课题论文李增光吴世鹏陈昕Word文档下载推荐.docx
- 文档编号:1054386
- 上传时间:2023-04-30
- 格式:DOCX
- 页数:23
- 大小:138.56KB
课题论文李增光吴世鹏陈昕Word文档下载推荐.docx
《课题论文李增光吴世鹏陈昕Word文档下载推荐.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《课题论文李增光吴世鹏陈昕Word文档下载推荐.docx(23页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
驶特征的速度——时间历程[1]。
行驶工况是对车辆的实际行驶状况进行调查,并对试
验数据进行分析,运用多元统计理论方法建立起来的典型工况。
汽车行驶工况的研究就是通过路面工况的测定或模拟,来对车速、转速、转矩、油耗和档位等行驶参数进行分析,以便为汽车动力传动系统优化设计与疲劳寿命设计提供可靠地依据。
通过对题目的分析,本文需要做以下几个方面求出行驶工况:
1)对大量数据进行分析处理并得到可以利用的数据片段;
2)定义出特征值,对数据片段进行分析,得到影响行驶工况的主要因素(即主成分);
3)通过主要影响因素对运动学片段进行聚类分析,将运动学片段分类并得到代表该类的运动片段,分别画出时间—速度图像;
4)对代表的运动片段进行整合,得到行驶工况,并画出时间—速度图像。
21
3、 模型假设
1、假设数据中传感器速度近似看做车辆的行驶速度
2、假设每秒时间内受测车辆为匀速
4、 符号说明
序号
特征值
意义
单位
1
T
运行时间
s
2
Ta
加速时间
3
Td
减速时间
4
Tc
匀速时间
5
Ti
怠速时间
6
运行距离
m
7
Vmax
最大速度
km/h
8
Vm
平均速度
9
Vmr
运行速度
10
Vsd
速度标准偏差
11
amax
最大加速度
m/s2
12
aa
加速段平均加速度
13
amin
最大减速度
14
ad
减速段平均减速度
15
asd
加速度标准偏差
16
P40
40km/h以下速度段的比例
%
17
P40-50
40-50km/h速度段的比例
18
P50-60
50-60km/h速度段的比例
19
P60-70
60-70km/h速度段的比例
20
P70-80
70-80km/h速度段的比例
P80-90
80-90km/h速度段的比例
22
P90-100
90-100km/h速度段的比例
23
Pa
加速时间比例
-24
Pd
减速时间比例
25
Pc
匀速时间比例
26
Pi
怠速时间比例
5.1建模方法及过程:
5、 模型建立
原始数据
根据片段主成分得分进行聚类分析
获得主成分、累计贡献率以及片段主成分得分
形成特征值数据库1
各片段特征值
获得运动片段
进行运动片段分割
主成分分析
获得清晰分类(3类)
形成数据库2
建立行驶工况
5.2车辆行驶工况解析方法:
通过对不同车辆进行的试验数据,本文计算和分析了能够反映车辆实际行驶特征
的参数,如传感器速度、发动机转速等;
定义并计算用于描述车辆运行状况的特征参数,如平均速度、加速度等;
最后利用相关统计理论从试验数据中提取一定长度的样本数据(测试循环长度)作为最终建立的车辆行驶工况"
其基本流程下图:
原始数据处
数据分析
工况解析
工况验证
车辆行驶工况解析流程
经过查阅大量的文献,可以发现所有行驶工况的建立方法均大致按照上图的步骤进行,其中最为关键的就是工况的解析方法,也就是说行驶工况解析方法的不同决定了最终解析出的行驶工况是否能够真实反映出车辆的实际运行特征及其运行地域的交通特征。
因此目前国内外许多相关研究机构和高校就关于如何从大量的道路试验数据中解析出有效的行驶工况提出了不同的理论方法。
本文选择了“定步长截取法”。
运用该方法,本文首先是将所有试验数据进行汇总;
然后从汇总的数据中以一定步长一次性截取数据段作为备选工况,同时计算总体试验数据的平均速度(含怠速),
平均运行速度,平均加速度、平均减速度、加速比例、减速比例、速度比例等特征参数并作为判定准则数;
最后,用相关分析软件分别计算所截取的备选工况的相关特征参数值,并与总体试验数据的特征参数求相关,通过相关系数的大小来选择,相关系数最大的即为反映车辆实际运营特征及道路交通条件的行驶工况。
由于总体试验数据可以看作是车速随时间的变化里程,记为x(t),其中时间间隔
为1秒(采样频率1 HZ),备选工况函数记为yi(t),x(t)与yi(t)之间的相关函数定义为:
R (t)=E[x(t)y(t+t)]=lim1
x(t)y(t+t)dt
xy i x®
¥
Tò
该函数描述了两个不同的随即过程之间的相关程度。
5.3工况形成过程
车辆行驶工况的开发过程并不是固定不变的,而是随着道路建设和车辆技术的发
展逐步完善,本文论述的方法是基于运动学片段的组合构建方法。
