城市道路轻型汽车行驶工况构建

张宏; 姚延钢; 杨晓勤

doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20180224

城市道路轻型汽车行驶工况构建

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180224

基金项目: 内蒙古自治区自然科学基金资助项目（2019MS07021）；内蒙古自治区交通运输厅科技项目（NJ-2017-8）；中央高校基本科研业务费资助资金项目（310822171134）；中国国家留学基金资助项目（201806815002）

详细信息

作者简介:
张宏（1981—），女，副教授，博士，研究方向为城市交通数据科学及应用，E-mail：zhang2001hong@126.com

中图分类号: U461
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出版历程
- 收稿日期: 2018-03-27
- 修回日期: 2018-09-07
- 网络出版日期: 2018-10-24
- 刊出日期: 2019-12-01

Light-Duty Vehicles Driving Cycle Construction Based on Urban Roads

摘要

摘要: 为了制定标准车辆能耗规范和标定车辆排放，优化汽车使用性能，以呼和浩特市区道路上轻型汽车为研究对象，对轻型汽车行驶工况进行了分析. 首先通过中国汽车检测工况研究和开发（China automotive test cycle，CATC）专用数据采集设备，收集了74台车辆的行驶工况样本数据，数据采集覆盖所有时段类型、道路类型、轻型车类型和驾驶员类型；其次通过加权二次构建控制不同车辆类型的比例，采用主成分分析和聚类分析预处理数据，制定短行程规则；最后将运动学片段进行裁剪和特征值分类，构建了城市道路轻型汽车行驶工况. 研究结果表明：CATC平均速度为25.87 km/h，运行平均速度为33.92 km/h、匀速比例为20.59%，怠速比例为23.72%，加速比例为28.56%，减速比例为27.13%. 与欧盟提出的轻型车循环测试工况相对比，平均速度、运行平均速度、匀速比例低于欧洲工况，加速比例、减速比例、怠速比例高于欧洲工况.
- 轻型汽车 /
- 行驶工况 /
- 短片段 /
- 城市交通
Abstract: In order to regulate vehicle energy consumption, calibrate vehicle emission and optimize vehicle performance, the driving cycles of light-duty vehicles on the urban roads of Hohhot is analyzed. Firstly, the 74 sample data of driving cycles were collected through special data acquisition equipments of CATC (China automotive test cycle). These samples cover tall types of roads, light-duty vehicles and drivers. Secondly, weights were assigned to different vehicles to set vehicle type proportion. The sample data are processed by principal component analysis and clustering analysis and the short segment rules are formulated. Finally the kinematic segments are clipped and their characteristics values are classified. Thus, the operating conditions of light-duty vehicles on urban roads are constructed. The results show that the average speed of CATC is 25.87 km/h, average running speed is 33.92 km/h, uniform speed ratio is 20.59%, idling ratio is 23.72%, acceleration ratio is 28.56% and deceleration ratio is 27.13%. Compared to the European Union (EU) cycle test condition, the average speed, average running speed and uniform speed ratio are lower than those of the EU standard, while the acceleration ratio, deceleration ratio and idling ratio are higher.
- light-duty vehicles /
- driving cycle /
- short segment /
- urban transportation

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图 1 实时数据查询

Figure 1. Real-time data query

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图 2 历史数据查询

Figure 2. Historical data query

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图 3 城市道路轻型汽车行驶工况构建基本过程

Figure 3. Basic process of constructing the automobile driving cycle on urban roads

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图 4 私家车、出租车、公务车出行特征分析

Figure 4. Travel feature analysis of private，taxi and financing vehicles

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图 5 城市道路轻型汽车行驶工况

Figure 5. Light-duty vehicles condition on urban roads

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表 1 CATC信息化系统菜单功能

Table 1. Menu function of CATC information system

一级菜单	二级菜单
车辆监控	全屏地图检测历史轨迹查询与下载历史轨迹对比实时数据查询
数据管理	历史数据查询与下载文件下载
车辆与终端	车辆信息管理终端管理车辆与终端绑定车辆与终端快速注册 SIM卡管理 SIM卡流量流水查询
城市监控	全国城市监控各城市监控详情单车数据监控

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表 2 部分数据格式要求

Table 2. Data format requirements

数据表示内容	数据类型	描述及要求
VIN	STRING	识别码是识别的唯一标识，由 17 位字码构成，不足 17 位后补“\0”，例如车架号、产品条码、SIM卡号等
经度	DWORD	以度为单位的经度值 × 10⁶，精确到百万分之一度
纬度	DWORD	以度为单位的纬度值 × 10⁶，精确到百万分之一度
方向	WORD	0～360^o，正北为 0，顺时针
速度	WORD	0～220 km/h，最小计量单元：0.1 km/h
CAN 车速	WORD	0～220 km/h，最小计量单元：0.1 km/h，“0xFF，0xFE”表示异常，“0xFF，0xFF”表示无效
里程	DWORD	GPS 车速积分累计里程，有效值范围 0～429 496 729.5 km，最小计量单元： 0.1 km
海拔	WORD	单位：m
电机转速	WORD	0～65 532 r/min（数值偏移量 20 000，有效转速 −20 000～45 532 r/min），最小计量单元：1 r/min，“0xFF，0xFE”表示默认值，“0xFF，0xFF”表示无效
档位	WORD	0 表示空档，1～6 分别表示 1～6 档，254 表示自动档，255 表示倒退档
电机负荷百分比	BYTE	0～100%，最小计量单元 1%，0xFE 表示默认值，0xFF 表示无效
发动机转速	WORD	0～65 532 r/min（数值偏移量 20 000，有效转速 −20 000～45 532 r/min），最小计量单元：1 r/min，“0xFF，0xFE” 表示异常，“0xFF，0xFF” 表示无效
发动机扭矩百分比	BYTE	0～100%，最小计量单元 1%， 0xFE 表示默认值，0xFF 表示无效
发动机负荷百分比	BYTE	0～100%，最小计量单元 1%， 0xFE 表示默认值，0xFF 表示无效效
电池电流	WORD	最小计量单元：0.05 A，偏移 −1 600 A，有效范围：−80～1 000 A
电池电压	WORD	最小计量单元：0.05 A，“0xFF，0xFE” 表示默认值，“0xFF，0xFF” 表示无效
空调 on/off	BYTE	1 开，0 关，0xFE 表示默认值，0xFF 表示无效
环境温度	BYTE	0～250 ℃，最小计量单元 1 ℃（数值偏移量 50 表示 −50～200 ℃），0xFE 表示默认值，0xFF 表示无效
环境湿度	BYTE	0～100%，最小计量单元 1%，0xFE 表示默认值，0xFF 表示无效
大气压力	DWORD	单位 Pa
油门踏板开度	BYTE	有效范围：0～200 （表示 0～100%），最小计量单元 0.5%，“0xFE” 表示异常，“0xFF” 表示无效
空燃比	WORD	0～100，最小计量单元 0.01，“0xFF，0xFE” 表示默认值，“0xFF，0xFF” 表示无效
瞬时油耗	WORD	0～65 532 L，最小计量单元 0.01 L，“0xFF，0xFE” 表示默认值，“0xFF，0xFF” 表示无效

