基于matlab的商用車路譜臺(tái)架驗(yàn)證與應(yīng)用研究

孫翔鴻，董野峰

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于matlab的商用車路譜臺(tái)架驗(yàn)證與應(yīng)用研究

孫翔鴻，董野峰

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章通過(guò)現(xiàn)階段油耗法規(guī)研究，對(duì)實(shí)際道路工況數(shù)據(jù)采集，基于matlab軟件進(jìn)行準(zhǔn)則數(shù)統(tǒng)計(jì)、短行程分割法，相關(guān)系數(shù)求解等方法，制定出商用車目標(biāo)路譜。并通過(guò)臺(tái)架驗(yàn)證，誤差修正，最終形成一個(gè)具有山路工況、檔位區(qū)別、坡度顯現(xiàn)的商用車典型路譜，并將此路譜用于某車企新產(chǎn)品開發(fā)中。

MATLAB；臺(tái)架驗(yàn)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(guó)內(nèi)現(xiàn)行關(guān)于整車油耗限值的標(biāo)準(zhǔn)有交通部標(biāo)準(zhǔn)JT 719-2008，以及工信部發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)GB30510-2014[2][3]，都對(duì)車輛有明確的試驗(yàn)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(méi)有體現(xiàn)，尤其在商用車領(lǐng)域，路況影響因素忽略了山路工況。為此開發(fā)出一條典型的商用車路譜，通過(guò)轉(zhuǎn)轂測(cè)試，對(duì)比道路實(shí)際行駛與轉(zhuǎn)轂臺(tái)架驗(yàn)證的油耗，并將此典型的商用車路譜應(yīng)用到整車開發(fā)和用戶體驗(yàn)上意義非凡。本文通過(guò)研究某主機(jī)廠多年的商品性評(píng)價(jià)路線，規(guī)劃出446km的試驗(yàn)路線，其中城市35km、城鄉(xiāng)107km、山路137km、高速167km，并對(duì)車輛載荷進(jìn)行分空載、半載、75%載荷、滿載分類進(jìn)行研究。

1 數(shù)據(jù)采集

1.1 數(shù)據(jù)采集

采集的線路為某主機(jī)廠常用的商品性評(píng)價(jià)路線，路線分為城市、城鄉(xiāng)、山路、高速四種工況，根據(jù)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(shù)據(jù)一致性。車輛選用在國(guó)內(nèi)商用車領(lǐng)域保有量較大的主機(jī)廠暢銷車型，駕駛員為該主機(jī)廠專業(yè)試車人員。采集的時(shí)間為正常工作日，天氣以晴朗和溫差不大為宜，一次試驗(yàn)周期約6～8個(gè)小時(shí)。

測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容需獲取發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、速度及行車軌跡、車身姿態(tài)和油耗率（量）4路數(shù)據(jù)。油耗儀輸出的脈沖信號(hào)和（車身姿態(tài)）VN100輸出的串口信號(hào)通過(guò)控制器轉(zhuǎn)化成波特率為500k的CAN數(shù)據(jù)輸出，再將GPS接收機(jī)配置成波特率為250k的CAN以及發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的CAN數(shù)據(jù)的輸出。最后將4路信號(hào)根據(jù)波特率不同，分成兩路CAN信號(hào)，連接到CAN采集器Kvaser的兩個(gè)CAN物理端口上，實(shí)現(xiàn)4路信號(hào)的同步實(shí)時(shí)采集。

圖1 數(shù)據(jù)采集原理

1.2 數(shù)據(jù)處理

（1）相關(guān)系數(shù)計(jì)算原理

相關(guān)系數(shù)用于計(jì)算道路行駛工況與道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)間的相關(guān)度，用來(lái)評(píng)價(jià)采集數(shù)據(jù)的符合性。道路試驗(yàn)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則數(shù)與道路行駛工況統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)則數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)大于0.95為有效數(shù)據(jù)。下面對(duì)相關(guān)系數(shù)的計(jì)算進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

ρ（X ，Y）表示X，Y兩組數(shù)的相關(guān)系數(shù)，Cov（X ，Y）表示X，Y兩組數(shù)的協(xié)方差，D(X)、D(Y)表示X、Y的方差，所以該計(jì)算公式可寫成如下形式。

在道路行駛工況制定過(guò)程使用相關(guān)系數(shù)用于確定出最接近道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)的初步組合出的工況數(shù)據(jù)[6]。第一步統(tǒng)計(jì)出道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)則數(shù)組X，然后對(duì)提取出的各級(jí)道路的短行程根據(jù)相應(yīng)要求進(jìn)行組合，得到n個(gè)初步道路行駛工況并分別統(tǒng)計(jì)出n個(gè)初步道路行駛工況的準(zhǔn)則數(shù)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(gè)相關(guān)系數(shù)，取相關(guān)系數(shù)最大且大于0.95的那組初步道路行駛工況作為目標(biāo)道路行駛工況。

