一种远程监控重型车的实际道路排放计算方法与流程

1.本发明属于环境监测技术领域，尤其涉及一种远程监控重型车的实际道路排放计算方法。


背景技术：

2.为了更好地对重型车排放进行管控，生态环境部等11部委联合提出要“推进重型柴油车远程在线监控系统建设”。重型车远程监控系统经过多年的发展，各项功能已逐渐完善，车辆联网数量也逐步增加。如何利用远程平台接收的排放大数据建立监控模型，核查计算联网车辆的排放情况，实现对车辆排放水平的有效监控，目前没有相关方法的提出或发明。重型车国六法规新增了基于整车的排放测试方法，将整车实际道路排放(pems试验)纳入对重型车排放的监管中。通过对车辆载荷、行驶工况比例分配等影响车辆排放的因素进行规定，使得整车实际道路行驶测量方法测试循环更接近车辆实际运行工况。但是，国六法规采用功基窗口法计算重型车实际道路排放结果，而功基窗口法要求有效窗口的窗口平均功率大于10％，导致大量发动机低功率、高nox比排放数据被剔除，严重低估重型车实际道路尤其城市工况下nox排放水平。并且在重型车实际使用过程中，车辆的实际运行工况相对于pems测试循环更为复杂和多种多样，同一车型的车辆实际运行工况也可能存在巨大差异。因此，功基窗口法不能很好的监控低负荷工况的排放，对于部分试验结果如果有效窗口比例较低，会牺牲较大比例的测试数据；同时应用于以单一车辆为对象的重型车排放远程监控，同时面临联网车辆实际运行工况不满足行驶工况分配比例要求，单次运行时间不满足最短试验时间要求等缺陷。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种远程监控重型车的实际道路排放计算方法，基于远程平台接收的排放大数据，建立核查计算联网车辆排放情况的远程监控模型，可以实现适用于车辆实际使用工况且兼顾怠速及低负荷工况的排放监控，实现对车辆排放水平的有效监控，满足生态环境主管部门对重型车排放远程监管的要求，提高监管效率。
4.本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种远程监控重型车的实际道路排放计算方法，基于三区移动平均窗口法，采用300s固定时长建立三区移动平均窗口模型，根据每个窗口二氧化碳的排放量计算对应的负荷比，并根据负荷比将逐秒移动的窗口划分为怠速区、低负荷区和中高负荷区，计算三区的排放值，核查三区的排放是否超过限值，具体步骤如下：
5.步骤1)输入远程监控平台数据：以远程监控平台每辆车的日监控数据作为输入，若数据量不够则逐日向前递补；
6.步骤2)数据清洗：对远程监控数据进行筛选和剔除；
7.步骤3)移动窗口负荷比计算：对有效数据划分移动窗口，各移动窗口的负荷比计
算，根据公式
[0008][0009]
式中：l为该窗口的负荷比，为该车型依据gb17691-2018附录l的co2测试结果，单位为g
·
(kw
·
h)-1；pmax为该车发动机的额定功率，单位为kw；twin为移动窗口的时长，推荐为300s；为采样时间间隔，1s；为车辆的瞬时co2排放量，单位为g
·
s-1；
[0010]
步骤4)三区划分：根据步骤3)计算的窗口负荷比l和将每个移动窗口划分成怠速区、低负荷区和中高负荷区不同类型；
[0011]
步骤5)确认每个区的累计窗口数量大于等于要求的最小窗口数n
min
＝2400，否则返回步骤1)，增补前一日数据：
[0012]
步骤6)计算三区的排放值：对于低负荷区和中高负荷区排放值的计算，根据公式
[0013][0014]
式中，ea,b为该区的比排放，单位为g
·
(kw
·
h)-1；a为排放物，可以为hc、co、nox和pm；b为区的类型，可以为低负荷区或中高负荷区；为该区的窗口数量；为排放物的瞬时排放量，单位为g
·
s-1；
[0015]
对于怠速区排放流量的计算，按照公式
[0016][0017]
式中，ea,idle为怠速区的排放流量，单位为g
·
h-1；
[0018]
步骤7)核查三区的排放是否超过限值：根据监管需求制定排放限值，若存在超过排放限值的区，则记为当日排放超标；
[0019]
步骤8)计算排放超标日百分比：统计一段时间该车的超标日占比是否大于x％，如果该车的超标日占比大于x％，则认定该车为超排车辆，输出车辆排放超标，否则返回步骤1)计算下一日排放情况。0＜x＜100，可根据实际监管需要进行选择。
[0020]
进一步地，步骤2)所述对远程监控数据进行筛选和剔除原则为：
