機(jī)動(dòng)車行駛參數(shù)采集與駕駛行為量化軟件

彭 琨，張立成，周 洲

(長(zhǎng)安大學(xué) 信息工程學(xué)院，陜西 西安 710064)

0 引 言

能源短缺和空氣污染問題已經(jīng)成為全球性的焦點(diǎn)問題，交通運(yùn)輸業(yè)是終端能源消耗型行業(yè)，是能源消耗最快、最多的行業(yè)之一，也是世界第二大CO2排放源[1-2]。隨著中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展和交通運(yùn)輸業(yè)的進(jìn)步，機(jī)動(dòng)車保有量呈現(xiàn)持續(xù)快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，伴隨而來(lái)的尾氣排放和能源消耗問題也日益嚴(yán)重。因此，節(jié)省運(yùn)輸成本，提高燃油經(jīng)濟(jì)性，減少尾氣排放，控制和減少燃油消耗具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

以節(jié)能減排為目的的生態(tài)駕駛研究為能源短缺和空氣污染問題帶來(lái)了新的思路[3]。有研究表明，駕駛行為對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響很大，De.Vlieger等人[4]研究發(fā)現(xiàn)，在相同路況下，激進(jìn)駕駛的耗油會(huì)多于普通駕駛，排放則更為明顯。徐志剛等人[5]研究重型卡車油耗與駕駛行為關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，巡航和減速行為消耗的燃油較低，加速或者速度劇烈波動(dòng)消耗的油耗較高。以上研究對(duì)生態(tài)駕駛行為的評(píng)估有指導(dǎo)意義，但是這些研究基本是定性地描述了駕駛行為與燃油經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系。文獻(xiàn)[6]通過Neuroscan腦電采集裝置記錄實(shí)驗(yàn)人員在駕駛模擬過程中的腦電數(shù)據(jù)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，研究腦電數(shù)據(jù)和駕駛行為數(shù)據(jù)間的關(guān)系，對(duì)駕駛行為狀態(tài)進(jìn)行分類和預(yù)測(cè)。Wang Xin等人[7]提出了考慮Jerk的駕駛行為量化評(píng)估方法。該方法以51 370段、累計(jì)3 600萬(wàn)秒的離線行車軌跡大數(shù)據(jù)作為總體樣本，分析了行車加速度和Jerk隨速度的統(tǒng)計(jì)特征，得到加速度方差和Jerk方差隨速度的變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上建立了駕駛不穩(wěn)定性的量化算法。該方法通過Jerk對(duì)一段工況進(jìn)行分類，計(jì)算該工況中不穩(wěn)定駕駛時(shí)長(zhǎng)占總時(shí)長(zhǎng)的百分比作為不穩(wěn)定性分?jǐn)?shù)，依此對(duì)駕駛行為量化評(píng)估。該研究雖定量給出了駕駛行為不確定性與燃油經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系，但是需要大量的離線數(shù)據(jù)作為總體，基于統(tǒng)計(jì)特征，得到正常駕駛的特征指標(biāo)，無(wú)法為駕駛員在行駛途中提供評(píng)分參考，及時(shí)改善駕駛行為。

還有一些學(xué)者提出最優(yōu)速度推薦算法實(shí)現(xiàn)節(jié)能，Almannaa[8]通過建立路測(cè)設(shè)施到車輛(vehicle-to-infrastructure communication，V2I)的通信機(jī)制，將最佳行駛速度推送給駕駛員，來(lái)實(shí)現(xiàn)交叉口場(chǎng)景下的節(jié)能減排。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過V2I推送最佳速度比沒有V2I機(jī)制的節(jié)省約19%的油耗量。但是目前為止，網(wǎng)聯(lián)汽車的研究還處于實(shí)驗(yàn)室或者封閉場(chǎng)地下的試驗(yàn)階段，大部分在用車輛都還是在非網(wǎng)聯(lián)環(huán)境下運(yùn)行，因此，開發(fā)面向非網(wǎng)聯(lián)車輛行駛參數(shù)采集軟件是進(jìn)行駕駛行為量化評(píng)估的基礎(chǔ)，也是當(dāng)下生態(tài)駕駛研究的重要實(shí)踐。

