營運(yùn)貨車道路運(yùn)行油耗及碳排放因子研究*

彭美春 李嘉如 胡紅斐

（廣東工業(yè)大學(xué)）

營運(yùn)貨車道路運(yùn)行油耗及碳排放因子研究*

彭美春 李嘉如 胡紅斐

（廣東工業(yè)大學(xué)）

針對營運(yùn)貨車實(shí)際道路運(yùn)行油耗及碳排放因子進(jìn)行了測算，以不同載質(zhì)量的125輛營運(yùn)貨車為試驗(yàn)車輛，采用車載測試方法采集了連續(xù)6個(gè)月車輛運(yùn)行油耗、里程等數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)據(jù)甄別篩選、正態(tài)分布檢驗(yàn)、均值求解、誤差分析、質(zhì)量控制分析等方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理統(tǒng)計(jì)分析，測算出各類營運(yùn)貨車百公里油耗均值與偏差，并基于碳平衡方法計(jì)算出各類貨車的碳排放因子均值。測算結(jié)果可用于對營運(yùn)貨車道路運(yùn)行油耗和碳排放水平進(jìn)行評價(jià)，及對碳排放總量進(jìn)行估算。

1 前言

根據(jù)聯(lián)合國國際能源署的統(tǒng)計(jì)，汽車在行駛過程中排放的CO2約占全球CO2總排放量的20%，是CO2排放的主要來源[1，2]。我國道路物流業(yè)較為發(fā)達(dá)，道路營運(yùn)貨車碳排放是大氣中碳排放重要組成部分，因此測算道路營運(yùn)貨車碳排放值對于科學(xué)評估車輛的碳排放水平、制定排放控制措施非常必要。

為減低營運(yùn)貨車運(yùn)行的碳排放量，本文基于廣東省綠色貨車技術(shù)首期示范項(xiàng)目，通過車載測試方法采集營運(yùn)貨車道路實(shí)際運(yùn)行油耗、里程等數(shù)據(jù),對比應(yīng)用綠色貨車示范技術(shù)前、后車輛油耗變化，以評價(jià)綠色貨車示范技術(shù)節(jié)能減排效果。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)車輛

參與廣東省綠色貨車首期技術(shù)示范項(xiàng)目的145輛營運(yùn)貨車按額定載質(zhì)量分為小型、中型、大型、重型及牽引車等5類，涵蓋了市內(nèi)配送、省內(nèi)中短途運(yùn)輸、跨省長途運(yùn)輸?shù)鹊湫瓦\(yùn)輸類型，包括11種載貨車品牌。其中20輛大型車由于車載油耗測量誤差較大而不納入研究，所以共有125輛車參與試驗(yàn)，試驗(yàn)車信息見表1。

表1 試驗(yàn)車信息

2.2 運(yùn)行數(shù)據(jù)檢測與采集方法

采用車載數(shù)據(jù)采集裝置自動檢測試驗(yàn)車輛的運(yùn)行油耗、里程等參數(shù)。試驗(yàn)車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)檢測與采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

2.2.1 檢測方法

車載燃油檢測技術(shù)分為CAN總線測量與油浮子式測量2種。CAN式測量技術(shù)通過車輛上CAN總線接口讀取發(fā)動機(jī)每循環(huán)噴油量，實(shí)時(shí)累計(jì)噴油量，計(jì)算燃油消耗量。油浮子測試方法需要在燃油箱中安裝較高精度的電容式傳感器油浮子，當(dāng)油箱中液面高度變化導(dǎo)致油浮子上、下運(yùn)動時(shí)將引起電容的變化（電容量大小與燃油箱中剩余油量關(guān)系經(jīng)過標(biāo)定），通過測量電路將電容變化轉(zhuǎn)化為電壓、電流、頻率等電信號輸出[3]。以上2種檢測技術(shù)中，CAN式測量技術(shù)精度高，而對于無法讀取CAN數(shù)據(jù)的車輛可采用油浮子式油耗檢測方式。試驗(yàn)車輛運(yùn)行里程通過車載里程傳感器檢測。

2.2.2 數(shù)據(jù)采集與上傳

車載數(shù)據(jù)采集設(shè)備檢測到的油耗與里程等數(shù)據(jù)通過車載GPS裝置實(shí)時(shí)上傳到所建立的測試車輛監(jiān)測平臺，采樣頻率為1～60 Hz。

3 道路運(yùn)行工況

營運(yùn)貨車道路運(yùn)行工況包括加速、減速、勻速、怠速等4類。由于試驗(yàn)車輛測試數(shù)據(jù)采樣頻率大多為10～30 Hz，無法準(zhǔn)確分辨出加速、勻速與減速3類工況，所以以怠速工況運(yùn)行時(shí)間在車輛總運(yùn)行時(shí)間中的占比（簡稱怠速工況占比）和平均車速2個(gè)指標(biāo)來分析車輛運(yùn)行工況特性。

