CN114282804B - 一种基于燃油节约率的卡车编队方案评估方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于燃油节约率的卡车编队方案评估方法及装置，应用于交通运输工程技术领域，其中方法包括：S1：获取卡车编队方案，判断所述卡车编队方案是否确定；S2：当所述卡车编队方案已确定时，获取卡车编队中每辆车的统计参数及油耗参数，根据所述统计参数确定卡车编队中每辆卡车的燃油节约率，基于燃油节约率参数及卡车油耗参数，确定卡车编队中每辆卡车的平均燃油节约率，以所述平均燃油节约率对所述卡车编队方案进行评估；本发明可以评估不同卡车车型、不同形式编队情况下的燃油经济性。

Description

一种基于燃油节约率的卡车编队方案评估方法及装置

技术领域

本发明涉及交通运输工程技术领域，更具体的说是涉及一种基于燃油节约率的卡车编队方案评估方法及装置。

背景技术

道路交通运输中由于卡车燃油消耗引发的碳排放是交通运输***中碳排放的主要组成部分，降低道路交通运输卡车的燃油消耗、提升道路运输的节能减排水平具有十分重要的意义。

近年来，卡车队列行驶技术逐渐成为道路运输***中的热门研究领域。在编队行驶条件下，卡车之间的行车间距缩短，头车抵消了大部分的空气阻力，降低了后续卡车的风阻系数，从而降低了整个卡车队列***的燃油消耗，提高了队列的燃油经济性，有效降低了卡车运行过程中的碳排放，符合现阶段国家的“双碳”政策要求。

现阶段虽有部分研究分析了卡车编队条件下的燃油经济性，但现有研究中对卡车车型参数与编队形式的考虑不足，所研究的编队车型较为单一，未能很好的评估不同类型卡车不同形式编队时队列的燃油经济性；同时，现阶段对面向燃油经济性最优的卡车编队方法的研究也较少，需要进一步研究基于燃油经济性评估的卡车编队优化方法，以进一步降低卡车队列的燃油消耗、实现卡车队列排放的最小化。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于燃油节约率的卡车编队方案评估方法及装置，可以根据平均燃油节约率评估不同卡车车型、不同形式编队情况下的性能，并基于平均燃油节约率最优的原则给出了卡车编队的优化方法，可实现卡车队列中车辆燃油节省率的最大化。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于燃油节约率的卡车编队方案评估方法，包括：

S1：获取卡车编队方案，判断所述卡车编队方案是否确定；

S2：当所述卡车编队方案已确定时，获取卡车编队中每辆车的统计参数及油耗参数，根据所述统计参数确定卡车编队中每辆卡车的燃油节约率，基于燃油节约率参数及卡车油耗参数，确定卡车编队中每辆卡车的平均燃油节约率，以所述平均燃油节约率对所述卡车编队方案进行评估。

优选的，还包括步骤S3：

当所述卡车编队方案未确定时，确定用于编队的卡车参数及队列参数，根据卡车参数及队列参数确定卡车队列组合形式；

计算每种卡车队列组合形式的平均燃油节约率并进行排序，根据卡车队列组合形式的排序结果，依次将所有需要编队的卡车放置于卡车队列组合中，直至所有车辆都编队完成。

优选的，所述步骤S3中，确定卡车队列组合形式的具体方法包括：

假设卡车类型数为m，每组卡车编队中允许的编队车辆数目为n，则共计有mⁿ种卡车队列组合。

优选的，所述步骤S3中，根据卡车队列组合形式的排序结果，依次将所有需要编队的卡车放置于卡车队列组合中的具体过程包括：

根据全部需编入队列的卡车类型及数量，确定特定队列组合所能实现的最大编组数量N_max，具体公式为：

式中，min为取最小值函数，方括号[]代表取整函数，

为需要编队的每个卡车类型对应的卡车数量，

为队列组合中每个卡车类型的卡车数目；

确定剩余车辆的数量，依次利用最大编组数量N_max的具体计算公式对其它排名的卡车队列组合进行编队，直至所有的车辆全部编入相应的队列组合，完成编队。

优选的，所述步骤S2中，燃油节约率计算模型为：

式中，ΔFC为燃油节约率，L为车型长度，S为两车间距，r₀为车辆滚动系数，m为整车重量，v为车速，ρ为空气密度，A为车辆迎风面积，g为重力加速度，a、b、c为与卡车在队列中位置相关的拟合系数。

