袁 偉（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

公路交通運(yùn)營管理對(duì)油耗影響分析

袁 偉
（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

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

汽車油耗試驗(yàn)；公路運(yùn)營管理；燃油消耗關(guān)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(jīng)過近20多年的建設(shè)，我國高速公路所承載的交通運(yùn)輸已成為交通運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分。汽車油耗是公路交通節(jié)能減排的重要內(nèi)容之一，公路運(yùn)營管理對(duì)燃油消耗量有著極其重要的影響。

高速公路運(yùn)營管理通過對(duì)車輛運(yùn)行工況的影響，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)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(guān)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(yùn)營管理可以有效改變車輛行駛的道路條件，進(jìn)而改變其燃油消耗量，實(shí)現(xiàn)公路交通過程中的燃油經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

近些年來，我國也開始了對(duì)交通運(yùn)輸系統(tǒng)的燃油消耗規(guī)律進(jìn)行研究。但目前從高速公路運(yùn)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(jù)在成都路段上采集的油耗數(shù)據(jù)，對(duì)不同道路條件及交通擁堵狀況下的車輛運(yùn)行速度與油耗之間的關(guān)系進(jìn)行分析，進(jìn)而提出相應(yīng)的公路運(yùn)營管理措施來，進(jìn)而減少高速公路汽車行駛過程的燃油消耗量，實(shí)現(xiàn)公路交通運(yùn)輸?shù)墓?jié)能減排。

1、汽車油耗試驗(yàn)與建模

1.1油耗試驗(yàn)方案

選用皇冠在成都路段上進(jìn)行道路試驗(yàn)，利用OBD2檢測(cè)儀檢測(cè)汽車行駛中的數(shù)據(jù)。試驗(yàn)需要記錄的數(shù)據(jù)為行駛速度、每升燃油行駛里程和試驗(yàn)路段類型。記錄這三項(xiàng)數(shù)據(jù)是因?yàn)椋河绊懫囉秃牡闹T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(shù)可以反映汽車燃油經(jīng)濟(jì)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(guān)系。

1.2油耗模型建立與分析

通過對(duì)采集數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)行駛路段類型的統(tǒng)計(jì)分析，得到在彎道爬坡期間以及怠速起步期間的運(yùn)行車速與油耗分布圖，如圖1、圖2。為建立燃油消耗與運(yùn)行車速之間的關(guān)系，以在成都采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖像分析為依據(jù)，利用 SPSS對(duì)采集的大量油耗數(shù)據(jù)及車輛運(yùn)行車速數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，分別得到彎道路段運(yùn)行車速-油耗關(guān)系曲線、爬坡路段運(yùn)行車速-油耗關(guān)系曲線、怠速起步期間運(yùn)行車速-油耗關(guān)系曲線，如圖3、圖4、圖5所示。

圖1對(duì)應(yīng)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(shí)，車速在 40km/h左右，變化趨勢(shì)不大，對(duì)應(yīng)油耗值在30km/L左右；向左轉(zhuǎn)彎時(shí)，逐漸降低到12km/h左右，對(duì)應(yīng)油耗值在 10km/L左右；爬坡行駛時(shí)，車速逐漸增加到51km/h左右，對(duì)應(yīng)油耗值在5km/L左右；在水平路段勻減速行駛時(shí)，車速逐漸降低到 40km/h，對(duì)應(yīng)油耗值在25km/L左右；車速在水平路段勻加速行駛時(shí)，車速逐漸增加到70km/h，油耗值在6km/L左右。

圖1中的油耗數(shù)值越大，汽車行駛的里程數(shù)越多，燃油經(jīng)濟(jì)性就越好。經(jīng)上述分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎、爬坡及在水平路段勻加速行駛時(shí)燃油經(jīng)濟(jì)性較差。

圖2對(duì)應(yīng)的行駛路段為水平交通擁擠路段，車輛經(jīng)歷了減速停車至怠速-起步加速-減速停車至怠速幾個(gè)階段。減速時(shí)，速度由55km/h變?yōu)?，油耗減小至0；起步時(shí)，車速由0增加到60km/h，油耗在8km/L左右；又開始減速時(shí)，速度由60km/h變?yōu)?，油耗值在8km/L波動(dòng)至0。

經(jīng)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(dǎo)致燃油經(jīng)濟(jì)性較差。

