BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Thị Yến Liên

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƢNG PHÁT THẢI
CỦA XE BUÝT TẠI HÀ NỘI

Ngành:

Kỹ thuật môi trường

Mã số:

9520320

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Hà Nội – 2019
1


Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nghiêm Trung Dũng

Phản biện 1:

GS.TS. Hoàng Xuân Cơ


chu trình lái trong các nghiên cứu về đo đạc phát thải của phương tiện cơ giới đường bộ.
Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học công nghệ: Nghiên cứu ứng dụng KHCN, nâng cao
chất lượng hoạt động của ngành GTVT hướng tới sự hài lòng hơn của người dân và
doanh nghiệp. NXB Giao thông Vận tải.
4. Nghiem Trung Dung, Nguyen Thi Yen Lien, Nguyen Viet Thuy Linh, Vu Pham Huyen
(2016). Determination of Markov property of the real-world driving data and its
application in the development of the driving cycle. Proceedings International
Conference: Environmental engineering and management for sustainable development.
5. Nguyen Thi Yen Lien, Nghiem Trung Dung, Cao Minh Quy (2016). Impact of the
driving cycle on exhaust emissions of buses in Hanoi. Journal of Vietnamese
Environment, 8(4), 247-251. Technische Universitat Dresden, Germany.
6. Nguyễn Thị Yến Liên, Bùi Lê Hồng Minh, Cù Thị Thục Anh (2017). Ứng dụng phần
mềm IVE nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc trung bình tới hệ số phát thải của xe buýt hà
nội. Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải, 57, 25-30. Trường Đại học giao thông vận tải.
7. Nguyễn Thị Yến Liên, Nghiêm Trung Dũng (2017). Tổng quan về phương pháp xác định
hệ số phát thải các chất ô nhiễm không khí của phương tiện giao thông cơ giới đường bộ.
Khoa học và Công nghệ, 162(2), 219-223. Đại học Thái Nguyên.
8. Nghiem Trung Dung, Nguyen Thi Yen Lien, Tran Thu Trang (2017) Characterization of
Bus Emissions – A Case Study in Hanoi, Vietnam: Driving cycles, emission factors and
co-benefits. LAMBERT Academic Publishing.
9. Nguyen Thi Yen Lien, Nghiem Trung Dung (2017). The determination of driving
characteristics of Hanoi bus system and their impacts on the emission. Journal of Science
and Technology, 55(1), 74-83.

3


DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

10. Nguyen Thi Yen Lien, Nghiem Trung Dung (2018). Markov property analysis of the

chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC).Trong bối cảnh đó, việc nghiên cứu xây dựng cơ sở
dữ liệu về EF đặc trưng cho điều kiện Việt Nam là hết sức cần thiết. Mặc dù vậy, ở Việt
Nam, việc nghiên cứu xây dựng EF phù hợp với điều kiện của Việt Nam còn hạn chế, đặc
biệt đối với nguồn động. Xuất phát từ thực tế đó, đề tài “Nghiên cứu xác định đặc trưng
phát thải của xe buýt tại Hà Nội” được thực hiện nhằm góp phần vào việc nghiên cứu
phát thải các chất ô nhiễm không khí từ nguồn động, tạo cơ sở khoa học cho công tác
quản lý chất lượng không khí ở Việt Nam.
2. Mục đích nghiên cứu
-

Góp phần tạo cơ sở khoa học cho công tác quản lý tổng hợp chất lượng không khí
ở Việt Nam.

-

Góp phần lập dựng phương pháp xác định hệ số phát thải các chất ô nhiễm không
khí cho nguồn động bằng thực nghiệm, phản ánh đúng điều kiện thực tế của Việt
Nam.