优选的，所述步骤S2中，平均燃油节约率计算模型为：

式中，

为编队卡车的燃油节约率平均值，n为卡车数目，ΔFC_i为第i辆卡车的燃油节约率，FC_i为第i辆卡车的油耗。

优选的，所述步骤S2中，所述统计参数包括：长度、车速、车重、编队间距、位于编队中的位置、车头迎风面积中的任一种或任几种。

优选的，所述步骤S3中，所述卡车参数包括：卡车类型数、卡车队列中允许的卡车数量及卡车速度设定值；队列参数包括：卡车编队间距设定值。

进一步，本发明还提供一种卡车编队方案评估装置，包括：方案获取模块、判断模块、第一数据获取模块、第二数据获取模块及评估模块；

所述方案获取模块与所述判断模块连接，所述判断模块的输出端与所述第一数据获取模块及所述第二数据获取模块的输入端连接，所述第一数据获取模块及所述第二数据获取模块的输出端与所述评估模块连接；

所述方案获取模块用于获取卡车编队方案，所述判断模块用于判断所述卡车编队方案是否确定，所述第一数据获取模块用于获取卡车编队中每辆车的统计参数及油耗参数，所述第二数据获取模块用于当所述卡车编队方案未确定时获取对应的卡车队列组合中每辆车的统计参数及油耗参数，所述评估模块用于根据所述统计参数确定卡车编队中每个卡车的燃油节约率，基于燃油节约率参数及卡车油耗参数，确定卡车编队中每辆卡车的平均燃油节约率，以平均燃油节约率对所述卡车编队方案进行评估。

进一步，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，所述计算机程序可操作来使得计算机执行如上述任一项所述的方法。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于燃油节约率的卡车编队方案评估方法及装置，可以根据平均燃油节约率评估不同卡车车型、不同形式编队情况下的性能，并基于平均燃油节约率最优的原则给出了卡车编队的优化方法，可实现卡车队列中车辆燃油节省率的最大化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种基于燃油节约率的卡车编队方案评估方法的执行流程图；

图2为本发明提供的一种基于燃油节约率的卡车编队方案评估装置的结构原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见附图1所示，本发明实施例公开了一种基于燃油节约率的卡车编队方案评估方法，包括：

S1：获取卡车编队方案，判断卡车编队方案是否确定；

S2：当卡车编队方案已确定时，获取卡车编队中每辆车的统计参数及油耗参数，根据统计参数确定卡车编队中每辆卡车的燃油节约率，基于燃油节约率参数及卡车油耗参数，确定卡车编队中每辆卡车的平均燃油节约率，以平均燃油节约率对卡车编队方案进行评估。

在一个具体的实施例中，还包括步骤S3：

当卡车编队方案未确定时，确定用于编队的卡车参数及队列参数，根据卡车参数及队列参数确定卡车队列组合形式；

计算每种卡车队列组合形式的平均燃油节约率并进行排序，根据卡车队列组合形式的排序结果，依次将所有需要编队的卡车放置于卡车队列组合中，直至所有车辆都编队完成。

在一个具体的实施例中，步骤S3中，确定卡车队列组合形式的具体方法包括：

假设卡车类型数为m，每组卡车编队中允许的编队车辆数目为n，则共计有mⁿ种卡车队列组合。

在一个具体的实施例中，步骤S3中，根据卡车队列组合形式的排序结果，依次将所有需要编队的卡车放置于卡车队列组合中的具体过程包括：

根据全部需编入队列的卡车类型及数量，确定所能实现的最大编组数量N_max，具体公式为：

式中，min为取最小值函数，方括号[]代表取整函数，

为需要编队的每个卡车类型对应的卡车数量，

为队列组合中每个卡车类型的卡车数目；

按照队列组合排序结果，依次利用最大编组数量N_max的具体计算公式计算队列组合的编组数量，将相应的卡车编入队列中，直至所有的车辆全部编入相应的队列组合，完成编队。