目前已經(jīng)有多種方法實(shí)現(xiàn)車輛行駛參數(shù)的采集，文獻(xiàn)[9]設(shè)計(jì)了一種基于STM32的車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)包括采集端、控制器局域網(wǎng)絡(luò)(controller area network，CAN)通信、PC端，通過加速度計(jì)、陀螺儀等傳感器采集車輛行駛參數(shù)，并通過串口通信與上位機(jī)交互。文獻(xiàn)[10]采用TMS320F28335型數(shù)字處理器設(shè)計(jì)了基于CAN總線的電動(dòng)汽車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠完成對(duì)電壓、轉(zhuǎn)速等信號(hào)的采集工作。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 15031的要求[11]，現(xiàn)代汽車配備車載自動(dòng)診斷系統(tǒng)(on-board diagnostic，OBD)接口，文獻(xiàn)[12-14]通過OBD 實(shí)現(xiàn)了車輛行駛參數(shù)的采集。

基于OBD采集車輛行駛參數(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì)。該文首先采用第二代車載診斷系統(tǒng)(the second on-board diagnostics，OBD-II)便攜式測(cè)量?jī)x，基于.Net平臺(tái)，設(shè)計(jì)開發(fā)了乘用車行駛參數(shù)采集與分析軟件。該軟件具有對(duì)OBD-II輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)解析，可視化展現(xiàn)、存儲(chǔ)等功能。其次，在實(shí)時(shí)采集的行駛參數(shù)基礎(chǔ)上，研究了速度和加速度與油耗之間的關(guān)系，提出了一種可用作評(píng)價(jià)駕駛行為的量化因子。該因子可定量地描述駕駛行為經(jīng)濟(jì)性程度，并可依此進(jìn)行評(píng)估打分，定量評(píng)估一個(gè)駕駛員的駕駛行為。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作流程

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為四部分：車輛電子控制單元(electronic control unit，ECU)、OBD接口、信號(hào)解碼轉(zhuǎn)換傳輸器和上位機(jī)軟件。汽車OBD是解碼器連接車輛電子控制單元的接口，信號(hào)解碼轉(zhuǎn)換傳輸器包括G20解碼器和RS232-USB轉(zhuǎn)換器，G20解碼器一端與OBD車載診斷接口相連，G20解碼器另一端與RS232-USB接口轉(zhuǎn)換器相連，RS232-USB接口轉(zhuǎn)換器另一端與筆記本USB接口相連。車輛啟動(dòng)后，其發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油耗、速度、里程等行駛參數(shù)以串行方式實(shí)時(shí)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，上位機(jī)軟件根據(jù)G20解碼器的通訊協(xié)議對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并實(shí)時(shí)顯示行車參數(shù)信息及分析結(jié)果。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

OBD接口包括16針引腳，通常這16針引腳分兩行排列，上下各8針。其中2,4,5,6,7,10,14,15,16針腳具體對(duì)應(yīng)功能在ISO 15031中已經(jīng)做了明確定義；1,3,8,9,11,12,13針腳由各個(gè)汽車廠家自定義。依據(jù)ISO 15031，PIN 6,14分別為CAN high，CAN low，該路CAN通道通常為動(dòng)力CAN，發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(engine management system，EMS)便是該CAN通道上的節(jié)點(diǎn)，借助該CAN便可實(shí)現(xiàn)行車參數(shù)的監(jiān)測(cè)監(jiān)控。由于CAN通訊為總線式通訊，連接在CAN通道上的控制器可以采集到總線上所有CAN報(bào)文，也可以向總線發(fā)送符合CAN規(guī)范的報(bào)文。

1.2 系統(tǒng)工作流程

當(dāng)系統(tǒng)各部件連接完成后，即完成了系統(tǒng)工作前的準(zhǔn)備工作。軟件啟動(dòng)后，首先要進(jìn)行串口配置(串口號(hào)、波特率、停止位等)，然后錄入駕駛員信息(個(gè)人信息及駕齡等)，或者從已建立的駕駛員信息庫(kù)選擇某駕駛員及其歷史駕駛數(shù)據(jù)。開始工作后，上位機(jī)軟件向串口發(fā)送獲取數(shù)據(jù)命令，當(dāng)串口緩沖區(qū)有指定字節(jié)數(shù)時(shí)，即可觸發(fā)數(shù)據(jù)讀取事件。此時(shí)軟件各個(gè)工作線程協(xié)同工作，分別完成數(shù)據(jù)解析、可視化、量化因子實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等任務(wù)，軟件界面將顯示各行車參數(shù)值。如需結(jié)束實(shí)驗(yàn)，可點(diǎn)擊停止實(shí)驗(yàn)按鈕關(guān)閉串口，車輛熄火。具體工作流程如圖2所示。

