公路交通運營管理對油耗影響分析

袁 偉（陜西工業職業技術學院，陜西 咸陽 712000）

公路交通運營管理對油耗影響分析

袁 偉
（陜西工業職業技術學院，陜西 咸陽 712000）

汽車油耗是公路交通節能減排的重要內容之一，公路運營管理對燃油消耗量有著極其重要的影響，當車輛相同時，道路條件與交通量的不同會導致汽車油耗有很大差異。文章通過在成都路段上進行的汽車油耗試驗，建立了不同道路條件和交通擁堵下的車輛運行速度和燃油消耗關系模型，并對同一輛車在彎道、爬坡及交通擁堵下的運行速度和燃油消耗量進行了回歸分析，并分析了產生差異的原因。最后從公路交通運營管理的角度對油耗影響進行了分析，并提出相應的對策建議。

汽車油耗試驗；公路運營管理；燃油消耗關系模型；回歸分析

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.051

CLC NO.: U461.8Document Code: BArticle ID: 1671-7988(2015)12-146-04

引言

經過近20多年的建設，我國高速公路所承載的交通運輸已成為交通運輸的重要組成部分。汽車油耗是公路交通節能減排的重要內容之一，公路運營管理對燃油消耗量有著極其重要的影響。

高速公路運營管理通過對車輛運行工況的影響，進而影響發動機的轉速和負荷甚至車速的變化來影響燃油消耗量。燃油消耗量除與自身因素關系密切外，影響它最大的就是車輛行駛的道路條件和交通量，有效地踐行高速公路運營管理可以有效改變車輛行駛的道路條件，進而改變其燃油消耗量，實現公路交通過程中的燃油經濟性，進而實現節能減排。

近些年來，我國也開始了對交通運輸系統的燃油消耗規律進行研究。但目前從高速公路運營管理的角度來研究分析汽車油耗的研究較少。為此，本文依據在成都路段上采集的油耗數據，對不同道路條件及交通擁堵狀況下的車輛運行速度與油耗之間的關系進行分析，進而提出相應的公路運營管理措施來，進而減少高速公路汽車行駛過程的燃油消耗量，實現公路交通運輸的節能減排。

1、汽車油耗試驗與建模

1.1油耗試驗方案

選用皇冠在成都路段上進行道路試驗，利用OBD2檢測儀檢測汽車行駛中的數據。試驗需要記錄的數據為行駛速度、每升燃油行駛里程和試驗路段類型。記錄這三項數據是因為：影響汽車油耗的諸多道路條件及交通狀況都是以車速大小反映出來；每升燃油能使汽車行駛的里程數可以反映汽車燃油經濟性；記錄路段類型是為了更好地了解汽車行駛的道路交通狀況，以便更好地分析其與車速、油耗之間的關系。

1.2油耗模型建立與分析

通過對采集數據及其對應行駛路段類型的統計分析，得到在彎道爬坡期間以及怠速起步期間的運行車速與油耗分布圖，如圖1、圖2。為建立燃油消耗與運行車速之間的關系，以在成都采集的試驗數據及圖像分析為依據，利用 SPSS對采集的大量油耗數據及車輛運行車速數據進行回歸分析，分別得到彎道路段運行車速-油耗關系曲線、爬坡路段運行車速-油耗關系曲線、怠速起步期間運行車速-油耗關系曲線，如圖3、圖4、圖5所示。

圖1對應的行駛路段為水平勻速路段-彎道減速路段-爬坡加速路段-水平勻減速路段-水平勻加速路段。在水平路段且交通無阻時，車速在 40km/h左右，變化趨勢不大，對應油耗值在30km/L左右；向左轉彎時，逐漸降低到12km/h左右，對應油耗值在 10km/L左右；爬坡行駛時，車速逐漸增加到51km/h左右，對應油耗值在5km/L左右；在水平路段勻減速行駛時，車速逐漸降低到 40km/h，對應油耗值在25km/L左右；車速在水平路段勻加速行駛時，車速逐漸增加到70km/h，油耗值在6km/L左右。

圖1中的油耗數值越大，汽車行駛的里程數越多，燃油經濟性就越好。經上述分析，發現當汽車轉彎、爬坡及在水平路段勻加速行駛時燃油經濟性較差。

圖2對應的行駛路段為水平交通擁擠路段，車輛經歷了減速停車至怠速-起步加速-減速停車至怠速幾個階段。減速時，速度由55km/h變為0，油耗減小至0；起步時，車速由0增加到60km/h，油耗在8km/L左右；又開始減速時，速度由60km/h變為0，油耗值在8km/L波動至0。

