本发明属于交通工程领域，是一种集成北斗定位模块、物联网传输模块和汽车尾气监测模块于一体的尾气排放监测装置，并基于监测数据建模引导车辆经济驾驶的控制方法。
背景技术：
1、为应对全球气候变化，我国提出了力争2030年前二氧化碳排放达到峰值、2060年前实现碳中和的“双碳”目标。据统计，交通领域碳排放占全国终端碳排放的15％，其中道路交通占交通领域碳排放的75％，且近年来交通领域碳排放年均增速在5％以上。可见，推动交通运输领域实现“双碳”目标，是加速行业绿色低碳转型、推动交通运输高质量发展的重要抓手。当前，交通领域碳排放的宏观管控主要通过交通政策的引导加以扭转，如鼓励新能源汽车的发展和使用；而对既有交通工具，缺乏有效的管控措施，导致交通运输带来的环境污染问题一直未得到有效解决，不利于我国“双碳”目标的实现。问题的关键在于没有建立起有效的汽车尾气实时监测网络，缺乏交通运输过程中的大规模尾气排放数据，因而难以探明汽车尾气排放规律、无法指导交通流的合理组织与控制。
2、基于此，拟搭建一种集成北斗定位模块、物联网传输模块和汽车尾气监测模块于一体的尾气排放监测装置，实时监测车辆运行过程中的尾气排放状况，通过将尾气排放数据与车辆类型、载重、速度、加速度、地形等因素结合，构建各种交通场景下的经济驾驶模型，引导驾驶人理性驾驶以降低运输成本并减少汽车尾气排放，实现汽车尾气排放可监测和可控制的目标。
技术实现思路
1、本发明为解决上述问题，提出一种汽车尾气排放监测装置及其在经济驾驶中的控制方法。
2、本发明涉及一种汽车尾气排放监测装置及其在经济驾驶中的控制方法，包括如下步骤：
3、步骤一：开发汽车尾气排放监测装置以实时监测汽车尾气排放状况；
4、步骤二：基于历史采集数据标定不同地形及车辆状况下的汽车尾气排放均值；
5、步骤三：确定经济驾驶模式与行驶速度，诱导车辆绿色驾驶。
6、进一步地，步骤一中，开发的汽车尾气排放监测装置，由尾气流采样管、气体压强流量传感器、红外co2浓度检测器、北斗定位模块、无线通信mcu、以及电源模块等组成。
7、尾气检测的流程见图2。汽车排放的高温尾气，通过尾气流采样管接入本装置，首先气体压强流量传感器检测排放尾气的流量；其次尾气进入气体采样管进行分流采样、温度检测和气体流量的温度补偿；然后电磁阀打开，部分气体进入采样仓检测尾气成分；接下来各传感器将检测数据传输至微处理器，完成对尾气排放物总量的分析，获得一个定长周期内尾气排放当量m。
8、
9、式中，ρi为周期内第i次采样的co2浓度值，q1为周期结束时刻流量计检测数值，q0为周期开始时流量计数值，t为采样仓的采样周期，t1为采样结束时间，t0为采用开始时间。
10、最后将尾气排放当量与北斗定位模块采集的定位数据及车速通过无线通信模块mcu上传至云平台。
11、云平台利用采集的汽车定位数据与尾气排放当量m计算第j点的尾气排放量ej：
12、
13、式中r为取样范围；φc为车辆系数，不同车辆种类取值不同，同一车辆该系数不变；φf为路况系数，同一路段该系数不变；x,y为由北斗定位模块获取的坐标信息，第j点采样开始时间，第j点采样结束时间。
14、结合图3和图4介绍汽车尾气排放监测装置机械结构及作用：
15、首先将该装置通过零件1将装置固定至汽车消音器(未画出)后方并完全锁紧固定。将装置另一端通过零件6连接尾气排放管(未画出)并锁紧固定。
16、其次通过结构10(8×m6螺丝孔)与结构11(8×m6螺丝孔)实现汽车尾气管与检测装置的密封连接。
17、打开本装置电源开关，完成物联网适配与联网操作，并绑定用户信息。
18、尾气通过零件1进入本装置主气路部分，随后通过装置2检测尾气的总流量，接下来尾气进入装置3完成尾气成分的分析和检测。装置7为温度传感器，实现对高温气体的温度检测和温度补偿。当装置5(气体采样电磁阀)打开时，采样气体在压强作用下进入气体检测仓(未标出)，完成高温气体的成分检测。被检测后的气体通过装置8(单向阀)排出防止对下一次采样的干扰。
19、该装置工作时通过北斗定位模块完成车辆实时定位检测和车速检测，并通过路程积分完成对车辆里程数的检测。
20、以上信息汇总至无线通信mcu并上传物联网平台。采集数据包括时间、位置、驾驶行为(加速、减速、匀速)、车速、尾气排放量(包括nox、cox等)。
