基于matlab的商用車路譜臺架驗證與應用研究

孫翔鴻，董野峰

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于matlab的商用車路譜臺架驗證與應用研究

孫翔鴻，董野峰

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章通過現階段油耗法規研究，對實際道路工況數據采集，基于matlab軟件進行準則數統計、短行程分割法，相關系數求解等方法，制定出商用車目標路譜。并通過臺架驗證，誤差修正，最終形成一個具有山路工況、檔位區別、坡度顯現的商用車典型路譜，并將此路譜用于某車企新產品開發中。

MATLAB；臺架驗證；路譜；山路；坡度

CLC NO.:U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-153-03

概述

目前，國內現行關于整車油耗限值的標準有交通部標準JT 719-2008，以及工信部發布的標準GB30510-2014[2][3]，都對車輛有明確的試驗方法要求以及油耗限值。但是影響油耗的因素的檔位、加速度、怠速、坡度等都沒有體現，尤其在商用車領域，路況影響因素忽略了山路工況。為此開發出一條典型的商用車路譜，通過轉轂測試，對比道路實際行駛與轉轂臺架驗證的油耗，并將此典型的商用車路譜應用到整車開發和用戶體驗上意義非凡。本文通過研究某主機廠多年的商品性評價路線，規劃出446km的試驗路線，其中城市35km、城鄉107km、山路137km、高速167km，并對車輛載荷進行分空載、半載、75%載荷、滿載分類進行研究。

1 數據采集

1.1 數據采集

采集的線路為某主機廠常用的商品性評價路線，路線分為城市、城鄉、山路、高速四種工況，根據商用車載荷特性分為空載、半載、75%載荷及滿載，每種載荷采集兩遍，保證數據一致性。車輛選用在國內商用車領域保有量較大的主機廠暢銷車型，駕駛員為該主機廠專業試車人員。采集的時間為正常工作日，天氣以晴朗和溫差不大為宜，一次試驗周期約6～8個小時。

測試系統根據數據內容需獲取發動機ECU、速度及行車軌跡、車身姿態和油耗率（量）4路數據。油耗儀輸出的脈沖信號和（車身姿態）VN100輸出的串口信號通過控制器轉化成波特率為500k的CAN數據輸出，再將GPS接收機配置成波特率為250k的CAN以及發動機ECU的CAN數據的輸出。最后將4路信號根據波特率不同，分成兩路CAN信號，連接到CAN采集器Kvaser的兩個CAN物理端口上，實現4路信號的同步實時采集。

圖1 數據采集原理

1.2 數據處理

（1）相關系數計算原理

相關系數用于計算道路行駛工況與道路試驗數據間的相關度，用來評價采集數據的符合性。道路試驗評價準則數與道路行駛工況統計準則數之間的相關系數大于0.95為有效數據。下面對相關系數的計算進行詳細說明。

ρ（X ，Y）表示X，Y兩組數的相關系數，Cov（X ，Y）表示X，Y兩組數的協方差，D(X)、D(Y)表示X、Y的方差，所以該計算公式可寫成如下形式。

在道路行駛工況制定過程使用相關系數用于確定出最接近道路試驗數據的初步組合出的工況數據[6]。第一步統計出道路試驗數據的準則數組X，然后對提取出的各級道路的短行程根據相應要求進行組合，得到n個初步道路行駛工況并分別統計出n個初步道路行駛工況的準則數組Y1、Y2、Y3、Y4.....Yn-1、Yn，然后求得ρ（X ，Y1）、ρ（X ，Y2）ρ （X ，Y3）ρ（X ，Y4）......ρ（X ，Yn-1）、ρ（X ，Yn）n個相關系數，取相關系數最大且大于0.95的那組初步道路行駛工況作為目標道路行駛工況。

（2）短行程分割

通過Matlab編寫程序[5]，對有效試驗數據進行處理和統計，得到每組有效試驗數據的評價準則數，每種路況對應四種載荷，兩組采集數據，共計32組評價準則數。準則數統計內容包括油耗、速度、坡度、檔位、里程、加速度等。

短行程是以一次怠速工況結束到下次怠速工況開始，中間的行駛速度段。短行程的篩選主要是依據短行程的長度以及短行程的速度值范圍。對提取的有效短行程進行組合，并與樣本道路總體工況求相關系數，相關系數大于0.95的為樣本代表的道路行駛工況。