經上述分析，圖2油耗值偏小，車輛在交通擁堵階段不斷地怠速停車、起步加速，導致燃油經濟性較差。

由圖3可知在彎道路段的車速與油耗呈正相關關系，在轉彎路段速度減小，油耗也減小，變化幅度較大。

轉彎路段車速降低，燃油經濟性較差。這是由于道路的曲度使汽車產生橫向離心力曲度阻力，隨著曲度的增加用于克服曲度阻力的輸出功率也增加。

由圖4可知爬坡路段的運行車速與油耗呈二次拋物線關系。為克服爬坡阻力，發動機節氣門變大，發動機轉速增加，對應汽車油耗逐漸減小，由圖4可知，油耗雖然變化不大，由4.6km/L減小到3.3km/L左右，燃油經濟性較差。這是由于在爬坡過程中，發動機節氣門開度變大，發動機轉速增加，同時汽車在爬坡過程中重力沿坡道產生了坡道阻力，克服坡道阻力消耗的功率也增加，由圖4可知，上坡過程中車速逐漸增加，意味車輛克服空氣阻力消耗的功率增加，而引起燃油消耗量的增加。

交通擁堵階段車輛起步頻繁，由圖5可知在起步時車速與油耗呈二次拋物線關系，車速逐漸增大，對應汽車油耗數先增大再減小，車速在 50km/h左右時油耗最高，其值為4km/L左右，在整個起步過程中，燃油經濟性整體很差。這是因為擁堵路段不斷地加減速乃至于等待來保證汽車安全駕駛，從而使汽車燃油經濟性變差。

2、車輛油耗影響因素分析

車輛油耗量是人、車、路、環境共同作用的結果，影響汽車燃油經濟性的因素很多，包括車輛行駛狀態、汽車自身因素、汽車維修保養、傳動系效率等都是不可忽視的諸多外因。它們通過改變發動機功率及轉速以至改變汽車行駛速度進而影響汽車燃油消耗量。

根據車輛行駛在不同路段狀況下采集的數據也可以得到不同行駛路段特征對應的平均油耗和平均車速。由表1可知，在正常行駛水平路段的平均運行車速最高，燃油經濟性好。在彎道路段、爬坡路段導致發動機功率和轉速增加，燃油經濟性較差，交通擁堵路段車輛由于頻繁加速、減速、怠速、起步，導致車速變化大，駕駛行為的變化也引起了發動機功率和轉速的變化，其對應的平均油耗最低，表明交通量對平均油耗的影響最大。

表1　不同路段的平均油耗與平均車速

根據對成都路段類型及其交通狀況的分析，發現影響成都路段汽車行駛油耗的因素可以分類為車輛行駛工況及車速、道路幾何特征中的坡度及曲度、交通條件與管理方式中的交通量及交通流密度。

速度對油耗的影響在于當速度增加后，汽車行駛阻力消耗功率，同時汽車動能增大，加速的次數與幅度越大，導致油耗增大；當速度減小后，車輛獲取的能量轉化為制動的摩擦熱能散發掉了，導致油耗增大。因此，行駛過程中盡量保持車速不變，便可以有效降低汽車燃油消耗量。

道路線形對車輛的影響最終通過改變發動機轉速、負荷以及輸出功率來改變汽車的燃油消耗量[4]。道路曲度會使汽車產生橫向離心力曲度阻力，汽車克服曲度阻力做功導致燃油消耗量增加，另外，隨著曲度的增加，發動機輸出功率也隨之增加，燃油消耗量變大。道路坡度對油耗的影響在于汽車上坡時汽車重力沿坡道產生了坡道阻力，發動機克服坡道阻力做功導致燃油消耗量增加，另外，隨著坡度的增加，發動機輸出功率會增加，同時，坡度增加可能會使汽車降低檔位，從而使發動機的轉速提高。

交通條件與管理方式中的交通量及交通流密度對車輛油耗影響很大，這是因為公路交通量及交通流密度與車輛運行工況密切聯系。當交通流密度較低時，駕駛員可以保持平穩速度運行，減少怠速停車的頻率，也就減少了起步次數，從而可以有效地降低汽車燃油消耗量，改善汽車燃油經濟性。當交通流密度較高時，車輛運行狀態越不穩定，會出現頻繁剎車、超車現象，也會出現頻繁加減速及交通擁堵狀況，導致此時汽車燃油消耗量很大。

3、公路運營管理對油耗的影響因素分析

3.1公路運營管理的基本內容

公路運營管理指的是在高速公路建成竣工之后的使用期間，使其最有效率地為社會提供服務所進行的一系列管理活動。主要包括以下6個方面：

（1）路政管理。包括對違章侵占、污染，毀壞高速公路的行為進行查處；對公民和其他組織利用公路及超限運輸等事宜進行審批與管理等。

（2）養護管理。根據交通部制定的高速公路養護標準和作業規范，盡可能采用新技術、新工藝，對高速公路及其附屬設施進行經常性保養維護。

（3）交通安全管理。為了維護高速公路交通秩序，對在高速公路上行駛的道路使用者的行為所進行的約束和管理的活動。

（4）收費管理。對高速公路使用者收取通行費工作的管理，實現收取足額的通行費，以保證高速公路建設資金的償還及管好運營時支出的各種費用。

（5）信息和監控管理。通過現代化的電子設備對高速公路的運行狀況隨時進行監視與控制，完成信息的收集、傳輸、處理，以指導行駛車輛對高速公路的最佳使用。

（6）服務管理。依托高速公路為使用者提供餐飲、休息、加油、維修、通信、停車、洗車及醫救助等服務活動的管理。其目是向使用者提供熱情、舒適、方便、周到的各種服務。

3.2公路運營管理對車輛油耗影響分析及對策建議

高速公路運營管理各個部門之間的相互配合共同為車輛通行提供了良好的道路交通條件。同時，通過監控管理、路政管理、交通安全管理保證道路服務水平，避免道路施工和交通事故對車輛通行帶來的影響。在保證安全的前提下，使車輛能夠以較高的速度平穩行駛，從而減小車輛在交通運輸過程中的油耗。

