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[摘 要]传统的行驶工况划分方式会造成较长距离车速引导的策略驾驶方案大幅度变化，不利于驾驶者遵从。本研究针对长距离速度引导计算需要，重新划分了行驶工况；并以具有代表性的公交车线路为研究对象，进行了大量的实际运行实验数据采集。通过对有效实验数据进行统计分析，对公交车行驶工况相应的加速度参数进行了定值标定，标定结果经检验在长距离车速引导计算中运用效果良好。
[关键词]公交车；行驶工况；加速度参数；当量加速度
中图分类号：U491.17 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）30-0053-02
0 引言
车速引导中主要部分是运用车辆与信号灯的相对距离、信号灯状态、车辆驾驶行为参数（当前速度、加速度）等数据，计算可以不停车通过信号灯的速度区间。计算主要涉及到的车辆运动行为参数为速度和加速度。速度采用的是车辆实时车速；现今的速度引导中大多将行驶工况分为加速、减速、匀速和怠速四种运动片段[1]，在计算流程中将加速度作为内置参数。而且目前大多数行驶工况的加速度参数标定工作是针对小汽车进行的，同济大学杜爱民[2]等人对公交车的行驶工况参数做过研究，但只是在公交车工况研究之上简单的分析出加速和减速过程的参数大小，并未细分行驶工况及其参数。
在短距离的车速引导中，粗略地将行驶工况分为加速、减速、匀速和怠速四种行驶工况，能够满足要求。在长距离的车速引导中，加速度数值对引导路段车辆的计算行驶时间的影响将增大，粗略划分行驶工况，会导致车速引导输出数据的浮动较大，不便于驾驶者遵从，甚至出现不合理的输出数据。根据在公交车长距离车速引导研究[3]中的结果，也表明传统的工况划分方式无法满足计算精度要求。因此有必要应对长距离车速引导的需求，进行更加详细的行驶工况划分以及相应的标定工作。本研究根据车速引导需求更加细致的划分公交车的行驶工况，并针对划分的行驶工况进行参数标定实验，为公交车长距离车速引导相关研究提供参考。研究标定的结果也在后续研究[3]中证明优于传统的工况划分方式。
1 研究方法与标定实验介绍
1.1数据对象和处理分析方法
对于试验数据的分析与处理方法，目前主要有两种：一种方法是通过理论上对车辆的驾驶行为进行研究，人为设计规定车辆的行驶工况类型，然后根据规定的行驶工况类型分别收集实际数据进行分析处理；另外一种方法则是从实际所测数据入手，对所有实验数据利用进行运动学理论进行研究、归类，然后构建工况与运动片段[4]。因为本研究是针对公交车车速引导计算，必须满足实际公交车在运行中的典型工况，例如站点停车、避让刹车、站点处启动，人为设计规定行驶工况的类型更能有效的符合公交车运行中的特征，所以采用第一种方法进行行驶工况的划分。在对实际公交车运行过程做了充分研究之后，将公交车的行驶工况分为启动加速度、行驶中加速加速度、行驶中减速加速度、溜行加速度、到站刹车加速度五种类型。
1.2 实验设备
本标定实验需要能够分别记录不同行驶工况下的加速度，才能进行统计性的数据处理。实验主要设备包括同济大学交通运输工程学院智能交通研究室提供的車路协同DSRC机与基于C#平台开发的记录程序，其作用分别如下
DSRC机（带有GPS）：能够实时记录车辆连续速度数据，记录频率为0.5s/次
数据分类记录程序：DSRC无法对行驶工况进行自动区分保存。利用C#平台编写了一个分类记录数据的程序，程序设有各种行驶工况的记录按钮。实验时，实验员自行判断车辆所处行驶工况，点击不同按钮记录数据信息，实现根据行驶工况进行实验数据分类。