21、进一步地，步骤二中，基于同一路段同一类型车辆的历史采集数据，按照速度区间进行分类，初步划分为60类，分别为(0,5]、(5,10]、(10,15]、…、(115,120]。对于同速度区间的采样数据，根据前后速度的变化，鉴别车辆的运行状态(加速、匀速或减速)，方法如下：
22、
23、式中，sa为车辆运行状态，1代表加速、0代表匀速、-1代表减速；vij表示车辆i在第j个采集点的速度；v0表示速度状态判定阈值。
24、针对每一种运行状态(加速、匀速或减速)，再将同速度区间的尾气排放量ej按照从小到大排列，建立如下目标函数将其划分成2个区间，每个区间的中心点为ek、半径为rk，2个区间覆盖的数据规模应不低于总量的95％，即：
25、
26、式中，na为数据总量；nc表示2个区间包含的数据量。
27、上述两个区间分别代表空载与荷载下该速度区间加速、匀速或减速状态的汽车尾气排放区间，该区间的中间值即为该工况下的汽车尾气排放均值。考虑到不同道路限速要求，以道路限速vlimit为依据，选取匀速空载状态下速度区间(vlimit-5,vlimit]的汽车尾气排放均值与同速度区间下该类型车辆上坡、平坡、下坡匀速行驶时的尾气排放参考值进行比对，识别道路的地形(上坡、平坡、下坡)。由此得到不同运行状态(加速、匀速或减速)、荷载(空载、荷载)和地形(上坡、平坡、下坡)组合工况下的汽车尾气排放均值，即：
28、srolg＝ek
29、式中，srolg为速度区间r、运行状态o、荷载l和地形g下的汽车尾气排放均值；ek为该工况下的汽车尾气排放均值。
30、进一步地，步骤三中，针对同一路段同类型车辆分别在加速、匀速、减速状态下的尾气排放量，按速度区间由小到大排序，求取每种运行状态下的尾气排放量极小值：
31、emode,min＝min{ei:i＝1,…,n}
32、式中，emode,min为模式mode下的尾气排放量极小值，有加速模式(ea,min)、匀速模式(eu,min)、减速模式(ed,min)三种；ei为速度区间i的尾气排放均值。
33、若速度区间i的上限不大于道路限速vlimit，则速度区间i的上限即为mode下经济驾驶速度；否则，以道路限速vlimit为上限，确定包含的速度区间个数j，重新确定emode,min＝min{ei:i＝1,…,j}。此时，最小ei对应的速度区间i上限即为mode下经济驾驶速度。综合加速、匀速、减速状态下的emode,min，即：
34、emin＝min{ea,min,eu,min,ed,min}
35、选取尾气排放量最小的驾驶模式为经济驾驶模式，该驾驶模式下最小ei对应的速度区间i上限作为经济驾驶速度。通过导航软件和路侧可变信息板对车辆行驶速度和驾驶模式进行诱导以达到绿色驾驶的目的。
36、有益效果
37、本发明提供一种汽车尾气排放监测装置及其在经济驾驶中的控制方法，通过开发汽车尾气排放监测装置，实现对汽车尾气排放、地形、车辆运行状态的实时监测，为后续交通诱导策略的确定提供数据支撑。本发明能实时监测各种工况下汽车尾气的排放状况，基于历史采集数据建模得到的经济驾驶控制方法，可实现对车辆驾驶模式与最优经济驾驶速度的诱导，仿真分析表明：在最优驾驶模式和经济驾驶速度诱导下，车辆尾气排放可降低12％-15％，燃油利用效率提高8％以上，实现节能减排的目标，应用前景十分广泛。
1.一种汽车尾气排放监测装置及其在经济驾驶中的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种汽车尾气排放监测装置及其在经济驾驶中的控制方法，其特征在于，步骤一中，开发的汽车尾气排放监测装置，由尾气流采样管、气体压强流量传感器、红外co2浓度检测器、北斗定位模块、无线通信mcu、以及电源模块等组成。
3.根据权利要求1所述的一种汽车尾气排放监测装置及其在经济驾驶中的控制方法，其特征在于，步骤二中，基于同一路段同一类型车辆的历史采集数据，按照速度区间进行分类，初步划分为60类，分别为(0,5]、(5,10]、(10,15]、…、(115,120]。对于同速度区间的采样数据，根据前后速度的变化，鉴别车辆的运行状态(加速、匀速或减速)，方法如下：
4.根据权利要求1所述的一种汽车尾气排放监测装置及其在经济驾驶中的控制方法，其特征在于，步骤三中，针对同一路段同类型车辆分别在加速、匀速、减速状态下的尾气排放量，按速度区间由小到大排序，求取每种运行状态下的尾气排放量极小值：
