車輛道路行駛工況構建典型方法研究

王川

（安徽農業(yè)大學　工學院，安徽　合肥　230036）

車輛道路行駛工況構建典型方法研究

王川

（安徽農業(yè)大學工學院，安徽合肥230036）

行駛工況的研究對于車輛動力匹配和節(jié)能減排有著重要意義，本文在前人研究的基礎上，總結出汽車道路行駛工況構建的典型方法，包含了工況構建的各個方面，該工況構建方法體系完善，操作性強，具有一定的通用性.

車輛；道路試驗；行駛工況

1　引言

國外工況體系相對而言比較成熟，以美國瞬態(tài)工況FTP系和歐洲模態(tài)工況NEDC系為代表，中國目前還沒有屬于自己的工況體系.但一些院所和學者對我國行駛工況構建做了大量的研究，形成了一些具有代表性的構建工況的方法，如石琴等人提出的基于粒子群優(yōu)化的模糊聚類方法，楊延相等人對天津市道路汽車行駛工況研究形成的構建工況的一般方法等.本文通過分析研究國內外行駛工況構建方法和特點，總結出了現(xiàn)階段汽車道路行駛工況構建的典型方法，該方法對于車輛行駛工況的構建具有一定的通用性.

2　道路工況構建規(guī)劃

道路工況構建的典型方法流程圖如圖1所示，試驗規(guī)劃環(huán)節(jié)對工況構建有著指導作用，包括數(shù)據(jù)采集方法、數(shù)據(jù)采集路線及時間、數(shù)據(jù)采樣頻率、數(shù)據(jù)量等信息.

圖1　工況構建流程圖

2.1數(shù)據(jù)采集方法

目前有三種常用的道路數(shù)據(jù)采集方法.

（1）平均車流統(tǒng)計法，又被稱為代表性工況法，指的是駕駛員在規(guī)定的時間和道路上沒有刻意加速或減速地跟隨平均車流行駛的方法.該方法需要提前規(guī)劃好試驗時間和路線，駕駛過程中操作簡單，主要受到駕駛員主觀判斷的影響.

（2）車輛追蹤法，即測量被追蹤目標車輛的方法.當車輛在道路上正常行駛時，要求駕駛員跟蹤視野內的某一目標車輛，當此目標車輛離開視野范圍時，立即鎖定下一目標車輛進行跟蹤.該方法不需要對行駛時間和路線進行提前規(guī)劃，缺點是具有一定的隨機性，不一定能得到不同道路類型的數(shù)據(jù).

（3）自主行駛法，即駕駛員按照自身去往的目的地自主行駛的方法.這種方法對試驗的時間和路線沒有具體要求.缺點是隨意性比較大，不能獲得特定道路的數(shù)據(jù).

2.2數(shù)據(jù)采集路線及時間

我國幅員遼闊，不同地區(qū)道路特點差別很大，即使是同一地區(qū)的山路、高速、城區(qū)和郊區(qū)，其道路特點也不盡相同，路線規(guī)劃的合理性決定所構建工況的準確性，所遵循的原則如下：

（1）對道路進行合理的劃分，每次試驗所選取的路線只包含一種路況信息，避免多路況同時采集，造成的數(shù)據(jù)混亂.

（2）明確不同道路所占比例和路況復雜度，把試驗重點放在復雜道路工況構建中.

（3）根據(jù)具體工況構建的不同，路線經(jīng)過的區(qū)域也要有所考慮，如市區(qū)工況構建中，車輛應該經(jīng)過典型商業(yè)街和居民住宅區(qū).

（4）為了提高試驗效率，試驗路線應盡可能首尾相連.

不同數(shù)據(jù)采集時間對工況也有一定影響，如上班高峰期和天氣惡劣時間段（暴雨、冰雹等），車輛行駛緩慢、怠速比例加大；白天和夜晚汽車行駛策略也有所區(qū)別，因此規(guī)劃數(shù)據(jù)采集試驗時，采集時間考慮是否全面直接影響工況構建可靠性.

2.3數(shù)據(jù)采樣

數(shù)據(jù)采樣包括三個方面內容，采樣參數(shù)、采樣頻率、采樣量.

2.3.1采樣參數(shù)及頻率

采樣參數(shù)的選擇要能反應出汽車速度和油耗信息，具體參數(shù)可以根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設備及項目需求確定.

采樣頻率越低，數(shù)據(jù)波動越小，數(shù)據(jù)采集量越少，進行數(shù)據(jù)處理時難度會降低，但準確性也會下降；采樣頻率越高，采集到的數(shù)據(jù)波動大，數(shù)據(jù)采集量多，處理起來也就越麻煩.試驗過程一般會根據(jù)采樣硬件性能和所需數(shù)據(jù)量決定采樣頻率大小.