3.1 怠速工況占比

將車速為0視為怠速工況，統(tǒng)計(jì)得出各類營運(yùn)貨車的怠速工況占比見表2。測試樣本中，由于中、小型載貨車主要從事珠三角城市內(nèi)配送與短途運(yùn)輸，交通較為堵塞，車輛怠速工況占比較大，達(dá)到23%～38%。重型營運(yùn)載貨車與牽引車分別從事省內(nèi)長途與省際干線長途運(yùn)輸，怠速工況占比較小，為7%～12%。大型車主要從事珠三角城市間中長途運(yùn)輸，怠速工況占比比重型車和牽引車大，但小于中、小型載貨車。

表2 各類營運(yùn)貨車怠速工況占比 %

3.2 平均車速

基于采集的各營運(yùn)貨車的總運(yùn)行時(shí)間與行駛里程等數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)得出各營運(yùn)貨車的平均速度見表3。由表3可知，中、小型貨車平均車速較低，小于30 km/h；牽引車平均車速最高，接近50 km/h；重型載貨車平均車速次之，大型載貨車再次之。以上車型的平均車速與運(yùn)輸類型相吻合。

表3 各類營運(yùn)貨車平均車速 km/h

4 油耗值研究

采集了125輛試驗(yàn)車連續(xù)運(yùn)行6個(gè)月的油耗、里程等數(shù)據(jù)。由于車載燃油測試設(shè)備測量穩(wěn)定性不高，測試數(shù)據(jù)在傳輸過程中存在數(shù)據(jù)丟失等現(xiàn)象，導(dǎo)致采集的車載測試油耗數(shù)據(jù)樣本存在一些異常與偏差。為此采用數(shù)據(jù)甄別篩選、正態(tài)分布檢驗(yàn)、均值求解、偏差分析等方法對采集的測試數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行處理，求出各類營運(yùn)貨車百公里油耗有效值范圍與均值。

4.1 異常數(shù)值甄別篩選

對采集的營運(yùn)貨車油耗數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出各類營運(yùn)貨車百公里油耗初步篩選范圍見表4，按照該范圍將樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行初步篩選。

表4 各類營運(yùn)貨車百公里油耗初步篩選范圍 L/100 km

以1輛車運(yùn)行1個(gè)月的平均油耗作為統(tǒng)計(jì)基本單位，得出經(jīng)過初步篩選后平均油耗樣本數(shù)見表5。經(jīng)初步篩選后的樣本數(shù)約占總采集樣本數(shù)的60%。

表5 初步篩選后的測試數(shù)據(jù)樣本數(shù)

4.2 正態(tài)分布檢驗(yàn)

假設(shè)百公里油耗數(shù)據(jù)樣本呈正態(tài)分布，采用SPSS軟件進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)分析。以小型貨車6個(gè)月的月平均百公里油耗數(shù)據(jù)樣本為例，其樣本數(shù)N=215＞30，屬于大樣本，可以應(yīng)用正態(tài)分布進(jìn)行檢驗(yàn)。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS軟件中，進(jìn)行柯爾莫哥—斯米諾夫(K—S)正態(tài)分布檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見表6。由表6可知，該小型貨車的顯著性概率P值為0.089，取95%的置信區(qū)間，即顯著性水平α為0.05。由于顯著性概率P大于顯著性水平α，因此認(rèn)為百公里油耗樣本總體分布與正態(tài)分布無顯著差異[4]。

表6 百公里油耗K—S正態(tài)分布檢驗(yàn)結(jié)果（小型貨車）

采用同樣方法進(jìn)行中型車、大型車、重型車與牽引車百公里油耗樣本數(shù)據(jù)正態(tài)分布檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見表7。由表7可知，檢驗(yàn)結(jié)果均符合正態(tài)分布，小型車、中型車、大型車、重型車與牽引車的油耗均值依次增大，與營運(yùn)貨車的額定載質(zhì)量、運(yùn)輸類型、平均車速等情況相符。

表7 各類營運(yùn)貨車百公里油耗均值與正態(tài)分布檢驗(yàn)結(jié)果

小型車百公里油耗正態(tài)分布見圖2，其它車型正態(tài)分布圖略。

4.3 百公里油耗均值

百公里油耗正態(tài)分布的均值就是車輛百公里油耗的均值，統(tǒng)計(jì)得出的各類車型百公里油耗均值參見表6。

4.4 百公里油耗偏差

前述已驗(yàn)證了車載測試統(tǒng)計(jì)所得的百公里油耗服從正態(tài)分布，其均值可近似看作百公里油耗真值。本文再運(yùn)用質(zhì)量控制分析方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算，以求出各營運(yùn)貨車的油耗偏差范圍。

