基于节能减排的高速公路瓶颈处拥挤车流控制技术研究

针对高速公路施工段、收费站等通行能力瓶颈路段等时常出现的车辆拥挤缓行、频繁停行、燃油急剧增加的问题,在充分调查交通拥挤缓行时车流特征的基础上,结合交通控制、感应检测等技术,建立了基于节能减排的交通拥挤缓行车流控制系统。实例分析表明:该控制系统在不增加车辆通过时间的前提下,大幅减少了车辆的起停次数,降低了燃油消耗。     

高速公路限速设施对车辆燃油效率的影响研究

目前,为控制车速,我国在高速公路各路段设置了为数众多的限速设施,虽在一定程度上提高了道路交通安全,但对车辆的燃油效率和尾气排放却造成了不利的影响.为量化研究这一影响的程度,在对多条高速公路开展实地调研的基础上,分析了某一路段由于限速设施的存在而带来的车辆速度变化,继而运用车辆微观仿真软件TruckSim得到车辆在这一过程中的燃油消耗量;同时应用运行速度预测模型,计算假设限速设施不存在时车辆的行驶速度以及在这一预测车速下车辆通过同一路段的燃油消耗量,通过量化对比发现限速设施的存在成倍增加了燃油的消耗,这对控制尾气排放是极为不利的.最后提出在限速设施铺设前,应基于多种因素综合判断,全面考虑其可能带来的正负效应,真正做到科学、合理地使用限速设施.     

路段公交专用道对车辆燃油消耗与污染物排放的影响分析

本文利用微观仿真软件（VISSIM）对研究对象进行微观交通流模拟,并将得到的车辆运行状况数据用数据库方式输出,转换后作为综合模式排放模型（CMEM）计算油耗和排放所需要的输入文件。用该方法以南京市太平北路为研究对象,模拟将该路段的最外侧混行车道改造为公交专用道后对交通流及油耗和排放的影响。模拟结果表明：该设置明显改善了公交车的交通流运行情况,并能够有效减少公交车的燃油消耗及尾气排放;但是对整体路段的总体机动车而言,该设置使得路段平均燃油消耗率及HC、CO和NOx的平均排放因子少量增加。     

延长汽车使用寿命的驾驶十三招

在发动机的各个工况中，低速、大负荷是最耗油的了。而在城市道路上行驶，车多路挤，经常需要起步停车，使车辆在不经意之间多消耗了不少燃油。因此在每次出行之前，驾驶应制定一个良好的行车计划，了解所经道路的情况，尽量避免在交通高峰期经过繁忙路段，以免堵车而自白浪费燃油和时间。即使是在自己熟悉的路段行车，也应随时了解最新的路况信息，保持行车的顺畅。     

混合交通流环境下单交叉口自动驾驶车辆轨迹优化

信号交叉口对城市道路的通行能力以及车辆的燃油消耗具有重要影响。本文提出一种在自动驾驶车辆和人工驾驶车辆混合交通流环境下的自动驾驶车辆的轨迹优化方法。基于交叉口信号灯的配时方案,构建车辆旅行时间估计模型,并以自动驾驶车辆燃油消耗最小以及通行效率最大为目标,构建自动驾驶车辆轨迹优化模型,对车辆进行动态轨迹规划和控制。车辆轨迹滚动优化模型采用高斯伪谱法进行离散化求解,并基于SUMO仿真平台对模型结果进行验证。仿真结果表明,自动驾驶车辆可以通过优化自身控制变量影响人工驾驶车辆的运行状态,减少交通流的排队以及时走时停现象。本文提出的车辆轨迹优化方法对于降低车队整体燃油消耗、提升车队平均速度、缩短平均行程时间具有重要作用。     

公路项目节能评价分析

车辆本身的燃油经济性和车辆的行驶状态是影响燃油消耗的主要因素,采用项目"有无比较法"计算燃油消耗,可使节能评价的结论具有真实性和可参考性.     