-

Phát triển và bổ sung bộ hệ số phát thải các chất ô nhiễm không khí cho phương
tiện cơ giới đường bộ ở nước ta.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
1


-


được chu trình lái đặc trưng cho hệ thống xe buýt.
- Lần đầu tiên tại Việt Nam, việc xác định hệ số phát thải các chất ô nhiễm không
khí phản ánh điều kiện thực tế của hệ thống xe buýt đã được nghiên cứu xác
định bằng thực nghiệm dựa trên chu trình thử đặc trưng.
 Về kết quả cụ thể
 Lần đầu tiên, chu trình lái đặc trưng cho hệ thống xe buýt được xây dựng.
 Các chu trình thử đối với động cơ xe hạng nặng, bao gồm chu trình thử dạng
chuyển tiếp và chu trình thử tĩnh, đã được phát triển.
2


 Bộ hệ số phát thải các chất ô nhiễm không khí (CO, PM, NOx, HC, CO2) cho hệ
thống xe buýt tại Hà Nội, bao gồm cả 3 dạng hệ số phát thải (g/kWh, g/kg-nhiên
liệu, và g/km).
 Mô hình toán mô tả tương quan giữa tốc độ phát thải và công suất động cơ.
6. Cấu trúc của luận án
Luận án bao gồm 137 trang (không kể phục lục) với 34 bảng, 45 hình, 104 tài liệu
tham khảo. Bố cục của luận án như sau: mở đầu (05 trang), tổng quan (32 trang), phương
pháp nghiên cứu (33 trang), kết quả và thảo luận (53 trang), kết luận và kiến nghị (03
trang), danh mục các công trình đã công bố (02 trang), tài liệu tham khảo (09 trang).
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Ô nhiễm không khí từ hoạt động của các phƣơng tiện cơ giới đƣờng
bộ
1.1.1. Các dạng phát thải từ hoạt động của phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ
Phần lớn đối với các PTCGĐB hiện nay, năng lượng để chúng chuyển động được là
do đốt cháy nhiên liệu trong động cơ đốt trong. Do vậy, ô nhiễm từ PTCGĐB chủ yếu là
do các sản phẩm của quá trình đốt cháy nhiên liệu trong động cơ, gọi là khí xả (exhaust),
hoặc do nhiên liệu tự bay hơi. Ngoài ra, còn có sự phát thải bụi do quá trình ma sát, và
các dạng ô nhiễm khác như ô nhiễm nhiệt và tiếng ồn.
1.1.2. Tác động của các chất ô nhiễm không khí từ phƣơng tiện cơ giới

Hệ số phát thải thường được xây dựng dựa trên dữ liệu đo đạc thực nghiệm thu
được từ các dự án đo phát thải của phương tiện. Theo V.Franco và cộng sự (2013), thí
nghiệm trên băng thử động lực học là các kỹ thuật rất chặt chẽ mà có thể cho rằng đó là
nguồn cung cấp dữ liệu thực nghiệm chính để phát triển các mô hình EF cho PTCBĐB
trong những năm tới khi đã xây dựng được chu trình lái đặc trưng.
1.2.4. Tình hình nghiên cứu xây dựng bộ hệ số phát thải đặc trƣng
 Tại các nước phát triển
- Kỹ thuật và kinh nghiệm trong xây dựng EF ngày càng đạt trình độ cao.
 Tại châu Á
- Hầu hết các nước chưa có bộ EF riêng, đặc biệt trong lĩnh vực GTVT.
- Ở Việt Nam: rất mới, đang giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm với một số hướng
nghiên cứu như sau: sử dụng mô hình có sẵn để mô phỏng phát thải; sử dụng mô
hình tính ngược; đo phát thải dựa trên chu trình lái đặc trưng (mới chỉ nghiên cứu
trên xe máy và xe hạng nhẹ).
1.3. Chu trình lái và các phƣơng pháp xây dựng

4


Chu trình lái là bức tranh về mối liên hệ giữa vận tốc – thời gian của phương tiện
tham gia giao thông trong điều kiện nhất định.
1.3.1. Các phƣơng pháp xây dựng chu trình lái
Các phương pháp xây dựng chu trình lái phổ biến trước đây (gọi là các phương
pháp truyền thống) đều dựa trên việc tổng hợp nhiều phân đoạn nhỏ mà được biết đến
như là “snippet” hoặc “microtrip”. Cách tiếp cận này chưa tối ưu và không phản ánh
được bản chất ngẫu nhiên của dữ liệu. Do vậy, để khắc phục hạn chế của phương pháp
truyền thống, người ta đã đưa ra một phương pháp tiếp cận mới có khả năng phân tích
mạnh mẽ hơn trong xây dựng chu trình lái, xây dựng chu trình lái dựa trên lý thuyết quá
trình Markov, đây là một quá trình mang tính ngẫu nhiên. Xử lý dữ liệu lái như là một
quá trình ngẫu nhiên sẽ cũng cung cấp một cách nhìn khác về dữ liệu vận tốc và thời

