車載燃油實(shí)時(shí)測(cè)試實(shí)驗(yàn)研究

車載燃油實(shí)時(shí)測(cè)試實(shí)驗(yàn)研究

影響汽車燃油消耗的因素有30多種，主要包括汽車本身的特點(diǎn)、城市交通條件、自然環(huán)境、駕駛水平和習(xí)慣。目前,國(guó)內(nèi)外針對(duì)汽車燃油消耗模型的研究從建模方法上講一般可分為實(shí)車試驗(yàn)回歸模型、理論油耗模型和臺(tái)架實(shí)驗(yàn)油耗模型三類。實(shí)車試驗(yàn)回歸模型來(lái)自于大規(guī)模的實(shí)車實(shí)驗(yàn),因此具有很高的置信度,特別在城市交通系統(tǒng)中,汽車的油耗受到交通量、行駛速度、交叉口間距和控制方式等諸多因素的影響,采用理論模型與臺(tái)架模型難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的模擬。國(guó)外實(shí)車試驗(yàn)回歸模型中最著名的是TheAustrilianElementalModel,分別考慮怠速、勻速以及怠速和勻速之間的過(guò)渡(包括加速和減速)的平均油耗。此外,Robertson得到了預(yù)測(cè)交通信號(hào)控制對(duì)油耗影響的模型。國(guó)內(nèi)也對(duì)實(shí)車試驗(yàn)回歸模型開展研究,文獻(xiàn)研究了高速公路上的油耗模型,文獻(xiàn)建立了城市交通條件下的油耗預(yù)測(cè)模型。以上文獻(xiàn)以研究平均油耗模型為主,而對(duì)油耗瞬態(tài)模型關(guān)注不多,本文將采用車載瞬態(tài)油耗采集系統(tǒng),研究城市交通條件下的瞬態(tài)油耗模型。1燃油系統(tǒng)驗(yàn)證車載油耗實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)搭建如圖1所示。主要設(shè)備包括CMF&F系列瞬時(shí)測(cè)量油耗儀、OES-Ⅱ型非接觸五輪儀、筆記本電腦。所有的儀器集裝成一體,方便車載。采取油耗儀測(cè)定法對(duì)6480型金杯面包車燃油消耗進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試,通過(guò)對(duì)長(zhǎng)春市部分城市道路的交通流、道路狀況、道路等級(jí)等進(jìn)行實(shí)地調(diào)研,綜合考慮道路類型的比例以及交通流狀況,選取實(shí)驗(yàn)路線如圖2所示。選擇一名有20年駕齡的駕駛員按照正常的駕駛行為行駛。對(duì)交通流的統(tǒng)計(jì)研究表明,一天內(nèi)的交通流早晚呈對(duì)稱趨勢(shì),因此實(shí)驗(yàn)時(shí)間選為每天下午高峰期和平峰期(下午3:00～6:00)。測(cè)試車輛都緊跟著車流,從而能夠代表被測(cè)道路的真實(shí)行駛狀況。測(cè)試系統(tǒng)每1s采樣一次,對(duì)搜集到的大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查和初步統(tǒng)計(jì)。2模型的構(gòu)建2.1車速-燃油擬合曲線穩(wěn)態(tài)下車輛油耗模型反映了車輛在行駛過(guò)程中穩(wěn)態(tài)下的油耗變化規(guī)律,對(duì)于預(yù)測(cè)城市快速路下車輛的燃油消耗狀況更為實(shí)用。對(duì)平峰期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析表明,當(dāng)車速小于20km/h時(shí),加減速比較頻繁,車速相對(duì)不夠穩(wěn)定,所以在研究穩(wěn)態(tài)下油耗變化規(guī)律過(guò)程中,只考慮車速大于20km/h時(shí)油耗的變化情況。圖3為實(shí)驗(yàn)車在平峰期和高峰期分別以不同的車速勻速行駛時(shí)的車速-油耗擬合曲線。表1為平峰期和高峰期車速-油耗的模型,從實(shí)驗(yàn)及擬合結(jié)果可以得出,平峰期與高峰期的車速-油耗模型基本一致。2.2車速-燃油擬合曲線實(shí)驗(yàn)研究表明,車輛行駛過(guò)程中的油耗變化與車輛行駛的道路種類有一定關(guān)系,且具有相應(yīng)的規(guī)律。