高速公路瓶颈区域可变限速阶梯控制方法

针对高流量条件下高速公路主线瓶颈路段交通流运行态势恶劣导致通行效率降低的问题,从高速公路瓶颈路段交通流时空特性出发,对元胞传输模型进行扩展,使其能够对瓶颈路段和可变限速条件下交通流运行情况进行描述;在此基础上,构建可变限速控制模型,并采用阶梯限速控制方法对主线交通流进行控制,防止限速路段车辆排队上溯影响上游匝道车辆的正常通行.算例仿真结果表明:本文提出的瓶颈区域可变限速阶梯控制方法能够有效缩短车辆行程时间,在可变限速条件下,与无控制和仅单路段主线控制相比,车均延误分别减少了13.78%和1.60%.      

信号交叉口绿色驾驶车速控制方法

信号交叉口是整个城市交通路网中的瓶颈区域.车流经常在路口停车等候造成怠速行驶,严重降低交叉口的通行效率,同时造成严重的汽车尾气排放污染.为了减轻交叉口对交通流的阻断,合理降低信号交叉口的车辆延误、燃油消耗和污染物排放,本文提出了一种基于多级可变速度限制的信号交叉口绿色驾驶控制方法.该方法以可变速度限制值为控制变量,并基于固定式检测器获取的交叉口附近道路交通状况信息对车辆进行速度限制值的实时发布,以实现在不增加旅行时间的基础上平滑车辆驶近交叉口过程中的时空轨迹.通过MATLAB对该方法进行仿真验证,结果表明,其能够有效地降低交叉口的车辆延误,并减少车辆的燃油消耗与污染物排放量.     

城市快速路匝道车辆汇入影响因素识别与行为预测

分析了美国US101快速路瓶颈路段(简称“US101”) 和上海市延安高架上虹许路匝道瓶颈路段(简称“SHHX”) 的车辆轨迹数据, 研究了城市快速路入口匝道车辆的汇入行为; 考虑了汇入行为的13个瞬时影响因素和25个历史经历影响因素, 采用随机森林算法对38个影响因素进行重要度排序, 并识别关键影响因素; 分别对2个瓶颈路段构建了贝叶斯网络汇入行为预测模型, 并评价了模型预测精度。分析结果表明: 瓶颈路段US101和SHHX共有14个关键影响因素, 包括6个历史经历影响因素, 其中瓶颈路段US101和SHHX历史经历影响因素分别占关键影响因素总数的45.45%、36.36%, 说明汇入行为的历史经历影响因素对最终汇入决策有显著的影响; 考虑历史经历影响因素的贝叶斯网络模型预测精度较高, 瓶颈路段US101和SHHX汇入行为的总体预测精度分别提高了2.53%、8.85%, 其中未考虑历史经历影响因素时, 瓶颈路段US101和SHHX汇入行为的总体预测精度分别为87.94%和73.17%, 考虑历史经历影响因素时, 瓶颈路段US101和SHHX汇入行为的总体预测精度分别为90.47%和82.02%;此外, 预测模型无过度拟合, 测试集汇入事件与非汇入事件的预测精度之差在1.2%以内。      

高速公路瓶颈区域可变限速控制方法

高速公路交通流处于高峰时,公路主线路段可能出现拥挤的瓶颈路段,导致车辆运行时间增加,路段运行效率降低等问题.本文从高速公路瓶颈区域路段交通流运行的时空特征出发,对现有的Papageorgiou模型进行扩展并考虑速度控制因素,使其适用于可变限速控制环境下的真实交通流运行状态,提出了适用于高速公路瓶颈区域的可变限速控制条件的改进模型,以控制周期内总通行量最大和车辆总行程时间最小为目标,建立高速公路主线可变限速控制优化模型.仿真结果表明,相对于固定限速控制,本文提出的可变限速控制方法可降低总行程时间7.45%,提高平均速度8.78%,表明该可变限速控制模型能在一定程度上缓解高速公路瓶颈区域的拥堵问题.     

