一種汽車駕駛行為的數(shù)據(jù)分析方法

張志德

【摘 要】本文介紹一種在車載環(huán)境下的總線數(shù)據(jù)收集與分析方法，通過(guò)闡述各項(xiàng)總線信號(hào)之間的關(guān)聯(lián)表現(xiàn)與對(duì)應(yīng)電控模塊工作原理，對(duì)在一段時(shí)間內(nèi)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，提出了與經(jīng)濟(jì)駕駛相關(guān)聯(lián)的幾種工況模式，并通過(guò)工況模式反映出在一段時(shí)間內(nèi)的車輛綜合油耗與駕駛行為間關(guān)聯(lián)性，為駕駛行為習(xí)慣提供參考分析依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】駕駛行為；油耗；大數(shù)據(jù)；綠色駕駛

A Method of Automobile Driving Behavior and Data Analysis

ZHANG Zhi-de

（Guangzhou Automobile Group Co.，Ltd.，Automobile Engineering Institute，Guangzhou Guangdong 510640，China）

【Abstract】A car bus data collection and analysis methods of environment，expatiates the bus signal correlation between performance and corresponding working principle of the electronic control module，each over a period of time the data to carry on the comprehensive analysis，put forward several kinds of conditions associated with economic driving model，and through the working condition of model reflects in a period of time correlation between vehicle fuel consumption and driving behavior，for the analysis of driving behavior to provide the reference basis.

【Key words】Driving behavior；Oil consumption；Big Data；Eco-driving

0 引言

隨著近幾年汽車銷售和保有量的急劇增加，降低能源消耗與汽車排放的要求越來(lái)越嚴(yán)格。節(jié)能減排政策成為對(duì)應(yīng)汽車領(lǐng)域能源問(wèn)題和治理環(huán)境污染的主要措施之一。為響應(yīng)節(jié)能減排，各個(gè)汽車制造商都在積極研究新技術(shù)以對(duì)應(yīng)能源與環(huán)境需求。其中車輛動(dòng)力技術(shù)、道路條件以及汽車駕駛運(yùn)用是目前影響汽車燃油消耗的三大主要因素。汽車的駕駛運(yùn)用水平直接反應(yīng)在汽車駕駛?cè)藛T對(duì)于汽車燃油經(jīng)濟(jì)性掌控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。駕駛?cè)藛T以較少的汽車燃油消耗實(shí)現(xiàn)車輛空間位置安全轉(zhuǎn)移的駕駛行為就是目前我們所倡導(dǎo)的汽車節(jié)能駕駛。通過(guò)研究駕駛行為數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析提示，輔助提高駕駛技術(shù)、研究節(jié)能駕駛輔助系統(tǒng)有巨大的節(jié)能潛力。

狹義上的駕駛行為數(shù)據(jù)分析一般是以考慮經(jīng)濟(jì)性駕駛為基礎(chǔ)研究對(duì)象和主要前提。通過(guò)對(duì)駕駛員控制油門、擋位和制動(dòng)等相關(guān)操作，在不改變車輛動(dòng)力結(jié)構(gòu)前提下，計(jì)算一段時(shí)間的控制數(shù)據(jù)和車輛理想駕駛模型數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，提醒駕駛?cè)藛T日常駕駛行動(dòng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，包括對(duì)操作車輛油門、擋位、制動(dòng)的方式。并以此為依托進(jìn)行駕駛習(xí)慣改進(jìn)、駕駛操作輔助、“人—車—路”多環(huán)境協(xié)調(diào)，合理匹配車輛運(yùn)動(dòng)與道路條件、交通狀態(tài)、車輛性能之間的關(guān)系，以滿足節(jié)能減排的目的。

1 駕駛行為分析模型

車輛運(yùn)行過(guò)程中主要存在四種行駛狀態(tài)：怠速、加速（含啟動(dòng)）、減速、巡航。

圖1是城市工況的不同行駛狀態(tài)所占能耗比。由圖1可知，加速（含啟動(dòng)）過(guò)程占比最大，達(dá)到38% ；其次是巡航過(guò)程，約為35%。這說(shuō)明城市工況中，采用經(jīng)濟(jì)性的加速和巡航策略對(duì)降低能耗具有積極意義。經(jīng)濟(jì)性加速主要指以適宜的加速度、檔位、油門開度等完成加速過(guò)程，盡量避免急加速工況的出現(xiàn)；經(jīng)濟(jì)的巡航策略主要指盡量把車速維持在經(jīng)濟(jì)車速區(qū)間。

