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本科学生毕业论文

城市道路坡长大小与燃油经济性之间的关系研究

摘 要

随着汽车工业的快速发展，石油资源短缺的矛盾日益突出。对燃油经济性的研究已经成为全世界的热点。如何节约燃油已经是全世界共同的话题。影响汽车燃油经济性的因素有很多，响汽车燃油经济性的重要因素是发动机性能，时还有其它因素的影响，括汽车的构造、驾驶技术和道路情况等，其中坡长就是路况因素的一种。
本论文分析研究了坡长与燃油经济性的关系。通过收集相关资料和进行实地考察，研究坡长与速度的关系，燃油经济性与速度的关系，研究出坡长与燃油经济性的关系。以收集资料、确定研究方法、设计实验和得出结论的研究思路进行解题，最后得出坡长大小与燃油经济性的关系，从而设计出最合理的坡长，而达到低耗油的目的，本文提出了一些观点和建议，展望了该项目以后的发展前景。

关键词：汽车；油耗；坡长；速度；燃油经济性

ABSTRACT

With the auto industry develop rapidly, petroleum resource shortage contradiction lays stress on gradually. The go into to fuel oil economy already becomes the whole world hot spot. The factor affecting automobile fuel oil economy's has many , affecting automobile fuel oil economy key factor is an engine function, effect still having other factor at the same time, include the automobile structure , the condition driving the technology and the road etc., slopes among them grow a kind of being a road situation factor.
The thesis analyses the relation having studied sloping strong point and fuel oil economy. By collecting the relevance data and carrying out on-the-spot inspection, study the slope increases the relation with speed, fuel oil economy and the speed relation, study the slope increases the relation with fuel oil economy out. Be in progress with the train of thought collecting a data , ascertaining research method , designing the experiment and the research coming to a conclusion solving problems, the relation reaching sloping long size and fuel oil economy finally, has designed that the most rational slope grows out thereby , has achieved low consumption is oily purpose, and looked into the distance but to owe project development of hereafter a prospect.

Keywords: automobile ；Fuel consumption ；Slope length； speed ； fuel economy

目 录

摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1选题的目的和意义 1
1.2国内外研究现状、 1
1.2.1国内研究现状 1
1.2.2国外研究现状 5
1.2.3国内外研究现状分析 7
1.3设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题 9
1.4技术路线 9
第2章 坡长大小确定的主要研究方法 10
2.1交通安全因素 10
2.2速度对坡长的限制 11
2.3坡长的确定 11
2.3.1 最大坡长的限制 11
2.3.2.陡坡组合坡长 12
2.3.3最小坡长限制 12
2.4燃油经济性与速度的研究 12
2.5本章小结 13
第3章 实验设计 14
3.1油耗的计算 14
3.1.1理论性的台架油耗测试 14
3.1.2权威的油耗测试 14
3.1.3比较准确的油耗测试 14
3.1.4比较麻烦的报纸、杂志的实际驾驶车辆的油耗测试 14
3.1.5可以经常使用的普通的简易可行的油耗测试 15
3.1.6可以参考的简单油耗计算 15
3.2仪器的介绍 15
3.2.1低盘测功机 15
3.2.2油耗仪 16
3.2.3试验车辆确定 17
3.3汽车行驶阻力的确定 20
3.4实验介绍 20
3.4.1汽车爬坡度测试 20
3.4.2汽车燃油消耗测试 22
3.5实验数据的分析与处理 26
3.6本章小结 28
第4章 基于燃油经济性与坡长的研究 32
4.1纵坡坡长与行车速度的关系 32
4.2燃油经济性与速度之间的关系 34
4.3坡长与燃油经济性的关系 35
4.4本章小结 36
结论 37
参考文献 39
致谢 40
附录 41