（2）短行程分割

通過(guò)Matlab編寫程序[5]，對(duì)有效試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)，得到每組有效試驗(yàn)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則數(shù)，每種路況對(duì)應(yīng)四種載荷，兩組采集數(shù)據(jù)，共計(jì)32組評(píng)價(jià)準(zhǔn)則數(shù)。準(zhǔn)則數(shù)統(tǒng)計(jì)內(nèi)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(jié)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(jù)短行程的長(zhǎng)度以及短行程的速度值范圍。對(duì)提取的有效短行程進(jìn)行組合，并與樣本道路總體工況求相關(guān)系數(shù)，相關(guān)系數(shù)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(biāo)路譜制定

目標(biāo)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(shù)據(jù)[4]，目標(biāo)速度段長(zhǎng)度依據(jù)C-WTVC循環(huán)工況曲線的1800s周期設(shè)定。計(jì)算目標(biāo)速度段的統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)則數(shù)與道路試驗(yàn)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則數(shù)的相關(guān)系數(shù)，相關(guān)系數(shù)最大且大于0.95的樣本行駛工況可作為目標(biāo)路譜。依據(jù)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則數(shù)中的怠速工況比例、檔位分布比例、換檔點(diǎn)速度統(tǒng)計(jì)值給典型道路行駛工況加入怠速工況、檔位，進(jìn)而優(yōu)化目標(biāo)路譜。

圖3 目標(biāo)路譜

2 臺(tái)架驗(yàn)證

2.1 轉(zhuǎn)轂實(shí)車驗(yàn)證

為了充分驗(yàn)證目標(biāo)路譜的代表性，試驗(yàn)車輛搭載到商用車專用轉(zhuǎn)轂，油耗儀連接在油箱和發(fā)動(dòng)機(jī)之間，油耗數(shù)據(jù)采集箱連接油耗儀信號(hào)接口和整車診斷接口兩路信號(hào)[1]，測(cè)試的信息動(dòng)態(tài)顯示在采集計(jì)算機(jī)界面。為了模擬試驗(yàn)環(huán)境與實(shí)車道路行駛環(huán)境的一致性，車輛、駕駛員固定，環(huán)境藏模擬實(shí)車環(huán)境。考慮柴油發(fā)動(dòng)機(jī)回油量大的特點(diǎn)，油耗儀可以采用溫度補(bǔ)償方式，降低回油造成的誤差。

圖4 轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)驗(yàn)證油耗誤差

2.2 臺(tái)架修正

對(duì)于32個(gè)樣本數(shù)得到的16條目標(biāo)路譜，分載荷、分路況進(jìn)行轉(zhuǎn)轂驗(yàn)證，每條目標(biāo)路譜的百公里油耗誤差控制±5%之內(nèi)，再通過(guò)試驗(yàn)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則數(shù)將16條目標(biāo)路譜，按照載荷擬合成四條。對(duì)于試驗(yàn)過(guò)程加速度過(guò)大無(wú)法實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)車輛跟隨的、坡度過(guò)陡的、無(wú)法實(shí)現(xiàn)平順換擋等曲線，進(jìn)行優(yōu)化擬合，最終實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)誤差修正

3 開發(fā)應(yīng)用

為了應(yīng)對(duì)市場(chǎng)上與競(jìng)品車油耗的競(jìng)爭(zhēng)，某主機(jī)選用了該品牌月銷過(guò)萬(wàn)的商用車與同類型競(jìng)品車油耗進(jìn)行對(duì)比，轉(zhuǎn)轂測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該開發(fā)車型油耗較奧鈴累計(jì)油耗運(yùn)行一個(gè)典型路譜后，略低于奧鈴車5.05%油耗。為了更好摸清實(shí)際道路行駛狀況，兩輛汽車做常規(guī)的道路測(cè)試，發(fā)現(xiàn)開發(fā)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(jié)論，此典型性商用車路譜具備一定道路工況代表性，同時(shí)使用該商用車路譜測(cè)試車輛，實(shí)際道路和轉(zhuǎn)轂測(cè)試油耗誤差較小。

圖6 商用車典型路譜

圖7 競(jìng)品車與開發(fā)車型油耗測(cè)試對(duì)比

[1] 顏伏伍,胡峰.汽車燃油經(jīng)濟(jì)性仿真與其參數(shù)的靈敏度分析[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2010,4.

[2] GB/T27840-2011,中重型商用車燃料消耗量測(cè)量方法[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.

[3] JT719-2008,營(yíng)運(yùn)貨車燃料消耗限值及測(cè)量方法[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)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.

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[6] 龔純,王止林.精通 MATLAB 最優(yōu)化計(jì)算[M].電子工業(yè)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(shù)中心電氣工程師。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.056