重型半掛牽引車典型循環(huán)工況研究

辛乾，楊卓帆

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

重型半掛牽引車典型循環(huán)工況研究

辛乾，楊卓帆

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

隨著市場對(duì)車輛燃油經(jīng)濟(jì)性及排放水平的要求不斷提升，設(shè)計(jì)符合客戶實(shí)際使用情況的行駛循環(huán)工況變得越發(fā)重要；本文通過對(duì)客戶車輛的跟蹤數(shù)據(jù)采集，在獲得大量行駛工況數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，獲得速度，加速度等特征參數(shù)，利用多元統(tǒng)計(jì)理論構(gòu)建了能夠廣泛應(yīng)用于高速物流運(yùn)輸模擬的典型循環(huán)工況。

循環(huán)工況；燃油經(jīng)濟(jì)性；多元統(tǒng)計(jì)理論

CLC NO.: U461.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)01-76-03

前言

隨著我國物流業(yè)的飛速發(fā)展，物流市場日趨繁榮，客戶對(duì)運(yùn)輸車輛燃油經(jīng)濟(jì)性的要求也日益提高。而在車輛研發(fā)過程中，選擇合理有效的行駛循環(huán)工況對(duì)于改進(jìn)汽車各項(xiàng)性能，尤其是車輛燃油經(jīng)濟(jì)性和排放有重要意義[1]。因此世界各國都對(duì)汽車行駛循環(huán)工況展開了深入研究，并提出了適合本國國情的循環(huán)路譜，如以美國FTP(Federal Test Procedure)為代表的瞬態(tài)工況和歐洲ECE(Economic Commission for Europe)為代表的模態(tài)工況。

1、數(shù)據(jù)采集與構(gòu)建方法選取

1.1 數(shù)據(jù)采集

對(duì)于多種不同地域，不同載荷，不同駕駛習(xí)慣的客戶進(jìn)行了大量的數(shù)據(jù)采集。主要獲取了車輛的車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷率、離合器、接合/分離信號(hào)、GPS坐標(biāo)等一系列參數(shù)，從而對(duì)車輛的運(yùn)行情況有一個(gè)全面的了解，便于行駛工況的合理構(gòu)建。

在數(shù)據(jù)采集中，主要采用了一下兩種方法：一方面通過技術(shù)人員攜帶試驗(yàn)設(shè)備對(duì)客戶運(yùn)營過程進(jìn)行實(shí)地跟蹤并采集相關(guān)參數(shù)，此方法數(shù)據(jù)精度較高，但時(shí)間上效率較低；此外我們也利用了客戶車輛上安裝的車載智能服務(wù)終端讀取車輛和發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的各項(xiàng)參數(shù)，可獲得大量相關(guān)數(shù)據(jù)，為典型工況的構(gòu)建提供充分的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)量。

1.2 構(gòu)建方法

目前，針對(duì)行駛循環(huán)工況的合理構(gòu)建問題，國內(nèi)外眾多科研機(jī)構(gòu)都進(jìn)行過深入細(xì)致的研究，提出了多種理論方法，其中主要包括以下方法：

短行程分析、定步長分析法、速度-加速度分析法和馬爾可夫分析法[2]。

考慮到數(shù)據(jù)處理的可操作性以及高速物流運(yùn)輸?shù)墓r特點(diǎn)，本文選取短行程法作為構(gòu)建重型半掛牽引車典型循環(huán)工況的方法，該方法的構(gòu)建步驟如下：

首先，對(duì)總的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算其判定準(zhǔn)則數(shù)：最高速度、平均速度、速度標(biāo)準(zhǔn)差、平均加速度、平均減速度，怠速比例、勻速比例、加速比例、減速比例等14個(gè)特征參數(shù)；然后，將總試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行短行程的劃分，將每一個(gè)短行程視為一個(gè)候選工況；接著，用Matlab等分析軟件分別計(jì)算每一個(gè)候選工況的14個(gè)特征參數(shù)，接著計(jì)算每個(gè)候選工況特的特征參數(shù)與總體數(shù)據(jù)特征參數(shù)的相關(guān)性，將所有候選工況按照相關(guān)系數(shù)從大到小的順序依次排列；最后，在滿足所要建立行駛循環(huán)工況長度的條件下，依次將相關(guān)系數(shù)最大的若干個(gè)短行程進(jìn)行合并，得到的工況即為反映車輛實(shí)際運(yùn)行特征的行駛工況。其基本流程見圖 1。

2、數(shù)據(jù)處理

2.1 短行程的分割

車輛的運(yùn)行特征除了取決于地理位置和道路的類型，也取決于交通狀況。相同路段因?yàn)闀r(shí)間、天氣、交通流等的變化，也可能會(huì)呈現(xiàn)不同的交通特征。所以本文首先要把試驗(yàn)數(shù)據(jù)分割成短行程并計(jì)算各短行程的特征值，然后用主成分

分析法降維處理短行程特征，再用聚類分析法將短行程聚類，使得每一類內(nèi)的短行程代表的交通特征相似，最終實(shí)現(xiàn)具有道路交通特征的車輛行駛工況。