第1章 绪 论

1.1选题的目的和意义
美国的交通能耗占社会总能好的25%左右;中国的交通能耗目前占总能耗的20%，如不加以控制将达到30%，全球范围内，从2004年到2030年的预测油耗增长中，交通能耗占68%。
汽车燃油经济性是汽车的一个重要性能，也是每个拥有汽车的人最关心的指标之一。它关系到每个人的切身利益，在汽车说明书中大概最引人注意的技术规格也是燃油消耗。目前汽车使用的主要能源仍然是石油。石油资源日益枯竭的情况下，汽车保有量的增长与国内供应不足之间的矛盾日益凸现，提高汽车燃油经济性是现代汽车技术发展的重要课题之一。
路况是影响燃油经济性的重要因素之一，坡长的确定也对燃油经济性起到了一定的作用。
研究在不同路线坡长、汽车以各种方法在各种坡度上以极限状态(最大油门开度)冲坡行驶时的稳定车速和稳定油耗,并与相同坡度正常行驶的速度、油耗作了对比分析.同时研究等速行驶时纵坡坡度与油耗之间的相互关系,用试验模型.
从而找到一个或一个阶段上速度值，在保证对人身安全性能、舒适性的前提下，达到汽车以各种方法在各种坡度上行驶时的稳定性，但汽车燃油消耗量为最少。提出的公路纵坡坡度与坡长限制指标，不仅可以科学地指导公路纵断面设计、还有利于提高行车安全，降低工程投资，对我国山区公路交通发展起到重要的促进作用。
1.2国内外研究现状
1.2.1国内研究现状
1、坡长的研究
坡长限制包括最小坡长和最大坡长两个方面的内容。
（1）最大坡长的限制
最大坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶，当车速下降到最低容许速度时所行驶的距离。纵坡越陡，坡长越长，对行车的影响越大。
《标准》对各级公路不同陡坡的最大坡长均进行了限制，如下表。
（2）陡坡组合坡长
当连续陡坡是由几个不同受限坡度值的坡段组合而成时，应按不同坡度的坡长限制折算确定；其连续陡坡最短坡长应大于规范规定最小坡长。
例：某三级公路，第一坡段纵坡度为7%，长度为200m，第二坡段纵坡度为6%，长度为200m，若第三坡段采用4%的坡度，其坡长最多可设多长？
解；第一坡段占坡长限制的2/5（200/500）；第二坡段占坡长限制的2/7（200/700）；则第三坡段可设置：（1－2/5－2/7）×1100 = (31.43/ 100)×1100=345.71m。
表1.1各级公路纵坡长度限制值表
纵坡坡度（%）
最大
坡长
（m）
设计速度
（km/h）

