浅析机动车排放因子的模型预测法

蒋文明

(广东技术师范学院天河学院)

1 概述

机动车污染物排放因子的测试方法主要有：台架测试法和道路车载测试法。台架测试法可以测得机动车的单车排放因子，车载测试法可以获取机动车在实际道路上的实时排放数据，但是，这两种测试方法均局限于单车的排放污染物，不能够体现出某区域、某车型和某个时间段的机动车排放水平，即机动车车队的综合排放因子。台架测试法没有反映出机动车实际行驶工况与标准工况的差异以及环境参数等外部因素对排放因子的影响，车载测试法虽然考虑了各种参数对排放因子的影响，但是测试所需的设备价格昂贵，测量对象单一，缺少对不同车型的代表性。机动车排放模型预测法是通过综合台架测试法和车载测试法的测试数据，并对单车排放数据进行长期统计的基础上开发的，该方法很好的弥补了台架测试法和车载测试法的不足，模型预测法不但可以计算某区域机动车的综合排放因子、排放因子清单及分担率、排放总量，而且还可以用来预测未来某区域机动车的排放水平。

2 排放因子的模型预测

2.1 MOVES 模型预测

MOVES(Motor Vehicle Emission Simulator)模型是美国环保局从2001年开始研发的新一代综合移动源排放模型，该模型具有良好的人机交互界面，相比其他预测模型，操作更加简单、方便。MOVES模型的计算界面如图1所示，应用该模型预测机动车排放因子时，首先，在图1所示计算界面右侧的11个控制选项中，按照从上往下的顺序依次选取确定计算所需要的相关参数然后把排放率与不同车型机动车的行驶特征一一对应，由于每一次排放测试中基础排放率对应的排放源和工况是不相同的，再加上车况、外部环境、油品与I/M制度的影响，因此，需运用排放源部分与工况部分计算加权排放率;最后，MOVES模型就会按照确定的预测时间、车辆类型与油品等计算出排放量。

图1 MOVES模型的计算界面

2.2 IVE 模型预测

IVE(International Vehicle Emission)模型由加州大学环境研究与技术工程中心和全球可持续发展系统研究组织以及全球可持续发展研究中心共同合作开发，最新版本为IVE Model 2.0.2，该模型支持英语、汉语与俄语等五种语言。IVE模型也具有良好的人机交互界面，计算界面如图2所示，主要由4个操作界面组成，分别为计算界面、工况界面、车队界面和基础排放因子校正界面。在IVE模型所提供的4个界面中，后3个界面分别用来建立车况信息文件、车队信息文件和基础排放因子校正信息文件，建立了这3个文件之后，就可以在计算界面中调用不同的文件对车队的综合排放因子进行计算。在工况界面中，输入当地的环境参数和比功率单元信息，并在燃油品质、I/M制度以及基本校正系数下拉框中选择相应的计算参数;在车队界面中，输入当地车辆的技术类别信息;为了使测算结果能够真实地反映机动车的实际排放情况，IVE模型还在基础排放因子校正界面中提供了输入当地基础排放率修正因子的窗口。

图2 IVE模型的计算界面

2.3 CMEM 模型预测

CMEM(Comprehensive Modal Emission Model)模型是由美国加州大学河边分校环境研究和技术工程中心学院、密歇根大学及劳伦斯·贝克利国家实验室从1995年8月起，经过4年时间合作开发的综合模式排放模型，随后的几年又进行了改进和增加了重型车辆的排放研究，该模型能够计算出不同车型在不同行驶工况下每秒的污染物排放量与油耗值。

应用CMEM模型计算机动车的排放因子可以分四步进行：(1)根据机动车的总质量和技术状况进行车型分类，分类时要特别注意区分不同的车型分类标准与模型中分类标准的统一。(2)收集该模型计算所需的参数信息，该模型所需的输入参数分为物理参数和行驶参数两类，共19个参数。物理参数包括发动机排量、车辆质量、气缸数、发动机速率与最大车速比、转矩、最大转矩时发动机的转速、机动车最大功率、最大功率时发动机的转速、发动机怠速转速等。行驶参数包括：车速、加速度、道路等级与空调使用频率等。(3)计算。模型中有2个供选择的可执行程序：cmemCore.exe和cmemBatch.exe，后者只适用于轻型机动车。应用该模型预测机动车排放因子时，只需运行相应的可执行程序，在输入文件中输入已整理好参数即可。(4)验证分析。为了验证该模型是否具有良好的模拟效果，可以用模拟结果与实际道路上车载测试的机动车污染物排放数据进行对比。