由圖3可知在彎道路段的車速與油耗呈正相關(guān)關(guān)系，在轉(zhuǎn)彎路段速度減小，油耗也減小，變化幅度較大。

轉(zhuǎn)彎路段車速降低，燃油經(jīng)濟(jì)性較差。這是由于道路的曲度使汽車產(chǎn)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(yùn)行車速與油耗呈二次拋物線關(guān)系。為克服爬坡阻力，發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門變大，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，對(duì)應(yīng)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(jīng)濟(jì)性較差。這是由于在爬坡過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度變大，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，同時(shí)汽車在爬坡過程中重力沿坡道產(chǎn)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(shí)車速與油耗呈二次拋物線關(guān)系，車速逐漸增大，對(duì)應(yīng)汽車油耗數(shù)先增大再減小，車速在 50km/h左右時(shí)油耗最高，其值為4km/L左右，在整個(gè)起步過程中，燃油經(jīng)濟(jì)性整體很差。這是因?yàn)閾矶侣范尾粩嗟丶訙p速乃至于等待來保證汽車安全駕駛，從而使汽車燃油經(jīng)濟(jì)性變差。

2、車輛油耗影響因素分析

車輛油耗量是人、車、路、環(huán)境共同作用的結(jié)果，影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素很多，包括車輛行駛狀態(tài)、汽車自身因素、汽車維修保養(yǎng)、傳動(dòng)系效率等都是不可忽視的諸多外因。它們通過改變發(fā)動(dòng)機(jī)功率及轉(zhuǎn)速以至改變汽車行駛速度進(jìn)而影響汽車燃油消耗量。

根據(jù)車輛行駛在不同路段狀況下采集的數(shù)據(jù)也可以得到不同行駛路段特征對(duì)應(yīng)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(yùn)行車速最高，燃油經(jīng)濟(jì)性好。在彎道路段、爬坡路段導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)速增加，燃油經(jīng)濟(jì)性較差，交通擁堵路段車輛由于頻繁加速、減速、怠速、起步，導(dǎo)致車速變化大，駕駛行為的變化也引起了發(fā)動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)速的變化，其對(duì)應(yīng)的平均油耗最低，表明交通量對(duì)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(jù)對(duì)成都路段類型及其交通狀況的分析，發(fā)現(xiàn)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(duì)油耗的影響在于當(dāng)速度增加后，汽車行駛阻力消耗功率，同時(shí)汽車動(dòng)能增大，加速的次數(shù)與幅度越大，導(dǎo)致油耗增大；當(dāng)速度減小后，車輛獲取的能量轉(zhuǎn)化為制動(dòng)的摩擦熱能散發(fā)掉了，導(dǎo)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(duì)車輛的影響最終通過改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷以及輸出功率來改變汽車的燃油消耗量[4]。道路曲度會(huì)使汽車產(chǎn)生橫向離心力曲度阻力，汽車克服曲度阻力做功導(dǎo)致燃油消耗量增加，另外，隨著曲度的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率也隨之增加，燃油消耗量變大。道路坡度對(duì)油耗的影響在于汽車上坡時(shí)汽車重力沿坡道產(chǎn)生了坡道阻力，發(fā)動(dòng)機(jī)克服坡道阻力做功導(dǎo)致燃油消耗量增加，另外，隨著坡度的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率會(huì)增加，同時(shí)，坡度增加可能會(huì)使汽車降低檔位，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速提高。

交通條件與管理方式中的交通量及交通流密度對(duì)車輛油耗影響很大，這是因?yàn)楣方煌考敖煌髅芏扰c車輛運(yùn)行工況密切聯(lián)系。當(dāng)交通流密度較低時(shí)，駕駛員可以保持平穩(wěn)速度運(yùn)行，減少怠速停車的頻率，也就減少了起步次數(shù)，從而可以有效地降低汽車燃油消耗量，改善汽車燃油經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)交通流密度較高時(shí)，車輛運(yùn)行狀態(tài)越不穩(wěn)定，會(huì)出現(xiàn)頻繁剎車、超車現(xiàn)象，也會(huì)出現(xiàn)頻繁加減速及交通擁堵狀況，導(dǎo)致此時(shí)汽車燃油消耗量很大。

3、公路運(yùn)營管理對(duì)油耗的影響因素分析

3.1公路運(yùn)營管理的基本內(nèi)容

公路運(yùn)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(huì)提供服務(wù)所進(jìn)行的一系列管理活動(dòng)。主要包括以下6個(gè)方面：

（1）路政管理。包括對(duì)違章侵占、污染，毀壞高速公路的行為進(jìn)行查處；對(duì)公民和其他組織利用公路及超限運(yùn)輸?shù)仁乱诉M(jìn)行審批與管理等。

（2）養(yǎng)護(hù)管理。根據(jù)交通部制定的高速公路養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和作業(yè)規(guī)范，盡可能采用新技術(shù)、新工藝，對(duì)高速公路及其附屬設(shè)施進(jìn)行經(jīng)常性保養(yǎng)維護(hù)。

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

（4）收費(fèi)管理。對(duì)高速公路使用者收取通行費(fèi)工作的管理，實(shí)現(xiàn)收取足額的通行費(fèi)，以保證高速公路建設(shè)資金的償還及管好運(yùn)營時(shí)支出的各種費(fèi)用。

