劉蒙霖 重慶交通大學(xué) 機(jī)電與車輛工程學(xué)院

1.引言

隨著世界能源資源的進(jìn)一步枯竭，能源短缺的情況越來(lái)越嚴(yán)峻，節(jié)油已引起各行各業(yè)的重視。中國(guó)的公路網(wǎng)日趨完善，總里程居世界之首，于是對(duì)每個(gè)具體道路的油耗評(píng)估顯得非常必要，油耗指標(biāo)的完善有利于道路優(yōu)化。油耗是每款車都非常重視的參數(shù)，但是針對(duì)具體道路的油耗研究還比較缺乏。本文研究的實(shí)際道路汽車油耗是針對(duì)具體道路而言，具有很強(qiáng)的針對(duì)性，可為相關(guān)行業(yè)提供具體道路的油耗參數(shù)，有利于其市場(chǎng)規(guī)劃，也可以作為道路油耗評(píng)價(jià)指標(biāo)，可對(duì)道路優(yōu)化提供指導(dǎo)性意見(jiàn)。

2.實(shí)際道路分段

在實(shí)際道路不同坡度下的汽車油耗不同，如需獲知準(zhǔn)確油耗參數(shù)，需分開(kāi)針對(duì)仿真。參數(shù)確定可結(jié)合Google Earth Pro計(jì)算出每個(gè)階段坡度與里程，通過(guò)ADVISOR軟件對(duì)各種工況下的油耗仿真。

通過(guò)Google Earth Pro導(dǎo)入待研究公交路線的坐標(biāo)（也可通過(guò)手動(dòng)繪制）得到路線圖，把路線圖的海拔與里程的相關(guān)圖像信息通過(guò)軟件轉(zhuǎn)換為二維數(shù)組信息存儲(chǔ)，以供求解坡度。坡度相當(dāng)于海拔關(guān)于里程的變化率，即函數(shù)的斜率。利用此種方法的前提是海拔與里程的函數(shù)關(guān)系圖連續(xù)且可導(dǎo)，即斜率存在。在分段前利用MATLAB對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，消除由于測(cè)量誤差造成的微小波動(dòng)，利用插值法修復(fù)因?yàn)榱⒔粯蚧虻叵滤淼赖仍斐傻膭×液０握`差。設(shè)置合理斜率閾值，通過(guò)C語(yǔ)言程序調(diào)用坡度數(shù)據(jù)并把斜率小于閾值的連續(xù)路段分為一類，輸出里程數(shù)與坡度值，由此即可對(duì)道路分段。分段完成后即可得到不同路段與不同坡度的數(shù)據(jù)。為了計(jì)算精確可把斜率閾值調(diào)小，同時(shí)應(yīng)注意里程的變化，因?yàn)榉侄卧骄_，里程越短，在仿真時(shí)就會(huì)出現(xiàn)較大誤差，分段里程不能低于最低仿真值。本文設(shè)置的斜率閾值較大，分段較為簡(jiǎn)略。圖1所示為用Google Earth Pro獲取到的某條公交路線的海拔與里程信息。

因選取的路線為封閉但不重復(fù)的公交路線，所以起點(diǎn)與終點(diǎn)為同一點(diǎn)，海拔相同。由于導(dǎo)入數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，出現(xiàn)了異常值，理論上道路坡度變化應(yīng)連續(xù)且平緩，通過(guò)實(shí)際分析，圖中劇烈波動(dòng)是經(jīng)過(guò)立交橋而引起的海拔誤判。這種情況是地圖軟件數(shù)據(jù)不完善造成的，需要人為地分析誤差原因，并在實(shí)際研究中盡力避免。為了減少這種誤差，本文利用差值法消除并彌補(bǔ)異常值，雖然依然存在一定誤差，但與實(shí)際誤差相差不大，因?yàn)榇蠖鄶?shù)道路的坡度變化平緩，需符合國(guó)家規(guī)定道路坡度標(biāo)準(zhǔn)。

3.油耗仿真

本文以此條路線的公交車為例進(jìn)行油耗仿真，查詢公交車型號(hào)，把車輛參數(shù)錄入到ADVISOR中仿真。本文主要研究實(shí)際道路下的油耗情況，但實(shí)際影響油耗的因數(shù)有很多，如車況、駕駛行為、擁堵程度、天氣和路況等，由于研究的范圍限制，本文采用控制變量法，把車輛參數(shù)與循環(huán)工況參數(shù)設(shè)置為常量，僅把坡度作為變量進(jìn)行研究。以公交車一個(gè)班次，仿真結(jié)果如表1。

表1 油耗仿真結(jié)果表

本文把路段分為6段，對(duì)結(jié)合圖1分析，分段結(jié)果基本合理。通過(guò)ADVISOR仿真得百公里油耗，換算后的公交車運(yùn)行一個(gè)班次約5498米耗3.9升左右柴油，與公交公司公布的實(shí)際平均班次耗柴油3.73升柴油對(duì)比，仿真結(jié)果接近且小于真實(shí)值。分析知是由于分段過(guò)細(xì)與參數(shù)設(shè)置不合理造成的，通過(guò)模擬循環(huán)工況圖可發(fā)現(xiàn)公交車每次仿真均需要頻繁起步，理論起步頻率與道路擁堵情況、站臺(tái)數(shù)等有關(guān)，本文在此未做深入研究，默認(rèn)每段路為一個(gè)完整工況，各段累計(jì)相加而增加了公交車起步仿真頻率，造成油耗增加。為了避免此種問(wèn)題，需對(duì)ADVISOR二次開(kāi)發(fā)，根據(jù)要求重構(gòu)模型。由于研究范圍有限，本文僅提出研究方法，暫不做深入研究。通過(guò)仿真可明確每一段路的耗油情況，可為道路優(yōu)化、路線規(guī)劃、道路建設(shè)等提供理論依據(jù)。

4.總結(jié)

本文以某條公交路線與其公交車為例，對(duì)道路實(shí)際油耗進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果接近實(shí)際油耗。

本文方法可針對(duì)不同道路與不同動(dòng)力車型進(jìn)行仿真研究，特別是在新能源汽車研究方面有良好應(yīng)用前景。據(jù)本文研究思想，可建立道路油耗數(shù)據(jù)庫(kù)，不同道路、不同車型均有對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。仿真與實(shí)驗(yàn)并舉，結(jié)合分析，合理規(guī)劃，將對(duì)國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)有指導(dǎo)性作用?？蔀樾陆ü诽峁┕?jié)油優(yōu)化理論依據(jù)，可根據(jù)結(jié)果合理調(diào)整道路建設(shè)方案，滿足經(jīng)濟(jì)性要求；可代替實(shí)驗(yàn)研究已建卻無(wú)油耗數(shù)據(jù)道路，減少人力財(cái)力成本；對(duì)已有相關(guān)油耗數(shù)據(jù)道路，可細(xì)化研究不同路段油耗，而合理規(guī)劃優(yōu)化方案。如果道路油耗數(shù)據(jù)庫(kù)能得到建設(shè)與完善，將對(duì)國(guó)家能源規(guī)劃、行業(yè)建設(shè)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)大有裨益。

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