在一个具体的实施例中，步骤S2中，燃油节约率计算模型为：

式中，ΔFC为燃油节约率，L为车型长度，S为两车间距，r₀为车辆滚动系数，m为整车重量，v为车速，ρ为空气密度，A为车辆迎风面积，g为重力加速度，a、b、c为与卡车在队列中位置相关的拟合系数。

在一个具体的实施例中，步骤S2中，平均燃油节约率计算模型为：

式中，

为编队卡车的燃油节约率平均值，n为卡车数目，ΔFC_i为第i辆卡车的燃油节约率，FC_i为第i辆卡车的油耗。

本发明实施例提供的方法按照队列组合燃油经济性的排序结果依次进行车辆编队，则产生的编队方案具有最佳的燃油节省率。

具体的，燃油节约率计算模型的具体推导过程如下：

卡车行驶过程中发动机消耗的油耗的计算公式为：

式中，α为效率系数，λ为功率转速特征曲线，r₀为滚动系数，m为整车重量，v为车速，ρ为空气密度，A为车辆迎风面积，C_D为风阻系数，g为重力加速度。

卡车在编队情况下，由于风阻系数C_D的降低，油耗会降低，燃油节约率计算为：

式中，FC₀为为未编队情况下卡车的油耗，FC₁为编队情况卡车的油耗。

将式(1)代入式(2)并消除部分参数，可得最终的燃油节约率ΔFC的计算公式：

式中，C_D0为未编队情况下卡车的风阻系数，C_D1为编队情况卡车的风阻系数，g为重力加速度。

借助仿真软件STAR-CCM计算了3种车型、16种编队形式下卡车队列的风阻系数，拟合得到不同长度卡车未编队情况下的风阻系数C_D0，以及编队后风阻系数的降低率

拟合结果如下式所示：

C_D0＝0.014·L+0.3659 (4)

式中，L为卡车长度，S为编队中两车间距，a、b、c为与卡车在队列中位置相关的拟合系数，按照表1确定：

表1参数a、b、c的拟合系数

卡车位于编队中位置	a	b	c
				车头位置	-0.0218	0.0948	0.503
中间位置	-0.0438	0.2365	0.4621
				车尾位置	-0.04506	0.3008	0.3275

将式(4)与式(5)代入式(3)，可得的计算公式为：

为提高燃油节约率的计算精度，进一步参照卡车编队燃油节约率的现场实测数据对公式(6)进行修正，可得最终的燃油节约率计算模型。

在一个具体的实施例中，步骤4中，平均燃油节约率计算模型为：

式中，

为编队卡车的燃油节约率平均值，n为卡车数目，ΔFC_i为第i辆卡车的燃油节约率，FC_i为第i辆卡车的油耗。

在一个具体的实施例中，步骤S2中，统计参数包括：长度、车速、车重、编队间距、位于编队中的位置、车头迎风面积中的任一种或任几种。

在一个具体的实施例中，步骤S3中，卡车参数包括：卡车类型数、卡车队列中允许的卡车数量及卡车速度设定值；队列参数包括：卡车编队间距设定值。

具体的，上述过程均可以通过计算机程序实现。

参见附图2所示，本发明实施例还提供一种卡车编队方案评估装置，包括：方案获取模块、判断模块、第一数据获取模块、第二数据获取模块及评估模块；

方案获取模块与判断模块连接，判断模块的输出端与第一数据获取模块及第二数据获取模块的输入端连接，第一数据获取模块及第二数据获取模块的输出端与评估模块连接；

方案获取模块用于获取卡车编队方案，判断模块用于判断卡车编队方案是否确定，第一数据获取模块用于获取卡车编队中每辆车的统计参数及油耗参数，第二数据获取模块用于当卡车编队方案未确定时获取对应的卡车队列组合中每辆车的统计参数及油耗参数，评估模块用于根据统计参数确定卡车编队中每个卡车的燃油节约率，基于燃油节约率参数及卡车油耗参数，确定卡车编队中每辆卡车的平均燃油节约率，以平均燃油节约率对卡车编队方案进行评估。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，计算机程序可操作来使得计算机执行如上述实施例中任一项的方法。