1.3实验路线选取与实施方案
本实验是为标定公交车实际行驶中各种行驶工况下的加速度数值，选择进行实验的路线必须满足一个原则：能代表典型公交车的行驶工况与行驶工况（受其他车流干扰较少，近似自由驾驶状态）。以上述原则作为准则，同时考虑实验可操作性难易，最终选定了上海市内有代表性的、具有专道公交车道的公交车路线进行了多组重复标定实验。
实验路线1：陆安线公交车（曹安路绿苑路至江桥站），总距离13.5km，途径8个站点。平均站距为1678m。
实验路线2：北安线公交车（曹安路绿苑路至江桥站），总距离13.9km，途径16个站点，平均站距为868m。
实验路线3：安亭4路公交车（曹安路绿苑路至古树公园站），总距离9.8km，途径10个站点，平均站距980m
实验中，实验者实地乘坐选定的公交车路线，由实验者操作记录程序自行判断公交车的所处行驶工况，分类记录各种行驶工况情况下的加速度参数数据。实验最终采集到16000余条实验数据。
2专道公交车行驶工况加速度参数标定
2.1数据有效性与行驶工况划分的合理性
数据的有效性是进行分析数据得出结论的前提。DSRC机提供的速度准确度经过实验验证，偏差低于3%，数据可靠性很高。唯一可能造成实验数据有效性不好的原因是实验者对车辆实时行驶工况的判断不准确。
截取部分实验数据绘制成折线图，如图1—图3。图1为启动加速度的标定数据折线图，标定的连续速度都是从0km/h附近逐渐升高至较高的速度值，符合启动过程的速度变化。每个速度高峰会有一个直接下降的过程，这是由于行驶工况改变，实验者切换了记录按钮，直到下一次出现启动工况的时候又切换回“启动加速度”记录按钮。分析人可知实验者判断启动加速度行驶工况的准确性还是较高的，记录数据可以作为有效数据进行分析。
用同样的方法分析其他工况下实验记录的数据如图2和图3。结果表明，记录的速度数据符合相应行驶工况下的速度变化特点，可作为有效数据处理。
图1：启动加速度标定数据折线图
图2：行驶中加速和减速加速度标定数据折线图 图3：到站刹车和溜行加速度标定数据折线图 2.2行驶工况加速度统计分析
标定实验是记录的是各种行驶工况下的连续速度数值，根据DSRC机内置的传输数据频率（0.5s/次），即可处理得各种行驶片段下的加速度值。以启动加速度为例，绘制处理后数据的散点图如图4。
图4：启动加速度散点图
从实验得出的加速度散点图可以看出启动加速度的范围分布在1m/—3 m/，主要集中在1.5 m/附近，具有一定分散性较大。造成分散性主要有以下几个原因：
1、公交车启动时惯性限制了匀加速过程。
2、公交车驾驶换挡间隙导致加速度不连续，产生波动。
3、驾驶员踩油门不可能保持牵引力恒定。
4、DSRC机传输数据丢包。
启动加速度具有一定的分散性，更加体现了对加速度标定的意义。如果采用不合理的加速度计算册数引导策略，输出的驾驶策略必然不符合驾驶者的实际行为，也不满足车速引导的精度要求。
在此，针对速度引导引入“当量加速度”的概念。所谓“当量加速度”是指，同样的加速时间内，用定值当量加速度计算得到的最终速度和行驶距离，与按波动加速度积分算得的最终速度和行驶距离相等。速度是时间的一元线性函数，满足最终速度值相同的条件，当量加速度可用波动加速度的平均值代替。为满足相同行驶距离，直接取实验加速度的平均值是没有理论准确性的，但实验数据显示，实验加速度大于或者小于加速度的频数几乎相同，而且和平均值差值的绝对值也相差不大。可以分析速度变化图像，认为实际的速度变化图像与不变的当量加速度行驶的速度变化图像，同坐标轴围成的面积相等。因此，可以认为大量数据的正负抵消能够使加速度平均值作为当量加速度，能够满足相同最终速度和相同行驶距离的要求。
