，分析平曲线半径等道路线形参数对机动车行驶速度和油耗排放的影响规律对减少城市交通能耗、构建绿色交通城市具有重要意义。
　　本文依托于国家自然科学基金“低碳导向型城市交通系统优化与管理”，研究城市快速路空间几何线形对机动车能耗和排放的影响。选取合肥市4条典型平曲线路段为研究对象，探讨平曲线半径对机动车燃油消耗和排放的影响规律。
　　首先，研究车辆在平曲线路段行驶过程中的车速变化规律，分析了机动车百公里油耗与平曲线半径的关系，并提出了平曲线路段的燃油消耗预测方法。本文通过视频测速法采集了合肥市平曲线路段断面车速及交通状态数据，同时运用试验车法采集了瞬时油耗和车速。基于试验采集数据，分析了断面平均速度与平曲线半径的关系，并建立了以道路线形参数、交通参数为变量的车速预测模型和车速标准差拟合关系。采用随机数理论构建平曲线路段空间随机车速。在Carism仿真平台上建立了试验样车的整车动力学仿真模型，将断面车速预测值和空间随机车速分别作为油耗仿真的输入，仿真所得油耗与相同道路环境下试验样车的百公里油耗进行对比分析。结果表明:两者误差在8％以内，验证了油耗评价方法的可行性。
　　其次，研究平曲线半径对机动车排放的影响。选取了COPERTIV模型，通过收集模型本地化参数信息计算合肥市机动车污染物排放因子。分析了行驶速度与平曲线半径对排放因子的影响，并且拟合了不同污染物排放因子与速度的函数关系。基于平曲线路段断面车速模型，建立了合肥市平曲线路段轻型车污染物排放量预测模型，并进行实例计算。
　　本文研究成果可以为道路设计及道路交通能源消耗的评测提供参考依据，可以用于道路环境评价及设计方案甄选过程中评价道路能耗的指标。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 田内外油耗模型研究现状

1．2．2 国内外排放模型研究现状

1．2．3 国内外道路线形能耗问题研究现状

1．2．4 现有研究存在的不足

1．3 主要研究内容与技术路线

1．4 本章小结

第二章 试验方案设计与数据采集处理

2．1 试验方法

2．1．1 断面交通参数采集方法

2．1．2 机动车油耗采集方法

2．2 试验时间与地点

2．3 试验仪器与设备

2．4 实测样本量的确定

2．5 试验过程

2．6 数据处理

2．6．1 断面车速数据处理

2．6．2 试验车逐秒油耗和车速数据处理

2．7 本章小结

第三章 道路平曲线半径对交通燃油消耗的影响分析

3．1 城市道路车速影响因素分析

3．1．1 平曲线半径对车速的影响

3．1．2 交通流密度对车速的影响

3．1．3 交通环境对车速的影响

3．2 断面车速特征参数预测模型

3．2．1 平曲线段车速影响因素分析

3．2．2 基于回归分析的曲线路段断面平均车速预测模型

3．2．3 基于BP神经网络的曲线路段断面平均车速模型

3．2．4 车速预测模型的比较

3．2．5 平曲线段断面车速分布特征

3．2．6 断面车速标准差回归分析

3．3 空间随机车速的建立

3．3．1 平曲线路段纵向加速度模型

3．3．2 平曲线路段空间随机车速

3．4 基于Carism的汽车百公里燃油消耗量仿真实验

3．5 平曲线路段机动车油耗仿真验证

3．6 本章总结

第四章 快速路平曲线半径对交通排放的影响分析

4．1 COPERT模型介绍

4．2 COPERT模型本地化参数的收集

4．2．1 燃油参数

4．2．2 车辆类型划分

4．2．3 平均行驶速度

4．2．4 机动车保有量

4．2．5 其他参数

4．3 排放因子计算

4．3．1 行驶速度对排放因子的影响

4．3．2 平曲线路段对排放因子的影响

4．3．3 不同平曲线半径对排放因子的影响

4．3．4 合肥市快速路平曲线路段轻型车污染物排放量预测模型

4．3．5 实例计算

4．4 本章小结

第五章 本文总结与工作展望

5．1 本文总结

5．2 主要创新点

5．3 未来研究与展望

参考文献

攻读学位期间的学术活动及成果清单