基于車輛運行狀態(tài)的油耗測算方法研究

賓科

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

關(guān)鍵詞：運行狀態(tài);車速;車輛油耗;工況;排放

中圖分類號：U471.23 文獻標識碼：A

0 引言

隨著社會的快速發(fā)展，我國汽車保有量也呈現(xiàn)出急速上漲的趨勢，隨之而來的是車輛能源消耗以及排放問題。車輛運行狀態(tài)直接影響了車輛油耗及排放，而對于車輛油耗的準確把控能為車輛運行提供有效地決策建議，從而使得車輛的運行更加平穩(wěn)，加減速次數(shù)更少，以實現(xiàn)降低車輛油耗的目的。由世界銀行在印度的試驗數(shù)據(jù)所得出的油耗計算模型，稱之為“世行模型”。該模型考慮了車輛行駛速度、國際平整度指數(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，但實際運用過程中其計算油耗與實測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。同時通過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提供一定的參考，同時也能為車輛爬坡時的具體操作以及速度提供一定的參考依據(jù)，以避免車輛爬坡過程中所造成的油耗飛速上漲。但是該模型不一定能直接運用在不同條件下的縱坡，以提供準確的引導。

章后忠根據(jù)油耗測算理論模型，主要考慮車輛運行過程中外部環(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)動機功率考慮為正負功率分別建立對應的油耗計算模型，再根據(jù)統(tǒng)計回歸針對具體的路段進行參數(shù)標定。該研究主要考慮了車輛行駛過程中的外部因素對于車輛發(fā)動機功率的影響，再進一步考慮轉(zhuǎn)速以及發(fā)動機功率對于單位油耗的影響。但是實際狀態(tài)下，車輛的轉(zhuǎn)速是比較難以獲取的，通過理論模型進行計算時也存在一定的誤差。

建立了速度與油耗之間的關(guān)系模型，主要思想是統(tǒng)計了每個速度分段區(qū)間的油耗平均值，結(jié)合該區(qū)間的速度代表值，縱坡、平整度取基準值進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高速公路建立了分車型下的油耗、車輛轉(zhuǎn)速和發(fā)動機功率的油耗計算模型，引用了速度與對外功率為參數(shù)的轉(zhuǎn)速預測模型，對于實際運行過程中的怠速狀態(tài)建立了單位油耗與轉(zhuǎn)速的油耗模型，穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)下的油耗與速度模型，針對加減速建立了速度變化額外油耗模型，轉(zhuǎn)彎過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)合路段試驗數(shù)據(jù)，通過最小二乘法對參數(shù)進行了標定。該研究中考慮了車輛實際運行過程中的不同運行狀態(tài)以及相關(guān)道路特征，但是在油耗預測的實際運用過程中還存在一定的難度，車輛運行狀態(tài)需要被實時監(jiān)控并作相關(guān)處理才能結(jié)合各個狀態(tài)下的模型進行油耗計算，同時對于非自由流速度考慮為觀測時間區(qū)間內(nèi)各類車輛速度平均，與實際運行狀況存在一定差距。

張金輝的研究中通過考慮微觀油耗模型中各個參數(shù)的難以獲取，將車輛狀態(tài)分為了怠速以及正常行駛，針對正常行駛情況設計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。通過采集瞬時速度、加速度以及燃油消耗率結(jié)合最小二乘法對油耗模型進行標定，針對實際運行狀況中的環(huán)境因素，提出了帶有指數(shù)衰減因子的最小二乘法，通過試驗，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)的油耗計算模型，但是簡單的將車輛運行狀態(tài)與外部環(huán)境考慮為系數(shù)修正，油耗模型無法根據(jù)車輛運行的各個狀態(tài)進行準確的計算。

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，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)動機轉(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)合得出實際可能行車速度下的油耗-路況關(guān)系式。同時研究指出道路縱坡對車輛油耗的影響很大。

但是該模型并未考慮實際交通狀態(tài)以及發(fā)動機功率為負的情況，因此模型的準確度還有待提升。

2 車輛運行速度與油耗

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，研究指出針對某一路段，通過交通流狀態(tài)實時監(jiān)控獲取數(shù)據(jù)并作數(shù)據(jù)處理，再結(jié)合道路服務水平以獲得某一路段的建議速度。通過與駕駛員實時交互，提供動態(tài)建議以實現(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現(xiàn)油耗以及排放的降低。

Matthew Barth分別介紹了先進的車輛控制和安全系統(tǒng)，先進的駕駛信息系統(tǒng)，先進的交通管理系統(tǒng)，提出ITS通過減少交通擁擠，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，同時油耗隨著加速呈現(xiàn)出顯著增加的現(xiàn)象。同時還開發(fā)了基于VSP的油耗計算模型用于估算車輛油耗。

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

3 結(jié)論

目前國外關(guān)于車輛油耗的研究較為綜合，同時考慮了車輛自身參數(shù)、道路特征以及車輛行駛速度等對于車輛油耗的影響。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于油耗的影響。同時，目前的趨勢更傾向于實時監(jiān)控道路特征、交通流狀態(tài)從而根據(jù)對應的道路服務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的油耗及排放的增加，但現(xiàn)實中由于駕駛?cè)擞胁煌鸟{駛目標，導致效果不夠理想。

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