以重型車為例，將車輛百公里油耗數(shù)據(jù)按月分為6個(gè)子組，繪制出百公里油耗月平均值上、下限控制圖，見圖3。

然后按式（4）～式（6）求出子組標(biāo)準(zhǔn)差與油耗控制上、下限，即重型車百公里油耗月均值上、下限。

式中，μ為車輛百公里油耗均值；σi為每個(gè)子組的標(biāo)準(zhǔn)差；σˉ為子組標(biāo)準(zhǔn)差的平均值；A3是控制圖因子，是子組數(shù)量的函數(shù)，隨子組數(shù)量的增大而減少，根據(jù)控制因子選用表，當(dāng)子組數(shù)為6時(shí)，A3取1.29；UCLμ為子組均值控制上限；LCLμ為子組均值控制下限[5]。

同理計(jì)算出其它類型貨車的百公里油耗月均值上、下限，也稱為百公里油耗有效值范圍，見表8。

表8 各營運(yùn)貨車百公里油耗有效值范圍 L/100 km

5 油耗樣本有效率計(jì)算

統(tǒng)計(jì)營運(yùn)貨車百公里油耗均值位于表8中上、下限范圍內(nèi)的樣本數(shù)量，該數(shù)量與總樣本數(shù)量的百分比稱之為測試數(shù)據(jù)樣本的有效率，見表9。

表9 測試數(shù)據(jù)樣本有效率 %

由表9可知，所有營運(yùn)貨車79%以上的油耗檢測數(shù)據(jù)在油耗有效值范圍內(nèi)，說明統(tǒng)計(jì)得出的油耗值范圍可信。

6 CO2e排放因子

以CO2當(dāng)量（CO2e）代表碳排放水平。根據(jù)測算得出的各營運(yùn)貨車百公里油耗均值，基于碳平衡原理計(jì)算各營運(yùn)貨車的CO2e排放因子，計(jì)算式[6]為：

式中，SG為柴油密度，取SG=0.848 kg/L；CWFF為柴油中碳質(zhì)量的百分比，CWFF=0.866。

求出的各營運(yùn)貨車CO2e排放因子均值見表10。

表10 各營運(yùn)貨車CO2e排放因子均值 g/km

7 結(jié)束語

a.通過CAN總線、油浮子技術(shù)等進(jìn)行營運(yùn)車輛運(yùn)行油耗等數(shù)據(jù)測試，獲得125輛涵蓋小型、中型、大型、重型及牽引車等營運(yùn)貨車連續(xù)6個(gè)月運(yùn)行的油耗、里程等數(shù)據(jù)。

b.對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)甄別、篩選，去除異常值，并通過數(shù)據(jù)正態(tài)分布檢驗(yàn)求解出均值，運(yùn)用質(zhì)量控制分析方法得出各類營運(yùn)貨車的百公里油耗范圍。

c. 基于測算得出的油耗均值，以CO2當(dāng)量CO2e代表碳排放水平，利用碳平衡法測算出各類營運(yùn)貨車的CO2e排放因子均值。

d.測算得出各類營運(yùn)貨車的平均車速、百公里油耗范圍與碳排放因子均值，可為評價(jià)道路貨運(yùn)車輛油耗與碳排放水平提供依據(jù)，為估算碳排放總量提供參考。

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（責(zé)任編輯文 楫）

修改稿收到日期為2014年8月11日。

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（責(zé)任編輯簾 青）

修改稿收到日期為2015年3月1日。

Research on Fuel Consumption&Carbon Emission Factor of Road Freight Trucks

Peng Meichun,Li Jiaru,Hu Hongfei
（Guangdong University of Technology）

Fuel consumption and carbon emission factor of road freight trucks are measured.A total of 125 road freight trucks of different payload mass are chosen for test.The study collects the vehicle operating data including fuel consumption,driving mileage and so on for 6 months continuously by test device on vehicle,and test data are processed for statistic analysis with the methods of data screening,normal distribution test,solution of mean value,error analysis, quality control methods,etc,through which the mean value and deviation of fuel consumption of different freight trucks and average carbon emission factor based on carbon neutral principle for 5 kinds of freight vehicle.The measurement results can be used in evaluation of the fuel consumption and carbon emission of freight trucks as well as estimation of total carbon emission.

Freight truck,Fuel consumption,Carbon emission factor;Mean value

營運(yùn)貨車 油耗 碳排放因子 均值

U467.4+98

A

1000-3703（2015）04-0037-04

全球環(huán)境基金贈款“廣東省綠色貨運(yùn)示范項(xiàng)目”（編號TF099076-CN）資助。