城市道路交叉口車輛燃油消耗分析及控制方法研究.pdf

1、降低車輛燃油消耗、提高燃油利用效率對道路交通可持續(xù)性發(fā)展具有舉足輕重的作用。車輛在交叉口范圍內(nèi)的制動(dòng)及怠速行為損失了較多的能量及燃油，研究人員提出了通過優(yōu)化交叉口交通設(shè)計(jì)、信號配時(shí)方案等方法來降低車輛行駛延誤并提高交叉口通行能力，此類方法不但能夠改善車輛的運(yùn)行狀態(tài)及交叉口運(yùn)行效率，而且也能夠有效減少車輛燃油消耗量。因此，本文的主要研究工作包括以下內(nèi)容。
　　首先，根據(jù)本文研究所需的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了相關(guān)試驗(yàn)方案，確定了試驗(yàn)流程和試驗(yàn)

2、方法，提出了相關(guān)試驗(yàn)要求;在分析城市道路及交叉口燃油消耗試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與方法的基礎(chǔ)上，采用組合式車載試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集;通過實(shí)地試驗(yàn)測試，獲取了相關(guān)車輛行駛試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出了采用關(guān)鍵點(diǎn)法進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的預(yù)處理并建立了相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫。
　　其次，提出了交叉口單個(gè)車輛及交通流燃油消耗分析計(jì)算方法及模型。分析了車輛燃油消耗的構(gòu)成并提出了相應(yīng)的計(jì)算方法，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)定了車輛加速、減速、怠速及勻速燃油消耗率，計(jì)算得出了測試路線測試車

3、輛平均燃油消耗量;界定了交叉口對車輛運(yùn)行影響的時(shí)空范圍并進(jìn)行了實(shí)測，計(jì)算得到了交叉口測試車輛燃油消耗量并分析了其特點(diǎn);基于三種車輛運(yùn)行狀態(tài)模式，探討了車輛運(yùn)行狀態(tài)模式與燃油消耗的關(guān)系。
　　再次，以交通流理論為基礎(chǔ)，分析了交叉口交通流集聚與疏散過程，得出交叉口運(yùn)行狀態(tài)恢復(fù)時(shí)間長度是進(jìn)口道紅燈時(shí)間及初始密度與最大密度比值的函數(shù);分析了交通流集聚的隨機(jī)性對計(jì)算交叉口車輛燃油消耗影響;以交叉口間距作為限制條件，分析車輛在交叉口的平均延誤

4、、停車次數(shù)、排隊(duì)長度等指標(biāo)，分別提出了過飽和、低飽和和準(zhǔn)飽和狀態(tài)下交叉口交通流燃油消耗量計(jì)算方法并進(jìn)行了案例分析。
　　另外，對交叉口車輛行駛阻力構(gòu)成進(jìn)行分析，構(gòu)建了交叉口車輛行駛方程，給出了交叉口車輛運(yùn)行油耗比例系數(shù)和能耗系數(shù)的概念及計(jì)算方法;基于本文的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對車輛在不同運(yùn)行狀態(tài)模式下的能耗系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算分析，提出交叉口車輛行駛速度范圍建議;基于上述結(jié)果提出了交叉口車輛運(yùn)行動(dòng)態(tài)速度控制模型并進(jìn)行了數(shù)值仿真研究。
　　最后

5、，分析了交叉口常用的三種信號控制策略，提出了以車輛平均燃油消耗最少作為主要優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行交叉口信號配時(shí)優(yōu)化的方法并以實(shí)際案例進(jìn)行分析;根據(jù)國內(nèi)外常用的交叉口進(jìn)口道待行區(qū)的設(shè)置類型及條件，分別提出了以燃油消耗最優(yōu)為目標(biāo)的信號控制交叉口左轉(zhuǎn)待行區(qū)、直行待行區(qū)及綜合待行區(qū)優(yōu)化設(shè)置方法;通過TRANSYT-7F和VISSIM仿真驗(yàn)證了交叉口交通管控優(yōu)化措施對車輛運(yùn)行燃油消耗的改善效果。
　　通過研究得到如下結(jié)果和結(jié)論:測試路線測試車輛平均燃

6、油消耗量為11.8 L/100km，交叉口燃油消耗量占總?cè)加拖牧勘壤秊?0.65％，交叉口加速及怠速燃油消耗量占交叉口燃油消耗量比例為79.2％,車輛運(yùn)行狀態(tài)模式(Ⅰ)行駛時(shí)間、加速度及加速時(shí)間、模式(Ⅱ)行駛速度及行駛時(shí)間及模式(Ⅲ)行駛時(shí)間及停車次數(shù)是影響車輛燃油消耗的主要因素;交叉口進(jìn)口道車道組的交通量與通行能力比值(V/C)對車輛平均燃油消耗具有重要影響，當(dāng)交通流處于低飽和狀態(tài)時(shí)車輛平均燃油消耗處于較低水平，當(dāng)交通流處于準(zhǔn)飽和

7、狀態(tài)時(shí)車輛平均燃油消耗增長較快，當(dāng)交通流處于過飽和狀態(tài)時(shí)車輛平均燃油消耗將呈現(xiàn)急劇增長態(tài)勢;車輛運(yùn)行狀態(tài)對其燃油消耗比例系數(shù)影響極大，車輛通過交叉口的燃油消耗比例系數(shù)為7.4，其中不停車燃油消耗比例系數(shù)為2.0、1次停車燃油消耗比例系數(shù)為7.2、多次停車燃油消耗比例系數(shù)為13.9，車輛以減速運(yùn)行狀態(tài)通過交叉口燃油消耗比例系數(shù)最優(yōu)且駛?cè)胨俣群退俣炔顚ζ溆袥Q定性影響;能耗系數(shù)計(jì)算結(jié)果表明車輛以不停車方式通過交叉口時(shí)總體的能耗系數(shù)為59.1％