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智能网联汽车高速队列行驶气动特性与油耗排放相关性研究

智能网联汽车高速队列行驶气动特性与油耗排放相关性研究

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作者：郝雷厦门理工学院

学位级别：硕士

随着社会的发展,技术的进步,汽车产业也将迎来翻天覆地的变化,在物联网飞速发展的背景下,智能交通系统与物联网融合延伸为车联网,车联网作为通信领域与智能交通领域的重要课题,在未来的无人驾驶与车队巡航控制中占据重要地位。其中自主... 详细信息

随着社会的发展,技术的进步,汽车产业也将迎来翻天覆地的变化,在物联网飞速发展的背景下,智能交通系统与物联网融合延伸为车联网,车联网作为通信领域与智能交通领域的重要课题,在未来的无人驾驶与车队巡航控制中占据重要地位。其中自主车队巡航控制作为车联网应用的主要领域,近年来得到了人们广泛的关注。愈发成熟的车联网技术,引领着智能交通发展的方向,促使人—车—路系统向安全、节能、环保的方向发展,使得车辆以小间距队列行驶的能力大大提高。相关研究表明,车辆采用纵向队列的模式行驶不仅可以提高道路通行能力,减少交通事故的发生,还能减少燃油消耗和尾气排放,在提高道路交通安全水平的同时带来了节能环保效益。因此,对车辆在智能网联环境下的队列行驶进行研究十分必要。本文对队列行驶车辆的气动特性及油耗排放的相关规律进行了研究,首先在三维建模软件CATIA中建立客车和轿车空气动力学模型,利用空气动力学仿真软件star ccm+得出两车及三车队列行驶车辆的气动特性规律,然后根据队列行驶车辆间距变化所导致的车辆气动阻力系数的变化,利用整车动力性、经济性仿真软件AVL cruise建立整车动力模型,仿真得出队列行驶汽车随车辆间距变化油耗排放的变化规律。通过仿真结果得出:队列行驶车辆随着跟车距离的减小,两车气动阻力系数都逐渐降低,在两车间距缩小到一定量时,两车间的流场相互形成干扰,前车的阻力系数降低,后车的阻力系数升高。由仿真结果可知,随着车辆间距变化,两车队列中客车NOx可降低0.3%～3.6%、HC可降低0.5%～3.1%、CO可降低0.3%～2.7%及节省0.2%～2.3%的燃油消耗;两车队列中轿车NOx可降低0.5%～10.4%、HC可降低0.2%～6.6%、CO可降低0.4%～8.2%及节省0.2%～6.1%的燃油消耗。其次,将空气动力学及油耗排放仿真结果得出的队列行驶车辆间距同油耗排放的变化规律利用MATLAB拟合后作为优化目标函数,采用粒子群算法对队列行驶的车辆间距进行优化,得到车辆队列在基于安全距离的最优环保队列行驶车辆间距,通过对优化结果进行仿真得到优化车辆间距后的客车队列NOx、HC、CO、油耗最多可降低3.04%、2.82%、1.79%、1.33%;轿车队列NOx、HC、CO、油耗最多可降低5.14%、3.63%、3.29%、2.71%;轿车尾随大巴队列NOx、HC、CO、油耗最多可降低1.71%、1.89%、1.71%、1.32%。最后利用转鼓和PEMS设备测试以优化后车辆间距队列行驶的客车和轿车的油耗排放,在转鼓实验平台上模拟车辆队列行驶状态并用PEMS对两车队列以不同车辆间距行驶的油耗排放进行测量,将得到的结果同仿真进行比较,最终结果表明仿真结论可靠。

关键词：队列行驶气动特性油耗排放环保间距相关性

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