liệu vận tốc và thời gian.
1.7. Thuật toán phân cụm phân cấp gộp
Trong nghiên cứ u này, tôi sử dụ ng phư ơ ng pháp phân cụm phân cấp
chọn các thông số đặc trưng của chu trình lái.
1.8. Quá trình Markov
Định nghĩa: Ta nói rằng dãy các đại lượng ngẫu nhiên (Xn) có tính Markov nếu:
P{X(t n 1 )  j |X(t 0 )  i 0 ,..., X(t n 1 )  i n 1 ,...., X(t n )  i}

(1.7)

 P{X(t n 1 )  j |X(t n )  i}

Với bất kỳ t0 < t1 < ….< tn < tn+1 < …và i0, …, in-i, i, j  E.
1.9. Giới thiệu chung về hệ thống xe buýt tại Hà Nội
Một số thông tin: Quãng đường đi chuyển trung bình trong một ngày của 1 xe: 152
km/ngày; tuổi trung bình của xe buýt Hà Nội hiện nay là 7,5 năm, Daewoo BC212 là một
trong số các chủng loại xe phổ biến.
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Quy trình thực hiện nghiên cứu
Các bước cần thực hiện để đạt được mục tiêu nghiên cứu như Hình 2.1.
2.2. Xác định loại chu trình lái
Với mục tiêu nghiên cứu của đề tài, loại chu trình lái hướng tới là chu trình lái
tương ứng với đường nội đô, cho loại xe buýt tại Hà Nội.

6


Hình 2.1. Quy trình thực hiện nghiên cứu
2.3. Lựa chọn tuyến
Trong nghiên cứu này, tôi tiến hành thu thập dữ liệu hoạt động liên tục của xe buýt

a res
v
n c  max  1
v res

(2.4)

7


Trong đó: nr là số hàng, nc là số cột, ares và vres lần lượt là độ phân giải của gia tốc,
vận tốc. Trong nghiên cứu lựa chọn: ares = 0,1m/s2, vres = 1 km/h.
Dữ liệu GPS đã qua xử lý

Trích xuất ma trận xác suất chuyển dịch trạng
thái (TPM)

Tổng hợp chu trình lái dựa trên lý thuyết chuỗi
Markov

Đánh giá sự phù hợp

Sai

Đúng
Chu trình lái đề cử

Hình 2.4. Quy trình tổng hợp chu trình lái sử dụng chuỗi Markov
2.6.2. Tổng hợp chu trình lái dựa trên lý thuyết chuỗi Markov
Quá trình tạo ra chu trình lái đặc trưng như Hình 2.6 trang 48 quyển thuyết minh


(2.5)


Trạng thái khởi tạo:
v = 0; a = 0

Xác định vị trí trong TPM từ trạng thái mới

Truy cập đến ma trận con chứa trong TPM tại vị trí đã
được xác định

Lựa chọn trạng thái kế tiếp một cách ngẫu nhiên

Sai

Cập nhật giá trị vận tốc, gia tốc:
v = v + Δv; a = a + Δa

Kiểm tra sự phù hợp về thời gian
và vận tốc cuối

Đúng
Chu trình lái được xây dựng

Hình 2.6. Thuật toán phát triển chu trình lái
2.7. Xây dựng chu trình thử cho động cơ xe buýt
2.7.1. Xây dựng chu trình thử dạng chuyển tiếp đối với động cơ
Trong nghiên cứu này, tôi sử dụng bộ mã nguồn được cung cấp bởi Bộ môi trường
Nhật Bản (JMOE) nhằm hỗ trợ hoạt động nghiên cứu xây dựng chu trình thử.

