问题

猛踩油门和匀速行驶哪种更费油?

回答
您好!很高兴能和您聊聊关于开车费不费油的问题。这其实是个挺生活化的学问,很多老司机都有自己的经验,但从科学的角度来剖析一下,会更有意思。

咱们先来说说“猛踩油门”和“匀速行驶”这两种情况,哪种更费油?答案其实非常明确,猛踩油门肯定比匀速行驶费油得多,而且是费油得多!

为什么这么说呢?咱们得从汽车发动机的工作原理和燃油经济性说起。

猛踩油门:激情过后是“油老虎”

想象一下,你猛地一脚把油门踩到底,就像你平时用力去推一个很重的东西,需要瞬间爆发巨大的力量一样。发动机也是如此:

瞬间需求大量燃油和空气: 当你猛踩油门时,发动机的节气门会瞬间打开很大,允许大量的空气进入气缸。为了匹配这更多的空气,电脑控制单元(ECU)会立刻喷射更多的燃油,形成更浓的混合气。这种“贪婪”的需求,就像是在短时间内让发动机“大吃一顿”。
高转速、高负荷运转: 为了产生强大的动力来快速加速,发动机需要以更高的转速(RPM)运行,并且承受更大的负荷。在高转速下,发动机内部的机械运动更加频繁,摩擦和损耗也随之增加。同时,为了克服巨大的惯性力(让车子动起来需要力气),发动机需要输出更高的功率。
效率并非最高: 很多时候,发动机在设计的“最佳工作区间”内运转时,燃油利用率是最高的。而猛踩油门瞬间将发动机推到高转速、高负荷状态,这很可能超出了它最高效的运行范围。就像你用尽全力去做一件你并不擅长的事情,效率自然不高。
刹车和减速的浪费: 猛踩油门加速,然后可能因为前面有车或者到达目的地了,又不得不踩刹车减速。这个过程就是把加速时消耗掉的燃油产生的能量,在刹车时通过摩擦转化为热量白白浪费掉了。这简直是“加油,然后白白放气”的操作,你说费不费油?

匀速行驶:平稳是经济的基石

再来看看匀速行驶,尤其是以一个相对稳定的、不是特别高的速度行驶:

持续稳定的燃油供给: 在匀速行驶时,发动机的节气门开度相对固定,ECU会以一个相对稳定的量喷射燃油。这种“按需供给”的模式,避免了燃油的浪费。
最佳工作区间(或接近): 很多车在80100公里/小时的速度区间内,发动机的转速和负荷都比较适中,处于燃油经济性较好的区间。在这个区间内,发动机的工作效率更高,每消耗一升燃油能产生的公里数也更多。
避免不必要的能量损失: 匀速行驶意味着车辆克服空气阻力和滚动阻力所需的力量是相对恒定的。不需要频繁地加速和减速,也就避免了将能量转化为热量浪费掉的过程。
“滑行”的优势: 即便你不是刻意滑行,匀速行驶本身就比频繁加减速要平稳得多。如果稍微带点“预判”意识,比如看到前方有红灯,提前松开油门,让车辆自然滑行一段距离,这样还能进一步节省燃油,同时也能保护刹车系统。

打个比方:

想象一下你要搬一箱很重的东西。

猛踩油门 就像你用尽全身力气,爆发式地把箱子一下子举过头顶,然后因为力气不够又晃晃悠悠地放下。这个过程耗费了你巨大的体力(燃油),但最终的成果并不稳定,而且可能还会摔倒(刹车浪费)。
匀速行驶 就像你用一个稳定的、你能承受住的力气,一点一点地把箱子搬到你想放的位置。虽然速度慢一点,但你的体力消耗得更平稳,效率也更高,不容易受伤(油耗低)。

所以,从燃油经济性的角度来看,匀速行驶,特别是在一个经济速度区间内行驶,远比猛踩油门要省油。

开车时,如何做到更省油?

基于上面的分析,我们就能明白如何在日常驾驶中更省油了:

1. 平缓起步和加速: 避免“地板油”,温柔地踩下油门,让车子平稳地起步和加速。
2. 保持匀速行驶: 在路况允许的情况下,尽量保持一个稳定的速度,减少不必要的加减速。
3. 预判路况,提前减速: 观察前方路况,比如看到红灯、前方拥堵,提前松开油门,利用发动机制动或滑行减速,避免急刹车。
4. 合理使用挡位(针对手动挡): 及时升挡,让发动机保持在较低的转速区间。
5. 保持合适的胎压: 胎压过低会增加滚动阻力,导致油耗升高。
6. 减轻车辆负重: 车上不必要的物品越少,车辆越轻,油耗自然越低。
7. 定期保养: 保持发动机处于最佳工作状态,定期更换机油、空气滤清器等。

希望我的解释能帮助您更清楚地理解这个问题!开车不仅关乎安全,也藏着不少省钱的小窍门呢。

网友意见

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这在学术上叫做Pulse and Gliding(P&G,加速-滑行)策略优化问题。博士期间恰好粗略研究过此问题,在此分享一下。

先上结论:

  • 对电动汽车来说,匀速最省能量(电)。
  • 对内燃机汽车来说,大部分情况下匀速最省油,但存在P&G更省油的可能性。

加速-滑行策略问题的数学抽象

小学时,我们就研究过这样一个简单的问题:

周长为1的长方形,面积最大是多少?

小学时一般是凑出来的,在凑的时候会发现:如果让短边长一些,那长边就会短一些,是此消彼长的关系。凑到之后惊奇的发现:当长边与短边相等的时候,也就是正方形的面积最大!

为什么呢? 长方形也懂得不患寡而患不均的道理吗?