圖4為平峰期、高峰期實(shí)驗(yàn)車在主干路、次干路和支路下的車速-油耗擬合曲線。表2為平峰期、高峰期車速-油耗的回歸模型。由實(shí)驗(yàn)及擬合結(jié)果可以得出:主干路上車輛的油耗要稍高于次干路、支路上行駛的油耗。其原因可能與主干路車流密度大、交通信號(hào)燈多有關(guān)系。2.3加速度對(duì)平均油路率的影響在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中,分別選取20、30、40、50km/h為初速度,在每個(gè)初速度下選取加速度為0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1.1、1.3、1.5、1.7、1.9、2.3m/s2時(shí)的油耗數(shù)據(jù)共11組,每組包括50個(gè)數(shù)據(jù),按照每一個(gè)初速度下的11組數(shù)據(jù)分別計(jì)算各加速度下的平均油耗率。在減速行駛過(guò)程中,也分別選取20、30、40、50km/h為初速度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),在每個(gè)初速度下選取加速度為-0.1、-0.3、-0.5、-0.7、-0.9、-1.1、-1.3、-1.5、-1.7、-1.9、-2.3m/s2時(shí)的油耗數(shù)據(jù)共11組,每組包括50個(gè)數(shù)據(jù),按照每一個(gè)初速度下的11組數(shù)據(jù)分別計(jì)算各加速度下的平均油耗。圖5、圖6顯示了初速度為30、40km/h下油耗隨加速度、減速度的變化趨勢(shì)?？梢钥闯?油耗隨著加速度的增加而增大,但是增大幅度卻不斷減小。同樣,在初速度為20、50km/h下也具有同樣規(guī)律。通過(guò)對(duì)圖3～圖6中的曲線估計(jì),選取回歸模型如表3所示。3模型有效性檢驗(yàn)選取如圖7所示的實(shí)驗(yàn)路線對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)模型計(jì)算出各油耗指標(biāo)預(yù)測(cè)值,將其與實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比,并計(jì)算出整體誤差、基于每秒的單個(gè)量誤差和相關(guān)系數(shù),以此作為模型有效性檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)已建立的各油耗指標(biāo)模型進(jìn)行誤差計(jì)算的結(jié)果如表4所示。從表4中可以看出,經(jīng)數(shù)據(jù)分析所建立的汽車燃油消耗模型的整體誤差較小,說(shuō)明這些模型對(duì)于預(yù)測(cè)實(shí)際城市道路中車輛的燃油消耗情況有效,符合長(zhǎng)春市城市道路下車輛燃油消耗規(guī)律。但是,由于在不同類型道路上,影響車輛燃油消耗的因素較多,使得各模型檢驗(yàn)相關(guān)系數(shù)略小。這些模型是單一的根據(jù)金杯車油耗數(shù)據(jù)建立的,具有一定的局限性。4加速度對(duì)燃油模型的影響本文應(yīng)用車載油耗實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng),選取長(zhǎng)春市有代表性的路段進(jìn)行了平峰期和高峰期油耗測(cè)試實(shí)驗(yàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別建立了基于速度的穩(wěn)態(tài)油耗、瞬態(tài)油耗以及不同速度、不同加速度下的油耗回歸模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:①平峰期和高峰期時(shí)基于平均車速油耗模型基本一致;②主干路上車輛的油耗稍高于次干路和支路;③車輛的瞬時(shí)油耗隨加速度的增加而增大,但是當(dāng)加速度大于1.5m/s2時(shí),增大幅度減小。本文通過(guò)其他道路實(shí)