（1）路政管理對車輛油耗影響分析及對策建議

路政管理部門通過維護路產路權，有效地保證了高速公路完好暢通。同時，路政管理部門還負責維護事故現場、養護場地良好的工作秩序，減少了事故隱患。這些都有利于減小車輛油耗。

（2）養護管理對車輛油耗影響分析及對策建議

道路表面特性直接影響車輛運行時的油耗、機械的磨損以及乘車的舒適性，進而影響車輛的碳排放。但在公路進行養護作業時，由于通行車道數的減少，會導致道路車流密度的增大引起車輛油耗的增加。

（3）交通安全管理對油耗影響分析及對策建議

交通安全管理除對公路用地范圍內所有的安全因素進行安全管理，提高公路系統安全性、預防事故的發生外，還包括高速公路事故響應及處理。因此，增加高速公路行車安全性，對公路事故頻發段進行改善，以及對突發事故快速響應與處理均有利于減小車輛油耗。

（4）收費管理對車輛油耗影響分析及對策建議

收費系統的效率直接影響收費站車輛運行狀態。當前我國大多數高速公路采用的是停車繳費的人工或半人工收費體制，整個過程都會造成車輛油耗增加，同時怠速期間車輛的尾氣污染也是十分巨大的。因此，提高的收費效率，減少車輛在收費站排隊等待的時間，進而也就減少了車輛的油耗。

（5）信息監控管理對油耗影響分析及對策建議

信息和監控管理是保證高速公路車輛正常運行必不可少的，其監控的范圍、信息的科學性、可靠性和發布的實時性不僅為使用者提供誘導，還與高速公路運營管理的其他方面有著直接或間接的聯系。同時，一個較好的信息系統會向駕駛員提供最科學、準備的駕駛信息，在保證交通安全的同時，提高運行效率，減少油耗。

（6）服務區管理對車輛油耗影響分析及對策建議

高速公路是一個封閉的行車環境，服務區的作用在于為駕駛員提供一個休息的場所，避免駕駛員因為疲勞駕駛引發交通事故；同時，服務區也為車輛提供了一個維修、加油的場所，這些都有助于減少高速公路交通擁堵，減小了車輛的油耗。

4、結論

通過對采集數據的分析建立了不同道路條件和交通擁堵狀況下的車輛運行速度和燃油消耗關系模型，對同一輛車在彎道、爬坡及交通擁堵下的運行速度和燃油消耗量進行了回歸分析，得出車輛在彎道處減速幅度較大且克服曲度阻力消耗功率，平均油耗為12.7km/L，燃油經濟性較差；在爬坡路段加速幅度較大且克服坡道阻力消耗功率，平均油耗為3.3km/L。最后從公路交通運營管理的角度對油耗影響進行了分析，提出通過對路政油耗為4km/L，在交通擁堵處頻繁加速、減速、怠速、起步導致燃油消耗量較大，平均管理、養護管理、交通安全管理、收費管理、信息監控管理、服務管理的改善來改善道路交通條件進而改善汽車行駛過程中的油耗。

[1] 張衛華,王煒,牛學勤等.京石高速公路及其輔道汽車油耗比較分析[J].公路交通科技, 2003, 20(03):182-185.

[2] 劉斌.高速公路對汽車油耗及大氣環境的影響分析[D]. 黑龍江:哈爾濱工業大學, 2008.

[3] 彭渤.高速公路汽車油耗模型研究[D].陜西:中國海洋大學, 2012.

[4] 潘玉利,程珊珊.運行速度和發動機油耗預測模擬技術研究[J].公路交通科技, 2004, 21(5):96-99.

[5] 張波.高速公路低碳交通運營管理評價研究[D].陜西:中國海洋大學, 2012.

Analysis on the influence of highway traffic operation management on fuel consumption

Yuan Wei
( Shaanxi Polytechnic Institute, Shaanxi Xianyang 712000 )

Automobile fuel consumption is one of the important contents of highway traffic energy saving and emission reduction, and the road operation management has a very important effect on fuel consumption, the road conditions and traffic volume will lead to a great difference in the fuel consumption of the vehicle. when the vehicle is same. Based on the vehicle fuel consumption test of Chengdu section, the relationship model of vehicle running speed and fuel consumption under different road conditions and traffic congestion is established. The operating speed and fuel consumption of the same car in the curve, climbing and traffic congestion are analyzed, and the causes of the difference are analyzed. At last, the influence of oil consumption is analyzed from the point of view of highway traffic management, and the corresponding countermeasures are put forward.

Automobile fuel consumption test; highway operation management; fuel consumption model;Regression analysis

U461.8

B

1671-7988（2015）12-146-04

袁偉，就職于陜西工業職業技術學院。