汽車行駛工況構(gòu)建

1、汽車行駛工況構(gòu)建一、問題背景汽車行駛工況（Driving Cycle ）又稱車輛測試循環(huán)，是描述汽車行駛的速度-時間曲線（如圖1、2, 一般總時間在 1800秒以內(nèi)，但沒有限制標(biāo)準(zhǔn)，圖 1總時間為1180秒，圖2 總時間為1800秒），體現(xiàn)汽車道路行駛的運動學(xué)特征，是汽車行業(yè)的一項重要的、共性基礎(chǔ)技術(shù)，是車輛能耗/排放測試方法和限值標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，也是汽車各項性能指標(biāo)標(biāo)定優(yōu)化時的 主要基準(zhǔn)。目前，歐、美、日等汽車發(fā)達國家，均采用適應(yīng)于各自的汽車行駛工況標(biāo)準(zhǔn)進行 車輛性能標(biāo)定優(yōu)化和能耗/排放認證。本世紀(jì)初，我國直接采用歐洲的 NEDC亍駛工況（如圖1）對汽車產(chǎn)品能耗/排放的認證， 有效促進了汽車節(jié)能

2、減排和技術(shù)的發(fā)展。近年來，隨著汽車保有量的快速增長，我國道路交通狀況發(fā)生很大變化，政府、企業(yè)和民眾日漸發(fā)現(xiàn)以NEDCT況為基準(zhǔn)所優(yōu)化標(biāo)定的汽車，實際油耗與法規(guī)認證結(jié)果偏差越來越大，影響了政府的公信力 （譬如對某型號汽車， 該車標(biāo)注的工信部油耗 6.5升/100公里，用戶體驗實際油耗可能是8.5-10升/100公里）。另外，歐洲在多年的實踐中也發(fā)現(xiàn)NEDCT況的諸多不足，轉(zhuǎn)而采用世界輕型車測試循環(huán)（ WLTC如圖2）。但該工況怠速時間比和平均速度這兩個最主要的工況特征，與我國實際汽車行駛 工況的差異更大。作為車輛開發(fā)、評價的最為基礎(chǔ)的依據(jù)，開展深入研究，制定反映我國實際道路行駛狀況的測試工況，顯

3、得越來越重要。另一方面，我國地域遼廣，各個城市的發(fā)展程度、氣候條件及交通狀況的不同，使得各個城市的汽車行駛工況特征存在明顯的不同。因此，基于城市自身的汽車行駛數(shù)據(jù)進行城市汽車行駛工況的構(gòu)建研究也越來越迫切，希望所構(gòu)建的汽車行駛工況與該市汽車的行駛情況盡量吻合，理想情況下是完全代表該市汽車的行駛情況（也可以理解為對實際行駛情況的濃縮），目前北京、上海、合肥等都已經(jīng)構(gòu)建了各城市的汽車行駛工況。為了更好地理解構(gòu)建汽車行駛工況曲線的重要性，以某型號汽車油耗為例，簡單說明標(biāo)注的工信部油耗是如何測試出來？標(biāo)注的工信部油耗并不是該型號汽車在實際道路上的實 測油耗，而是基于國家標(biāo)準(zhǔn)（如GB27840-2011

4、重型商用車輛燃料消耗量測量方法），在實驗室里根據(jù)汽車行駛工況曲線，按照一定的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)檢測、計算得出。由此可見，標(biāo)注的 工信部油耗是否與實際油耗相吻合，與汽車行駛工況曲線有密切關(guān)系。2010001200Time ( s)圖1歐洲I NEDC：況Jnr mK dmsecmV二、目標(biāo)的提出在上述背景下，t#根據(jù)附件（3個數(shù)據(jù)文件，每個數(shù)據(jù)文件為同一輛車在不同時間段內(nèi)所采集的數(shù)據(jù)）所提供的某城市輕型汽車實際道路行駛采集的數(shù)據(jù)（采樣頻率1Hz）,構(gòu)建一條能體現(xiàn)參與數(shù)據(jù)采集汽車行駛特征的汽車行駛工況 曲線（ 1200-1300秒），該曲線所體現(xiàn)的汽車運動特征（如平均速度、平均加速度等）能代表所采集數(shù)據(jù)源的