16,7:1

2.8.2. Thiết bị thử nghiệm
Sơ đồ bố trí thiết bị thử nghiệm như Hình 2.9.

Hình 2.9. Sơ đồ bố trí thiết bị thử nghiệm
2.9. Phƣơng pháp tính toán kết quả từ số liệu thử nghiệm
2.9.1. Tính suất phát thải của động cơ
Tính toán theo hướng dẫn trong: TCVN 6567 : 2015
Các thông số cần lưu trữ trong quá trình thử nghiệm để sử dụng trong tính toán kết
quả hệ số phát thải theo công suất động cơ (BSEF) như Bảng 2.4 quyển thuyết minh luận
án.
2.9.2. Tính hệ số phát thải theo lƣợng nhiên liệu tiêu thụ
EFfuel based 

EFbrake specific

(2.27)

BSFC

2.9.3. Tính hệ số phát thải theo quãng đƣờng di chuyển
EFdist , i 

3600  ERi
v

10

(2.28)

Bước 8:
Thay thế các điểm có gia tốc dị
biệt

Bước 4:
Thay thế các giá trị vận tốc dị
biệt

Bước 9:
Làm trơn và khử nhiễu

Bước 5:
Loại bỏ sự trôi của các giá trị
vận tốc bằng 0

Dữ liệu GPS đã qua xử lý

Hình 3.2. Quy trình xử lý dữ liệu GPS
3.1.2.2. Đánh giá độ tin cậy của phương pháp bổ sung khoảng trống tín hiệu theo

Ivan Selesnick ứng dụng trong xử lý dữ liệu GPS
Toàn bộ thao tác trên được thực hiện trên phần mềm Matlab, trên bộ dữ liệu chuẩn
là chu trình thử ETC-part 1, minh họa trong Hình 3.3 quyển thuyết minh luận án.
3.1.2.3. Dữ liệu GPS đã được xử lý

Bảng 3.1. Kết quả lọc dữ liệu GPS
Loại lỗi

Trung bình


(%)
0,002
0,036
3,641
0,104
1,270
0,798

Kết quả trong Bảng 3.1 cho thấy các điểm dữ liệu đã được loại bỏ/thay thế hoặc bổ
sung chiếm trung bình khoảng 7% trong tổng số các điểm dữ liệu đã được qua các bước
lọc từ bước 3 đến bước 8.

Hình 3.7. Phân bố tần suất gia tốc – vận của dữ liệu trước và sau khi xử lý
3.1.3. Kết quả trích chọn các thông số đặc trƣng
14 thông số chu trình lái đặc trưng mà có thể coi là đủ mạnh để mô tả đặc trưng lái
ngoài thực tế của hệ thống xe buýt tại Hà Nội như Bảng 3.9 quyển thuyết minh luận án.
3.2. Chu trình lái đặc trƣng cho hệ thống xe buýt tại Hà Nội
Một số chu trình lái đề cử với giá trị SAFDdiff tương ứng như Bảng 3.11.
Bảng 3.11. Giá trị SAFDdiff của các chu trình đề cử
Các chu trình đề cử

1

2

3

4

5



SAFDdiff nhỏ nhất bằng 13,2%, gọi tắt là chu trình HBDC.Chu trình HBDC được minh
họa trên Hình 3.11, các thông số của chu trình HBDC được đưa ra trong Bảng 3.12.

Hình 3.11. Chu trình lái đặc trưng của hệ thống xe buýt tại Hà Nội
Đánh giá chu trình lái HBDC
Bảng 3.12. So sánh các thông số đặc trưng của chu trình lái giữa HBDC và dữ liệu
lái ngoài thực tế
Thông số
Khoảng cách
Tổng thời gian
Thời gian tăng tốc
Thời gian giảm tốc
Thời gian chạy ổn định ở vận tốc trung
bình
Thời gian chạy ổn định ở vận tốc thấp
Thời gian chạy không tải
Tỷ lệ thời gian tăng tốc
Tỷ lệ thời gian giảm tốc
Tỷ lệ thời gian chạy ổn định ở vận tốc
trung bình
Tỷ lệ thời gian chạy ổn định ở vận tốc
thấp
Tỷ lệ thời gian không tải
Vận tốc trung bình toàn hành trình
Trung bình của các vận tốc khác không
Độ lệch chuẩn của vận tốc
Vận tốc cực đại
Phân vị 95th của vận tốc