具体利用本发明实施例提供的方法的实施过程如下：

当卡车编队方案已确定时，假设某一高速已制定了卡车编队方案，编队中包括3种卡车车型(分别为T₁，T₂，T₃)，卡车队列中允许的卡车数量为3，即3辆卡车编成一个队列小组，卡车车型信息、卡车队列编队顺序及相应的数量如表2-3所示。

表2三种卡车的基本信息

表3卡车队列小组数量

卡车编队顺序	卡车队列小组数量(组)
		T<sub>1</sub>-T<sub>1</sub>-T<sub>2</sub>	100
T<sub>1</sub>-T<sub>2</sub>-T<sub>2</sub>	200
		T<sub>1</sub>-T<sub>2</sub>-T<sub>3</sub>	300

编队车辆车速v＝25m/s，空气密度＝1.2kg/m3，滚动系数r₀＝0.006，卡车编队中车辆之间的间距为8m。则结合卡车车型信息及燃油节约率计算模型，可计算得到“T₁-T₁-T₂”队列中，头车T₁类型卡车的燃油节省率为3.09％，中间位置T₁类型卡车的燃油节省率为7.88％，尾车T₃类型卡车的燃油节省率为13.90％；类似的，可计算得到“T₁-T₂-T₂”队列中三辆卡车的燃油节约率分别为3.09％、8.90％、10.41％，“T₁-T₂-T₃”队列中三辆卡车的燃油节约率分别为3.09％、8.90％、13.90％。结合上述三种队列中每辆卡车的燃油节约率数据、表3中三种队列小组的数量以及平均燃油节约率计算模型，可计算得到此编队方案的平均燃油节约率为：

则该种编队方案的平均燃油节约率为9.48％，该指标可作为燃油经济性指标用于对比评估不同编队方案的燃油节约水平。

当编队方案未确定时，现有表3中的三种车型需要进行编队行驶，T₁车型共650辆，T₂车型共550辆，T₃车型共300辆；卡车队列中允许的卡车数量为3，即3辆车编成一个队列小组；则在编队中第1辆卡车位置至第3辆卡车位置均有3种车型可选择，以此可确定共3³＝27种卡车队列组合形式；计算每种卡车队列组合形式的即平均燃油节约率，并基于平均燃油节约率对队列组合形式进行排序，燃油经济性越优、排序越靠前；计算得到的不同卡车队列组合形式的燃油经济性排序结果如表4所示。

表4不同卡车队列组合形式的燃油经济性排序

按照卡车队列组合形式的排序结果，依次将所有需要编队的卡车安置于卡车队列组合中，直至所有车辆都编队完成，方法为：首先对燃油经济性排名第1的卡车队列组合“T₁-T₃-T₃”进行编队，根据用于编队的全部卡车车型数目以及队列组合1中的各车型的数目，确定所能实现的队列组合1的最大编组数量为：

则队列组合1(“T₁-T₃-T₃”)最多可编150组，则编入150辆卡车T₁以及300辆卡车T₂，完成队列组合1的编组工作。剩余需要编组的车辆为500辆T₁卡车、550辆T₂卡车。

随后，对排名第2的卡车队列组合“T₂-T₃-T₃”进行编队，编队方法与队列组合1相同，所能实现的队列组合2的最大编组数量为0。类似的，进一步对队列组合3,4,…27进行编队，直至所有车辆编队完成。

最终，所有车辆的编队方案汇总如表5所示，表5中的方案按照队列组合燃油经济性的排序结果为依据产生，因此，则该方案具有最佳的燃油节省效果。

表5卡车队列编组结果

卡车编队顺序	卡车队列小组数量(组)
		T<sub>1</sub>-T<sub>3</sub>-T<sub>3</sub>	150
T<sub>1</sub>-T<sub>2</sub>-T<sub>2</sub>	275
		T<sub>1</sub>-T<sub>1</sub>-T<sub>1</sub>	75