圖2 工作流程

1.3 軟件功能設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)采用高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言C#，該語(yǔ)言是面向?qū)ο蟮?，運(yùn)行于.NET Framework。設(shè)計(jì)的軟件包含駕駛員個(gè)人信息維護(hù)、串行通信參數(shù)配置、數(shù)據(jù)解析可視化顯示、歷史數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn)和儲(chǔ)存等功能，具體如下：

(1)駕駛員個(gè)人信息維護(hù)功能，包括姓名、年齡、性別、車齡等。

(2)串行通信參數(shù)配置功能，包括波特率、校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、起始位、停止位等，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與汽車OBD的通信，實(shí)現(xiàn)信息交互。

(3)數(shù)據(jù)解析可視化顯示功能，解析速度、轉(zhuǎn)速、瞬時(shí)油耗，計(jì)算加速度、計(jì)算駕駛行為量化因子并實(shí)時(shí)繪制動(dòng)態(tài)曲線。另外，同時(shí)解析出駕駛時(shí)間、里程等其他參數(shù)，以便更多地了解車輛行駛狀態(tài)。

(4)歷史數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn)功能，將存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn)，用于離線分析研究。

(5)存儲(chǔ)功能，將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于上位機(jī)，并對(duì)應(yīng)其駕駛員信息，可作為采樣數(shù)據(jù)，用于離線研究和分析數(shù)學(xué)模型。

2 數(shù)據(jù)采集

2.1 通信協(xié)議

串口數(shù)據(jù)采集模塊采用事件委托的方式異步獲取數(shù)據(jù)，即當(dāng)串口接收緩沖區(qū)有設(shè)置長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)量時(shí)觸發(fā)數(shù)據(jù)接收事件。系統(tǒng)工作時(shí)，數(shù)據(jù)幀以ASCII碼形式連續(xù)不斷地傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。軟件根據(jù)通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)分割，解析得到隨時(shí)間變化的各行車參數(shù)。采集到的數(shù)據(jù)幀示例如下：

#016aa28e8e5700732b27001404e40002004600240 054045d001257d3008b3b4e0006294d529fff000002e1002 f00000000000000dd907a97

通信協(xié)議約定，第0位的“#”表示數(shù)據(jù)起始字符，也是每幀數(shù)據(jù)的分界符。第1、2位分別表示目標(biāo)地址和源地址，第3、4位分別表示數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的高四位和低四位，從第5位開始即是數(shù)據(jù)位，最后兩位分別表示和校驗(yàn)高四位和低四位。該系統(tǒng)軟件中使用的主要行車參數(shù)及其在數(shù)據(jù)幀中的位置如表1所示。

表1 協(xié)議部分參數(shù)

以速度參數(shù)為例，如表1所示，由于數(shù)據(jù)位是從第五位開始的，則速度即為37位到40位，即“0024”。將其從十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制便可得到“36”，單位是“km/h”。

2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描述

研究中使用的數(shù)據(jù)均來(lái)自O(shè)BD-II，通過CAN總線傳輸，收集并存儲(chǔ)后作為歷史數(shù)據(jù)。論文中數(shù)據(jù)均采樣于實(shí)際駕駛途中，時(shí)間分辨率為3 Hz。實(shí)驗(yàn)所用數(shù)據(jù)路線選自于一條室外道路，單程長(zhǎng)約80 km，涵蓋城市道路，高速公路和鄉(xiāng)村道路。全程速度范圍為0至120 km/h，包括加速、減速、勻速和怠速。論文選取出發(fā)路線數(shù)據(jù)用于標(biāo)定，記作TRIP A，返回路線數(shù)據(jù)用于驗(yàn)證，記作TRIP B。圖3為TRIP A速度曲線。

圖3 TRIP A速度曲線

2.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理包括數(shù)據(jù)的平滑和加速度的計(jì)算兩部分。平滑旨在濾波消除噪聲和模擬多組不同波動(dòng)的速度信號(hào)。當(dāng)前時(shí)刻的速度為vi，其計(jì)算方法如式(1)所示。

vi=(vi-1+vi-2+…+vi-n)/n

(1)