120
100
80
60
40
30
20
纵坡
坡度
（%）
3
900
1000
1100
1200

4
700
800
900
1000
1100
1100
1200
5

600
700
800
900
900
1000
6

500
600
700
700
800
7

500
500
600
8

300
300
400
9

200
300
10

200

（3）最小坡长限制
最小坡长的限制主要是从汽车行驶的平顺性的要求考虑。最小坡长通常以设计行车速度行驶9～15s的行程作为规定值。《标准》规定，各级公路最短坡长如表所示。 
表1.2各级公路最短坡长表
设计行车速度（km/h）
120
100
80
60
40
30
20
最小坡长（m）
300
250
200
150
120
100
60
2、燃油经济性方面的研究
研究与开发新型智能油耗仪是实现油耗仪产品升级换代的要求，是科学技术日益发展的需要。我国主要采用普通式汽车油耗计检测油耗，随着时代的变迁，科技的日新月异，这类油耗计精度低、功耗大、适用范围较窄、可靠性不大、抗干扰性不强等一系列弊端逐渐突显出来，并巫待改善。在国内，由于技术上的落后，对汽车燃油经济性的检测重视较晚，直到1991年10月1日交通部才颁布实施了涉及车辆燃油消耗检测的法规— 《汽车运输业综合性能检测站管理办法》，规定采用的测量方法为容积法和重量法。少数几个大的科研单位虽然从国外引进了一些相关的设备，但主要使用在测量汽车的尾气排放，用碳平衡法原理测油耗，还没有引起重视。自动容积式油耗仪主要用于汽油车消耗量的测量。质量法是直接测量一定时间间隔发动机消耗的燃油质量.最简单的油耗测量方法是机械天平质量法，它用机械式天平测量所消耗的燃油质量，手动秒表计时，成本低廉。但需专人操作，无法消除误差，测试精度较低，已逐渐被自动油耗仪所取代。一般汽油车常用容积法测量油耗，柴油车常用质量法测量油耗。目前的油仪多为体积式的，FP-214型活塞式流量传感器，最低采样时间为US，最小油量分辨率为1mL。
传感器量程为0.3-120L/ho祸轮流量仪具有瞬时测量和累计功能，得到广泛应用，可测量0.05-1200L/min的液体流量，在标定条件下，精度可达10.5%，响应时间2-10ms。中小功率汽油机燃油流量小，一般在10-3000mL/min，超出涡流流量计下限，为此国内研制出不同大小的涡轮以满足汽油机小流量测量的需要.以上两种流量仪均用于汽车道路试验，只能测量体积流量。而采用较多的数字式油耗一转速自动测量仪，能实现油耗和转速的自动测量，通过选择开关，可将仪器分成测量转速和油耗两部分，转速测量采用数字式转速仪，油耗则采用容积式油耗仪。此外，还有四活塞式流量计测量方法，它由四活塞传感器和油耗指示仪组成。目前发动机台架和整车试验中的汽油、柴油油耗测量大多采用这种仪器.随着计算机技术的不断发展，硬件性能的不断提高，虚拟实验技术也开始用来进行车辆经济性方面的研究。车辆动力性和经济性的虚拟实验系统的类型可分为纯软件型和硬件在环型，他们在体系结构、软硬件构成及开发环境、开发方法方面都有各自特点.纯软件型系统仅利用软件完成整个系统仿真，它把实验环境、实验对象全部抽象为数学模型.其重点在于抽象的数学模型和软件技术，可以利用Matlab/Simulink或一些专用软件开发;硬件在环型系统是指将实物硬件嵌入仿真系统的实时动态仿真技术，其强调软硬件技术以及电子技术的结合，获取的一些关键信号是由真实硬件发出，比纯软件方式可信度高，开发工具可以利用一些通用开发工具或ADI, DSPACE等公司开发的仿真软件。硬件在环仿真系统HILSS是在计算机软硬件技术发展到一定程度之后才出现的一种集多种技术于一体的综合系统，对硬件和软件系统的要求很高，它依赖于计算机技术的飞速发展，需要同时完成大量运算、数据处理和执行多任务。目前国内汽车油耗检测主要采用普通式汽车油耗检测装置，其测试范围、测试精度、显示、使用维护和可靠性等方面都不是很理想。一些院校和科研单位研制的电子油耗检测装置，能测试平均油耗、瞬时油耗和累计油耗和图形显示等。
在实际使用过程中，一些宣传上的功能和性能与实际还有差距，甚至差距较大。其测试精度尚需进一步提高，装置的成本还需进一步降低。目前逐步投入市场的代表性的产品有以下几种:
