一種汽車工況構(gòu)建中的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法

張璇，劉鵬

（長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

一種汽車工況構(gòu)建中的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法

張璇，劉鵬

（長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

為了構(gòu)建西安市主城區(qū)混合動(dòng)力公交車行駛工況，使用車載GPS采集儀對(duì)K36路公交車進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。對(duì)比采集到的車速—時(shí)間曲線與公交車實(shí)際運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)二者有較大出入。參考精度較高的GPS采集儀的結(jié)果，得出原因是采集設(shè)備的精度不夠。為滿足構(gòu)建工況的要求，對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行修正處理，對(duì)修正的方法作以介紹。

行駛工況；GPS采集儀；精度；修正處理

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-258-04

引言

汽車行駛工況又稱汽車運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)，是對(duì)于某一類車輛用來描述一定交通環(huán)境下汽車行駛特征的速度—時(shí)間歷程。行駛工況是對(duì)車輛的實(shí)際行駛狀況進(jìn)行大樣本采集，并對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行理論分析，運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)理論方法建立起來的典型工況。研究行駛工況的現(xiàn)實(shí)意義在于測(cè)定汽車燃油消耗量和污染物排放水平、新車型的技術(shù)開發(fā)評(píng)估以及測(cè)定在交通控制方面的風(fēng)險(xiǎn)等，是汽車工業(yè)的一項(xiàng)核心技術(shù)【1】。

歐洲、美國(guó)和日本等汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)對(duì)工況的研究在上個(gè)世紀(jì)已陸續(xù)開展，已經(jīng)開發(fā)出多種典型工況，比較有代表性的如：歐洲ECE-EUDC工況、美國(guó)FTP-75行駛循環(huán)、Japan10.15循環(huán)等。

我國(guó)交通管理部門早期在制定油耗標(biāo)準(zhǔn)及排放法規(guī)時(shí)，多直接引入歐洲工況，或者只做一些細(xì)節(jié)修改。由于不同地區(qū)、國(guó)家和城市的交通環(huán)境差異較大，造成同一汽車在不同地方實(shí)際運(yùn)行表現(xiàn)出不同的性能，特別是汽車的排放性和經(jīng)濟(jì)性差別較大，國(guó)外工況或者國(guó)內(nèi)其他地區(qū)的行駛工況并不能反映本地區(qū)的實(shí)際交通環(huán)境，因此，開發(fā)本地區(qū)的典型工況勢(shì)在必行。在此背景下，對(duì)西安市主城區(qū)公交車進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，力圖構(gòu)建西安市繁華商業(yè)區(qū)公交車典型工況。

1、線路選擇

為了使選擇的線路能夠反映西安主城區(qū)的交通環(huán)境，需對(duì)該區(qū)域所有運(yùn)營(yíng)公交車進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)參數(shù)為站點(diǎn)頻數(shù)。所謂站點(diǎn)頻數(shù)，就是經(jīng)過該站的公交線路數(shù)，將每條公交線路途經(jīng)站點(diǎn)的站點(diǎn)頻數(shù)相加，再除以站點(diǎn)數(shù)，就得出了該條線路平均站點(diǎn)頻數(shù)，將這一平均值定義為站點(diǎn)強(qiáng)度，以此作為選擇線路的參考指標(biāo)。統(tǒng)計(jì)表格如表1。

表1 站點(diǎn)強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分析表

通過大量的統(tǒng)計(jì)工作，得到了繁華商業(yè)區(qū)所有運(yùn)營(yíng)公交線路站點(diǎn)強(qiáng)度排序表，如表2所示。

表2 公交線路站點(diǎn)排序表

K36路站點(diǎn)強(qiáng)度在所有該區(qū)域運(yùn)營(yíng)公交線路中排列第7位，其運(yùn)行區(qū)間位于西安市北二環(huán)和南二環(huán)之間的南北中軸線上，如圖1所示，基于其行駛數(shù)據(jù)建立的行駛工況能夠反映該區(qū)域的交通環(huán)境，其車型為蘇州金龍生產(chǎn)的海格KLQ6129GCHEV1A，為氣電混合動(dòng)力，與所研究方向一致，因此最終選定K36路為實(shí)驗(yàn)線路。

圖1 K36路公交車運(yùn)行圖

2、采集設(shè)備

本次實(shí)驗(yàn)使用Race Technology公司生產(chǎn)的DL1-sport。這是一種車載GPS裝置，可以實(shí)時(shí)采集車速隨時(shí)間變化的速度-時(shí)間歷程，它是目前世界上定位精度最高的一種系統(tǒng)，利用14顆低軌道衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全球?qū)Ш蕉ㄎ唬梢灾苯訙y(cè)量地球表面上任何一點(diǎn)的三維坐標(biāo)（經(jīng)度、緯度、高度），可以高速度、高精度以及全天候地為用戶提供測(cè)站的實(shí)時(shí)三維位置、三維速度和時(shí)間，并具有良好的抗干擾性。而且這種車載GPS裝置是為了行車的需要而安裝的，其功能模塊也比較單一【2】。

實(shí)物及使用原理圖如圖2所示。打開電源開關(guān)，Power On燈亮，將天線固定在車體上方不會(huì)遮擋信號(hào)傳輸?shù)牡胤剑捎诒敬卧囼?yàn)車型為氣電混合動(dòng)力車型，車頂中部有天然氣罐，同時(shí)為了不影響公交車的正常運(yùn)營(yíng)，將天線固定在車頂最后面。1min左右后，衛(wèi)星成功將車輛定位，GPS Lock燈亮，這時(shí)按下紅色按鈕，Logging燈亮，采集開始。Status為狀態(tài)指示燈，在采集儀工作期間，其一直閃爍。如果不閃爍，則設(shè)備出現(xiàn)故障，需立刻停止采集。