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种基于燃油节约率的卡车编队方案评估方法，其特征在于，包括：

S1：获取卡车编队方案，判断所述卡车编队方案是否确定；

S2：当所述卡车编队方案已确定时，获取卡车编队中每辆车的统计参数及油耗参数，根据所述统计参数确定卡车编队中每辆卡车的燃油节约率，基于燃油节约率参数及卡车油耗参数，确定卡车编队中每辆卡车的平均燃油节约率，以所述平均燃油节约率对所述卡车编队方案进行评估；

所述步骤S2中，燃油节约率计算模型为：

式中，

为燃油节约率，L为车型长度，S为两车间距，r₀为车辆滚动系数，m为整车重量，v为车速，

为空气密度，A为车辆迎风面积，g为重力加速度，a、b、c为与卡车在队列中位置相关的拟合系数；

还包括步骤S3：

当所述卡车编队方案未确定时，确定用于编队的卡车参数及队列参数，根据卡车参数及队列参数确定卡车队列组合形式；

计算每种卡车队列组合形式的平均燃油节约率并进行排序，根据排序结果依次将所有需要编队的卡车放置于卡车队列组合中，直至所有车辆都编队完成；

所述步骤S3中，根据卡车队列组合形式的排序结果，依次将所有需要编队的卡车放置于卡车队列组合中的具体过程包括：

根据全部需编入队列的卡车类型及数量，确定某一队列组合所能实现的最大编组数量N_max，具体公式为：

式中，min为取最小值函数，方括号[]代表取整函数，n为队列组合中卡车类型数，

为队列组合中每个卡车类型的卡车数目；

为对应的需要编队的每个卡车类型的总数；

按照队列组合排序结果，依次利用最大编组数量N_max的具体计算公式计算队列组合的编组数量，将相应的卡车编入队列中，直至所有的车辆全部编入相应的队列组合，完成编队。

2.根据权利要求1所述的一种基于燃油节约率的卡车编队方案评估方法，其特征在于，所述步骤S2中，平均燃油节约率计算模型为：

式中，

为编队卡车的燃油节约率平均值，n为卡车数目，

为第i辆卡车的燃油节约率，

为第i辆卡车的油耗。

3.根据权利要求2所述的一种基于燃油节约率的卡车编队方案评估方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述统计参数包括：长度、车速、车重、编队间距、位于编队中的位置、车头迎风面积中的任一种或任几种。

4.根据权利要求1所述的一种基于燃油节约率的卡车编队方案评估方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述卡车参数包括：卡车类型数、卡车队列中允许的卡车数量及卡车速度设定值；队列参数包括：卡车编队间距设定值。

5.一种利用权利要求1-4任一项所述的卡车编队方案评估方法的基于燃油节约率的卡车编队方案评估装置，其特征在于，包括：方案获取模块、判断模块、第一数据获取模块、第二数据获取模块及评估模块；

所述方案获取模块与所述判断模块连接，所述判断模块的输出端与所述第一数据获取模块及所述第二数据获取模块的输入端连接，所述第一数据获取模块及所述第二数据获取模块的输出端与所述评估模块连接；

所述方案获取模块用于获取卡车编队方案，所述判断模块用于判断所述卡车编队方案是否确定，所述第一数据获取模块用于获取卡车编队中每辆车的统计参数及油耗参数，所述第二数据获取模块用于当所述卡车编队方案未确定时获取对应的卡车队列组合中每辆车的统计参数及油耗参数，所述评估模块用于根据所述统计参数确定卡车编队中每个卡车的燃油节约率，基于燃油节约率参数及卡车油耗参数，确定卡车编队中每辆卡车的平均燃油节约率，以平均燃油节约率对所述卡车编队方案进行评估。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，所述计算机程序可操作来使得计算机执行如权利要求1-4中任一项所述的方法。

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