另外四个行驶工况的部分加速度统计分析散点图分别如图5—图8。
图5：行驶中加速加速度散点图 图6：溜行加速度散点图
图7：行驶中减速加速度散点图 图8：到站刹车加速度散点图
在剔除由于数据丢包造成的不合理数据之后，经过统计分析。各种行驶工况下的标定结果如下：
表1：公交车行驶工况加速度标定结果表
把以上标定成果用于长距离公交车车速引导的研究之中，精细化后的行驶工况划分，能够满足长距离车速引导的要求，且输出车速引导策略浮动较小，便于驾驶员遵从。
鉴于目前的大多数车辆的行驶工况参数研究都是针对小汽车的，公交车的行驶工况参数没有详细研究。在此也针对短距离速度引导粗略划分行驶工况方式，给出公交车标定参数如表2，给短距离车速引导计算参数的选取作为参考。
表2：公交车行驶工况加速度
3结语
本研究针对公交车长距离的车速引导，提出了一种使车速引导计算更加符合实际、具有可遵从、更加准确的工况划分方式，并进行了相应的加速度参数标定实验。实验测定标定了启动加速度、行驶中加速加速度、行驶中减速加速度、溜行加速度、到站刹车加速度五种公交车的主要行驶工况下的加速度参数，统计分析得到最终的标定结果。在数据处理过程中引入“当量加速度”的概念，来有效处理数据得到所需的标定结果。标定結果运用于后续公交车长距离速度引导研究[3]中，结果显示标定结果能够有效改善长距离车速引导输出值的易遵从性与合理性。
【参考文献】
[1] 马志雄.典型城市公交车行驶工况开发及研究[D].武汉：武汉理工大学汽车工程学院，2004.
[2] 杜爱民.步曦.陈礼蟠.余卓平.上海市公交车行驶工况的调查和研究[J]，同济大学学报.2006，34（7）.
[3] 高坤.杨冰.基于运行控制和信号优先的专道公交车经济驾驶辅助系统研究[R].上海：同济大学交通运输工程学院，2013.
[4] 李盂良.典型城市车辆实际行驶工况的研究[R].天津：中国汽车技术中心，2004.
[关键词]公交车；行驶工况；加速度参数；当量加速度
中图分类号：U491.17 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）30-0053-02
0 引言
车速引导中主要部分是运用车辆与信号灯的相对距离、信号灯状态、车辆驾驶行为参数（当前速度、加速度）等数据，计算可以不停车通过信号灯的速度区间。计算主要涉及到的车辆运动行为参数为速度和加速度。速度采用的是车辆实时车速；现今的速度引导中大多将行驶工况分为加速、减速、匀速和怠速四种运动片段[1]，在计算流程中将加速度作为内置参数。而且目前大多数行驶工况的加速度参数标定工作是针对小汽车进行的，同济大学杜爱民[2]等人对公交车的行驶工况参数做过研究，但只是在公交车工况研究之上简单的分析出加速和减速过程的参数大小，并未细分行驶工况及其参数。
在短距离的车速引导中，粗略地将行驶工况分为加速、减速、匀速和怠速四种行驶工况，能够满足要求。在长距离的车速引导中，加速度数值对引导路段车辆的计算行驶时间的影响将增大，粗略划分行驶工况，会导致车速引导输出数据的浮动较大，不便于驾驶者遵从，甚至出现不合理的输出数据。根据在公交车长距离车速引导研究[3]中的结果，也表明传统的工况划分方式无法满足计算精度要求。因此有必要应对长距离车速引导的需求，进行更加详细的行驶工况划分以及相应的标定工作。本研究根据车速引导需求更加细致的划分公交车的行驶工况，并针对划分的行驶工况进行参数标定实验，为公交车长距离车速引导相关研究提供参考。研究标定的结果也在后续研究[3]中证明优于传统的工况划分方式。