2.3.2數(shù)據(jù)量確定

一個具體的行駛工況構建是有周期性限制的，數(shù)據(jù)量反映在工況構建周期中就是實驗次數(shù)的多少.一般情況下試驗規(guī)劃越合理、采集的數(shù)據(jù)越準確、計算方法越合理，那么隨著試驗次數(shù)的增加，會減少試驗過程中突發(fā)事件造成的數(shù)據(jù)采集不準確，如嚴重堵車、車禍等因素，因此得到的結果也越準確，但是隨著數(shù)據(jù)量的增加，準確性的增長則變得異常緩慢.因此試驗過程中，應該在工況構建周期內盡可能多的采集數(shù)據(jù).

3　工況構建方法

首先明確工況構建中的準則數(shù)，再根據(jù)確定出的準則數(shù)選取能夠代表實際道路的樣本工況作為工況構建的依據(jù).

3.1準則數(shù)定義

一個運動學片段主要可以分為怠速、加速、減速、勻速四個階段.如果只用這四個參數(shù)去描述車輛行駛過程中運動學片段的話，很可能在不同道路和不同交通狀況出現(xiàn)相同的運動學片段.為了更加精確地描述一個運動學片段，就需要重新定義一些參數(shù)作為評價準則，這樣的參數(shù)叫做準則數(shù).

準則數(shù)的定義要能反應運動學片段的特點，主要從以下幾個方面去定義.

（1）速度相關準則數(shù)，把速度按區(qū)間進行劃分，計算每段區(qū)間所占比例.

（2）加速度相關準則數(shù)，對車輛行駛過程中加速度和減速度按區(qū)間進行劃分，計算每段區(qū)間所占比例.

（3）檔位準則數(shù)，道路試驗中各檔位使用比例以及換擋比例.

此外像轉矩、轉速等都可以作為評價運動學片段的準則數(shù)，準則數(shù)的劃分沒有統(tǒng)一的標準.

3.2構建方法

行駛工況構建常用方法有短行程法和定步長截取法.

（1）短行程法，短行程是車輛道路行駛過程中一個怠速開始到下一個怠速開始的運動學片段.一般情況下，一次道路試驗可以得到幾個到幾十個不等的短行程，然后將這些短行程隨機進行組合，在比較組合后的短行程準則數(shù)與道路試驗準則數(shù)相關系數(shù)，選取相關系數(shù)最大的短行程組合作為典型工況.

（2）定步長截取法，從采集到的道路數(shù)據(jù)中截取特定采集點數(shù)的數(shù)據(jù)作為樣本工況，然后再與道路數(shù)據(jù)準則數(shù)進行比較，選取相關系數(shù)最大的樣本工況作為構建的工況.

此外Lin等人把車輛行駛過程看成是一系列馬爾科夫過程，運用馬爾科夫法構建了行駛工況，馬志雄等人在工況構建中采用了動態(tài)聚類法對樣本工況進行了重新組合等.這些方法的研究和應用使工況構建體系更加完善.

4　工況調整驗證

在對國內外工況構建方法研究中發(fā)現(xiàn)，工況構建中調整驗證環(huán)節(jié)不夠，限制了所構建工況的有效性.

4.1調整方法

目前我國對工況調整驗證方面大多采用轉鼓臺架試驗和仿真軟件相結合的方法進行研究.溫敏通過對各級道路長度比例、發(fā)動機轉速范圍分布、換擋頻繁性、發(fā)動機負荷、車速波動頻繁性幾個方面對構建出的工況進行了調整；張小龍等人則通過轉鼓臺架油耗試驗對曲線中加速度較大的位置進行調整來保證發(fā)動機工作在外特性曲線以內.

4.2驗證方法

調整后的工況需要進行試驗驗證以確保能更加真實反應實際道路信息.工況的制定是為了限制燃油消耗量，因此構建的工況要能滿足燃油消耗量的要求.驗證的方法主要有以下兩點：

（1）調整后行駛工況的準則數(shù)與實際道路準則數(shù)的相關系數(shù)是否滿足要求.

（2）調整后行駛工況的燃油消耗量（以百公里燃油消耗量作為判斷依據(jù)）與實際道路百公里燃油消耗量誤差是否滿足要求.

工況調整和驗證環(huán)節(jié)是工況制定過程中必不可少的一個環(huán)節(jié)，只有對調整后的工況合理的調整并通過轉鼓油耗試驗進行充分的驗證后，制定的工況才具有一定的合理性.

5　總結

本文通過分析研究國內外行駛工況構建方法和特點，總結出了汽車行駛工況構建的典型方法，這些方法包含了工況構建的各個環(huán)節(jié)，從前期試驗規(guī)劃到后期工況調整驗證，所提出的典型方法體系完善，方法具有一定的通用性，未來可以在以下幾個方面繼續(xù)研究：

（1）工況調整驗證環(huán)節(jié)目前還沒有一定的理論支撐，未來可針對這一環(huán)節(jié)建立一整套完善的理論體系.

（2）本方法是根據(jù)國內外行駛工況構建方法總結出來的理論方法，未來可把此方法用于實車試驗中.

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U461.2

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1673-260X（2016）09-0035-02

2016-05-11

運輸車輛運行安全技術交通行業(yè)重點實驗室開放課題項目(KFKT2012-01)