其中，n為平滑點(diǎn)數(shù)，vi-1,vi-2,…,vi-n分別表示當(dāng)前時(shí)刻前n個(gè)點(diǎn)的速度。

速度的原始數(shù)據(jù)和經(jīng)5點(diǎn)平滑濾波處理的數(shù)據(jù)對(duì)比如圖4所示。

（3）ERNiCrMo-3氬弧焊絲、ENiCrMo-3焊條與其他系列焊材相比，在經(jīng)濟(jì)性、可操作性方面有一定的優(yōu)勢(shì)，是焊接UNS N08367超級(jí)奧氏體不銹鋼接頭的較為理想的焊接材料。

圖4 原始速度曲線及5點(diǎn)平滑速度曲線示例

從圖4中可以看出，經(jīng)過5點(diǎn)平滑處理的速度與原始速度不同，其波動(dòng)程度發(fā)生變化。為模擬在同一段路況中不同駕駛行為下的多組速度數(shù)據(jù)，對(duì)原始速度進(jìn)行多組平滑處理，從而獲得若干組駕駛行為及速度信息。

另外，由于OBD數(shù)據(jù)幀沒有包含車輛的加速度信息，且數(shù)據(jù)采樣頻率固定，系統(tǒng)利用速度差分來(lái)近似得到車輛加速度ai，其計(jì)算方法如式(2)所示。同樣，對(duì)速度數(shù)據(jù)進(jìn)行多組平滑處理的同時(shí)，各組數(shù)據(jù)差分所得加速度數(shù)據(jù)也隨之變化。

ai=vi-vi-1

(2)

其中，vi表示當(dāng)前時(shí)刻速度，vi-1表示前一時(shí)刻速度。

3 數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)

為了更加直觀地觀察車輛在運(yùn)行狀態(tài)下各項(xiàng)參數(shù)的變化情況，對(duì)車輛瞬時(shí)速度、車輛瞬時(shí)加速度、車輛瞬時(shí)油耗等進(jìn)行了可視化設(shè)計(jì)，以實(shí)時(shí)曲線的方式動(dòng)態(tài)顯示。為了提高軟件復(fù)用性，設(shè)計(jì)開發(fā)了通用的繪圖類，并封裝成Curve.dll。在繪制速度、加速度等信號(hào)時(shí)，只需定義繪圖類的不同對(duì)象，設(shè)置相應(yīng)的坐標(biāo)最大值、最小值、曲線標(biāo)題等基本參數(shù)，然后調(diào)用數(shù)據(jù)加載接口即可自動(dòng)進(jìn)行繪圖。此模塊在設(shè)計(jì)時(shí)，定義一個(gè)長(zhǎng)度可配置的數(shù)據(jù)向量，串口觸發(fā)事件處理函數(shù)中，按照先進(jìn)先出(first in first out，F(xiàn)IFO)原則維護(hù)該數(shù)據(jù)向量，調(diào)用刷新函數(shù)觸發(fā)重繪。為避免重繪數(shù)據(jù)時(shí)的界面閃爍問題，采用了雙緩沖技術(shù)，即在刷新前，讓當(dāng)前所有圖元逐步顯示到背景畫板上，然后一并拷貝到當(dāng)前畫板，以此緩解閃爍問題。圖5為系統(tǒng)軟件主界面。

圖5 軟件主界面

從圖5可以清楚地看到，當(dāng)前為離線狀態(tài)，即調(diào)用某駕駛員歷史數(shù)據(jù)并進(jìn)行復(fù)現(xiàn)。點(diǎn)擊暫停按鍵，可以看到當(dāng)前汽車速度為55 km/h，加速度為0 km/h2，瞬時(shí)油耗為2.5 L/h，駕駛成績(jī)?yōu)?7.7分。同時(shí)，還可以了解到水溫、里程、轉(zhuǎn)速以及行駛時(shí)間等信息。界面設(shè)計(jì)基于簡(jiǎn)潔直觀的原則，便于車輛行駛參數(shù)的觀察。

4 駕駛行為量化評(píng)價(jià)因子

4.1 因子分析原理

因子分析是指研究從變量群中提取共性因子的統(tǒng)計(jì)技術(shù)，最早由英國(guó)心理學(xué)家C.E.斯皮爾曼提出[15]。該方法把原來(lái)很多個(gè)影響因素歸納成幾個(gè)影響因子，反映一種降維的思想。其數(shù)學(xué)模型如式(3)所示，通過該式將具有共性的影響因子擬合即可得到綜合影響因子。