圖2 有效短行程

（3）目標路譜制定

目標速度段為樣本代表道路行駛工況速度曲線中兩波谷間的速度數據[4]，目標速度段長度依據C-WTVC循環工況曲線的1800s周期設定。計算目標速度段的統計準則數與道路試驗評價準則數的相關系數，相關系數最大且大于0.95的樣本行駛工況可作為目標路譜。依據評價準則數中的怠速工況比例、檔位分布比例、換檔點速度統計值給典型道路行駛工況加入怠速工況、檔位，進而優化目標路譜。

圖3 目標路譜

2 臺架驗證

2.1 轉轂實車驗證

為了充分驗證目標路譜的代表性，試驗車輛搭載到商用車專用轉轂，油耗儀連接在油箱和發動機之間，油耗數據采集箱連接油耗儀信號接口和整車診斷接口兩路信號[1]，測試的信息動態顯示在采集計算機界面。為了模擬試驗環境與實車道路行駛環境的一致性，車輛、駕駛員固定，環境藏模擬實車環境。考慮柴油發動機回油量大的特點，油耗儀可以采用溫度補償方式，降低回油造成的誤差。

圖4 轉轂試驗驗證油耗誤差

2.2 臺架修正

對于32個樣本數得到的16條目標路譜，分載荷、分路況進行轉轂驗證，每條目標路譜的百公里油耗誤差控制±5%之內，再通過試驗的評價準則數將16條目標路譜，按照載荷擬合成四條。對于試驗過程加速度過大無法實現試驗車輛跟隨的、坡度過陡的、無法實現平順換擋等曲線，進行優化擬合，最終實現一條不分載荷，包含城市、城郊、高速、山路四種路況的典型商用車路譜。

圖5 數據誤差修正

3 開發應用

為了應對市場上與競品車油耗的競爭，某主機選用了該品牌月銷過萬的商用車與同類型競品車油耗進行對比，轉轂測試發現，該開發車型油耗較奧鈴累計油耗運行一個典型路譜后，略低于奧鈴車5.05%油耗。為了更好摸清實際道路行駛狀況，兩輛汽車做常規的道路測試，發現開發車型百公里油耗為11.97L，奧鈴百公里油耗為12.62L，油耗偏差為5.15%。為此可以得出結論，此典型性商用車路譜具備一定道路工況代表性，同時使用該商用車路譜測試車輛，實際道路和轉轂測試油耗誤差較小。

圖6 商用車典型路譜

圖7 競品車與開發車型油耗測試對比

[1] 顏伏伍,胡峰.汽車燃油經濟性仿真與其參數的靈敏度分析[J].武漢理工大學學報,2010,4.

[2] GB/T27840-2011,中重型商用車燃料消耗量測量方法[S].北京:中國標準出版社,2011.

[3] JT719-2008,營運貨車燃料消耗限值及測量方法[S].北京:中國標準出版社,2008.

[4] Lin Ken Yuan,Huang Jiun ren Chang jung-ming,et al.Durability Assessment and Riding Comfort Evaluation of a New Type Scooter by Road Simulation Technique. SAE PAPER,20006,2006-01-0730.

[5] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業出版社,2000:18-23.

[6] 龔純,王止林.精通 MATLAB 最優化計算[M].電子工業出版社, 2009,175-207.

Based on matlab, the test and application of commercial vehicle road spectrum stand

Sun Xianghong, Dong Yefeng
( Anhui jianghuai automobile group co. LTD, Anhui Hefei 230601 )

The article through the current research on fuel consumption regulations, the actual road condition data acquisition, based on matlab software for the number of criteria, short stroke segmentation, correlation coefficient solution and other methods to develop a commercial vehicle target road spectrum.And through the bench verification, error correction, and ultimately the formation of a mountain road conditions, stalls difference, the slope of truck typical road spectrum, and this road spectrum for a car enterprise new product development.

MATLAB; Bench verification; Truck spectrum; Mountain road; Slope

U467

A

1671-7988 (2017)15-153-03

孫翔鴻（1988-），男，就職于安徽江淮汽車有限公司技術中心電氣工程師。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.056