考虑形态参数的自动驾驶卡车编队油耗分析

摘要

纵向间隔距离、横向偏移距离、横向分布模式、车辆数量等形态参数直接影响卡车编队空气阻力特性，进而影响其油耗。解析形态参数对卡车编队油耗的影响有利于合理制定卡车编队方案，优化自动驾驶卡车编队燃油节省率，并可为综合性评估自动驾驶卡车编队经济效益提供数据参考。采集并分析了卡车行驶状态数据，构建了不同形态参数组合的卡车编队方案，并基于三维非结构化网格建模方法，建立了343个2车编队与2 401个3车编队的计算流体力学模型。通过计算流体力学数值模拟，解算所有编队形态的车辆空气阻力系数。利用获取的编队车辆空气阻力系数，采用蒙特卡洛模拟随机取样并结合油耗计算流程，实现动态编队的车辆油耗估计。结果表明：较小的纵向间隔距离与横向偏移距离更有利于降低编队整体油耗，且3车编队的燃油节省率优于2车编队。2车编队领航车与队尾车空气阻力系数分别为单辆车的87.43%～100.6%与58.00%～76.30%;3车编队领航车、中间车、队尾车的空气阻力系数分别为单辆车的84.19%～100.9%、45.65%～81.19%与45.24%～77.20%。对于横向偏移，引入的横向分布模式消减了横向偏移对编队燃油节省率的不利影响；当纵向间隔距离为6 m、横向分布宽度为90 cm、横向分布模式为正态分布时，2车编队与3车编队的车辆均节省燃油10.71%与15.65%。

关键词

交通工程 / 卡车编队 / 车辆油耗 / 计算流体力学 / 编队形态

基金资助

国家自然科学基金项目(51978522)资助