学术报告

第一部分：研究作者、机构及发表期刊信息

本研究题为“Real-World Emission Factors for SUVs Using On-Board Emission Testing and Geo-Computation”，由 R. Smit, M. Awadallah, S. Bagheri 和 N.C. Surawski 完成。主要作者来自以下几所机构：Department of Environment and Science, Brisbane, QLD, Australia；Centre for Green Technology, School of Civil and Environmental Engineering, University of Technology Sydney， Australia；以及 Transport Energy/Emission Research, Brisbane, QLD, Australia。本研究发表于Transportation Research Part D (volume 107, 2022)期刊，并于2022年5月10日在线发表。

第二部分：研究背景与目的

本研究围绕汽车尾气排放与环境污染的领域展开，重点研究运动型多用途车（SUVs）在实际驾驶条件下的真实世界排放因子。研究动机主要有以下几点：机动车尾气排放对人类健康和环境的显著影响，以及由此引发的经济成本问题。已有大量研究表明，靠近繁忙公路的居民容易受到多种健康问题威胁，包括哮喘、呼吸道症状、心血管疾病以及癌症。

虽然测量机动车排放的方法包括实验室测试、道路旁空气质量监测以及追踪车辆测试等，但近年来便携式排放测试系统（PEMS, Portable Emissions Measurement System）的广泛使用，使得研究车辆真实驾驶条件下的排放成为可能。本研究旨在弥补澳大利亚这方面的数据空白，通过PEMS和地理计算方法，研究澳大利亚SUV的排放因子，进而评估其在不同驾驶条件下的排放行为，并为政策评估提供支持。

目标包括：测量多种驾驶模式下的SUV真实尾气排放因子，分析与燃油质量及排放法规合规性的关系，提出对现有排放因子算法(COPERT Australia模型)的改进建议。

第三部分：研究工作流程

样本选择与车辆信息

研究选取了5辆SUV作为研究样本，考虑了澳大利亚市场上的主要车型及销量数据。样本选择基于各品牌车型相关的“5年市场销售量”和“车辆NEDC（新欧洲驾驶循环）CO2排放量”。在采样的车辆中，包含3辆汽油SUV（Mazda CX-5, Nissan X-Trail, Toyota Kluger）和2辆柴油SUV（Isuzu MU-X, Toyota Prado）。

所选五辆测试车辆均为自动挡、4WD驱动，使用符合欧5排放标准的型号。车辆的测试重量介于2045至2940千克之间，发动机排量从2.5L至3.5L不等。

测试设备与排放测量

研究使用了以下现代化设备进行测试： 1. PEMS设备（AVL 493和496）用于测量尾气中CO2, CO, NO, NO2, PN等多个污染物，数据采集频率为10 Hz。 2. GPS设备采集地理数据，道路坡度信息则来自高精度数字高程模型（DEM, Digital Elevation Model）。 3. 其他设备包括车载诊断接口（OBD II）、气象传感器和试验前的视频监测。

测试前对每辆车进行了标准处理，包括车轮校准、轮胎气压调整以及统一的燃料质量。此外，研究采用碳平衡法估算燃料消耗。

测试规划及路线设计

研究设计了多个测试场景，包括冷启动测试、热启动测试、延长怠速测试（10分钟以上）、以及匀速滑行测试。测试路线与实际驾驶条件一致，覆盖城市、乡村、高速共70公里路段，设计速度从0至100 km/h。其中，冷启动需要车辆在环境温度下静置超过12小时。

数据处理与计算模型

研究引入多种算法和计算方法，包括： 1. 使用”PdeltaP模型”计算行驶中发动机的瞬时功率。 2. 处理GPS轨迹和速度数据，通过滤波技术消除噪声。 3. 提出基于动作段(manouvre-based)的方法分析不同驾驶模式下的排放因子。 4. 通过后处理工具对时间序列数据对齐。

进一步，研究开发了滚降测试以估算车辆的滚动阻力和气动阻力，并提出逻辑回归用于未来COPERT更新。

第四部分：研究结果

冷启动与热启动排放因子

研究表明，SUV在冷启动条件下排放较高的污染物。汽油SUV显示出显著的CO、HC和PN排放值，而柴油SUV的NOx排放显著更高。例如，Toyota Prado在空气温度较低时的冷启动测试，其NOx排放比高温条件高出约2倍。

热启动的排放量总体显著低于冷启动，但依然表明柴油车的NOx排放具有显著增长潜力。

城市/乡村/高速驾驶条件

研究揭示了澳大利亚SUV在不同道路类型下的排放因子： - CO2排放：城市条件下为335 g/km，乡村条件162 g/km，高速条件128 g/km。 - NOx排放因子显示柴油SUV在城市条件下超出许可水平7倍以上。

COPERT模型与现有算法的比较

研究发现，当前COPERT Australia算法在预测NOx和NO2尤其是柴油SUV的排放时，存在显著低估的现象。相比之下，汽油SUV在CO和THC的预测中也存在一定偏差。

延长怠速排放

研究发现怠速阶段的温室气体排放（CO2）类似于相对恒定值，但部分空气污染物具备非线性时间依赖性，例如THC和NOx。

第五部分：研究结论

本研究是澳大利亚真实驾驶排放领域的重要补充，揭示了本地SUV在实际工况下的真实排放性能，为政策制定和减排措施提供了有价值的数据支持。关键结论包括： 1. 柴油SUV的NOx高排放证明了对现行政策调整的紧迫性。 2. 提出基于逻辑回归的算法改进，为未来修订COPERT模型提供依据。 3. 强调扩展基于PEMS的测试研究，以覆盖更多车辆和驾驶条件的重要性。

第六部分：研究亮点

1. 首次引入高精度DEM数据动态补充道路坡度，对排放因子计算提供了创新视角。
2. 动作段分析法提供了更加精准和灵活的排放因子估算。
3. 研究覆盖冷启动、热启动、怠速等多种工况，具有极高的综合参考价值。

本研究不仅在学术上填补了澳大利亚真实排放领域的重大空白，也为全球范围提供了极具借鉴性的实验方法和数据模型框架。