[0021]
(1)车辆行驶海拔小于2500m，即大气压力近似大于74kpa；
[0022]
(2)发动机处于非停机状态，即发动机转速大于500r/min；
[0023]
(3)发动机处于热机状态，即冷却液温大于70℃；
[0024]
(4)车辆nox传感器能够正常传输有效的nox浓度值。
[0025]
进一步地，步骤3)所述移动窗口的负荷比计算，对于柴油车的计算公式为：
[0026]
式中，为发动机燃料流量，单位为l
·
h-1，为远程监控上传数据项；为柴油密度，单
位为g
·
l-1。
[0027]
进一步地，步骤4)所述三区划分：其中，l≤6％的窗口划分为怠速区，6《l≤20％的窗口划分为低负荷区，l》20％的窗口划分为中高负荷区。
[0028]
有益效果：本发明可解决远程平台接收到联网车辆排放数据后，现有计算方法核查车辆实际行驶排放水平有较大局限性的现状，可以实现充分利用联网车辆排放数据，兼顾怠速及低负荷工况的排放数据，对车辆载荷及数据连续性无硬性要求，不区分车辆类型，简化监测程序，监测方法适应性强，应用范围广。
附图说明
[0029]
图1是三区移动平均窗口模型图；
[0030]
图2是无效及有效数据分布示例图；
[0031]
图3是移动窗口分区图。
具体实施方式
[0032]
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
[0033]
在本发明的各实施例中，为了便于描述而非限制本发明，本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下方"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
[0034]
详见附图1，本实施例提供了一种远程监控重型车的实际道路排放计算方法，基于三区移动平均窗口法，采用300s固定时长建立三区移动平均窗口模型，根据每个窗口二氧化碳的排放量计算对应的负荷比，并根据负荷比将逐秒移动的窗口划分为怠速区、低负荷区和中高负荷区，计算三区的排放值，核查三区的排放是否超过限值，具体步骤如下：
[0035]
步骤1)输入远程监控平台数据：以远程监控平台每辆车的日监控数据作为输入，若数据量不够则逐日向前递补；
[0036]
步骤2)数据清洗：对远程监控数据进行筛选和剔除；
[0037]
步骤3)移动窗口负荷比计算：对有效数据划分移动窗口，各移动窗口的负荷比计算，根据公式
[0038][0039]
式中：l为该窗口的负荷比，为该车型依据gb17691-2018附录l的co2测试结果，单
位为g
·
(kw
·
h)-1；pmax为该车发动机的额定功率，单位为kw；twin为移动窗口的时长，推荐为300s；为采样时间间隔，1s；为车辆的瞬时co2排放量，单位为g
·
s-1；
[0040]
步骤4)三区划分：根据步骤3)计算的窗口负荷比l和将每个移动窗口划分成怠速区、低负荷区和中高负荷区不同类型；其中，l≤6％的窗口划分为怠速区，6《l≤20％的窗口划分为低负荷区，l》20％的窗口划分为中高负荷区。
[0041]
步骤5)确认每个区的累计窗口数量大于等于要求的最小窗口数n
min
＝2400，否则返回步骤1)，增补前一日数据：
[0042]
步骤6)计算三区的排放值：对于低负荷区和中高负荷区排放值的计算，根据公式
[0043][0044]
式中，ea,b为该区的比排放，单位为g
·
(kw
·
h)-1；a为排放物，可以为hc、co、nox和pm；b为区的类型，可以为低负荷区或中高负荷区；为该区的窗口数量；为排放物的瞬时排放量，单位为g
·
s-1；
[0045]
对于怠速区排放流量的计算，按照公式
[0046][0047]
式中，ea,idle为怠速区的排放流量，单位为g
·
h-1；
[0048]
步骤7)核查三区的排放是否超过限值：根据监管需求制定排放限值，若存在超过排放限值的区，则记为当日排放超标；
[0049]
步骤8)计算排放超标日百分比：统计一段时间该车的超标日占比是否大于x％，如果该车的超标日占比大于x％，则认定该车为超排车辆，输出车辆排放超标，否则返回步骤1)计算下一日排放情况。0＜x＜100，可根据实际监管需要进行选择。
[0050]
本实施例的优选方案是，步骤2)所述对远程监控数据进行筛选和剔除原则为：
[0051]
(1)车辆行驶海拔小于2500m，即大气压力近似大于74kpa；
