基于CAN數據的實際道路工況研究

胡斌，黃炯，魏喜樂

（1.江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330001；2.江西省汽車噪聲與振動重點實驗室，江西 南昌 330001）

1 前言

2017年行業認證油耗與實際油耗差異 23.34%[1]，2018中國乘用車實際道路行駛與油耗分析年度報告指出：分區域乘用車油耗存在差異[2]。而在車輛開發過程中的工況一般以認證工況為參考，不能很好地覆蓋駕駛員實際行駛的工況。考慮到實際駕駛過程中用戶使用場景的多樣性，本文針對某SUV細分市場進行了實際道路駕駛工況分析和不同地區在不同季節下的工況差異分析。

2 實際道路駕駛數據采集和處理

2.1 數據采集

本文采用TBOX行車記錄儀采集記錄整車CAN總線數據，該設備可以實時采集整車 CAN總線發出的信號數據。本文分析需要用到的整車 CAN信號包括：車速、發動機轉速、整車縱向加速度、加速踏板開度、變速箱檔位、冷卻液溫度、總里程等。此外，還需要用到TBOX的絕對時間信號。

2.2 數據處理

由于數據量龐大，傳統試驗過程中用Excel直接進行數據處理的方法不適用于實際工況分析。Python數據分析庫全面并且語法簡單，數據結構高效[3]。本文使用Python對數據進行清洗和統計分析。

3 全國實際道路駕駛工況

3.1 自動擋車型車速使用占比分析

車速使用占比從時間和空間兩個維度展開分析，時間維度主要目的是為了分析怠速工況或各車速段的時間占實際駕駛的總時間的比例，如式（1）所示：

式中：P為占比；t為怠速工況或各車速段的時間；T為實際駕駛的總時間。

空間維度主要是為了分析車輛行駛過程中各車速段行駛的里程占所有車速段總里程的百分比，如式（2）所示：

式中：K為占比；a為各車速段行駛的里程；S為所有車速段總里程。a通過速度v和時間占比P計算得到，如式（3）所示：

S通過對a求和計算得到，如式（4）所示：

本文對這兩個維度分別進行了分析，如圖1所示。圖1車速 v 取值分別為：0、0＜v≤10……130＜v≤140、V＞140。

圖1 車速使用占比

從時間維度分析，怠速工況在實際道路駕駛過程中占比最高，達到 27.2%。0～10kph、10kph～20kph、20kph～30kph、30kph～40kph在車速大于 0的工況中占比均較高，分別在10.21%、10.19%、9.93%和10.15%。當車速大于40kph時，隨車速增加使用占比逐漸降低。

從里程維度分析，車速使用占比分布呈現正態分布的趨勢，40kph～50kph占比最高，達到13%，總體上偏中低速行駛。對于70kph～120kph行駛的速度區間，80kph～90kph車速里程維度使用占比最低。

上述分析可以看出，怠速工況在實際使用過程中的占比最高；在行駛過程中不論是時間維度還是空間維度40kph左右車速占比最高。

3.2 手動擋車型車速_發動機轉速分析

手動擋車型駕駛員會考慮自身駕駛風格和道路工況有選擇性地進行轉速和車速匹配，為了對這兩者進行研究，本文通過 Python數據透視表對每一時刻車速和發動機轉速進行關聯分析得到車速_發動機轉速占比。如圖2熱力圖所示，圖中發動機轉速分別表示≤900rpm、900rpm～1000rpm…＞4500rpm，車速分別表示 0-5kph、5kph～10kph…＞140kph。圖中紅色表示占比高（顏色越深表示占比越大），黃色次之，綠色表示占比最低。

手動擋車型的車速和發動機轉速關聯分析能夠直接反映駕駛員實際道路駕駛習慣。圖2從時間維度進行了統計分析，可以看出1400rpm～1800rpm發動機轉速區間占比達到41%，是實際工況駕駛員最常用的轉速區間，區間最常用的速度是30kph～40kph，該細分市場手動擋用戶更習慣于在低發動機轉速區間駕駛。在所有的實際道路行駛工況中常用的變速箱檔位是2、3、4檔。

圖2 車速_發動機轉速占比

4 南方和東北不同季節駕駛工況差異

本文通過對南方和東北地區不同月份實際道路油耗的數據進行采集，發現冬季東北地區油耗明顯高于南方地區，夏季南方地區油耗略高于北方地區。某SUV不同月份南方和北方地域油耗如圖4所示。東北地區本文選取黑龍江、吉林和長春進行數據采集對比。南方地區本文選取廣東、江蘇、湖北、湖南和江西進行數據采集對比。

圖4 不同地域和月份平均油耗

為了一步探尋導致差異的原因，分別針對怠速工況和行駛工況進行了不同季節的南北地域駕駛工況對比分析。

4.1 怠速工況差異對比

圖5 不同地域和季節怠速占比

怠速工況從時間維度進行統計計算，統計怠速時長占發動機總運行時長的百分比。本文按地區和季節分別對怠速時長占比進行統計。某SUV在不同地域和季節的怠速占比如圖5所示。

從圖5可以看出，南方地區夏季怠速時長占比高于冬季，也高于北方夏季怠速時長占比；東北地區冬季時長占比高于夏季，也高于南方冬季。高怠速占比與高油耗趨勢一致。

4.2 車速使用對比

行駛工況從里程維度進行計算，即：以1小時為總行駛時長，分別求出各速度段行駛的里程，然后求出占比。本文按地域和季節分別進行統計。某SUV在不同地域和季節的車速使用占比如圖6所示。

圖6 不同地域和季節車速使用對比

從圖6可以看出，東北地區在冬季45kph以下車速占比最高，其次是南方冬季。

5 實際道路駕駛工況的應用

實際道路駕駛工況的應用體現在性能開發的方方面面。從上文分析發現怠速工況占比 27.2%，怠速工況的油耗水平對整車實際道路油耗的影響較為顯著，本文以某SUV為例，對比分析了某SUV優化怠速油耗前后實際道路油耗的影響。

5.1 每百公里怠速工況時長

從上文分析可以得到某SUV平均車速為29.7kph（根據S=∑a可以求出），怠速工況占總體工況27.2%的比例。由此可得出每百公里怠速工況時長為0.92h。

5.2 怠速油耗優化

通過標定優化發動機怠速點火提前角和高效發電機的運用這兩個工程方案來降低怠速油耗，經油耗儀實測怠速油耗下降0.34L/h。

因此，該怠速油耗優化方案對某SUV實際道路駕駛工況下的油耗有0.31L/100km的貢獻。

實際道路駕駛工況能夠更精準地對實際道路油耗進行分析。

6 結束語

基于整車CAN數據本文，得出如下結論：

（1）自動擋車型車速使用分析表明，怠速工況在實際使用過程中的占比最高，達到 27.2%；在行駛過程中不論是時間維度還是空間維度40kph左右車速占比最高。

（2）手擋駕駛員的駕駛習慣分析表明，手動擋駕駛員習慣在1800rpm以下低轉速工況運行，常用檔位是2、3、4檔。

（3）地域和季節分析表明，怠速工況占比，夏季南方地區大于北方地區；冬季東北地區大于南方地區。

（4）地域和季節分析表明，冬季平均車速低于夏季，東北地區低于南方地區。