国产CT M-8A汽车综合测试仪是以微型计算机为核心，用于汽车动力性能和经济性能的试，采用两个流量传感器，可进行电喷车的等速油耗、加速油耗、六工况油耗、百公里油耗测试;内置微型汉字打印机，测试结果直接汉字打印，可自由进行查看和打印;内置实时时钟可显示日期、时间，速度测量范围为0-200km/h，误差<0.5%.
淄博无线电厂生产的WYH-B型微电脑多功能油耗仪，用于检测汽车拖拉机的动力性能、经济性能、操纵性能以及拖拉机牵引性能。测试项目采用菜单操作，系统内置40列微型打印机,可将测试结果以及测试数据打印出来。并配有标准RS232串口，在测试过程中仪器将测试数据实时的发送出去，用户利用系统机和便携式计算机可以方便地对数据进行二次分析处理或存储。
EPF -A 型发动机功率、油耗综合测试仪。该产品采用无外载测功法，配接转速和油耗传感器，用来测量发动机功率、比油率、百公里油耗、怠速转速、机油压力、异响.控制软件在Windows下运行，操作简便，测量数据可进行存储和打印，并具有联机通讯功能。
3、速度的确定方法与研究
汽车在单位时间内驶过的距离，简称车速。常用单位是公里／小时或米／秒。汽车行车速度是描述交通流的三个参数之一，在交通流理论的研究中占有重要地位。汽车行车速度也可泛指机动车行车速度。为适应不同用途，汽车行车速度主要有地点车速、路段车速和设计车速之分。
　地点车速 汽车通过道路某指定地点的瞬时速度。一组地点车速观测值的算术平均数为平均地点车速。地点车速广泛应用于交通工程中,是制订道路设计车速,设置交通控制设施，确定交通管理方法，采取交通改善措施及其经济分析，探索各型汽车速度发展趋势，评定道路交通设施、交通管理及改善措施等的交通效果的依据。
　地点车速除用平均值表示外，又因其观测值在平均值上下分散甚宽，还常用其频率分布特征进行分析。用测得车速的分组的中间值作横坐标，分组车速出现的频率作纵坐标画成的曲线,叫车速频率分布曲线；把出现频率按车速分组逐组相加所得各级频率之和（即不大于某一车速的累计频率）为纵坐标画成的曲线,叫车速累积频率分布曲线。轿车在缓坡路段上自由行驶时的车速观测值的频率分布曲线一般近似于对称形的正态分布曲线；累积频率分布曲线近似于S形曲线。频率分布曲线顶点的车速，即观测值中频率最高的车速，称为最多车速。累积频率分布曲线上,相应于纵坐标为i％时的车速，即全数中i％的汽车不致超过的车速，称为第i百分位车速。累积频率分布曲线的斜率，一般在第85％位及第15%位附近而突变，表示超过第85％位和小于第15%位车速的汽车比例甚小,所以,一般常以第85％位车速作为制订设计车速的参考和确定最高限制车速的依据，而用第15％位车速作为确定高速道路最低限制车速的依据。
路段车速随行车时间的取法不同，有行驶车速和行程车速之分。行驶车速是车辆行驶路程除以行驶时间（不包括停车时间）之商。行驶车速可表示某路段的行驶难易程度，是分析道路通行能力的依据。沿途交通量稀少，司机能以期望速率驾车时的车速，称为自由行驶车速。行程车速是车辆行驶路程除以行程时间（包括停车时间）之商，也称全行程车速。所有车辆或其中某类车辆所行经的距离之和除以它们各全行程时间之和所得的商，称为平均全行程车速。行程车速是衡量路线通畅程度及分析路上发生延迟原因的依据。行程车速还常用以确定城市道路所能提供的服务等级。其中，在良好气候及通常道路交通状态的条件下，驾驶员能顺利、安全地驾驶的最高行程车速，称为运行车速，常作为确定连续行驶道路（通常指公路或高速道路）服务等级的依据。按取平均值的方法区分，可有两种平均车速：指定某地点，在一段时间内，取分布于不同时刻各车车速观测值的平均值,称为时间平均车速；指定某时刻,在一段路程内,取分布于不同地点各车车速的平均值,称为区间平均车速。时间平均车速就是平均地点车速，它是车流理论中分析车流模型的一个重要参数。区间平均车速同交通密度K、交通量Q之间的关系，即 Q＝Kūs。设计车速为确定道路各几何要素的设计指标并使之相互协调而制定的车速。有些道路几何要素，如弯道半径、超高、视距、纵坡等，直接决定于设计车速；另外一些要素，如道路各部分的宽度以及同侧向障碍物之间的净距等，虽不直接决定于设计车速，但它们会影响车辆实际行驶的车速，在设计车速较高的道路上，对这些要素要求采用较高的标准。因此，几乎是所有的道路几何要素都同设计车速有关。设计车速是确定道路各类几何要素的基本车速，确定道路设计车速是道路设计中的重要决策问题之一。除地点车速、路段车速和设计车速外，具有实际意义的车速还有最佳车速和经济车速。最佳车速是道路某断面上交通量最大时的车速，供理论上分析道路通行能力时用。经济车速是车辆在行驶中消耗燃料最省时的车速，是研究合理消耗交通能源的重要依据之一