6,16

s

555

316

27,44

s
s
%
%

449
300
34,17
32,70

320
328
36,97
38,06

16,78
4,46
3,94
7,57


8,34
16,59
18,11
10,44
45,47
32,96

4,51
0,51
0,08
0,38
1,64
0,06

13


Gia tốc cực đại
Gia tốc cực tiểu
Gia tốc trung bình
Gia tốc dương trung bình
Gia tốc âm trung bình
Độ lệch chuẩn của gia tốc
Phân vị 95th của gia tốc dương
Phân vị 95th của gia tốc âm
Tổng số lần dừng
Tỷ lệ dừng trên 1km
Động năng dương (PKE)
Căn quân phương của gia tốc (RMSA)
Công suất riêng của xe (VSP):

0,49

3,47
-3,05
0,00
0,56
-0,55
0,61
1,50
-1,34
27
1,61
0,36
0,61

6,28
4,63
0,00
5,66
2,80
10,91
14,94
9,39
12,50
16,67
2,86
10,91

22,55
-19,52

trình lái của xe buýt
So sánh với chu trình lái tiêu chuẩn
Chu trình HBDC, cũng được so sánh với chu trình lái tiêu chuẩn ETC-part 1 như
minh họa trên Hình 3.16.
15


Hình 3.16. So sánh sự phân bố tần suất gia tốc – vận tốc giữa HBDC và ETC-part 1
3.3. Chu trình thử cho động cơ xe buýt
3.3.1. Chu trình thử dạng chuyển tiếp đối với động cơ
Tốc độ và mô men định mức của chu trình thử HBTC như Hình 3.17.

Hình 3.17. Đồ thị mô men và công suất động cơ của chu trình thử dạng chuyển tiếp đối
với động cơ xe buýt của Hà Nội
Biểu diễn sự phân bố tần suất của mô men và tốc độ động cơ đã được chuẩn hóa
(định mức) của chu trình HBTC, ETC và WHTC trên đồ thị 3D như Hình 3.18.

16


Hình 3.18. Sự phân bố tần suất tốc độ định mức – mômen định mức của động cơ
của chu trình thử HBTC, ETC và WHTC
Đánh giá độ tin cậy của thuật toán chuyển đổi chu trình lái sang chu trình thử dạng
chuyển tiếp của động cơ
Hệ số tương quan giữa vận tốc thực của xe và vận tốc ước lượng được là 0,997.
3.3.2. Chu trình thử tĩnh đối với động cơ xe buýt Hà Nội (HBSC)
Các giá trị tốc độ nlo và nhi được xác định dựa trên đường đặc tính ngoài của động
cơ D1146TI như trên Hình 3.20.
Dựa trên Hình 3.29 ta có: nA = 1325 vòng/phút, nB = 1650 vòng/phút, nC = 1950
vòng/phút.

Te 

T _ norm
 Te max
100

(3.7)

(3.8)

19


Với: n là tốc độ động cơ (vòng/phút); nrated là tốc độ danh định của động cơ
(vòng/phút); nidle là tốc độ động cơ ở chế độ không tải (vòng/phút); Temax là mô men cực
đại của động cơ (Nm).
Bảng 3.18. Tốc độ và mô men của động cơ tại các chế độ thử

không tải
A
B
B

Tốc độ động cơ
(vòng/phút)
600
1200
1500
1500


C
C
C
C

1200
1200
1500
1500
1800
1800
1800
1800
1800

456
114
770
116
741
111
593
333
445

Chế độ

Tốc độ

1

NOx(a)

CO2

PM

Nồng độ khói
(mg/m3)

FSN

1,80

0,43

12,33

710,33

0,22

20,02

0,94

20


(D1146TI theo HBSC)
So sánh với các nghiên cứu khác

16,4 (Euro 2)
Buýt tại Macao:
0,62 (Euro 2)
Buýt tại Bắc Kinh:
~ 40 (Euro 2)
~ 32 (Euro 3)
Theo EEA
33,37
Theo IPCC:
3140 (châu Âu)
3172,3 (Mỹ)
Theo US. EPA
2722,7
Theo EEA:
0,94

Nghiên cứu này
CO

8,2

HC

1,9

NOx(*)

56,1

CO2