根據(jù)一般駕駛工況，按照與能耗關(guān)聯(lián)的行為可以得出以下幾種行為模式：

1）急加速

在緊急加速過(guò)程中，燃燒室中燃油多、空氣少，燃燒室內(nèi)呈現(xiàn)缺氧狀態(tài)，燃油不能夠充分燃燒，導(dǎo)致油耗增加。

2）急減速

減速過(guò)程屬于動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能的過(guò)程，合理的預(yù)判行車減速過(guò)程進(jìn)行適宜的制動(dòng)強(qiáng)度有利于充分利用車輛慣性，減少油耗；頻繁的急減速會(huì)消耗較多的車輛動(dòng)力裝置產(chǎn)生的動(dòng)能。

3）脫檔滑行

汽車帶檔滑行，不踩油門，發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)EMS會(huì)切斷供油利用慣性來(lái)維持運(yùn)轉(zhuǎn)；脫檔滑行則需要一個(gè)怠速油耗。因此長(zhǎng)距離滑行時(shí)采用脫檔滑行會(huì)增加油耗。

4）打開車窗高速行駛

汽車以較高車速行駛時(shí)，打開車窗會(huì)增加整車的空氣阻力系數(shù)，增加空氣阻力，進(jìn)而導(dǎo)致油耗提高。

5）換擋時(shí)的轉(zhuǎn)速（高轉(zhuǎn)換擋）

合理的控制檔位，能保證發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的車速區(qū)間里均能維持在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)域，有利于減少發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗。

6）長(zhǎng)時(shí)間怠速

長(zhǎng)時(shí)間的怠速狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)做過(guò)多的無(wú)用功，導(dǎo)致油耗上升。

7）頻繁變道和曲線行車

頻繁變道超車使汽車經(jīng)常加速、減速、制動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作不穩(wěn)定，同時(shí)使汽車處于曲線行駛狀態(tài)。汽車曲線行駛時(shí)，如汽車轉(zhuǎn)彎，地面對(duì)輪胎將產(chǎn)生側(cè)向反作用力、滾動(dòng)阻力大幅增加，導(dǎo)致油耗上升。

1.1 急加速模式

當(dāng)車輛加速度n_vehicleActSpeed>X1*，油門踏板開度n_emsGasPedalActPst>X2*（排除下坡導(dǎo)致的無(wú)油門輸入加速），記錄為一次急加速，急加速計(jì)數(shù)器Drastic_Acc_Counter++。

X1*為設(shè)定的加速度限值，考慮到不同車速區(qū)間內(nèi)車輛提供的加速能力不一致，為獲得更優(yōu)的評(píng)價(jià)方法，在不同速度區(qū)間能選用不同的限值。加速度限值是車速的函數(shù)，車速越低限值越大。X2*為油門踏板開度限值可以設(shè)置為定值20%。

加速度限值函數(shù) X1：

y=a■x+b■，x？綴（0，40]a■x+b■，x？綴（40，80]a■x+b■，x？綴（80，max）

1.2 急轉(zhuǎn)彎模式

對(duì)于急轉(zhuǎn)彎駕駛行為，為濾去低速工況下掉頭等實(shí)際狀況的影響，首先判斷車速，車速當(dāng)車速n_vehicleSpeed>20km/h時(shí)，再進(jìn)行急轉(zhuǎn)彎判斷，判斷方法如下：

1）當(dāng)某時(shí)間區(qū)間內(nèi)（如1s）車輛角速度均值n_averageSteeringAngleSpeed大于預(yù)設(shè)角速度X*時(shí)，記錄為一次急轉(zhuǎn)彎，急轉(zhuǎn)彎計(jì)數(shù)器n_turnCounter++；

2）當(dāng)車輛行車速度大于50km/h且一秒內(nèi)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度大于 Y*時(shí)，記錄為一次急轉(zhuǎn)彎急轉(zhuǎn)彎計(jì)數(shù)器n_turnCounter++；