构建工况的基础数据是车辆实际行驶特征数据,是基于具有代表性的试验道路设计而获得的速度——时间数据。
通过传感器和GPS采集到数据,利用EXCEL进行运动学片段的分割,将我们数据中的车辆行驶速度数据划分为独立的运动学片段,在本文中将数据分割成了14个运动学片段,然后根据片段速度时间值计算其各个特征值,所谓特征值就是代表车辆行驶特性的数据,本文定义了15描述片段的特征参数,通过计算形成具有特征值的片段数据库;
再根据各片段的特征值,利用主成分分析方法降维处理这些片段,在主成分得分的基础上根据聚类分析理论把运动学片段分类;
最后根据不同类片段的数量和特征,在满足目标工况的要求下提取运动学片段,组成具有一定时间或行程长度的目标工况,对于形成的目标工况根据相关准则进行验证,得到最终的代表性行驶工况。
本文通过对数据进行处理,最终建立符合要求的车辆行驶工况。
5.4运动学片段的特征值
特征值的定义:
对运动学片段特征的分析主要从以下几方面考虑:
运行距离、怠速时间、行程持续时间、平均速度、运行速度(不包括怠速时间的平均速度)、最大速度以及描述瞬时速度和加速度的标准偏差等。
由此形成了片段的众多特征值,本文定义了27个反映片段特征的参数(本文称它们为片段特征值)作为评价准则数,下表1和下表2是这27个参数(片段特征值)以及它们的意义。
表1所列的15个特征值是用于描述片段特征的,本文中用这些特征值进行主成分分析和聚类分析;
表2的12个特征值是描述片段的统计分布,可用于从所分的类中挑选满足条件的片段(或有效性判定)。
表1 描述分类的片段特征值
km/h
在数据处理过程中,对加速、减速、匀速和怠速这四个片段特征值按下面的原则进行处理:
加速:
汽车加速度值大于等于0.1
m/s2的连续过程;
减速:
汽车加速度值小于等于-0.1
匀速:
汽车加速度绝对值小于0.1
m/s2且车速不为0的连续过程;
怠速:
汽车发动机工作,但车辆行驶速度为0的连续过程。
表2 片段统计分布特征值
470-80km/h速度段的比例
5.5片段特征值计算方法
在27个反映片段特征的参数中有很多与加速度有关,但在数据采集过程中加速度
的信号没有直接采集到,因此必须先求出各点的加速度值。
计算公式为:
a =Vi-Vi-1*1000
=Vi-Vi-1 ,
i=1,2...k
i,i-1
式中:
ti-ti-1
3600 3.6
ai,i-1
Vi,Vi-1
ti,ti-1
k
是第i一1秒到第i秒之间的加速度值,m/s2;
分别是第i秒和第i一1秒的速度值,km/h;
分别是第i秒和第i一1秒时刻,S;
表示该片段的总时间;
特征值T
,Ta,Td、Ti,Tc
T=所对应片段运行的总时间
Ta=加速度值大于0.l
m/s2的总时间,即ai,i-1大于0.lm/s2的总时间
Ti=速度为0且转速不为0的总时间
Tc=T-Ta-Td
-Ti
(Tc为怠速时间)
特征值S
由于采样时间间隔为1s,所以运行距离S就是该片段的速度序列之和
S=å
Vi,
i=1
特征值Vmax,Vm,Vmr,Vsd
=max{Vi,
i=1,2...k}
Vm=S/T
=S/(T
-Ti)
1 å
k-1
(V-V)2
i m
Vsd=
, i=1,2...k
特征值amax,aa,ad,amin,asd
=max{ai,
=min{ai,
aa=
sum{ai
| ai
³
0.1,i=1,2...k}
ad=
|ai
£
-0.1,i=1,2...k}
因为片段以速度为0开始又以速度为0结束,所以平均加速度为0,因此
1
å
a
i
asd=
特征值P0-10、P10-20、P20-30、P30-40、P40-50、P50-60、P60-70、P70
P0-10
=速度大于0且小于等于的10点km数/h
P10-20
=速度大于0且小于等于的10点km数/h
-P0-10
特征值Pa、Pd、Pc、Pi
加速度大于等于0.1m/s2的点数
Pa=
Pd=
加速度小于等于-0.1m/s2的点数
P=速度为0且发动机转速不为0的点数
Pc=1-Pa
-Pd
T
-Pi
利用上述公式对样本求特征值,那么我们就将采集到数据分割成运动学片段从而得到特征值样本。
5.6片段综合特征值计算
上面已经完成了各片段特征值的解析,下面对片段综合特征值进行解析,片段综
合特征值是具有相同交通特征的片段(即一种类型的片段)的平均统计量,全面综合地反映了该类片段所具有的交通特征。
综合特征值T、Ta、Td、Ti、Tc、s
这5个综合特征值的取值都是所有片段的对应项目之和再除以片段个数。
下面以
T为例说明它们的计算方法:
n
T(i)
T=i=1 ,
i=1,2...n
N为片段总数
综合特征值Vmax、amax、amin
这3个综合特征值的取值等于所有短行程对应项目中的最大值。
Vmax为例说明它们的计算方法
V =mav{V(i),i=1,2...n}
max max
其余综合特征值