短行程是指從一個(gè)怠速開始到下一個(gè)怠速開始的運(yùn)動(dòng)行程，根據(jù)以上原理用Matlab軟件編程[3]對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行短行程分割處理，獲得總體樣本A。

2.2 短行程特征值

車輛的實(shí)際行駛工況是由一定數(shù)量的短行程組成的，從眾多的短行程中挑選合適的行程來構(gòu)建車輛的行駛工況以及對(duì)所構(gòu)建的行駛工況進(jìn)行評(píng)價(jià)等都需要一定的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則數(shù)。本文定義了運(yùn)行時(shí)間，加速時(shí)間，減速時(shí)間，怠速時(shí)間，勻速時(shí)間，最大速度，平均速度，速度標(biāo)準(zhǔn)差，最大加速度，最大加速度，加速度標(biāo)準(zhǔn)偏差，加速度段平均加速度和減速度段平均減速度共14個(gè)參數(shù)，將其作為個(gè)反映短行程特征的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則數(shù)。用這些參數(shù)分析原始數(shù)據(jù)，最終夠建出牽引車典型循環(huán)工況。

2.3 特征值矩陣標(biāo)準(zhǔn)化

由于本文定義的各個(gè)參數(shù)之間單位并不完全統(tǒng)一，故而在量綱上存在差異，一方面會(huì)導(dǎo)致各參數(shù)的分散程度較大，另一方面也會(huì)出現(xiàn)方差較大的指標(biāo)對(duì)總方差的影響會(huì)大于其他參數(shù)。故需要在進(jìn)行下一步數(shù)據(jù)處理前對(duì)特征參數(shù)就矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使得每一列都成為均值是0．方差是1的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣。

2.3 主成分分析方法

若采用少數(shù)的幾個(gè)特征值作為指標(biāo)變量對(duì)短行程進(jìn)分類，則會(huì)丟失大量信息，造成聚類結(jié)果不準(zhǔn)確。由于這些特征值之間往往不是完全獨(dú)立的，而是存在一定程度的相關(guān)性，即這些指標(biāo)所體現(xiàn)的信息存在某種程度的重疊?；谝陨系脑颍疚挠枚嘣治鲋械闹鞒煞址治鰜斫鉀Q這一問題。主成分分析是將原來眾多具有相關(guān)性的指標(biāo)化為少數(shù)幾個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)的一種統(tǒng)計(jì)方法，它主要起到降維和簡化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的作用[3]。這可以幫助我們方便的將原始數(shù)據(jù)構(gòu)成相互獨(dú)立的新變量，并在變量中選取4個(gè)主成分用于聚類分析。

2.4 主要特征參數(shù)選取

聚類分析是按照相似性將變量或者樣品進(jìn)行分類。相似性的度量方式包括距離(樣品之間)和相似系數(shù)(變量之間)，聚類分析就是基于相似程度的大小，使得關(guān)系密切的變量(樣品)聚集到一個(gè)小的分類單元，然后逐步擴(kuò)大，使得關(guān)系疏遠(yuǎn)的聚合到一個(gè)大的分類單位，直到所有的樣品(或變量)都聚集完畢[4]。本節(jié)首先對(duì)上節(jié)主成分分析所獲得的新短行程總體樣本進(jìn)行聚類分析，從而使得各組類內(nèi)的短行程其交通特征相似性較高，對(duì)不同類型分別進(jìn)行行駛工況構(gòu)建，使得創(chuàng)建工況能真實(shí)反映不同工況。經(jīng)過計(jì)算比較，發(fā)現(xiàn)可將工況分為兩類：高速工況和較擁堵工況，分別對(duì)應(yīng)聚類出的一個(gè)組別。

3、行駛工況構(gòu)建

3.1 構(gòu)建思路

從相應(yīng)短行程中隨機(jī)挑選n個(gè)短行程組成一個(gè)時(shí)間—速度序列，并進(jìn)行有效性判定，若滿足判定條件則此時(shí)間—速度序列就是該類短行程所代表的道路類型的行駛工況，否則重新挑選、判定、直到滿足判定條件為止。一般要求所構(gòu)建工況與總體工況相關(guān)系數(shù)的值達(dá)到0.98以上，相關(guān)系數(shù)可由如下公式計(jì)算：

Heavy tractor-typical driving cycle research

Xin Qian, Yang Zhuofan
（Shaanxi Heavy-Duty Truck Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200）

As for fuel economy and emission levels upgrade requirements，to find a vehicle driving cycle that can fit the customers actual traffic condition become increasingly important；In this paper，based on the traffic condition data that get by the customers vehicle tracking，get the speed and acceleration and other characteristic parameters, Constructed the driving cycle，which can be widely used in the simulation of high-speed transport，by multivariate statistical theory.

driving cycle；fuel economy；multivariate statistical theory

U461.8

A

1671-7988(2015)01-76-03

辛乾，碩士研究生，就職于陜西重型汽車有限公司，主要研究方向?yàn)檐囕v燃油經(jīng)濟(jì)性。