3）當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎角度大于31°，且車輛行駛速度大于S時(shí)，記錄為一次急轉(zhuǎn)彎，例如：S取值范圍為51km/h至60km/h，急轉(zhuǎn)彎計(jì)數(shù)器n_turnCounter++；

注：X*為動(dòng)態(tài)限制量，是一個(gè)和車速有關(guān)的函數(shù)，車速越大轉(zhuǎn)角速度極限值X*越小。

Y*為動(dòng)態(tài)限制量，是一個(gè)和車速有關(guān)的函數(shù)，車速越大轉(zhuǎn)角極限值Y*越小。

如下：

X*=k■x+l■，x？綴（0，40]k■x+l■，x？綴（40，80]k■x+l■，x？綴（80，max），Y■=r■x+t■，x？綴（0，40]r■x+t■，x？綴（40，80]r■x+t■，x？綴（80，max）

其中：k1，k2，k3，l1，l2，l3，r1，r2，r3，t1，t2，t3為常數(shù)。

2 非經(jīng)濟(jì)駕駛行為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)第一章節(jié)中的描述，對(duì)行程中不利于油耗降低的駕駛行為（急駕駛、急減速、急轉(zhuǎn)彎、怠速過(guò)長(zhǎng)等）進(jìn)行記錄，并將每次行程的結(jié)果保存在存儲(chǔ)區(qū)中作為歷史數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)界面的默認(rèn)界面為本次行程的駕駛行為統(tǒng)計(jì)（如圖2左圖）；通過(guò)操作駕駛者可以進(jìn)入歷史統(tǒng)計(jì)界面，該界面內(nèi)駕駛者可以觀察本次駕駛行程中各駕駛行為發(fā)生次數(shù)與歷史行程的對(duì)比（如圖2右圖）。

3 不同平均車速下的歷史綜合油耗統(tǒng)計(jì)

實(shí)際駕駛過(guò)程中不同路況下的油耗差異性很大，例如：高速公路駕駛中高速行駛發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)區(qū)域占比較大，油耗較低；而城市道路駕駛過(guò)程中，車流量較大、交通燈數(shù)量多，車輛處于中低速區(qū)域比例較大，油耗較高。僅僅從平均油耗進(jìn)行對(duì)比，有時(shí)不能正確反映駕駛者駕駛習(xí)慣。平均車速能較為有效的反應(yīng)出道路工況，因此可以以行程的平均車速進(jìn)行區(qū)間劃分，歷史油耗對(duì)比時(shí)僅對(duì)比同一區(qū)間內(nèi)的油耗，可將平均車速劃分為低速行駛區(qū)域（0～40km/h）、中速行駛區(qū)域（40～80km/h）、高速行駛區(qū)域（V≥80km/h），加入行程平均車速的考慮因素再做燃油消耗的統(tǒng)計(jì)。

4 方法總結(jié)

通過(guò)統(tǒng)計(jì)與經(jīng)濟(jì)駕駛關(guān)聯(lián)的幾種模式進(jìn)行算法設(shè)計(jì)，可以將駕駛行為轉(zhuǎn)化為可以具體量化的數(shù)據(jù)結(jié)果。基于數(shù)據(jù)有限分析和樣本量，數(shù)據(jù)累計(jì)歷史等前提下，可以通過(guò)模型進(jìn)行一些可視化的輸出結(jié)果。并以此作為駕駛?cè)藛T輔助駕駛和行為提醒的基本數(shù)據(jù)。當(dāng)然如果該模型能基于大數(shù)據(jù)后臺(tái)平臺(tái)，通過(guò)建立復(fù)雜的算法模型和自學(xué)習(xí)模型。可以更多的分析駕駛?cè)藛T、同類車型、相似工況環(huán)境等。并以此為基礎(chǔ)逐步影響駕駛?cè)藛T的駕駛習(xí)慣，建立起良好的駕駛行為。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張浩.基于燃油經(jīng)濟(jì)性的駕駛員換擋品質(zhì)研究[D].吉林：吉林大學(xué)，2009.

[2]徐捷.基于不同駕駛及路面特征的汽車燃料消耗模型與預(yù)測(cè)計(jì)算研究[D].東華大學(xué)，2012.

[責(zé)任編輯：田吉捷]