2.4 MOBILE 模型预测

MOBILE模型是美国环保局1978年开发的计算机动车平均排放的法规程序模型。该模型的最新版本为MOBILE6.2，充分反映了新的排放标准、政策法规、测试方法与汽车技术的应用，可以模拟汽油、柴油、天然气和零排放汽车等不同燃料的汽车1970～2040年间的排放因子。利用MOBILE模型计算机动车排放因子主要分为三个步骤：(1)根据模型的车型分类标准划分车型，获取各车型的单车排放因子和计算所需的各项参数，单车排放因子可以通过实验室台架测试或简易瞬态工况测试获得，需收集的参数主要包括：环境参数、车队特征、里程分布、活动强度、油品特征、国家政策等;(2)通过分析找出在不同道路行驶条件下，对不同车型综合排放因子影响较大的参数，在该模型中输入该类参数，从而获得修正后的综合排放因子，这一步关键在于理解好每个参数所代表的含义及其对计算结果影响的大小;(3)通过模型的计算值与实际的测试值进行验证分析，这一步关键要注意计算结果的时效性，即预测时间段的选择。

2.5 EMFAC 模型预测

EMFAC模型是由美国加州空气资源局开发的独立于MOBILE模型的机动车排放模型。该模型是宏观的基于台架测试和平均车速的排放模型，其使用基础校正因子和其他参数来计算车队的综合排放因子，因此，计算之前与其他模型一样，要按照模型规定的车型分类标准对机动车进行分类，然后再设置好以下参数：计算年份、年型或车型分类、夏季或冬季清单、车速范围、温度范围、I/M制度、需要输出的文件类型，最后运行该模型。EMFAC以机动车标准检测工况数据为基础，如果运用该模型与MOBILE模型综合就能测算出机动车的排放清单，还能够衡量新机动车的排放标准、燃料品质与I/M制度的效果，测算结果以表格形式的汇总数据文件输出，此方法还可以用来计算在用机动车对国家总污染物排放清单的分担率和预测未来趋势。

2.6 COPERT 模型预测

COPERT模型源于欧洲委员会开展的机动车排放因子研究，应用该模型预测机动车排放因子时，首先确定：车型、平均车速、车龄分布、行驶里程分布、燃料参数以及环境参数，相关参数的确定方法与MOBILE模型相似，主要注意不同的车型分类标准;其次，利用COPERT模型进行排放因子预测还需要确定车队组成，城市、乡村道路以及高速公路的平均速度以及这三种道路上的行车里程百分比，当进行分等级道路排放因子预测时，基于COPERT模型对道路交通属性的类似考虑，可根据MOBILE模型参数确定方法;最后，在COPERT模型中输入以上参数运行后，可以获得机动车的排放因子。

3 结语

尽管模型预测法在我国机动车排放污染物的检测中发挥了巨大的作用，但是模型预测所需要的大量参数是以国外的实际情况为基础的，因此，在利用这些模型对我国的机动车进行排放因子测算时，必须对相应的参数进行本土化处理，利用修正后的模型测算机动车综合排放因子，否则，在计算过程中就会导致机动车的污染物排放量与实际值产生较大的误差，同时也期待中国化的机动车排放因子预测模型早日问世。

：

［1］郝吉明，傅立新，贺克斌，等.城市机动车排放污染控制［M］.北京：中国环境科学出版社，2000.

［2］马因韬，刘启汉，等.机动车排放模型的应用及其适用性比较［J］.北京大学学报(自然科学版)，2008，2(44)：308-316.

［3］Estevez-Booth A，Muneer A，Kubie T，eta1.A review of vehicular emission models and driving cycles.Mechanical Engineering Science，2002，216：777-797.

［4］Koupal J，Michaels H，Cumberworth M，eta1.EPA’s Plan for MOVES：A Comprehensive Mobile Source Emissions Model.U.S .EPA.2010.

［5］U.S.Environmental Protection Agency.User’s Guide to MOBILE6.1 and MOBILE6.2：Mobile Source Emission Factor Model［S］.Washington，DC：USEPA，2002：9-18.

［6］谢绍东.宋翔宇.申新华.应用COPERTⅢ模型计算中国机动车排放因子［J］.环境科学，2006，3(27)：415-419.