长大后了解到,这是一个二次函数求极值的问题:

进一步推广,这是一个凸优化问题。如下图,对于凸函数下式恒成立:

换成具体的例子就是:猛踩油门再滑行一阵子,要比匀速行驶费油(电)!

但需要满足一个前提条件:在等里程最优化问题中,汽车的油耗(电耗)函数是一个凸函数。

这也是我们接下来要分析的问题。

电机与发动机是凸的吗?

相对于处处需要经验、需要标定的发动机来说,永磁同步电机原理要精炼得多,甚至可以用公式完全表达出来。要证明永磁同步电机电耗的凸性,只需要证明下面这个函数的凸性:

结论是它的损耗函数大体上是凸的:

如果采用其他电机理论模型,可能无法证明其凸性。但总体来说,把电机损耗函数当成一个凸函数处理,是基本没有问题的。

所以,对于电动汽车来说,基本判断是: 在等里程行驶最优化问题中,匀速行驶最优。


而发动机原理就复杂得多,它的效率MAP图(可转化为损耗MAP图)通常是标定出来的,而不是通过燃烧学、热力学公式计算出来的。从 @何先生 所举的发动机MAP图可以看出,它的等效率线歪歪扭扭的,肯定是不具备严格的凸性的。

换句话说,也就是存在优化的空间。但这个空间会非常小,为什么?

因为发动机在稳定工作时效率最高,而在动态工作时由于喷油量、进气量不能精确匹配,损耗会大为增加。

所以,对内燃机汽车来说,大部分情况下匀速最省油,但存在P&G更省油的可能性。


什么时候加速-滑行策略更省油?

那我们是不是可以下结论了呢?

先等等,为什么还有很多研究者发现:加速-滑行策略更省油呢?

Evans等人研究发现,有经验的驾驶员在驾驶传统内燃机汽车的时候,通过对车速的合理调整可以实现节油效果[1]。
Lee等人针对传统内燃机汽车福特Focus与混合动力汽车丰田Prius进行了P&G策略研究,仿真与试验结果表明,P&G策略比定速驾驶策略可改善燃油经济性达24%-90%[2]。
Li等人针对传统内燃机汽车,提出基于P&G的一种伺服回路控制方法,提供了将P&G策略嵌入到自适应巡航控制系统的潜力,仿真结果显示节油潜力达20%[3]。

那是因为,发动机只是汽车的一个组成部分,我们有很多打破发动机MAP图束缚的方法。

举一个极端的例子:以龟速5公里/小时匀速行驶100公里,与一脚油门轰到100公里/小时再关发动机滑行(假设有启停装置),哪个更省油呢?

前者要全程承受怠速损失,而后者虽然有动态损耗,但发动机则不必全程承受怠速损失(关发动机就相当于从发动机效率MAP图上逃掉了),所以哪个更省油,也不好说是吧?

补充:在不踩油门的时候,即便有些车型的发动机不喷油了,但只要它还连着车轮转动,泵气等损耗还是在的。这与装有启停装置,让发动机完全停下来,是不一样的。


对于日常开车来说,结论还是不变。无论是电动车还是内燃机汽车,虽然存在加速-滑行策略更省油/电的可能性,但一般的驾驶员也难以有这么高的技巧……所以规规矩矩地匀速开车就好了,不必去动加速-滑行来省油的歪脑筋了。

本回答的进一步更新: 探索 | 猛踩油门和匀速行驶哪种更省油?

参考文献:

[1]Evans L. Driver behavioreffects on fuel consumption in urban driving[J]. Human Factors: The Journal ofthe Human Factors and Ergonomics Society, 1979, 21(4): 389-398.

[2]J. Lee, D. Nelson, and H. Lohse-Busch,“Vehicle inertia impact on fuel consumption of conventional and hybrid electricvehicles using acceleration and coast driving strategy,”presented at the Soc.Automotive Eng. World Congr. Exh., Detroit, MI, 2009, Paper 2009-01-1322

[3]Li Shengbo, Peng H, LiKeqing, et al. Minimum fuel control strategy in automated car-followingscenarios[J]. Vehicular Technology, IEEE Transactions on, 2012, 61(3):998-1007.

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老司机看到这问题,第一反应是,开车时千万别思考怎么开更省油,因为那样会容易出事,等你出了事后才明白,省那点油的你多可笑。


正确的开车方式是最安全的方式,在需要的时候果断油门或刹车,在不需要的时候不要乱加速或减速。


我刚买车时特别在意这个,开着开着还不断去翻那个平均油耗,习惯看着中远距离的路况和红绿灯做预调整,幸好在没发生重大事故前我突然意识到这样做有多危险,开车时考虑油耗而做的各种影响驾驶的附加调整都是拿自己和他人的安全开玩笑。


发生车祸的司机大多是把要开的快,到达目的地要早,要开的省油等因素作为了自己驾驶的参考因素,但开车的参考因素真的最好只有安全一个。


虽有跑题了,但我猜看这问题点进来的司机都和我最早时一样,有比较明显的考虑如何开车更省油这事的倾向,那这个跑题就不冤,劝回一个是一个。


PS:想省油的,买车时买省油的车,而开车时不要想,也许有个别省油习惯和安全习惯有重合,但也不提倡这种思维,因为选择这样开的理由是安全而不是省油,所以研究他是否和安全契合没有意义,因为如果不契合自然要避免,而如果契合我研究他做什么我为了安全本来就要这么开的啊。


还有,具体举例恕我不能举,很简单,这种东西像咒语,我举了例子“比如这样开更省油但不安全”,这个例子就长在你脑袋里生根发芽,有些人会想省油不由自主去做,有些人会为了避免而去注意“别这样开”,这都不好,还是啥也不知道的好,我不知道怎么开省油也不知道怎么开费油,但我认真学习了解怎么开安全,这样就足够了。

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