其余综合特征值的取值均为加权求和,单个片段的运行时间与所有片段的总运行时间的比值为相应短行程中对应项目的权重。
下面以P0-10为例说明它们的计算方法:
(P0-10
(i)·
T(i))
=i=1 ,
s(i)
i=1
i=1,2...n
根据以上的公式,再加上已经解析出来的各片段的特征值就可以求解出各类片段的综合特征值,从而为即将进行的片段代表性分析提供基础的数据支持。
本论文运用
EXCEL进行特征值计算。
5.7主成分分析
最终建立的车辆实际行驶工况(瞬态工况)是由几个从一个怠速开始到下一个怠速开始的短行程即运动学片段构成的。
在车辆实际行驶工况开发过程中,针对性的分析符合低速、中速、高速的运动形态,并在次基础上构建工况,同时也可以分别构建低速、中速、高速行驶工况,这样就需要将短行程按照交通特征即短行程特征值(如最大速度和平均速度等)的不同进行分类。
如果用一两个运动学片段特征值作为分类的指标进行分类,则可能会丢失一些信息;
而如果用上面定义的15个特征值对运动学片段进行分类,一则变量太多在计算过程中增加其复杂性,同时也给合理分析和解释问题带来了困难;
另一方面,虽然每个变量都提供了一定的信息,但有些变量之间有一定的相关性,也就是变量之间并不是相互独立的,从而使得这些变量所提供的信息在一定程度上有所重叠。
例如,加速、减速、匀速和怠速这4个特征值一定是此消彼长的;
再例如,运行时间、运行距离和平均速度这3个特征值一定是强烈相关的[3]
因此我们运用多元分析中的主成分分析来解决这一问题。
主成分分析即构造原变量的一系列线性组合。
使各线性组合在彼此不相关的前提下。
尽可能多地反映原变量的信息,即使其方差最大"
在使用时根据不同的需要取反映80%或90%以上原变量信息的线性组合即可[4]。
本论文中应用软件SPSS对数据进行主成分分析。
我们将数据进行处理最终分割成14个运动学片段,按照解析流程先对各个运动学片段进行特征值计算(具体的计算方法在上一节已经给出公式),本论文利用EXCEL进行计算并处理。
通过大量的数据计算最终得出这14个运动学片段的特征值,将这些数据形成了一个特征值数据库(数据库l),即我们获得了一个包含14´
15运动学片段的数据库矩阵。
下来就对这个数据库矩阵进行主成分分析。
以下是进行主成分分析的结果,表3是数据库矩阵进行主成分分析分析后15个主成分方差、贡献率以及累计贡献率,在分析之前对数据自动进行了无量刚化处理。
由表3显示主成分方差的结果可知,前几个主成分包含了15个特征值的绝大部分信息,其中前3个主成分进行的累积贡献率为80.666%。
从理论上讲,进行主成分分析时选取累积贡献率超过80%的前几个成分即可。
因此本论文取消前四个主成分进行下面的聚类分析。
表3给出了主成分贡献率的情况以及其累计所能反映特征值参数的信息率。
表3 主成分贡献率
成分 主成分方差 贡献率 累积贡献率
5.854
41.813
3.047
21.763
63.576
2.393
17.09
80.666
1.092
7.799
88.464
0.659
4.71
93.174
0.5
3.575
96.749
0.292
2.083
98.832
0.15
1.072
99.904
0.007
0.051
99.955
0.006
0.043
99.998
0.001
99.999
100
前3个主成分与14个特征参数大的相关系数如表4。
从相关系数大小发现:
(1)第1主成分主要反映运行时间、加速时间、减速时间、匀速时间、运行距离、最大速度、加速度标准偏差。
(2)第2主成分主要反映平均速度、运行速度、最大加速度、加速段平均加速度、最大减速度。
(3)第3主成分主要反映速度标准偏差、减速段平均减速度。
成分
第一主成分相关系数
第二主成分相关系数
第三主成分相关系数
四个主成分中相关系数最大
的
0.160
-0.065
-0.003
第一主成分
0.157
-0.007
0.071
0.152
-0.021
0.040
0.141
-0.080
-0.029
0.162
-0.039
-0.082
0.090
0.061
-0.064
0.064
0.113
-0.349
第二主成分
0.059
-0.063
0.289
第三主成分
-0.025
0.302
0.038
-0.036
0.286
0.020
0.247
0.110
减速段平均
0.065
0.214
0.219
表4 前三个主成分与特征值的相关系数
减速度
0.151
.049
0.105
进行主成分分析后各片段得分情况如表5所示。
根据前三个主成分得分进行聚类分析。
0.049
0.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 课题 论文 增光 吴世鹏陈昕
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)