1.2.2国外研究现状
1、坡长的研究
坡长真实值提取方法本研究在地形图上直接量算坡长值，以此作为坡长的真实值。具体过程是在1；1万地形图上确定流域范围和205个地块，量算每个100 mx100m的地块中心点沿与等高线垂直方向到山脊线或山顶(水流起始点)的水平距离，此距离即是所求的坡长值。
2、燃油经济性方面的研究
燃油经济性方面的研究燃油消耗量是评价汽油机经济性的重要指标，是汽油机的重要测量参数之一。因此，燃油消耗量的测量是内燃机性能试验的重要组成部分，其测量精度直接影响汽油机实际性能指标、各项技术参数确定和主要附件的选配及调整等。目前，内嫩机台架试验多属于稳态工况，仍沿用传统的质量法或体积法测量发动机燃油消耗量。随着汽车技术飞速发展，对其测试的手段也应同步发展。目前的油耗仪多为体积式的，日本小野公司的FP-214型活塞式流量传感器，最低采样时间为0O.A1Ss，最小油量分辨率为1ML，传感器量程为0.3- V1 20L/ho涡轮流量仪具有瞬时测量和累计功能，得到广泛应用，可测量0. 05^-20L/h的液体流量，在标定条件下，精度可达士0.5%，响应时间为2-10ms。中小功率汽油机燃油流量小，一般在10- 3000mL/min，超出涡流流量计下限，为此国内研制出不同大小的涡轮以满足汽油机小流量测量的需要。以上两种流量仪均用于汽车道路试验，只能测量体积流量。美国 Pierburg仪器公司的流量计为涡轮流量仪的改进型，流量范围可从1L/h起，响应时间为200ms，精度可达土0.1%.奥地利的AVL公司研制的台架试验中发动机燃油耗的精确测量仪，在油量25g时精度较高，台架试验测量范围为0-150kg/h，尽管该油耗仪可进行动态测试，但由于仍是静态燃油测量秤的改进，动态响应时间大于200ms。美 国、日本等发达国家在70年代中期就对基于碳平衡法理论的汽车油耗检测系统进行了大量的研究，并取得了一些成果及试验数据，结果表明，该方法测汽车油耗是完全可行的，并且可以在检测汽车尾气排放的同时进行，但该检测系统设备庞大、复杂，而且无法实现快速检测。采用这种检测系统进行油耗量检测仅仅局限于实验室中，难以在实际中广泛应用。国外汽车工业发达国家，比较重视环保与节能。其车辆油耗检测技术较先进，投入的人力和财力也较多，并大量采用了传感技术和微电脑技术，正在大力开发研制智能型油耗检测装置，其功能、测试项目、精度、显示方式都在不断发展与完善之中，成本逐渐趋向合理。目前，国外有关燃油消耗测量设备的报道较少，只有一些专利。
3、国外速度的确定方法与研究
随着油价一路飙升，有车一族越来越关心节油的问题。英国一本权威汽车杂志发表研究报告称，人们只要降低车速，就能省油。
（1）最省油时速
最新一期汽车杂志《what car》发表研究报告告诉消费者，只需减慢车速，每年就能省下约1000美元的油费。不仅如此，研究人员对5种不同品牌和型号的汽车进行测试后发现，最省油时速比汽车制造商建议的80公里到97公里要低得多。
参与测试的5款汽车排量从１升到2.2升不等，包括丰田Aygo、路虎“神行者”、雪铁龙C4等品牌。
研究报告作者、汽油能耗专家彼得·德内尔在5款汽车内安装汽油流量计，然后在贝德福德郡米尔布鲁克的一处实验场地展开测试。流量计记录的数据显示，5款汽车的最省油时速均在64公里以下，其中两款甚至低至32公里。当时速超过64公里时，5款车的油耗急剧上升；当时速达到145公里时，每加仑汽油可行驶的距离减至时速64公里状况下的一半。
（2）越慢越省油
报告进一步指出，如果两辆汽车分别以时速113公里和80公里行驶相同距离，第一辆比第二辆多耗油38％；如果分别以时速96公里和64公里行驶相同距离，第一辆比第二辆多耗油34％。