面向实际交通状态的混合动力汽车能耗和CO2排放模型

由于混合动力汽车与传统燃油车的能耗排放因子具有差异性，导致机动车交通路网能耗排放的量化评估存在不确定性。本文建立混合动力汽车在实际交通状态中的能耗和CO2排放因子测算模型，基于车辆比功率VSP(Vehicle Specific Power)作为车辆行驶状态与能耗排放之间耦合关系的表征参数。通过引入内燃机转速区分内燃机开启和关闭工作状态，并计算内燃机开启状态下VSP对应的平均能耗率，同时，建立能够解析混合动力汽车能耗排放产生机理的VSP分布。通过收集典型行驶工况下车辆测试油耗数据和北京市车辆实际行驶轨迹数据，验证了模型的准确性，并应用模型测算混合动力汽车不同速度区间下的油耗和CO2排放因子。研究结果表明：在城市行驶工况(UDDS)和高速行驶工况(HWY)中，模型测算能耗排放因子与真实值的平均相对误差分别为3.7%和-1.7%，与不考虑内燃机开启状态相比，测算误差减少5.6%和4.3%；在实际交通状态下，采用传统燃油车的测算方法会导致混合动力汽车行驶平均速度为高速区间时油耗和CO2排放量被低估，当行驶平均速度为低速区间时油耗和CO2排放量会被高估。     

基于比功率的自动驾驶交通流油耗分析

鉴于油耗与节约能源和车辆尾气排放直接相关，探究自动驾驶车辆对油耗的影响. 以手动驾驶车队与自动驾驶车队为数值仿真对象，在交通震荡环境下设计数值仿真实验. 对车队的车辆数量，车队初始速度，以及自动驾驶车辆的车间通信延时做参数敏感性分析. 基于机动车比功率的油耗评价模型，对仿真结果进行统计；相比于手动驾驶车队，计算自动驾驶车队平均油耗率的降低. 从交通流稳定性角度考察油耗降低与稳定性状态转变之间的内在关联性. 研究结果表明，自动驾驶车辆对油耗的降低幅度与车队初始速度有关，与交通流稳定性之间存在定性的影响关系，交通流的平稳性有利于显著改善车辆油耗降低的幅度. 研究结果可为大规模自动驾驶背景下的油耗控制策略提供理论参考.     

路面改造期间环境影响评估及用户成本分析

为了解由于公路占道作业对交通产生的影响,本文通过运用PARAMICS这一仿真软件模拟了20km长双向6车道一级公路在旧路面改造过程中三种不同交通负荷下的交通运行状况,并据此分别从环境影响及用户成本两方面定量化分析了公路占道作业给交通所带来的影响。通过定量化分析结果可以发现,在环境影响方面,机动车产生的温室效应及污染物排放随交通量的增长大致呈线性变化;在用户成本方面,公路占道作业致使路段车辆运行速度下降,从而造成一定时间内通过整段公路的所有车辆总燃油消耗减少,而总的用户成本却随交通量的增长呈非线性增加的趋势。     

基于发动机特性综合评价的传动系优选匹配方法

汽车动力传动系的优选匹配是汽车设计的重要组成部分。发动机的万有特性实验数据是汽车经济性计算的重要参数,利用发动机的万有特性实验数据,得到发动机的最低燃油消耗率、平均燃油消耗率、燃油消耗率均差,建立了发动机经济性的综合评价标准;通过处理传动系的最小传动比,得到了优选匹配快速计算方法;实例计算验证了优选匹配快速计算方法的有效性。     

