公路交通运营管理对油耗影响

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摘要：汽车油耗是公路交通节能减排的重要内容之一，公路运营管理对燃油消耗量有着极其重要的影响，当车辆相同时，道路条件与交通量的不同会导致汽车油耗有很大差异。文章通过在成都路段上进行的汽车油耗试验，建立了不同道路条件和交通拥堵下的车辆运行速度和燃油消耗关系模型，并对同一辆车在弯道、爬坡及交通拥堵下的运行速度和燃油消耗量进行了回归分析，并分析了产生差异的原因。最后从公路交通运营管理的角度对油耗影响进行了分析，并提出相应的对策建议。

关键词：汽车油耗试验；公路运营管理；燃油消耗关系模型；回归分析经过

近20多年的建设，我国高速公路所承载的交通运输已成为交通运输的重要组成部分。汽车油耗是公路交通节能减排的重要内容之一，公路运营管理对燃油消耗量有着极其重要的影响。高速公路运营管理通过对车辆运行工况的影响，进而影响发动机的转速和负荷甚至车速的变化来影响燃油消耗量。燃油消耗量除与自身因素关系密切外，影响它最大的就是车辆行驶的道路条件和交通量，有效地践行高速公路运营管理可以有效改变车辆行驶的道路条件，进而改变其燃油消耗量，实现公路交通过程中的燃油经济性，进而实现节能减排。近些年来，我国也开始了对交通运输系统的燃油消耗规律进行研究。但目前从高速公路运营管理的角度来研究分析汽车油耗的研究较少。为此，本文依据在成都路段上采集的油耗数据，对不同道路条件及交通拥堵状况下的车辆运行速度与油耗之间的关系进行分析，进而提出相应的公路运营管理措施来，进而减少高速公路汽车行驶过程的燃油消耗量，实现公路交通运输的节能减排。

1、汽车油耗试验与建模

1.1油耗试验方案

选用皇冠在成都路段上进行道路试验，利用OBD2检测仪检测汽车行驶中的数据。试验需要记录的数据为行驶速度、每升燃油行驶里程和试验路段类型。记录这三项数据是因为：影响汽车油耗的诸多道路条件及交通状况都是以车速大小反映出来；每升燃油能使汽车行驶的里程数可以反映汽车燃油经济性；记录路段类型是为了更好地了解汽车行驶的道路交通状况，以便更好地分析其与车速、油耗之间的关系。

1.2油耗模型建立与分析

通过对采集数据及其对应行驶路段类型的统计分析，得到在弯道爬坡期间以及怠速起步期间的运行车速与油耗分布图，如图1、图2。为建立燃油消耗与运行车速之间的关系，以在成都采集的试验数据及图像分析为依据，利用SPSS对采集的大量油耗数据及车辆运行车速数据进行回归分析，分别得到弯道路段运行车速-油耗关系曲线、爬坡路段运行车速-油耗关系曲线、怠速起步期间运行车速-油耗关系曲线，如图3、图4、图5所示。图1弯道爬坡期间的运行车速与油耗分布图图1对应的行驶路段为水平匀速路段-弯道减速路段-爬坡加速路段-水平匀减速路段-水平匀加速路段。在水平路段且交通无阻时，车速在40km/h左右，变化趋势不大，对应油耗值在30km/L左右；向左转弯时，逐渐降低到12km/h左右，对应油耗值在10km/L左右；爬坡行驶时，车速逐渐增加到51km/h左右，对应油耗值在5km/L左右；在水平路段匀减速行驶时，车速逐渐降低到40km/h，对应油耗值在25km/L左右；车速在水平路段匀加速行驶时，车速逐渐增加到70km/h，油耗值在6km/L左右。图1中的油耗数值越大，汽车行驶的里程数越多，燃油经济性就越好。经上述分析，发现当汽车转弯、爬坡及在水平路段匀加速行驶时燃油经济性较差。图2怠速起步期间的运行车速与油耗分布图图2对应的行驶路段为水平交通拥挤路段，车辆经历了减速停车至怠速-起步加速-减速停车至怠速几个阶段。减速时，速度由55km/h变为0，油耗减小至0；起步时，车速由0增加到60km/h，油耗在8km/L左右；又开始减速时，速度由60km/h变为0，油耗值在8km/L波动至0。经上述分析，图2油耗值偏小，车辆在交通拥堵阶段不断地怠速停车、起步加速，导致燃油经济性较差。图3弯道路段的运行车速-油耗关系曲线由图3可知在弯道路段的车速与油耗呈正相关关系，在转弯路段速度减小，油耗也减小，变化幅度较大。转弯路段车速降低，燃油经济性较差。这是由于道路的曲度使汽车产生横向离心力曲度阻力，随着曲度的增加用于克服曲度阻力的输出功率也增加。图4爬坡路段的运行车速-油耗关系曲线由图4可知爬坡路段的运行车速与油耗呈二次抛物线关系。为克服爬坡阻力，发动机节气门变大，发动机转速增加，对应汽车油耗逐渐减小，由图4可知，油耗虽然变化不大，由4.6km/L减小到3.3km/L左右，燃油经济性较差。这是由于在爬坡过程中，发动机节气门开度变大，发动机转速增加，同时汽车在爬坡过程中重力沿坡道产生了坡道阻力，克服坡道阻力消耗的功率也增加，由图4可知，上坡过程中车速逐渐增加，意味车辆克服空气阻力消耗的功率增加，而引起燃油消耗量的增加。交通拥堵阶段车辆起步频繁，由图5可知在起步时车速与油耗呈二次抛物线关系，车速逐渐增大，对应汽车油耗数先增大再减小，车速在50km/h左右时油耗最高，其值为4km/L左右，在整个起步过程中，燃油经济性整体很差。这是因为拥堵路段不断地加减速乃至于等待来保证汽车安全驾驶，从而使汽车燃油经济性变差。