1 研究方法与标定实验介绍
1.1数据对象和处理分析方法
对于试验数据的分析与处理方法，目前主要有两种：一种方法是通过理论上对车辆的驾驶行为进行研究，人为设计规定车辆的行驶工况类型，然后根据规定的行驶工况类型分别收集实际数据进行分析处理；另外一种方法则是从实际所测数据入手，对所有实验数据利用进行运动学理论进行研究、归类，然后构建工况与运动片段[4]。因为本研究是针对公交车车速引导计算，必须满足实际公交车在运行中的典型工况，例如站点停车、避让刹车、站点处启动，人为设计规定行驶工况的类型更能有效的符合公交车运行中的特征，所以采用第一种方法进行行驶工况的划分。在对实际公交车运行过程做了充分研究之后，将公交车的行驶工况分为启动加速度、行驶中加速加速度、行驶中减速加速度、溜行加速度、到站刹车加速度五种类型。
1.2 实验设备
本标定实验需要能够分别记录不同行驶工况下的加速度，才能进行统计性的数据处理。实验主要设备包括同济大学交通运输工程学院智能交通研究室提供的車路协同DSRC机与基于C#平台开发的记录程序，其作用分别如下
DSRC机（带有GPS）：能够实时记录车辆连续速度数据，记录频率为0.5s/次
数据分类记录程序：DSRC无法对行驶工况进行自动区分保存。利用C#平台编写了一个分类记录数据的程序，程序设有各种行驶工况的记录按钮。实验时，实验员自行判断车辆所处行驶工况，点击不同按钮记录数据信息，实现根据行驶工况进行实验数据分类。
1.3实验路线选取与实施方案
本实验是为标定公交车实际行驶中各种行驶工况下的加速度数值，选择进行实验的路线必须满足一个原则：能代表典型公交车的行驶工况与行驶工况（受其他车流干扰较少，近似自由驾驶状态）。以上述原则作为准则，同时考虑实验可操作性难易，最终选定了上海市内有代表性的、具有专道公交车道的公交车路线进行了多组重复标定实验。
实验路线1：陆安线公交车（曹安路绿苑路至江桥站），总距离13.5km，途径8个站点。平均站距为1678m。
实验路线2：北安线公交车（曹安路绿苑路至江桥站），总距离13.9km，途径16个站点，平均站距为868m。
实验路线3：安亭4路公交车（曹安路绿苑路至古树公园站），总距离9.8km，途径10个站点，平均站距980m
实验中，实验者实地乘坐选定的公交车路线，由实验者操作记录程序自行判断公交车的所处行驶工况，分类记录各种行驶工况情况下的加速度参数数据。实验最终采集到16000余条实验数据。
2专道公交车行驶工况加速度参数标定
2.1数据有效性与行驶工况划分的合理性
数据的有效性是进行分析数据得出结论的前提。DSRC机提供的速度准确度经过实验验证，偏差低于3%，数据可靠性很高。唯一可能造成实验数据有效性不好的原因是实验者对车辆实时行驶工况的判断不准确。
截取部分实验数据绘制成折线图，如图1—图3。图1为启动加速度的标定数据折线图，标定的连续速度都是从0km/h附近逐渐升高至较高的速度值，符合启动过程的速度变化。每个速度高峰会有一个直接下降的过程，这是由于行驶工况改变，实验者切换了记录按钮，直到下一次出现启动工况的时候又切换回“启动加速度”记录按钮。分析人可知实验者判断启动加速度行驶工况的准确性还是较高的，记录数据可以作为有效数据进行分析。
用同样的方法分析其他工况下实验记录的数据如图2和图3。结果表明，记录的速度数据符合相应行驶工况下的速度变化特点，可作为有效数据处理。
图1：启动加速度标定数据折线图
