基于瞬時(shí)最優(yōu)的西安市某線(xiàn)路公交行駛工況構(gòu)建

邵攀登，宋偉萍，劉洋，任田園

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

前言

汽車(chē)行駛工況指的是描述汽車(chē)行駛時(shí)速度與時(shí)間的曲線(xiàn)[1]，是汽車(chē)及相關(guān)產(chǎn)品在開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中重要的輸入條件。早在上世紀(jì)美國(guó)、日本和歐洲等汽車(chē)行業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家和地區(qū)就已經(jīng)開(kāi)發(fā)出適合自己的具有地域性的汽車(chē)行駛工況。而我國(guó)與這些國(guó)家和地區(qū)的城市結(jié)構(gòu)和地貌分布都不大相同，對(duì)此我國(guó)近期也制定了符合我國(guó)總體道路狀況的中國(guó)工況。但是在國(guó)內(nèi)，南北、東西城市的道路狀況也不盡相同，故有必要針對(duì)某一地域進(jìn)行工況構(gòu)建的研究。

1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

1.1 數(shù)據(jù)收斂判定

本文根據(jù)站點(diǎn)強(qiáng)度法從西安市200多條線(xiàn)路中選擇了影響因子最大的一條線(xiàn)路，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集后得到120采樣數(shù)據(jù)[2]。

理論上，數(shù)據(jù)采樣組數(shù)越大，構(gòu)建得到的工況越準(zhǔn)確反映實(shí)際工況。但是當(dāng)數(shù)據(jù)量達(dá)到一定值后，繼續(xù)加大數(shù)據(jù)采樣量，工況準(zhǔn)確性也不會(huì)得到大幅度提高[3]。因此，合理的選擇采樣量，能在保證精度的同時(shí)節(jié)約工作時(shí)間。

因?yàn)槠骄?chē)速、平均運(yùn)行車(chē)速、加速比例、減速比例、勻速比例和怠速比例（V、Vm、Pa、Pd、Pc和Pd）隨著采樣組數(shù)的增加而趨于穩(wěn)定，均可用于表征采樣量是否飽和。定義加速比例穩(wěn)定度K1、減速比例穩(wěn)定度K2、勻速比例穩(wěn)定度K3、怠速比例穩(wěn)定度K4、平均車(chē)速穩(wěn)定度K5和平均運(yùn)行車(chē)速穩(wěn)定度K6如式(1)所示，并定義6個(gè)特征值穩(wěn)定度的平均值為綜合穩(wěn)定度K如式(2)所示。

采樣數(shù)據(jù)的樣本綜合穩(wěn)定度K計(jì)算結(jié)果如圖1所示。綜合穩(wěn)定度K隨著采樣次數(shù)的增加逐漸收斂，定義連續(xù)5次或5次以上綜合穩(wěn)定度的絕對(duì)值|K|＜0.0015，樣本數(shù)據(jù)飽和。由圖1可知，當(dāng)采樣次數(shù)到46次后，樣本數(shù)據(jù)已達(dá)到飽和，故取50組采樣數(shù)據(jù)作為構(gòu)建工況的樣本數(shù)據(jù)。

圖1 綜合穩(wěn)定度K隨采樣組數(shù)變化關(guān)系

1.2 短行程劃分

短行程是指車(chē)輛從一個(gè)怠速點(diǎn)開(kāi)始到下一個(gè)怠速點(diǎn)開(kāi)始，即一個(gè)短行程包括怠速和行駛兩個(gè)過(guò)程。本文通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)預(yù)處理后將處理后數(shù)據(jù)劃分為2565個(gè)短行程[4]。

2 工況構(gòu)建

本文基于瞬時(shí)最優(yōu)法完成該線(xiàn)路公交行駛工況的構(gòu)建，具體流程如下：

圖2 工況構(gòu)建流程圖

將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)按照短行程劃分后，將第一個(gè)片段（汽車(chē)的起步片段）作為初始片段，而后不斷從劃分的片段中不斷挑選拼接后與樣本數(shù)據(jù)最相似的片段。

矩陣內(nèi)積反映了兩個(gè)矩陣的夾角θ，表征了兩個(gè)矩陣相似程度，cosθ的值越接近1說(shuō)明兩個(gè)矩陣越相似[5]。

當(dāng)片段長(zhǎng)度達(dá)到1500s左右時(shí)跳出循環(huán)，完成工況構(gòu)建，圖3為構(gòu)建的工況。

圖3 西安市某線(xiàn)路公交車(chē)行駛工況

3 誤差檢驗(yàn)

本文選取了平均速度Vmean、平均運(yùn)行車(chē)速Vmr、速度標(biāo)準(zhǔn)差Vsd、平均加速度Amean、平均減速度Dmean、加速度標(biāo)準(zhǔn)偏差A(yù)sd、加速比例Pa、減速比例Pd、勻速比例Pc、怠速比例Pi共10個(gè)影響較大且具有統(tǒng)計(jì)意義的特征參數(shù)，將其平均誤差作為誤差評(píng)估指標(biāo)[6-7]。

計(jì)算構(gòu)建工況與樣本數(shù)據(jù)這十個(gè)特征值的平均誤差為1.6%，符合該公交線(xiàn)路的實(shí)際行駛工況。

4 結(jié)論

本文基于瞬時(shí)最優(yōu)法完成了西安市某線(xiàn)路公交行駛工況的構(gòu)建，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)做了收斂判定，最終選取了50組數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)，利用V-A矩陣相似度的概念完成工況構(gòu)建時(shí)的拼接過(guò)程。最后，計(jì)算了所構(gòu)建工況與樣本數(shù)據(jù)的平均特征值誤差，結(jié)果為1.6%，說(shuō)明該工況能夠反映該線(xiàn)路公交的實(shí)際行駛狀況。