如果两名司机分别以时速145公里和112公里行驶，前者每８分钟就要在油费上多花去2.4美元。尽管在相同时间内，时速快行驶的距离远，但每行驶1.6公里就要多花40％汽油钱。
德内尔计算得出，以一辆一年行驶1.6万公里的汽车为例，如果驾车人把时速从129公里降到96公里，一年能节省大约1036美元。根据英国交通部门的数据，超过一半司机在高速公路上的驾驶时速超过112公里的限速，五分之一司机的驾驶时速超过128公里。
德内尔说：“很多人认为最省油的时速是88公里上下，这是个严重错误。这次的研究说明，开得慢反而省油。在路上多花一点时间，驾照能少因超速扣分，还能让司机省下一笔可观的油费。”
（3）正确挂档
挂错档也让司机多花了不少冤枉钱。研究显示，汽车在乡间道路上以时速64公里行驶时，挂四档比挂六档耗油多20％。在城市里，司机可以通过预测路况，提前换档的办法保持车速平稳，达到省油目的。
德内尔说，先进的汽车制造技术使汽车行驶时更安静，这让很多司机误以为他们所驾车辆的发动机在低档时也能平稳行驶。“他们听不到提示换档的声音，”德内尔说。
放慢时速不仅能帮司机省钱，还对环境有利。英国能源研究中心认为，如果英国所有司机都遵守每小时112公里的限速，汽车的年二氧化碳排放量将减少370万吨，相当于路上少了300万辆福特“福克斯”汽车。
英国汽车制造商和经销商协会相关负责人说：“期待人们以很低的时速驾驶不现实。应该保持一个安全、合理的时速，维持交通顺畅” 。
1.2.3国内外研究现状分析
汽车作为一种代步工具影响着人类的社会生活，在给人类带来便利的同时也使得能源、环境等问题日益突出。如何在汽车产业发展中扬利抑弊，既解决社会经济发展对汽车日益增长的需求，又减少能源消耗与污染排放，是中国经济和社会发展中的重大课题之一。
经济的快速发展带动了汽车消费和保有量的大幅攀升，截至2006年底，我国汽车保有量已达到4985万辆，给我国带来了巨大的能源的压力。同时，我国汽车技术水平相对落后，单车燃油消耗明显高于国外。有关数据显示，欧美国家的中档轿车百公里平均耗油在6.5～7.5升，而我国的中档轿车百公里油耗为8.3～9.2升，我国汽车每百公里平均油耗比发达国家高20%以上，其中轿车油耗比日本高20%～25%，比欧洲高10%～15%，比美国高5%～20%。汽车燃油消耗迅速增长，在我国石油消耗中所占的比例日益增大，并成为我国进口石油增加的主要原因。汽车每年约消耗我国汽油总产量的85%，柴油总产量的20%。据海关统计，截至2006年我国进口原油达1.45亿吨，成品油进口3638万吨，总价值819.62亿美元，创历史新高，预测到2020年，我国石油需求量将超过4亿吨，对外依存度将超过60%，能源短缺问题日益加重。提高汽车的燃油经济性，从总体上控制汽车燃油消耗已经成为我国政府和汽车行业所面临的重要课题。2004年10月29日我国正式出台了首个汽车油耗强制性国家标准—《乘用车燃料消耗量限值》（GB19578-2004），规定了汽车每百公里消耗燃油的最高指标，填补了我国汽车节能标准的空白。2006年下半年国家发改委公布了407种车型的油耗数据，标志着我国政府已开始重视汽车油耗对国家能源战略的影响。
随着中国汽车行业的不断壮大，能源问题将日益突出，并且在相当长一段时间会严重影响汽车工业发展的走向，研究并解决能源与汽车产业发展之间的深层次关系极为重要，在新的替代能源技术尚未成熟之际，对汽车燃油消耗的研究是解决这一问题的基础和关键。一般研究认为影响汽车燃油消耗的因素有30多种，概括起来主要有四大类，即汽车自身特性、道路交通状况、自然环境和驾驶水平及习惯。到目前为止，国内外针对汽车自身特性的燃油消耗研究较多，并且相应的节油技术在汽车设计、制造以及使用方面已得到了广泛的应用，相比之下，针对其它因素的研究较少，尤其道路交通状况对汽车燃油消耗的影响，因此研究道路状况下汽车燃油消耗规律具有现实意义。
研究汽车在实际道路行驶过程中的燃油消耗规律、对汽车燃油消耗进行定量的分析和评估、建立燃油消耗模型不仅可以为汽车制造业改善汽车燃油消耗系统提供参考，而且可以为城市道路规划设计提供依据，同时，可以为预测车辆在不同城市道路上的燃油消耗提供有效手段。