图2：行驶中加速和减速加速度标定数据折线图 图3：到站刹车和溜行加速度标定数据折线图 2.2行驶工况加速度统计分析
标定实验是记录的是各种行驶工况下的连续速度数值，根据DSRC机内置的传输数据频率（0.5s/次），即可处理得各种行驶片段下的加速度值。以启动加速度为例，绘制处理后数据的散点图如图4。
图4：启动加速度散点图
从实验得出的加速度散点图可以看出启动加速度的范围分布在1m/—3 m/，主要集中在1.5 m/附近，具有一定分散性较大。造成分散性主要有以下几个原因：
1、公交车启动时惯性限制了匀加速过程。
2、公交车驾驶换挡间隙导致加速度不连续，产生波动。
3、驾驶员踩油门不可能保持牵引力恒定。
4、DSRC机传输数据丢包。
启动加速度具有一定的分散性，更加体现了对加速度标定的意义。如果采用不合理的加速度计算册数引导策略，输出的驾驶策略必然不符合驾驶者的实际行为，也不满足车速引导的精度要求。
在此，针对速度引导引入“当量加速度”的概念。所谓“当量加速度”是指，同样的加速时间内，用定值当量加速度计算得到的最终速度和行驶距离，与按波动加速度积分算得的最终速度和行驶距离相等。速度是时间的一元线性函数，满足最终速度值相同的条件，当量加速度可用波动加速度的平均值代替。为满足相同行驶距离，直接取实验加速度的平均值是没有理论准确性的，但实验数据显示，实验加速度大于或者小于加速度的频数几乎相同，而且和平均值差值的绝对值也相差不大。可以分析速度变化图像，认为实际的速度变化图像与不变的当量加速度行驶的速度变化图像，同坐标轴围成的面积相等。因此，可以认为大量数据的正负抵消能够使加速度平均值作为当量加速度，能够满足相同最终速度和相同行驶距离的要求。
另外四个行驶工况的部分加速度统计分析散点图分别如图5—图8。
图5：行驶中加速加速度散点图 图6：溜行加速度散点图
图7：行驶中减速加速度散点图 图8：到站刹车加速度散点图
在剔除由于数据丢包造成的不合理数据之后，经过统计分析。各种行驶工况下的标定结果如下：
表1：公交车行驶工况加速度标定结果表
把以上标定成果用于长距离公交车车速引导的研究之中，精细化后的行驶工况划分，能够满足长距离车速引导的要求，且输出车速引导策略浮动较小，便于驾驶员遵从。
鉴于目前的大多数车辆的行驶工况参数研究都是针对小汽车的，公交车的行驶工况参数没有详细研究。在此也针对短距离速度引导粗略划分行驶工况方式，给出公交车标定参数如表2，给短距离车速引导计算参数的选取作为参考。
表2：公交车行驶工况加速度
3结语
本研究针对公交车长距离的车速引导，提出了一种使车速引导计算更加符合实际、具有可遵从、更加准确的工况划分方式，并进行了相应的加速度参数标定实验。实验测定标定了启动加速度、行驶中加速加速度、行驶中减速加速度、溜行加速度、到站刹车加速度五种公交车的主要行驶工况下的加速度参数，统计分析得到最终的标定结果。在数据处理过程中引入“当量加速度”的概念，来有效处理数据得到所需的标定结果。标定結果运用于后续公交车长距离速度引导研究[3]中，结果显示标定结果能够有效改善长距离车速引导输出值的易遵从性与合理性。
【参考文献】
[1] 马志雄.典型城市公交车行驶工况开发及研究[D].武汉：武汉理工大学汽车工程学院，2004.
[2] 杜爱民.步曦.陈礼蟠.余卓平.上海市公交车行驶工况的调查和研究[J]，同济大学学报.2006，34（7）.
[3] 高坤.杨冰.基于运行控制和信号优先的专道公交车经济驾驶辅助系统研究[R].上海：同济大学交通运输工程学院，2013.
[4] 李盂良.典型城市车辆实际行驶工况的研究[R].天津：中国汽车技术中心，2004.