圖2 DL1-sport采集儀

3、數(shù)據(jù)采集量的確定

在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)采集量的確定將直接影響最終結(jié)果的準(zhǔn)確性。一般認(rèn)為采集的數(shù)據(jù)量越大，分析得出的結(jié)果越準(zhǔn)確。但是經(jīng)過理論分析后發(fā)現(xiàn)：當(dāng)采集的數(shù)據(jù)量達(dá)到一定值時(shí)，結(jié)果的準(zhǔn)確性不再隨數(shù)據(jù)量的增加而變化，而是逐漸趨于穩(wěn)定。同時(shí)考慮到數(shù)據(jù)采集所耗費(fèi)的財(cái)力、人力，采集量也必定是有限的【2】。所以采集的數(shù)據(jù)量應(yīng)遵循的原則是：當(dāng)發(fā)現(xiàn)采集到的數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定時(shí)，說明試驗(yàn)樣本的準(zhǔn)確性已經(jīng)達(dá)到極限，應(yīng)立即停止采集。

4、數(shù)據(jù)采集

汽車工況除了取卻于車型、交通環(huán)境外，也受天氣條件、駕駛員、采樣時(shí)間段等主客觀因素的影響，為此數(shù)據(jù)采集應(yīng)覆蓋晴天、雨天、霧天等各種天氣條件，覆蓋青年、中年，男性、女性駕駛員，覆蓋工作日與節(jié)假日、高峰期與非高峰期，這樣最終構(gòu)建出的行駛工況就能反映公交車的實(shí)際運(yùn)行情況，為此制作記錄表3，在采集數(shù)據(jù)前對(duì)上述主客觀因素進(jìn)行詳細(xì)記錄。

表3 GPS工況數(shù)據(jù)采集記錄表

本次試驗(yàn)為期16天，共采集到63組工況數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算總體數(shù)據(jù)的平均車速Vm、平均運(yùn)行車速Vmr,以及加、減、勻、怠速比例Pa、Pd、Pc、Pi，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)已經(jīng)趨于穩(wěn)定，說明數(shù)據(jù)量已經(jīng)滿足構(gòu)建工況的需要【3】。

5、數(shù)據(jù)修正

采集完數(shù)據(jù)后，DL1-sport以RUN文件格式將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Memory Card中，用Race Technology軟件打開RUN文件，設(shè)置橫軸參數(shù)為時(shí)間，單位為s，縱軸參數(shù)為車速,單位為mile/h，結(jié)果如圖3所示。

對(duì)比采集到的數(shù)據(jù)與車輛實(shí)際運(yùn)行情況后發(fā)現(xiàn)，在車輛怠速區(qū)段，采集到的車速并不為0，而低速區(qū)段的數(shù)據(jù)與實(shí)際情況也有較大出入，因此用精度較高的GPS采集儀對(duì)設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，得出原因?yàn)椋懿蓸釉O(shè)備自身精度的影響，在車輛怠速和車速較低時(shí)，采集到的數(shù)據(jù)誤差較大，因此，對(duì)低速數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。而為了確定怠速修正及線性修正的上限，采取的辦法為試值法，直到修正后數(shù)據(jù)的平均車速與車輛實(shí)際運(yùn)行情況相符。

圖3 車速-時(shí)間曲線

最終確定的怠速修正上限為7.2km/h，線性修正上限為15km/h.即7.2km/h以下的車速全部置為0.介于7.2km/h和15km/h之間的車速作線性插值處理，15km/h以上的車速不作處理。

由于數(shù)據(jù)量較大，因此在Matlab中編輯M函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)作修正處理。修正程序如下。V為修正前數(shù)據(jù)，Vp為修正后數(shù)據(jù)。

6、結(jié)論

（1）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后，對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果和車輛實(shí)際運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)誤差，用精度較高的GPS采集儀予以標(biāo)定，確定原因是設(shè)備自身精度不夠。

（2）為確定怠速修正和線性修正的上限，采用試值法，使修正后的數(shù)據(jù)得出的平均車速與車輛實(shí)際情況相符合。

（3）對(duì)于怠速區(qū)段中的毛刺予以置零，對(duì)尖點(diǎn)作線性插值處理，保證了所構(gòu)建工況的平順性。

[1] 張銳.城市道路汽車行駛工況的構(gòu)建與研究.[D]合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2009.

[2] 張潔.城市公共汽車行駛工況構(gòu)建與研究.[D]西安:長(zhǎng)安大學(xué), 2011.

[3] 任杰,馬彥剛.車輛排放污染的綜合控制[J].邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003,20（3）:57-58.

A Method of Data Preprocessing in construction of Driving Cycle

Zhang Xuan, Liu Peng
（School of Automobile, Changan University, Shaanxi Xi'an 710064 )

In order to build driving cycle of hybrid bus in urban zone of Xian, use on-board GPS collection apparatus to collect real-time data of K36 bus. In the contrast of velocity-time curve and real driving condition, there are many differences between them.In the reference of result of GPS collection apparatus with higher accuracy, the reason is collection apparatus’s accuracy is low.In order to satisfy requirement of driving cycle building, to amend abnormal data and introduce the method of data amending.

driving cycle; GPS collection apparatus; accuracy; amendment

U467

A

1671-7988 (2017)10-258-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.088

張璇，(1990-）男，長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院在讀碩士，主要研究方向?yàn)槌鞘泄还r開發(fā)及動(dòng)力參數(shù)匹配。