2、车辆油耗影响因素分析

车辆油耗量是人、车、路、环境共同作用的结果，影响汽车燃油经济性的因素很多，包括车辆行驶状态、汽车自身因素、汽车维修保养、传动系效率等都是不可忽视的诸多外因。它们通过改变发动机功率及转速以至改变汽车行驶速度进而影响汽车燃油消耗量。根据车辆行驶在不同路段状况下采集的数据也可以得到不同行驶路段特征对应的平均油耗和平均车速。由表1可知，在正常行驶水平路段的平均运行车速最高，燃油经济性好。在弯道路段、爬坡路段导致发动机功率和转速增加，燃油经济性较差，交通拥堵路段车辆由于频繁加速、减速、怠速、起步，导致车速变化大，驾驶行为的变化也引起了发动机功率和转速的变化，其对应的平均油耗最低，表明交通量对平均油耗的影响最大。根据对成都路段类型及其交通状况的分析，发现影响成都路段汽车行驶油耗的因素可以分类为车辆行驶工况及车速、道路几何特征中的坡度及曲度、交通条件与管理方式中的交通量及交通流密度。速度对油耗的影响在于当速度增加后，汽车行驶阻力消耗功率，同时汽车动能增大，加速的次数与幅度越大，导致油耗增大；当速度减小后，车辆获取的能量转化为制动的摩擦热能散发掉了，导致油耗增大。因此，行驶过程中尽量保持车速不变，便可以有效降低汽车燃油消耗量。道路线形对车辆的影响最终通过改变发动机转速、负荷以及输出功率来改变汽车的燃油消耗量[4]。道路曲度会使汽车产生横向离心力曲度阻力，汽车克服曲度阻力做功导致燃油消耗量增加，另外，随着曲度的增加，发动机输出功率也随之增加，燃油消耗量变大。道路坡度对油耗的影响在于汽车上坡时汽车重力沿坡道产生了坡道阻力，发动机克服坡道阻力做功导致燃油消耗量增加，另外，随着坡度的增加，发动机输出功率会增加，同时，坡度增加可能会使汽车降低档位，从而使发动机的转速提高。交通条件与管理方式中的交通量及交通流密度对车辆油耗影响很大，这是因为公路交通量及交通流密度与车辆运行工况密切联系。当交通流密度较低时，驾驶员可以保持平稳速度运行，减少怠速停车的频率，也就减少了起步次数，从而可以有效地降低汽车燃油消耗量，改善汽车燃油经济性。当交通流密度较高时，车辆运行状态越不稳定，会出现频繁刹车、超车现象，也会出现频繁加减速及交通拥堵状况，导致此时汽车燃油消耗量很大。

3、公路运营管理对油耗的影响因素分析

3.1公路运营管理的基本内容

公路运营管理指的是在高速公路建成竣工之后的使用期间，使其最有效率地为社会提供服务所进行的一系列管理活动。主要包括以下6个方面：（1）路政管理。包括对违章侵占、污染，毁坏高速公路的行为进行查处；对公民和其他组织利用公路及超限运输等事宜进行审批与管理等。（2）养护管理。根据交通部制定的高速公路养护标准和作业规范，尽可能采用新技术、新工艺，对高速公路及其附属设施进行经常性保养维护。（3）交通安全管理。为了维护高速公路交通秩序，对在高速公路上行驶的道路使用者的行为所进行的约束和管理的活动。（4）收费管理。对高速公路使用者收取通行费工作的管理，实现收取足额的通行费，以保证高速公路建设资金的偿还及管好运营时支出的各种费用。（5）信息和监控管理。通过现代化的电子设备对高速公路的运行状况随时进行监视与控制，完成信息的收集、传输、处理，以指导行驶车辆对高速公路的最佳使用。（6）服务管理。依托高速公路为使用者提供餐饮、休息、加油、维修、通信、停车、洗车及医救助等服务活动的管理。其目是向使用者提供热情、舒适、方便、周到的各种服务。