[0052]
(2)发动机处于非停机状态，即发动机转速大于500r/min；
[0053]
(3)发动机处于热机状态，即冷却液温大于70℃；
[0054]
(4)车辆nox传感器能够正常传输有效的nox浓度值。
[0055]
本实施例的优选方案是，步骤3)所述移动窗口的负荷比计算，对于柴油车的计算公式为：
[0056]
式中，为发动机燃料流量，单位为l
·
h-1，为远程监控上传数据项；为柴油密度，单位为g
·
l-1。
[0057]
实施例
[0058]
针对目前的远程监控要求的排放污染物一般指nox，选取最大总质量为4495kg、发动机排量为2.289l的一台n2类货车，以nox为例实施如下步骤可得到理想效果。
[0059]
步骤1，输入远程平台数据：以远程监控平台每辆车的日监控数据作为输入，若数据量不够则逐日向前递补。
[0060]
步骤2，数据清洗：对远程监控数据进行筛选和剔除，有效数据的筛选原则如下：
[0061]
(1)车辆行驶海拔小于2500m，即大气压力近似大于74kpa；
[0062]
(2)发动机处于非停机状态，即发动机转速大于500r/min；
[0063]
(3)发动机处于热机状态，即冷却液温大于70℃；
[0064]
(4)车辆nox传感器能够正常传输有效的nox浓度值。
[0065]
以该货车的2400s实际运行数据为例，图2给出了有效数据和无效数据的分布情况。可以看出，在车辆运行一段时间后，发动机冷却液温度有可能低于70℃，车辆未完全热机，将此时的数据予以剔除。当水温升高至70℃以上之后，nox传感器仍需要一段时间才开始传输有效数据，此时无效的nox数据也需要进行剔除。对于数据清洗之后的有效数据，已不满足n2类非城市车辆的行使工况分配比例，但仍然可以依照该方法进行三区划分。
[0066]
步骤3，移动窗口负荷比计算：对有效数据划分移动窗口，计算各移动窗口的负荷比。
[0067]
步骤4，三区划分：根据步骤3计算的窗口负荷比l和三区划分方法将每个移动窗口划分成不同的类型。
[0068]
以该货车的3600s有效数据为例，图3所示为的车速和计算负荷比随时间的变化情况。负荷比曲线上每一点代表的为该点之后300s移动窗口的负荷比计算结果，如图中方框区域所示。可以看出，负荷比曲线变化与车速曲线有一定相关性。当车速较高时，车辆发动机负荷较高，负荷比升高，移动窗口进入中高负荷区。当车速降低后，发动机负荷降低，负荷比也随之降低，当负荷比小于20％后移动窗口进入低负荷区。而当车辆有较长时间的停止时，发动机处于怠速工况，负荷比继续下降，当负荷比小于6％后移动窗口进入怠速区。实现了所有有效数据点的分区并可以参加排放计算。
[0069]
步骤5，确认每个区的累计窗口数量大于等于要求的最小窗口数n
min
＝2400，否则返回步骤1，增补前一日数据。
[0070]
步骤6，分别计算三区的排放值，对于低负荷区和中高负荷区，计算比排放。对于怠速区，计算排放流量。
[0071]
步骤7，核查三区的排放是否超过限值，若存在超过排放限值的区，则记为当日排放超标。排放限值根据监管需求制定。
[0072]
选取2辆试验样车，采用接近实际运行的随机工况进行试验，每辆试验样车通过远程监控获取车辆的运行数据。采用了该方法对试验结果进行了分析，样车情况及结果如表所示。
[0073]
表1三区移动平均窗口法计算结果
[0074]
[0075]
可以看出，在不限制载荷且采用随机工况进行测试的情况下,两台车有效数据窗口划分均满足三区最小窗口数量的要求。其中，样车1在空载状态下行驶，怠速区窗口数量占比最高，达到了全部窗口数量的34.0％；样车2在接近满载状态下行驶，中高负荷区窗口数量占比最高，达到了全部窗口数量的44.6％。可以发现，车辆使用过程中，实际负荷受车辆载荷及行驶工况的影响较大，因此在实际监管过程中，要充分考虑不同负荷下尤其怠速及低负荷工况的排放值并纳入监管核算。
[0076]
步骤8，计算排放超标日百分比，统计一段时间该车的超标日占比是否大于x％。如果该车的超标日占比大于x％，则认定该车为超排车辆，输出车辆排放超标，否则返回步骤1计算下一日排放情况。0＜x＜100，可根据实际监管需要进行选择。
[0077]
上述参照实施例对一种远程监控重型车的实际道路排放计算方法的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。