1.3论文的基本内容、拟解决的主要问题
研究内容主要包括：1、现有道路纵坡坡长大小的确定方法分析与总结；2、选择二级路不同坡度的路段进行油耗调查；3、对不同坡度的油耗规律进行分析，寻找燃油消耗规律与二级路纵坡坡长大小之间的关系。
1.4技术路线
城市道路坡度大小与燃油经济性之间关系的研究是在充分熟读国家规范标准的基础上，总结国内外研究现状，进行二者之间关系研究的，其技术路线如图1.1所示

图1.1技术路线图

第2章 坡长大小确定的主要研究方法

2.1交通安全因素
纵坡与交通安全紧密相关的因素有坡度和坡长。实际中，高等级公路上的小纵坡区段对交通安全有重要影响。其原因：一方面，小纵坡区段因单个纵坡长度较短而形成锯齿形纵断面，造成车辆行驶中频繁颠簸；另一方面，小纵坡区段给驾驶员在视觉上形成线形破碎、线路不连续的感觉，易使驾驶员产生错觉，导致操作不及时或操作失误而酿成事故。
很多交通事故发生在道路上下坡段。根据莫斯科公路学院的调查资料，在平原地区登记的事故总数中的7%左右是发生在上下坡路段；在丘陵地区为18%左右，在重丘陵地区为25%左右。有研究显示，过大上坡是千百万隧道内车辆发生交通事故的一个主要原因，因此从这一点上讲希望隧道内的纵坡应尽可能的小，对于隧道两端引线也是一样。根据有关统计资料水下隧道（纵坡坡度4%~10%）比坡度适中的（2.5%）更容易发生交通事故，并且大多数事故是发生在如楼和出口的400m范围内。
公路不同线形的衔接与组合方式对行车安全具有重要影响。事实上，许多交通事故原因中排除人和车的因素后，主要因素即为道路因素，且多是由道路设计不合理所致。因而，在我国公路设计、修建、维护和管理中，应积极贯彻“遵循规范，高于规范”的原则，以最大限度地减少道路交通事故的发生，不断提高道路交通安全水平。
从事故资料分析，长距离下坡刹车失灵是导致高速公路事故的主要原因，而且我国载重车辆超载现象十分严重，因此必须加强运输管理，从源头抓起，才是遏制下坡事故的最有效手段。作为辅助措施，在长下坡路段，建议在下坡路段前设置警告标志，提醒司机采用低档位行驶、同时打开辅助刹车措施。此外，从服务设施上看，在连续下坡一定距离后设置休息站或避险车道，给刹车失效的车辆以缓冲和降温的余地，也是一种减少车辆在长下坡路段事故高发的有效辅助设施。

2.2速度对坡长的限制
针对我国的主流货运车型与载重吨位，根据实车装载上坡试验，研究车辆在上坡行驶时，纵坡坡度与车辆行驶速度以及速度随坡长的变化规律，确定典型货车在不同坡度下的上坡性能曲线；通过速度折减量与坡长之间的关系曲线，提出基于运行速度差和满足公路服务水平要求的各级公路最大纵坡坡度与坡长限制值。
2.3坡长的确定
确定了各种纵坡坡度下的正常行驶速度，加速上坡和减速冲坡的稳定速度，以及上、下坡的动力性能曲线；并通过各坡度对应的速度损失值和速度折减量与坡长之间的关系曲线，提出了不同设计速度下的最大纵坡建议值与坡长限制值。
对从坡坡长的确定，除其他因为外，车辆在从坡上运行时所应保持的最低车速也是必须考虑的重要因素。根据我国目前车辆的现状和今后汽车工业的发展及对现有公路的调查，将各级公路中型载重汽车85%位车速及我国目前山岭重丘区公路的设计速度和15％位车速列于表2.1。
表2.1二级公路坡长参考值
坡度（%）
汽车专用公路的二级路

一半公路的二级路

坡长(米)
坡顶速度要求
km/h
坡长(米)
坡顶速度要求
km/h
2

3

4
800
40

5
600
40
800
30
6
400
40
600
30
7
200
40
400
25
8

200
25
9

200
20
以表列85%位车速作为纵坡开始的速度，15%位车速作为纵坡末端的速度，根据这些车速的要求，并结合一定初速度在纵坡上减速上坡时的破长于车辆运行速度变化的 关系和实际运行过程中各纵坡上车辆实际行驶的速度要比稳定车速略低的特点。
2.3.1 最大坡长的限制
最大坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶，当车速下降到最低容许速度时所行驶的距离。纵坡越陡，坡长越长，对行车的影响越大。《标准》对各级公路不同陡坡的最大坡长均进行了限制，如表2.2。
表2.2各级公路纵坡长度限制值表
纵坡坡度（%）
最大
坡长
（m）
设计速度
（km/h）