Xi=ai1F1+ai2F2+…+aimFm+εi

(3)

式中，F(xiàn)1,F2,…，F(xiàn)m稱為公共因子，εi稱為Xi的特殊因子。論文將該模型應(yīng)用于駕駛行為量化，分析若干項(xiàng)影響因子與油耗之間的關(guān)系，并對(duì)多項(xiàng)影響因子進(jìn)行擬合，得到綜合評(píng)價(jià)因子，從而起到對(duì)駕駛行為量化評(píng)估的作用。

4.2 駕駛行為量化因子

論文通過研究速度和加速度與油耗的影響來(lái)確定用來(lái)評(píng)價(jià)駕駛行為的量化因子。針對(duì)一位駕駛員驅(qū)車行駛一段路程，從該段行程OBD數(shù)據(jù)中可解析出該次駕駛的速度、油耗等數(shù)據(jù)。對(duì)速度信號(hào)進(jìn)行若干次不同點(diǎn)數(shù)平滑處理，以此來(lái)仿真在相同路況下不同的駕駛行為。用公式(4)VSP模型計(jì)算每次平滑后對(duì)應(yīng)的油耗數(shù)據(jù)。

VSPfuel=b1+b2×va+b3×v+b4×v3

(4)

式中，VSPfuel表示瞬時(shí)油耗，b1、b2、b3、b4表示模型系數(shù)，v表示車輛速度，a表示車輛加速度，b2×va表示克服加速阻力所消耗燃油，b3×v表示克服滾動(dòng)阻力所耗燃油(不考慮道路坡度)，b4×v3表示克服空氣阻力所消耗燃油。利用TRIP A數(shù)據(jù)標(biāo)定得到VSP模型系數(shù)，代入式(4)，得到式(5)。

VSPfuel=1.765 0×10-4+2.999 8×10-6×va+

1.559 0×10-6×v+1.185 5×10-10×v3

(5)

通過式(5)，可以計(jì)算出VSP模型預(yù)測(cè)油耗。為了驗(yàn)證VSP模型預(yù)測(cè)油耗的準(zhǔn)確性，用標(biāo)定后的VSP模型預(yù)測(cè)TRIP B行程的油耗與實(shí)際測(cè)量油耗比對(duì)。將TRIP B按照每2 km進(jìn)行分段，分別計(jì)算每段的累計(jì)油耗預(yù)測(cè)值與測(cè)量值，結(jié)果如圖6所示。

圖6 2 km分段油耗預(yù)測(cè)值與實(shí)際值對(duì)比

從圖6中可以看到，在該路程中，不同2 km路段油耗的預(yù)測(cè)值與實(shí)際測(cè)量值基本一致，這表明標(biāo)定的VSP模型可用于后續(xù)仿真工況的油耗的估算。

為得到可用于評(píng)價(jià)駕駛行為的量化因子，首先通過駕駛行為工況模擬分析速度、加速度對(duì)油耗的影響，得到量化因子的成分。對(duì)數(shù)據(jù)TRIP A中的速度信息，經(jīng)過不同平滑模擬多組數(shù)據(jù)，通過VSP模型計(jì)算每組數(shù)據(jù)的油耗值，并計(jì)算速度方差δv以及加速度方差δa，如圖7所示。

圖7 油耗與速度方差、加速度方差關(guān)系

從圖7中可以看出，在相同路況下，速度的方差和加速度的方差均對(duì)油耗有影響，且速度方差與油耗近似于線性關(guān)系，加速度方差與油耗近似于對(duì)數(shù)關(guān)系。為驗(yàn)證速度方差、加速度方差與油耗之間的相關(guān)性，通過公式(6)分別計(jì)算速度方差δv、加速度方差δa以e為底的對(duì)數(shù)與油耗f的Pearson相關(guān)系數(shù)。

(6)

式中，a,b為需要計(jì)算的兩組數(shù)據(jù)，N表示數(shù)據(jù)量，μ,σ分別表示數(shù)據(jù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。Pearson相關(guān)系數(shù)0.8～1.0表示極強(qiáng)相關(guān)。分別計(jì)算速度方差、加速度方差與油耗之間的Pearson相關(guān)系數(shù)，油耗f與速度方差δv的相關(guān)系數(shù)為0.979 8，與加速度方差δa以e為底對(duì)數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.824 5，均屬于極強(qiáng)相關(guān)。

