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原文传递信号交叉口燃油和电动车辆混行能耗及排放模型研究

论文题名：	信号交叉口燃油和电动车辆混行能耗及排放模型研究
关键词：	信号交叉口;燃油特性;电动车辆;混行能耗;排放特征
摘要：	目前移动源污染已成为我国大中城市空气污染的主要来源，并且信号交叉口作为城市路网的主要交通瓶颈，车辆会产生较多的能耗及排放，而电动汽车在行驶过程中可实现“零排放”。因此，量化研究信号交叉口燃油-电动车辆混行交通流的能耗及排放，对于缓解能耗消耗、减少尾气排放、早日实现碳中和具有重要意义。　　通过雷视数据提取信号交叉口车辆运行工况，利用加权KNN算法将车辆通过信号交叉口的方式分为四类，对各类通过方式的速度、加速度、机动车比功率（VehicleSpecificPower，VSP）等参数进行计算分析。结合VSP理论、力平衡原理，分别建立信号交叉口处燃油车辆、电动汽车的能耗及排放模型，并将二者融合为燃油-电动车辆混行交通流的车辆能耗及排放模型，并以苏源大道-清水亭西路交叉口为例进行实例分析。为弥补实际采集数据对不同交通情形覆盖的不足，利用实测数据对VISSIM相关参数进行校核，以获取贴近车辆实际运行状态的多种交通情形下仿真车辆运行数据。结合VISSIM仿真数据和混行能耗及排放模型，评估不同混行比例不同交通情形下信号交叉口车辆的节能减排效果。主要研究成果如下：　　(1)对各类交通信息感知设备进行对比，选择雷视复合检测器为传感设备获取信号交叉口车辆运行数据。通过阈值法进行数据清洗，进一步获得加速度、VSP等重要参数。以“先分类、后回归”的思想，利用加权KNN算法将车辆通过信号交通的方式分为加速通过、减速通过、停车通过、正常通过四类，对不同通过方式下的车速进行回归分析，包括正态拟合、Gamma拟合、Logistic拟合、Weibull拟合，以箱线图分析速度集中趋势与离散程度，对加速度、VSP的分布特性进行分析解释。　　(2)基于VSP理论建立燃油车辆油耗及排放模型，对停车通过的车辆速度时间数据进行拟合，得到车辆在减速阶段、加速阶段的VSP变化曲线。基于过渡函数理论控制延误模型，推导出车辆累积怠速时间，建立燃油车辆的增量能耗及排放模型。基于力平衡原理建立电动汽车能耗模型，结合耗电排放因子建立电动汽车排放模型。计算电动汽车减速阶段制动产生的能量，以及加速阶段、匀速阶段、怠速阶段各部件消耗的能量，进而得到电动汽车增量能耗及排放模型。融合燃油车辆和电动车辆的能耗及排放模型，建立信号交叉口混行条件下车均能耗及排放模型，并以苏源大道-清水亭西路交叉口为例进行实例分析。结果表明，该信号交叉口燃油车辆、电动汽车的车均碳排放分别为124.8969、34.2542g，车均能耗价值分别为0.3593、0.0268元，各进口道车均增量能耗分别约为总能耗的56.98%~64.99%、47.57%~51.86%。　　(3)通过VISSIM7.0交通仿真软件建立仿真信号交叉口，利用addbx（期望车辆安全距离的附加部分）和multbx（期望车辆安全距离的倍数部分）参数对饱和流率进行校核，默认饱和流率校核约为1600pcu/h。基于实测车头时距等参数对车辆的加速度曲线以及其他驾驶行为参数进行校核，如前/后视距离、平均停车间距、走神、观测的车辆数等参数，将校核前后仿真模型中直行车辆的累积车头时距与实际值进行对比。结果表明，校核前后平均误差分别为36.98%、2.68%，校核后仿真车辆的运行情况更加接近实际。　　(4)基于VISSIM仿真获取的不同交通情形下车辆运行参数，结合信号交叉口车辆能耗及排放模型，对不同交通情形下的车辆能耗及排放进行计算，分析不同混行比例不同信号周期、绿信比、车辆到达率等交通参数对车均能耗、排放的影响，为评估未来电动汽车发展在信号交叉口处对能源和环境的影响提供理论依据。结果表明，电动汽车在不同交通情景中通过相同信号交叉口消耗的能源价值、产生的碳排放约为燃油车辆的7.62%~7.89%、25.86%~28.46%，提高电动汽车比例带来的节能减排效果优于配时优化。
作者：	朱永璇
专业：	交通运输工程
导师：	郭唐仪;何流
授予学位：	硕士
授予学位单位：	南京理工大学
学位年度：	2021