3.2公路运营管理对车辆油耗影响分析及对策建议

高速公路运营管理各个部门之间的相互配合共同为车辆通行提供了良好的道路交通条件。同时，通过监控管理、路政管理、交通安全管理保证道路服务水平，避免道路施工和交通事故对车辆通行带来的影响。在保证安全的前提下，使车辆能够以较高的速度平稳行驶，从而减小车辆在交通运输过程中的油耗。（1）路政管理对车辆油耗影响分析及对策建议路政管理部门通过维护路产路权，有效地保证了高速公路完好畅通。同时，路政管理部门还负责维护事故现场、养护场地良好的工作秩序，减少了事故隐患。这些都有利于减小车辆油耗。（2）养护管理对车辆油耗影响分析及对策建议道路表面特性直接影响车辆运行时的油耗、机械的磨损以及乘车的舒适性，进而影响车辆的碳排放。但在公路进行养护作业时，由于通行车道数的减少，会导致道路车流密度的增大引起车辆油耗的增加。（3）交通安全管理对油耗影响分析及对策建议交通安全管理除对公路用地范围内所有的安全因素进行安全管理，提高公路系统安全性、预防事故的发生外，还包括高速公路事故响应及处理。因此，增加高速公路行车安全性，对公路事故频发段进行改善，以及对突发事故快速响应与处理均有利于减小车辆油耗。（4）收费管理对车辆油耗影响分析及对策建议收费系统的效率直接影响收费站车辆运行状态。当前我国大多数高速公路采用的是停车缴费的人工或半人工收费体制，整个过程都会造成车辆油耗增加，同时怠速期间车辆的尾气污染也是十分巨大的。因此，提高的收费效率，减少车辆在收费站排队等待的时间，进而也就减少了车辆的油耗。（5）信息监控管理对油耗影响分析及对策建议信息和监控管理是保证高速公路车辆正常运行必不可少的，其监控的范围、信息的科学性、可靠性和的实时性不仅为使用者提供诱导，还与高速公路运营管理的其他方面有着直接或间接的联系。同时，一个较好的信息系统会向驾驶员提供最科学、准备的驾驶信息，在保证交通安全的同时，提高运行效率，减少油耗。（6）服务区管理对车辆油耗影响分析及对策建议高速公路是一个封闭的行车环境，服务区的作用在于为驾驶员提供一个休息的场所，避免驾驶员因为疲劳驾驶引发交通事故；同时，服务区也为车辆提供了一个维修、加油的场所，这些都有助于减少高速公路交通拥堵，减小了车辆的油耗。

4、结论

通过对采集数据的分析建立了不同道路条件和交通拥堵状况下的车辆运行速度和燃油消耗关系模型，对同一辆车在弯道、爬坡及交通拥堵下的运行速度和燃油消耗量进行了回归分析，得出车辆在弯道处减速幅度较大且克服曲度阻力消耗功率，平均油耗为12.7km/L，燃油经济性较差；在爬坡路段加速幅度较大且克服坡道阻力消耗功率，平均油耗为3.3km/L。最后从公路交通运营管理的角度对油耗影响进行了分析，提出通过对路政油耗为4km/L，在交通拥堵处频繁加速、减速、怠速、起步导致燃油消耗量较大，平均管理、养护管理、交通安全管理、收费管理、信息监控管理、服务管理的改善来改善道路交通条件进而改善汽车行驶过程中的油耗。

作者:袁伟 单位:陕西工业职业技术学院

参考文献

[1]张卫华,王炜,牛学勤等.京石高速公路及其辅道汽车油耗比较分析[J].公路交通科技,2003,20(03):182-185.

[2]刘斌.高速公路对汽车油耗及大气环境的影响分析[D].黑龙江:哈尔滨工业大学,2008.

[3]彭渤.高速公路汽车油耗模型研究[D].陕西:中国海洋大学,2012.

[4]潘玉利,程珊珊.运行速度和发动机油耗预测模拟技术研究[J].公路交通科技,2004,21(5):96-99.

[5]张波.高速公路低碳交通运营管理评价研究[D].陕西:中国海洋大学,2012.