5、相應(yīng)特征，兩者間的誤差越小，說明所構(gòu)建的汽車行駛工況的代表性越好。三、解決的問題1.數(shù)據(jù)預(yù)處理由汽車行駛數(shù)據(jù)的采集設(shè)備直接記錄的原始采集數(shù)據(jù)往往會包含一些不良數(shù)據(jù)值，不良數(shù)據(jù)主要包括幾個類型：（1）由于高層建筑覆蓋或過隧道等，GPS言號丟失，造成所提供數(shù)據(jù)中的時間不連續(xù)；（2）汽車加、減速度異常的數(shù)據(jù)（普通轎車一般情況下：0至100km/h的加速時間大于7秒，緊急剎車最大減速度在7.5 8 m/s2）;（3）長期停車（如停車不熄火等候人、停車熄火了但采集設(shè)備仍在運行等）所采集的異常數(shù)據(jù)。（4）長時間堵車、斷斷續(xù)續(xù)低速行駛情況（最高車速小于10km/h）,通常可按怠速情況處理。（5） 一般認為怠

6、速時間超過 180秒為異常情況，怠速最長時間可按180秒處理。請設(shè)計合理的方法將上述不良數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，并給出各文件數(shù)據(jù)經(jīng)處理后的記錄數(shù)。2 .運動學(xué)片段的提取運動學(xué)片段是指汽車從怠速狀態(tài)開始至下一個怠速狀態(tài)開始之間的車速區(qū)間，如圖3所示（基于運動學(xué)片段構(gòu)建汽車行駛工況曲線是日前最常用的方法之一，但并不是必須的步驟，有些構(gòu)建汽車行駛工況曲線的方法并不需要進行運動學(xué)片段劃分和提?。?。請設(shè)計合理的方法，將上述經(jīng)處理后的數(shù)據(jù)劃分為多個運動學(xué)片段，并給出各數(shù)據(jù)文件最終得到的運動學(xué)片段數(shù)量。 最高車速 20_050100250300運動學(xué)片段150200時間(s)350圖3運動學(xué)片段的定義3 .汽車行駛

7、工況的構(gòu)建請根據(jù)上述經(jīng)處理后的數(shù)據(jù)，構(gòu)建一條能體現(xiàn)參與數(shù)據(jù)采集汽車行駛特征的汽車行駛工 況曲線（ 1200-1300秒），該曲線的汽車運動特征能代表所采集數(shù)據(jù)源（經(jīng)處理后的數(shù)據(jù)） 的相應(yīng)特征，兩者間的誤差越小，說明所構(gòu)建的汽車行駛工況的代表性越好。要求：（1）科學(xué)、有效的構(gòu)建方法（數(shù)學(xué)模型或算法，特別鼓勵創(chuàng)新方法，如果采用已有的 方法，必須注明來源）；（2）合理的汽車運動特征評估體系（至少包含但不限于以下指標(biāo)：平均速度（ km/h）、平均行駛速度（km/h）、平均加速度（m/s2）、平均減速度（m/s2）、怠速時間比（衿、加速時間比（衿、減速時間比（衿、速度標(biāo)準(zhǔn)差（km/h）、加速度標(biāo)準(zhǔn)差（m

8、/s2）等）；（3）按照你們所構(gòu)建的汽車行駛工況及汽車運動特征評估體系，分別計算出汽車行駛 工況與該城市所采集數(shù)據(jù)源（經(jīng)處理后的數(shù)據(jù)）的各指標(biāo)（運動特征）值，并說明你們所構(gòu) 建的汽車行駛工況的合理性。四、名詞解釋與參考文獻1.部分名詞解釋怠速：汽車停止運動，但發(fā)動機保持最低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)的連續(xù)過程。加速：汽車加速度大于0.1m/s 2的連續(xù)過程。減速：汽車加速度小于-0.1m/s 2的連續(xù)過程。巡航/勻速：汽車加速度的絕對值小于 0.1m/s2非怠速的連續(xù)過程。平均速度：一段時間周期內(nèi)，汽車速度的算術(shù)平均值。平均行駛速度：汽車在行駛狀態(tài)下汽車速度的算術(shù)平均值，即不包含汽車怠速狀態(tài)。怠速時間比：一段時間周期內(nèi)，怠速狀態(tài)的累計時間長度占該時間周期總時間長度的百 分比。平均加速度：汽車在加速狀態(tài)下各單位時間（秒）加速度的算術(shù)平均值。平均減速度：汽車在減速狀態(tài)下各單位時間（秒）減速度的算術(shù)平均值。加速時間比：一段時間周期內(nèi)，處在加速狀