（5）信息和監(jiān)控管理。通過現(xiàn)代化的電子設(shè)備對(duì)高速公路的運(yùn)行狀況隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)視與控制，完成信息的收集、傳輸、處理，以指導(dǎo)行駛車輛對(duì)高速公路的最佳使用。

（6）服務(wù)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(yī)救助等服務(wù)活動(dòng)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(wù)。

3.2公路運(yùn)營管理對(duì)車輛油耗影響分析及對(duì)策建議

高速公路運(yùn)營管理各個(gè)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(shí)，通過監(jiān)控管理、路政管理、交通安全管理保證道路服務(wù)水平，避免道路施工和交通事故對(duì)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(wěn)行駛，從而減小車輛在交通運(yùn)輸過程中的油耗。

（1）路政管理對(duì)車輛油耗影響分析及對(duì)策建議

路政管理部門通過維護(hù)路產(chǎn)路權(quán)，有效地保證了高速公路完好暢通。同時(shí)，路政管理部門還負(fù)責(zé)維護(hù)事故現(xiàn)場(chǎng)、養(yǎng)護(hù)場(chǎng)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(yǎng)護(hù)管理對(duì)車輛油耗影響分析及對(duì)策建議

道路表面特性直接影響車輛運(yùn)行時(shí)的油耗、機(jī)械的磨損以及乘車的舒適性，進(jìn)而影響車輛的碳排放。但在公路進(jìn)行養(yǎng)護(hù)作業(yè)時(shí)，由于通行車道數(shù)的減少，會(huì)導(dǎo)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(duì)油耗影響分析及對(duì)策建議

交通安全管理除對(duì)公路用地范圍內(nèi)所有的安全因素進(jìn)行安全管理，提高公路系統(tǒng)安全性、預(yù)防事故的發(fā)生外，還包括高速公路事故響應(yīng)及處理。因此，增加高速公路行車安全性，對(duì)公路事故頻發(fā)段進(jìn)行改善，以及對(duì)突發(fā)事故快速響應(yīng)與處理均有利于減小車輛油耗。

（4）收費(fèi)管理對(duì)車輛油耗影響分析及對(duì)策建議

收費(fèi)系統(tǒng)的效率直接影響收費(fèi)站車輛運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)前我國大多數(shù)高速公路采用的是停車?yán)U費(fèi)的人工或半人工收費(fèi)體制，整個(gè)過程都會(huì)造成車輛油耗增加，同時(shí)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(fèi)效率，減少車輛在收費(fèi)站排隊(duì)等待的時(shí)間，進(jìn)而也就減少了車輛的油耗。

（5）信息監(jiān)控管理對(duì)油耗影響分析及對(duì)策建議

信息和監(jiān)控管理是保證高速公路車輛正常運(yùn)行必不可少的，其監(jiān)控的范圍、信息的科學(xué)性、可靠性和發(fā)布的實(shí)時(shí)性不僅為使用者提供誘導(dǎo)，還與高速公路運(yùn)營管理的其他方面有著直接或間接的聯(lián)系。同時(shí)，一個(gè)較好的信息系統(tǒng)會(huì)向駕駛員提供最科學(xué)、準(zhǔn)備的駕駛信息，在保證交通安全的同時(shí)，提高運(yùn)行效率，減少油耗。

（6）服務(wù)區(qū)管理對(duì)車輛油耗影響分析及對(duì)策建議

高速公路是一個(gè)封閉的行車環(huán)境，服務(wù)區(qū)的作用在于為駕駛員提供一個(gè)休息的場(chǎng)所，避免駕駛員因?yàn)槠隈{駛引發(fā)交通事故；同時(shí)，服務(wù)區(qū)也為車輛提供了一個(gè)維修、加油的場(chǎng)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(jié)論

通過對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析建立了不同道路條件和交通擁堵狀況下的車輛運(yùn)行速度和燃油消耗關(guān)系模型，對(duì)同一輛車在彎道、爬坡及交通擁堵下的運(yùn)行速度和燃油消耗量進(jìn)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(jīng)濟(jì)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(yùn)營管理的角度對(duì)油耗影響進(jìn)行了分析，提出通過對(duì)路政油耗為4km/L，在交通擁堵處頻繁加速、減速、怠速、起步導(dǎo)致燃油消耗量較大，平均管理、養(yǎng)護(hù)管理、交通安全管理、收費(fèi)管理、信息監(jiān)控管理、服務(wù)管理的改善來改善道路交通條件進(jìn)而改善汽車行駛過程中的油耗。

[1] 張衛(wèi)華,王煒,牛學(xué)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.

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

[4] 潘玉利,程珊珊.運(yùn)行速度和發(fā)動(dòng)機(jī)油耗預(yù)測(cè)模擬技術(shù)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(yùn)營管理評(píng)價(jià)研究[D].陜西:中國海洋大學(xué), 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(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院。