120
100
80
60
40
30
20
纵坡
坡度
（%）
3
900
1000
1100
1200

4
700
800
900
1000
1100
1100
1200
5

600
700
800
900
900
1000
6

500
600
700
700
800
7

500
500
600
8

300
300
400
9

200
300
10

200

2.3.2.陡坡组合坡长
当连续陡坡是由几个不同受限坡度值的坡段组合而成时，应按不同坡度的坡长限制折算确定；其连续陡坡最短坡长应大于规范规定最小坡长。
例：某三级公路，第一坡段纵坡度为7%，长度为200m，第二坡段纵坡度为6%，长度为200m，若第三坡段采用4%的坡度，其坡长最多可设多长？
解；第一坡段占坡长限制的2/5（200/500）；第二坡段占坡长限制的2/7（200/700）则
第三坡段可设置：（1－2/5－2/7）×1100 = (31.43/ 100)×1100=345.71m。
2.3.3最小坡长限制
最小坡长的限制主要是从汽车行驶的平顺性的要求考虑。最小坡长通常以设计行车速度行驶9～15s的行程作为规定值。《标准》规定，各级公路最短坡长如表所示。 
表2.3各级公路最短坡长表
设计行车速度（km/h）
120
100
80
60
40
30
20
最小坡长（m）
300
250
200
150
120
100
60
2.4燃油经济性与速度的研究
等速形式百公里燃油消耗量是常用的一种评价指标，指汽车在一定载荷(我国标准规定轿车为半载，货车为满载)下，以最高档在水平良好路面上等速形式100km的燃油消耗量。
常测出每隔30km/h或20km/h速度间隔的等速百公里燃油消耗量，然后在图上连成曲线，称为等速百公里燃油消耗量曲线，用它来评价汽车的燃油经济性等速工况并没有全面反映汽车的实际运行情况，特别是在市取形式中频繁的出现加速，减速，怠速停车等工况。
欧洲经济委员会(ECE)规定，要测量车速为90km/h和120km/h的等速百公里染有消耗里和按ECE-R.15循环工况的百公里燃油消耗量，并各取1/3相加作为混合百公里燃油消耗量来平定汽车的燃油经济性。美国环境保护局(EPA)规定。要测量城市循环工况(UDDS)及公路循环工况(HWFET)的燃油经济性(单位为每加仑燃油汽车形式英里数mile/gal)，并按下式计算综合燃油(单位：mile/gal)
2.5本章小结
本章通过研究交通安全因素对坡长的影响、坡长对速度的限制及燃油经济性与速度的分析研究来确定坡长大小的研究方法。对接下来的实验和研究进行规范和借鉴，对数据的处理提供帮助。

第3章 实验设计

3.1油耗的计算
3.1.1理论性的台架油耗测试
把发动机架在台架上，控制环境温度，正面电风扇吹，后面带上水负载，模拟汽车的行驶状态，用计算机控制并且计算和画出：功率、升功率、扭力、缸压、进气和排气温度、百公里等油耗等的数据和曲线图表。这个百公里等油耗的数据与大家实际数据不一样，是供厂家挑发动机和调试车的数据用的。有的车宣传品上的数据就是用的这个数据；有的车宣传品上的数据是根据2项的权威的油耗测试结果再修正百公里等油耗的数据后给出的。大家一般开车的数据比这个高，个别人在顺风、下坡多的路上，千方百计的用省油的方法和不精确的加油计量数是可以比生产厂家宣传品上的数据还低。更有甚者的是什么节油大赛，把车的重量尽量减少（车的重量已经不是满载），什么光脚、空档滑行、清空后背箱等等，这时跑的油耗什么意义也没有。
3.1.2权威的油耗测试
在专门的实验车场的专门跑道上，在规定的湿度、气压、胎压等，在满载等速的条件下（秤重坐满人和后背箱加配重物）；用专门的计量仪器（带刻度的量杯、流量计等）切断车辆原来的供油系统，用计量仪器量杯内的油跑几十或百米（好象是这样的，不计算加速时的油耗，不能滑行）的来回路后，除二计算出的百公里等油耗等的数据。
3.1.3比较准确的油耗测试
由专门的人选择实验的路，在规定的湿度、气压、胎压等，在满载等速的条件下（秤重坐满人和后背箱加配重物）；用专门的带刻度的油箱跑100公里的来回路后（可以计算进加速时的油耗，但是不能滑行），除二计算出的实际百公里等油耗的数据。
3.1.4比较麻烦的报纸、杂志的实际驾驶车辆的油耗测试
由报纸、杂志组织专门的人选择普通的实验路，在同样的加油站用同样的加油枪并在地上画出前后轮的停车位置后，把油慢慢的加到刚刚流出时，可能在满载或不满载的条件下，基本等速的跑100公里后回到加油站同样的位置，用同样的加油枪再次把油慢慢的加到刚