基于車輛運(yùn)行狀態(tài)的油耗測(cè)算方法研究

賓科

摘 要：隨著社會(huì)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車保有量的急速上漲，使得我國(guó)在能源以及環(huán)境方面都面臨著巨大的壓力，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排十分必要。同時(shí)柴油車作為道路運(yùn)輸中的主力，其尾氣排放中存在大量的碳煙顆粒，通過(guò)研究車輛油耗與其運(yùn)行狀態(tài)之間的關(guān)系，從而提高燃油的利用率，降低排放。目前主要通過(guò)研究功率、轉(zhuǎn)速與車輛單位油耗之間的關(guān)系，測(cè)算車輛各個(gè)工況下的油耗。另外，也有相關(guān)研究提出建立車輛行駛工況曲線，用以測(cè)算車輛各個(gè)狀態(tài)下的油耗數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：運(yùn)行狀態(tài);車速;車輛油耗;工況;排放

中圖分類號(hào)：U471.23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，我國(guó)汽車保有量也呈現(xiàn)出急速上漲的趨勢(shì)，隨之而來(lái)的是車輛能源消耗以及排放問題。車輛運(yùn)行狀態(tài)直接影響了車輛油耗及排放，而對(duì)于車輛油耗的準(zhǔn)確把控能為車輛運(yùn)行提供有效地決策建議，從而使得車輛的運(yùn)行更加平穩(wěn)，加減速次數(shù)更少，以實(shí)現(xiàn)降低車輛油耗的目的。由世界銀行在印度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)所得出的油耗計(jì)算模型，稱之為“世行模型”。該模型考慮了車輛行駛速度、國(guó)際平整度指數(shù)、道路縱坡以及汽車比功率，世行油耗模型不僅考慮了車速也考慮了道路特征以及汽車行駛特性，但實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中其計(jì)算油耗與實(shí)測(cè)油耗也存在一定的偏差。相關(guān)研究也提出了一系列車輛油耗測(cè)算方法以及降低油耗的手段。

1 道路條件與油耗

周榮貴研究了縱坡坡度與汽車運(yùn)行速度之間的關(guān)系，指出隨著坡度的增大，車輛行駛穩(wěn)定速度呈現(xiàn)出指數(shù)行駛遞減，車輛正常運(yùn)行狀態(tài)下縱坡坡度與行車速度同樣呈現(xiàn)出指數(shù)關(guān)系。同時(shí)通過(guò)研究車輛沖坡以及正常行駛下的縱坡坡度與油耗數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，提出縱坡坡度與油耗之間呈現(xiàn)出直線相關(guān)關(guān)系，兩者之間的差值與縱坡坡度成線性關(guān)系。該研究能為道路修建指標(biāo)提供一定的參考，同時(shí)也能為車輛爬坡時(shí)的具體操作以及速度提供一定的參考依據(jù)，以避免車輛爬坡過(guò)程中所造成的油耗飛速上漲。但是該模型不一定能直接運(yùn)用在不同條件下的縱坡，以提供準(zhǔn)確的引導(dǎo)。

章后忠根據(jù)油耗測(cè)算理論模型，主要考慮車輛運(yùn)行過(guò)程中外部環(huán)境包括坡度、平整度、曲度等與單位油耗之間的關(guān)系，文中將這幾種因素考慮為通過(guò)影響汽車行駛功率從而影響車輛油耗。分車廂將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率考慮為正負(fù)功率分別建立對(duì)應(yīng)的油耗計(jì)算模型，再根據(jù)統(tǒng)計(jì)回歸針對(duì)具體的路段進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定。該研究主要考慮了車輛行駛過(guò)程中的外部因素對(duì)于車輛發(fā)動(dòng)機(jī)功率的影響，再進(jìn)一步考慮轉(zhuǎn)速以及發(fā)動(dòng)機(jī)功率對(duì)于單位油耗的影響。但是實(shí)際狀態(tài)下，車輛的轉(zhuǎn)速是比較難以獲取的，通過(guò)理論模型進(jìn)行計(jì)算時(shí)也存在一定的誤差。

建立了速度與油耗之間的關(guān)系模型，主要思想是統(tǒng)計(jì)了每個(gè)速度分段區(qū)間的油耗平均值，結(jié)合該區(qū)間的速度代表值，縱坡、平整度取基準(zhǔn)值進(jìn)一步分析油耗與速度的關(guān)系。速度-油耗模型基本形式如下：

式中：-基本模型中的百公里油耗（L/100km）;

-平均速度（km/h）;

-回歸參數(shù)。

陳蒼的研究中主要針對(duì)高速公路建立了分車型下的油耗、車輛轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)功率的油耗計(jì)算模型，引用了速度與對(duì)外功率為參數(shù)的轉(zhuǎn)速預(yù)測(cè)模型，對(duì)于實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的怠速狀態(tài)建立了單位油耗與轉(zhuǎn)速的油耗模型，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下的油耗與速度模型，針對(duì)加減速建立了速度變化額外油耗模型，轉(zhuǎn)彎過(guò)程中的油耗曲率模型，上下坡狀態(tài)下的油耗-坡度模型。結(jié)合路段試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)最小二乘法對(duì)參數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定。該研究中考慮了車輛實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的不同運(yùn)行狀態(tài)以及相關(guān)道路特征，但是在油耗預(yù)測(cè)的實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中還存在一定的難度，車輛運(yùn)行狀態(tài)需要被實(shí)時(shí)監(jiān)控并作相關(guān)處理才能結(jié)合各個(gè)狀態(tài)下的模型進(jìn)行油耗計(jì)算，同時(shí)對(duì)于非自由流速度考慮為觀測(cè)時(shí)間區(qū)間內(nèi)各類車輛速度平均，與實(shí)際運(yùn)行狀況存在一定差距。