綜上，速度方差和加速度方差對(duì)油耗是非常重要的影響因素。對(duì)這兩項(xiàng)因子做降維處理，通過函數(shù)擬合，得到油耗與速度方差、加速度方差的關(guān)系為式(7)。

f=3.540 6+0.000 9×δv+0.111 5×ln(δa)

(7)

用數(shù)據(jù)TRIP B驗(yàn)證上式，進(jìn)行多組平滑模擬，并將預(yù)測(cè)結(jié)果與VSP油耗進(jìn)行比較。該預(yù)測(cè)結(jié)果與VSP油耗基本一致且趨勢(shì)基本相同，如圖8所示。

圖8 不同平滑下預(yù)測(cè)油耗與VSP油耗曲線

由于方差趨于0時(shí)，ln(δa)趨向于負(fù)無(wú)窮，這不符合實(shí)際。而從圖8中可以看出，隨著平滑等級(jí)的增加，預(yù)測(cè)結(jié)果趨于平穩(wěn)?？梢?，當(dāng)方差極小時(shí)，該公式可用常量代替。而在本研究中，只需考慮方差在正常范圍即斜線范圍內(nèi)，并以此進(jìn)行量化評(píng)估。由于上述油耗僅針對(duì)同一組數(shù)據(jù)平滑，而平滑并不會(huì)改變速度均值，因此在不同均值條件下，結(jié)果會(huì)有差異，因子公式中需加入速度的均值項(xiàng)。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)公式(7)乘速度均值時(shí)，該公式呈現(xiàn)線性關(guān)系，可用于量化評(píng)估。則駕駛行為綜合評(píng)價(jià)因子F為：

F=(3.540 6+0.000 9×δv+0.111 5×ln(δa))×

vmean

(8)

用數(shù)據(jù)TRIP B驗(yàn)證公式(8)，方式如下：一、對(duì)整段數(shù)據(jù)做多次平滑模擬并計(jì)算綜合評(píng)價(jià)因子F及對(duì)應(yīng)油耗；二、計(jì)算TRIP B中任意2 km分段的綜合評(píng)價(jià)因子F及對(duì)應(yīng)油耗。為使綜合評(píng)價(jià)因子更符合人們認(rèn)知，將其轉(zhuǎn)換成駕駛行為量化評(píng)分，即將綜合評(píng)價(jià)因子F通過公式(9)歸一化為1到100分，歸一區(qū)間閾值δmin、δmax采用理想狀態(tài)。多組平滑數(shù)據(jù)分?jǐn)?shù)與油耗關(guān)系如圖9所示，TRIP B的駕駛行為分?jǐn)?shù)與油耗關(guān)系散點(diǎn)圖如圖10所示。

(9)

圖9代表不同的駕駛行為比較，圖10代表在一段路況中駕駛行為的變化情況。在兩種不同計(jì)算情況下，分?jǐn)?shù)與油耗均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)趨勢(shì)，分?jǐn)?shù)越高，油耗越低。因此，該分?jǐn)?shù)可反映駕駛行為，并作為其量化評(píng)分。

圖9 平滑數(shù)據(jù)分?jǐn)?shù)與油耗關(guān)系

圖10 TRIP B任意2 km分段分?jǐn)?shù)與油耗散點(diǎn)圖

5 結(jié)束語(yǔ)

(1)基于.Net開發(fā)了乘用車行駛參數(shù)采集與分析軟件，軟件可進(jìn)行OBD串口通信，可實(shí)時(shí)解析讀取車輛速度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、瞬時(shí)油耗、百公里油耗、里程等參數(shù)，并具有數(shù)據(jù)預(yù)處理、顯示、可視化、存儲(chǔ)等功能。軟件可讀取并復(fù)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)，并完成上述功能。軟件界面友好，使用方便且穩(wěn)定可靠。

(2)提出了結(jié)合速度方差和加速度方差的駕駛行為綜合評(píng)價(jià)因子，實(shí)驗(yàn)表明，該因子與油耗正相關(guān)，可用于量化評(píng)估駕駛行為。軟件將駕駛行為評(píng)價(jià)因子可視化顯示，為駕駛員實(shí)時(shí)提供數(shù)字化的駕駛行為量化指標(biāo)，便于其及時(shí)修正自己的駕駛行為。