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表 3 参数筛选前后的对比

Table 3. The parameters are compared before and after the screening

时间	筛选前怠速比例/%	筛选后怠速比例/%	筛选前平均加速度/ （m•s⁻²）	筛选后平均加速度/ （m•s⁻²）	筛选前平均速度/ （km•h ⁻¹）	筛选后平均速度/ （km•h ⁻¹）	筛选前平均减速度/ （m•s⁻²）	筛选后平均减速度/ （m•s⁻²）
2016 年 11 月	23.30	24.40	0.50	0.45	26.3	27.5	−0.55	−0.54
2016 年 12 月	24.50	25.20	0.40	0.36	24.6	23.6	−0.50	−0.53
2017 年 01 月	27.30	28.30	0.45	0.46	23.3	23.5	−0.56	−0.55
2017 年 02 月	25.60	24.50	0.48	0.47	25.5	24.3	−0.52	−0.53
2017 年 03 月	26.40	27.10	0.47	0.46	24.4	24.6	−0.51	−0.51
2017 年 04 月	24.10	23.80	0.42	0.45	25.9	24.5	−0.52	−0.53
2017 年 05 月	24.80	24.50	0.46	0.43	25.5	24.8	−0.54	−0.53
2017 年 06 月	25.00	24.90	0.49	0.45	25.3	25.0	−0.52	−0.52
2017 年 07 月	23.80	23.20	0.48	0.44	26.3	24.8	−0.53	−0.54
2017 年 08 月	23.20	23.50	0.45	0.46	25.4	24.8	−0.51	−0.53
2017 年 09 月	24.70	24.80	0.46	0.45	24.8	24.9	−0.52	−0.53
2017 年 10 月	23.40	23.50	0.48	0.46	26.5	26.3	−0.53	−0.52

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表 4 各主成分贡献率及累计贡献率

Table 4. Contribution rate and cumulative contribution rate of each principal component %

主成分	贡献率	累计贡献率
F₁	45.900 000	45.900 000
F₂	20.500 000	66.400 000
F₃	13.800 000	80.200 000
F₄	8.600 000	88.800 000
F₅	5.300 000	94.100 000
F₆	2.800 000	96.900 000
F₇	1.400 000	98.300 000
F₈	0.800 000	99.100 000
F₉	0.600 000	99.700 000
F₁₀	0.200 000	99.900 000
F₁₁	0.090 000	99.980 000
F₁₂	0.006 000	99.980 000
F₁₃	0.000 900	99.989 000
F₁₄	0.000 010	99.989 100
F₁₅	0.000 008	99.989 170
F₁₆	0.000 000	100.000 000

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表 5 聚类分析迭代表

Table 5. Cluster analysis

聚类类别	迭代次数
聚类类别	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
类1	0.369	0.298	0.220	0.126	0.071	0.072	0.044	0.032	0.021	0.010	0
类2	4.235	0.296	0.196	0.135	0.056	0.055	0.033	0.024	0
类3	5.768	0.996	0.632	0.438	0.239	0.152	0.073	0.062	0.057	0.032	0.021	0.015	0.005	0.003	0

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表 6 实际采集数据与典型法规工况比较

Table 6. Comparison of actual data and typical statutory conditions

工况	平均速度/（km•h⁻¹）	运行平均速度/（km•h⁻¹）	匀速比例%	怠速比例%	加速比例%	减速比例%
实际行驶工况	24.50	32.60	22.90	24.84	26.60	25.66
CATC	25.87	33.92	20.59	23.72	28.56	27.13
FTP75	33.89	40.93	24.65	17.20	31.10	27.05
WLTP	46.42	53.15	27.83	12.67	30.94	28.56
NEDC	33.34	43.48	37.54	22.63	23.22	16.61

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表 7 不同城市轻型汽车行驶工况对比

Table 7. Comparison of driving conditions in different cities of China

参数	北京	上海	广州	深圳	呼和浩特
匀速比例/%	27.34	22.28	25.95	18.40	20.59
怠速比例/%	16.52	31.61	17.77	20.15	23.72
加速比例/%	25.29	22.83	29.11	32.30	28.56
减速比例/%	30.85	23.28	27.16	29.15	27.13
平均速度/（km•h⁻¹）	19.98	14.96	14.14	32.39	25.87

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