面向快速路交通瓶颈的混合交通群体节流控制策略

针对传统人驾车(HV)和网联自动车(CAV)组成混合交通条件下的快速路道路缩减瓶颈问题,从群体控制角度,提出了一种新的速度协调控制策略(简称节流控制策略);基于瓶颈交通状态和Greenshields模型,设计了领航CAV速度控制器;面向CAV节流群体组群过程的控制问题,提出了目标切换下的非线性控制器;构建了CAV节流群体类队列控制器,实现了基于瓶颈交通状态的群体形态与群体速度动态调节,进而联合领航CAV速度控制方法,周期性管控超过每组节流群体的车辆;提出了CAV纵向安全控制器来解决组群和群体演化过程的车辆安全问题。仿真结果表明:在快速路瓶颈路段下,对比传统交通系统,提出的动态节流控制策略CAV渗透率达到5%,在车流量分别为2 000、3 000、5 000、6 000 veh·h-1条件下,可对应分别提高通行效率约5.87%、16.97%、11.07%、10.25%;在固定车流量为3 000或6 000 veh·h-1的快速路混合交通瓶颈路段中,对比传统交通系统,若CAV渗透率分别为10%、20%、30%,受控交通系统的通行效率可提升约24%;通过对车头间距分析,受控CAV在节流全过程中无碰撞事故发生,且可与前车保持9 m以上安全距离。可见,节流控制策略在应对快速路瓶颈问题是有效的。      

车路协同雾天预警系统对车辆运行生态特性的影响

为探究车路协同技术对车辆运行生态特性的影响，基于驾驶模拟试验平台构建车路协同条件下的雾天预警系统，测试了驾驶人在浓雾条件下驾驶车辆的能耗排放特征；设计了空白对照组、可变情报板(DMS)预警组、人机交互界面(HMI)预警组以及DMS+HMI预警组4种试验场景，招募43名驾驶人开展驾驶模拟试验，通过对比不同预警方式作用下车辆总体和道路关键区段的能耗排放差异，明确不同预警系统对车辆运行生态特性的影响效用。分析结果表明:相对于空白组，3种车路协同雾天预警系统均能显著降低车辆整体能耗与排放，但是不同预警方式的作用效果并无明显差别；道路场景分为了预警前、预警区、渐变区和雾区4个关键区段，3种预警系统在预警区及渐变区均可有效降低车辆能耗及排放；HMI从发出预警信息后开始生效，DMS可在车辆进入预警区前产生效果，DMS+HMI在预警区的效果最为显著，但进入雾区后不能有效降低车辆能耗与排放。可见，虽然车路协同雾天预警系统整体可以提升车辆运行生态特性，但是单一增加预警强度或改变预警方式并不能有效保证整个雾天影响区域不同区段均具有节能减排效用，合理设置车路协同预警系统应综合考虑不同预警方式、预警信息触发点位及时机、驾驶人特性等因素的匹配关系。      

基于Pearson相关系数的货运车辆能耗模型研究

根据若干年货运车辆的调查数据,运用Pearson相关系数进行货运车辆单车百公里能耗的多元回归分析,通过相关程度确定了货运车辆百公里油耗的关键影响因子并量化了影响关系,借助二次回归结果构建单车百公里油耗模型,实现了货运车辆复杂因素下离散型油耗的高精度拟合.同时通过对北京市货运统计能耗对比和典型政策影响的案例分析,验证了对政策影响下各要素变量的响应,明确了车队能耗量化核算的准确度,并得到污染物减排政策下的货运能耗变化特征分析.本文研究为货运行业开展精细化能耗测算提供支撑.     

轻型车与重型车高速公路比功率分布特征研究

在机动车油耗排放测算中,机动车比功率已经成为一个重要的参数.目前主要的油耗排放模型均采用比功率分布（VSP分布）结合油耗排放率的方法来进行微观油耗排放测算.为了将交通流状态与机动车油耗排放相结合,之前的研究已经对轻型车在城市道路上的行程速度与VSP分布之间的关系进行分析.本文将通过实例研究轻型车和重型车在高速公路上的VSP 分布特征.首先,采集轻型车和重型车在高速公路上实际运行的数据并以此建立轻型车和重型车的VSP分布;其次,对两种车型在高速公路上的VSP分布特征进行比较分析;最后,利用MOVES中提取到的油耗率,分析使用轻型车的VSP分布来进行重型车油耗测算所产生的误差.