張金輝的研究中通過(guò)考慮微觀油耗模型中各個(gè)參數(shù)的難以獲取，將車輛狀態(tài)分為了怠速以及正常行駛，針對(duì)正常行駛情況設(shè)計(jì)了基于車輛行駛速度、加速度的瞬態(tài)油耗模型。怠速情況考慮為車輛怠速狀態(tài)下的燃油消耗率。通過(guò)采集瞬時(shí)速度、加速度以及燃油消耗率結(jié)合最小二乘法對(duì)油耗模型進(jìn)行標(biāo)定，針對(duì)實(shí)際運(yùn)行狀況中的環(huán)境因素，提出了帶有指數(shù)衰減因子的最小二乘法，通過(guò)試驗(yàn)，證明方法具有一定的可行性。該模型考慮了加速度、速度以及指數(shù)相關(guān)的油耗計(jì)算模型，但是簡(jiǎn)單的將車輛運(yùn)行狀態(tài)與外部環(huán)境考慮為系數(shù)修正，油耗模型無(wú)法根據(jù)車輛運(yùn)行的各個(gè)狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。

李興華的研究中以世界銀行HDM-Ⅱ油耗和車速模型的建模理論方法為基礎(chǔ)，建立了分車型的單位油耗關(guān)系式，單位油耗中，結(jié)合車輛行駛速度以及功率確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。另外結(jié)合限制速度法確定了穩(wěn)態(tài)下的車速。兩者結(jié)合得出實(shí)際可能行車速度下的油耗-路況關(guān)系式。同時(shí)研究指出道路縱坡對(duì)車輛油耗的影響很大。

但是該模型并未考慮實(shí)際交通狀態(tài)以及發(fā)動(dòng)機(jī)功率為負(fù)的情況，因此模型的準(zhǔn)確度還有待提升。

2 車輛運(yùn)行速度與油耗

Matthew Barth提出車輛在平穩(wěn)的交通流中行駛能有更少的油耗以及污染物排放，研究指出針對(duì)某一路段，通過(guò)交通流狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控獲取數(shù)據(jù)并作數(shù)據(jù)處理，再結(jié)合道路服務(wù)水平以獲得某一路段的建議速度。通過(guò)與駕駛員實(shí)時(shí)交互，提供動(dòng)態(tài)建議以實(shí)現(xiàn)生態(tài)駕駛，以使得車輛行駛更加平穩(wěn)，減少加減速行為從而實(shí)現(xiàn)油耗以及排放的降低。

Matthew Barth分別介紹了先進(jìn)的車輛控制和安全系統(tǒng)，先進(jìn)的駕駛信息系統(tǒng)，先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)，提出ITS通過(guò)減少交通擁擠，減少交通擁堵，選擇合理的路線以及行駛建議速度，從而實(shí)現(xiàn)交通流的暢通，以減少車輛排放污染和車輛油耗。

Haikun Wang， Lixin Fu等人指出，對(duì)于乘用車而言，50 km/h～70 km/h其每單位距離的車輛燃油消耗是最佳的，同時(shí)油耗隨著加速呈現(xiàn)出顯著增加的現(xiàn)象。同時(shí)還開發(fā)了基于VSP的油耗計(jì)算模型用于估算車輛油耗。

Asl? Aksoy，?lker Kü?üko?lu等人通過(guò)考慮車輛技術(shù)規(guī)格、車輛負(fù)載情況以及運(yùn)輸距離，構(gòu)建了燃油消耗模型，該模型通過(guò)建立圖形用戶界面，針對(duì)不同車型，使用各種示例對(duì)提出的模型進(jìn)行了評(píng)估。

3 結(jié)論

目前國(guó)外關(guān)于車輛油耗的研究較為綜合，同時(shí)考慮了車輛自身參數(shù)、道路特征以及車輛行駛速度等對(duì)于車輛油耗的影響。大多研究采用了控制變量法分別研究某一類型的影響因素對(duì)于油耗的影響。同時(shí)，目前的趨勢(shì)更傾向于實(shí)時(shí)監(jiān)控道路特征、交通流狀態(tài)從而根據(jù)對(duì)應(yīng)的道路服務(wù)水平提供車輛行駛的建議速度，以減少車輛的加減速行為，進(jìn)一步降低車輛油耗與車輛排放。理想化層面能大大降低加減速行為所帶來(lái)的油耗及排放的增加，但現(xiàn)實(shí)中由于駕駛?cè)擞胁煌鸟{駛目標(biāo)，導(dǎo)致效果不夠理想。

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