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原文传递城市道路交叉口车辆燃油消耗分析及控制方法研究

论文题名：	城市道路交叉口车辆燃油消耗分析及控制方法研究
关键词：	交通管理;交叉口;信号配时;交通设计;通行能力;燃油消耗
摘要：	降低车辆燃油消耗、提高燃油利用效率对道路交通可持续性发展具有举足轻重的作用。车辆在交叉口范围内的制动及怠速行为损失了较多的能量及燃油，研究人员提出了通过优化交叉口交通设计、信号配时方案等方法来降低车辆行驶延误并提高交叉口通行能力，此类方法不但能够改善车辆的运行状态及交叉口运行效率，而且也能够有效减少车辆燃油消耗量。因此，本文的主要研究工作包括以下内容。　　首先，根据本文研究所需的数据基础，设计了相关试验方案，确定了试验流程和试验方法，提出了相关试验要求;在分析城市道路及交叉口燃油消耗试验数据采集技术与方法的基础上，采用组合式车载试验系统进行试验数据采集;通过实地试验测试，获取了相关车辆行驶试验数据，提出了采用关键点法进行试验数据的预处理并建立了相应的试验数据库。　　其次，提出了交叉口单个车辆及交通流燃油消耗分析计算方法及模型。分析了车辆燃油消耗的构成并提出了相应的计算方法，结合试验数据标定了车辆加速、减速、怠速及匀速燃油消耗率，计算得出了测试路线测试车辆平均燃油消耗量;界定了交叉口对车辆运行影响的时空范围并进行了实测，计算得到了交叉口测试车辆燃油消耗量并分析了其特点;基于三种车辆运行状态模式，探讨了车辆运行状态模式与燃油消耗的关系。　　再次，以交通流理论为基础，分析了交叉口交通流集聚与疏散过程，得出交叉口运行状态恢复时间长度是进口道红灯时间及初始密度与最大密度比值的函数;分析了交通流集聚的随机性对计算交叉口车辆燃油消耗影响;以交叉口间距作为限制条件，分析车辆在交叉口的平均延误、停车次数、排队长度等指标，分别提出了过饱和、低饱和和准饱和状态下交叉口交通流燃油消耗量计算方法并进行了案例分析。　　另外，对交叉口车辆行驶阻力构成进行分析，构建了交叉口车辆行驶方程，给出了交叉口车辆运行油耗比例系数和能耗系数的概念及计算方法;基于本文的试验数据对车辆在不同运行状态模式下的能耗系数进行了计算分析，提出交叉口车辆行驶速度范围建议;基于上述结果提出了交叉口车辆运行动态速度控制模型并进行了数值仿真研究。　　最后，分析了交叉口常用的三种信号控制策略，提出了以车辆平均燃油消耗最少作为主要优化目标进行交叉口信号配时优化的方法并以实际案例进行分析;根据国内外常用的交叉口进口道待行区的设置类型及条件，分别提出了以燃油消耗最优为目标的信号控制交叉口左转待行区、直行待行区及综合待行区优化设置方法;通过TRANSYT-7F和VISSIM仿真验证了交叉口交通管控优化措施对车辆运行燃油消耗的改善效果。　　通过研究得到如下结果和结论:测试路线测试车辆平均燃油消耗量为11.8 L/100km，交叉口燃油消耗量占总燃油消耗量比例为50.65％，交叉口加速及怠速燃油消耗量占交叉口燃油消耗量比例为79.2％,车辆运行状态模式(Ⅰ)行驶时间、加速度及加速时间、模式(Ⅱ)行驶速度及行驶时间及模式(Ⅲ)行驶时间及停车次数是影响车辆燃油消耗的主要因素;交叉口进口道车道组的交通量与通行能力比值(V/C)对车辆平均燃油消耗具有重要影响，当交通流处于低饱和状态时车辆平均燃油消耗处于较低水平，当交通流处于准饱和状态时车辆平均燃油消耗增长较快，当交通流处于过饱和状态时车辆平均燃油消耗将呈现急剧增长态势;车辆运行状态对其燃油消耗比例系数影响极大，车辆通过交叉口的燃油消耗比例系数为7.4，其中不停车燃油消耗比例系数为2.0、1次停车燃油消耗比例系数为7.2、多次停车燃油消耗比例系数为13.9，车辆以减速运行状态通过交叉口燃油消耗比例系数最优且驶入速度和速度差对其有决定性影响;能耗系数计算结果表明车辆以不停车方式通过交叉口时总体的能耗系数为59.1％，而1次停车方式的能耗系数为18.1％，交叉口动态速度控制方法能够有效降低车辆燃油消耗;基于燃油消耗的信号配时优化方法能够降低交叉口车辆平均油耗约3.1％、平均延误增加约0.8％、通行能力增加约1.0％，设置左转待行区、直行待行区和综合待行区与交通流燃油消耗量具有重要关系，待行区设置是否会增加或降低交通流燃油消耗量主要取决于待行区的设置长度、交通流交通需求、待行区的组织方式及信号配时方案等。
作者：	吴丽娜
专业：	载运工具运用工程
导师：	储江伟
授予学位：	博士
授予学位单位：	东北林业大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文