摘要
近年来，随着国家经济的快速发展，三大产业蓬勃发展，人们对物质运输的需要持续上升，使得高速公路的交通量以及货物周转量快速攀升。四通八达的高速公路，能够及时高效的将货物及乘客送达目的地；但这也带来了一定程度的环境污染和大量的能源消耗。随着国家对节能环保的重视，车辆排放标准不断收紧，汽车行业从业人员在降低燃油消耗从车辆技术改进、使用技巧提升等方面做出了大量努力。 队列行驶，即为车辆以比较近的车间距运行，队列可以通过降低气动阻力的方式，降低车辆需要的驱动力，从而使得车辆需要消耗的能源和车辆排放出的污染气体减少；队列行驶时车间距较近，道路通行能力进而升高，减少道路阻塞，节约大量的时间精力。但与此同时，队列行驶时，车间距较短，对于驾驶员的要求高，同时，车辆对于道路上运行车辆的信息要掌握的较为全面，以使得车辆在面对突发状况时能够快速决策和反应。随着科技的不断发展，车路协同技术正在由一个新兴概念发展到了逐步落地的过程，车路协同技术可以为车辆提供道路信息，由此，车路协同技术可以为队列行驶的实现提供良好的运行环境基础。 由队列行驶的研究现状可知，现有研究集中在同种车辆模型的研究，考虑到高速公路上运行的货车种类繁多，不同种类车辆组成队列行驶也是一种必然。 首先，本文基于高速公路运输量统计数据、货车特征选定了三种较为接近真实状态的货车模型作为研究对象，分别是两轴货车、三轴货车和半挂车。由于货车在常规行驶工况下已经达到了稳态雷诺数，因此，一般情况下，不同风速下的车辆气动阻力系数变化不大；同时根据高速公路的货车限速情况，取车速为22m/s(约为80Km/h)进行气动特性分析，其特性对其它风速情况下仍然有一定的参考价值。考虑队列特征、DSRC车路协同信息传输时延为100ms两方面，并取安全系数为2的情况下，确定了仿真车队的车间距为4.4m。基于汽车理论知识，推导了车辆和不同种车辆构成的队列的节油率模型。 其次，本文对车辆单独行驶的情况进行了仿真分析，以此为基础来判断队列的节能效果；对于同构两车队列，两轴货车、三轴货车和半挂车的队列节油率分别为20.7%、9.9%和7.2%。两轴货车和三轴货车组成的两车队列，节油率在11.8%~14.0%之间。两轴货车和半挂车组成的两车队列，节油率在3.1%~7.4%之间。三轴货车和半挂车组成的两车队列，节油率在4.1%~7.3%之间。 再次，本文分别进行了同构三车队列和异构三车队列的仿真。两轴货车、三轴货车和半挂车组成的同构三车队列节油率分别为31.0%、14.0%和4.1%。对同构三车队列，不同于两轴和三轴货车，半挂车组成的三车队列的平均节油率低于半挂车组成两车队列的节油率。两种车型组成的三车异构队列中，两辆两轴货车和一辆三轴货车组成的队列的节油率在20.0%~22.7%之间。两辆三轴货车与一辆两轴货车组成队列的节油率在14.1%~17.4%之间。两辆两轴货车和一辆半挂车组成的队列节油率在10.4%~14.3%之间。两辆半挂车和一辆两轴货车组成的队列节油率在3.2%~6.4%之间。两辆三轴货车和一辆半挂车组成的队列节油率在7.1%~11.3%之间。两辆半挂车和一辆三轴货车组成的队列节油率在4.2%~7.5%之间。三种车型组成的三车异构队列中，队列的节油率在9.4%~12.6%之间。最节省能源的队列为三轴货车位于队列前部，两轴货车位于队列中间位置，半挂车位于队列的最后。 最后，本文对单车加入队列的决策进行了研究。对于三种货车而言，处于队列的中间和最后位置均较前方位置时更加省油，且在不同位置节油率变化幅度大；对于两轴货车，在队列中的节油率在8.4%~46.7%之间；对于三轴货车，在队列中的节油率在5.1%~20.3%之间；对于半挂车，在队列中的节油率在-2.5%~8.7%之间。
NETL