基于matlab的商用车路谱台架验证与应用研究

孙翔鸿，董野峰

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于matlab的商用车路谱台架验证与应用研究

孙翔鸿，董野峰

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章通过现阶段油耗法规研究，对实际道路工况数据采集，基于matlab软件进行准则数统计、短行程分割法，相关系数求解等方法，制定出商用车目标路谱。并通过台架验证，误差修正，最终形成一个具有山路工况、档位区别、坡度显现的商用车典型路谱，并将此路谱用于某车企新产品开发中。

MATLAB；台架验证；路谱；山路；坡度

CLC NO.:U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-153-03

概述

目前，国内现行关于整车油耗限值的标准有交通部标准JT 719-2008，以及工信部发布的标准GB30510-2014[2][3]，都对车辆有明确的试验方法要求以及油耗限值。但是影响油耗的因素的档位、加速度、怠速、坡度等都没有体现，尤其在商用车领域，路况影响因素忽略了山路工况。为此开发出一条典型的商用车路谱，通过转毂测试，对比道路实际行驶与转毂台架验证的油耗，并将此典型的商用车路谱应用到整车开发和用户体验上意义非凡。本文通过研究某主机厂多年的商品性评价路线，规划出446km的试验路线，其中城市35km、城乡107km、山路137km、高速167km，并对车辆载荷进行分空载、半载、75%载荷、满载分类进行研究。

1 数据采集

1.1 数据采集

采集的线路为某主机厂常用的商品性评价路线，路线分为城市、城乡、山路、高速四种工况，根据商用车载荷特性分为空载、半载、75%载荷及满载，每种载荷采集两遍，保证数据一致性。车辆选用在国内商用车领域保有量较大的主机厂畅销车型，驾驶员为该主机厂专业试车人员。采集的时间为正常工作日，天气以晴朗和温差不大为宜，一次试验周期约6～8个小时。

测试系统根据数据内容需获取发动机ECU、速度及行车轨迹、车身姿态和油耗率（量）4路数据。油耗仪输出的脉冲信号和（车身姿态）VN100输出的串口信号通过控制器转化成波特率为500k的CAN数据输出，再将GPS接收机配置成波特率为250k的CAN以及发动机ECU的CAN数据的输出。最后将4路信号根据波特率不同，分成两路CAN信号，连接到CAN采集器Kvaser的两个CAN物理端口上，实现4路信号的同步实时采集。

图1 数据采集原理

1.2 数据处理

（1）相关系数计算原理

相关系数用于计算道路行驶工况与道路试验数据间的相关度，用来评价采集数据的符合性。道路试验评价准则数与道路行驶工况统计准则数之间的相关系数大于0.95为有效数据。下面对相关系数的计算进行详细说明。

ρ（X ，Y）表示X，Y两组数的相关系数，Cov（X ，Y）表示X，Y两组数的协方差，D(X)、D(Y)表示X、Y的方差，所以该计算公式可写成如下形式。

在道路行驶工况制定过程使用相关系数用于确定出最接近道路试验数据的初步组合出的工况数据[6]。第一步统计出道路试验数据的准则数组X，然后对提取出的各级道路的短行程根据相应要求进行组合，得到n个初步道路行驶工况并分别统计出n个初步道路行驶工况的准则数组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个相关系数，取相关系数最大且大于0.95的那组初步道路行驶工况作为目标道路行驶工况。

（2）短行程分割

通过Matlab编写程序[5]，对有效试验数据进行处理和统计，得到每组有效试验数据的评价准则数，每种路况对应四种载荷，两组采集数据，共计32组评价准则数。准则数统计内容包括油耗、速度、坡度、档位、里程、加速度等。

短行程是以一次怠速工况结束到下次怠速工况开始，中间的行驶速度段。短行程的筛选主要是依据短行程的长度以及短行程的速度值范围。对提取的有效短行程进行组合，并与样本道路总体工况求相关系数，相关系数大于0.95的为样本代表的道路行驶工况。

图2 有效短行程

（3）目标路谱制定

目标速度段为样本代表道路行驶工况速度曲线中两波谷间的速度数据[4]，目标速度段长度依据C-WTVC循环工况曲线的1800s周期设定。计算目标速度段的统计准则数与道路试验评价准则数的相关系数，相关系数最大且大于0.95的样本行驶工况可作为目标路谱。依据评价准则数中的怠速工况比例、档位分布比例、换档点速度统计值给典型道路行驶工况加入怠速工况、档位，进而优化目标路谱。

图3 目标路谱

2 台架验证

2.1 转毂实车验证

为了充分验证目标路谱的代表性，试验车辆搭载到商用车专用转毂，油耗仪连接在油箱和发动机之间，油耗数据采集箱连接油耗仪信号接口和整车诊断接口两路信号[1]，测试的信息动态显示在采集计算机界面。为了模拟试验环境与实车道路行驶环境的一致性，车辆、驾驶员固定，环境藏模拟实车环境。考虑柴油发动机回油量大的特点，油耗仪可以采用温度补偿方式，降低回油造成的误差。

图4 转毂试验验证油耗误差

2.2 台架修正

对于32个样本数得到的16条目标路谱，分载荷、分路况进行转毂验证，每条目标路谱的百公里油耗误差控制±5%之内，再通过试验的评价准则数将16条目标路谱，按照载荷拟合成四条。对于试验过程加速度过大无法实现试验车辆跟随的、坡度过陡的、无法实现平顺换挡等曲线，进行优化拟合，最终实现一条不分载荷，包含城市、城郊、高速、山路四种路况的典型商用车路谱。

图5 数据误差修正

3 开发应用

为了应对市场上与竞品车油耗的竞争，某主机选用了该品牌月销过万的商用车与同类型竞品车油耗进行对比，转毂测试发现，该开发车型油耗较奥铃累计油耗运行一个典型路谱后，略低于奥铃车5.05%油耗。为了更好摸清实际道路行驶状况，两辆汽车做常规的道路测试，发现开发车型百公里油耗为11.97L，奥铃百公里油耗为12.62L，油耗偏差为5.15%。为此可以得出结论，此典型性商用车路谱具备一定道路工况代表性，同时使用该商用车路谱测试车辆，实际道路和转毂测试油耗误差较小。

图6 商用车典型路谱

图7 竞品车与开发车型油耗测试对比

[1] 颜伏伍,胡峰.汽车燃油经济性仿真与其参数的灵敏度分析[J].武汉理工大学学报,2010,4.

[2] GB/T27840-2011,中重型商用车燃料消耗量测量方法[S].北京:中国标准出版社,2011.

[3] JT719-2008,营运货车燃料消耗限值及测量方法[S].北京:中国标准出版社,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.

[5] 余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2000:18-23.

[6] 龚纯,王止林.精通 MATLAB 最优化计算[M].电子工业出版社, 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

孙翔鸿（1988-），男，就职于安徽江淮汽车有限公司技术中心电气工程师。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.056