車載燃油實時測試實驗研究

車載燃油實時測試實驗研究

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、城市交通條件、自然環(huán)境、駕駛水平和習慣。目前,國內(nèi)外針對汽車燃油消耗模型的研究從建模方法上講一般可分為實車試驗回歸模型、理論油耗模型和臺架實驗油耗模型三類。實車試驗回歸模型來自于大規(guī)模的實車實驗,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,采用理論模型與臺架模型難以實現(xiàn)準確的模擬。國外實車試驗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渡(包括加速和減速)的平均油耗。此外,Robertson得到了預測交通信號控制對油耗影響的模型。國內(nèi)也對實車試驗回歸模型開展研究,文獻研究了高速公路上的油耗模型,文獻建立了城市交通條件下的油耗預測模型。以上文獻以研究平均油耗模型為主,而對油耗瞬態(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)驗證車載油耗實時測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)搭建如圖1所示。主要設(shè)備包括CMF&F系列瞬時測量油耗儀、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。采取油耗儀測定法對6480型金杯面包車燃油消耗進行實時測試,通過對長春市部分城市道路的交通流、道路狀況、道路等級等進行實地調(diào)研,綜合考慮道路類型的比例以及交通流狀況,選取實驗路線如圖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。對交通流的統(tǒng)計研究表明,一天內(nèi)的交通流早晚呈對稱趨勢,因此實驗時間選為每天下午高峰期和平峰期(下午3:00～6:00)。測試車輛都緊跟著車流,從而能夠代表被測道路的真實行駛狀況。測試系統(tǒng)每1s采樣一次,對搜集到的大量試驗數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢查和初步統(tǒng)計。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程中穩(wěn)態(tài)下的油耗變化規(guī)律,對于預測城市快速路下車輛的燃油消耗狀況更為實用。對平峰期實驗數(shù)據(jù)的分析表明,當車速小于20km/h時,加減速比較頻繁,車速相對不夠穩(wěn)定,所以在研究穩(wěn)態(tài)下油耗變化規(guī)律過程中,只考慮車速大于20km/h時油耗的變化情況。圖3為實驗車在平峰期和高峰期分別以不同的車速勻速行駛時的車速-油耗擬合曲線。表1為平峰期和高峰期車速-油耗的模型,從實驗及擬合結(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-燃油擬合曲線實驗研究表明,車輛行駛過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、高峰期實驗車在主干路、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。由實驗及擬合結(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、交通信號燈多有關(guān)系。2.3加速度對平均油路率的影響在實驗數(shù)據(jù)中,分別選取20、30、40、50km/h為初速度,在每個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時的油耗數(shù)據(jù)共11組,每組包括50個數(shù)據(jù),按照每一個初速度下的11組數(shù)據(jù)分別計算各加速度下的平均油耗率。在減速行駛過程中,也分別選取20、30、40、50km/h為初速度的實驗數(shù)據(jù),在每個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時的油耗數(shù)據(jù)共11組,每組包括50個數(shù)據(jù),按照每一個初速度下的11組數(shù)據(jù)分別計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。可以看出,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。通過對圖3～圖6中的曲線估計,選取回歸模型如表3所示。3模型有效性檢驗選取如圖7所示的實驗路線對模型進行驗證。通過模型計算出各油耗指標預測值,將其與實際測量值進行對比,并計算出整體誤差、基于每秒的單個量誤差和相關(guān)系數(shù),以此作為模型有效性檢驗的標準。對已建立的各油耗指標模型進行誤差計算的結(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,說明這些模型對于預測實際城市道路中車輛的燃油消耗情況有效,符合長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加速度對燃油模型的影響本文應(yīng)用車載油耗實時測試系統(tǒng),選取長春市有代表性的路段進行了平峰期和高峰期油耗測試實驗,根據(jù)實驗結(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。實驗結(jié)果表明:①平峰期和高峰期時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車輛的瞬時油耗隨加速度的增加而增大,但是當加速度大于1.5m/s2時,增大幅度減小。本文通過其他道路實