胡 杰，曾德昌，孫自圓，韋天文，黎業(yè)輝

（1.武漢理工大學(xué) 現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545000；3.汽車零部件技術(shù)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430070）

基于車聯(lián)網(wǎng)的輕型汽油車排放估計(jì)

胡 杰1，曾德昌1，孫自圓2，韋天文2，黎業(yè)輝3

（1.武漢理工大學(xué) 現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545000；3.汽車零部件技術(shù)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430070）

針對(duì)目前汽油車排放無法實(shí)施有效遠(yuǎn)程監(jiān)控的問題，提出了一種基于車聯(lián)網(wǎng)的汽油車排放估計(jì)方法。選用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為排放估計(jì)模型建立的基礎(chǔ)，以速度、加速度和發(fā)動(dòng)機(jī)功率作為模型的輸入量，以不同工況的仿真數(shù)據(jù)為訓(xùn)練樣本，采用資源分配網(wǎng)絡(luò)算法（RAN）確定隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)，通過剪枝策略簡化網(wǎng)絡(luò)，以改進(jìn)的粒子群算法（MPSO）對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行全局最優(yōu)搜索優(yōu)化模型。結(jié)合自主研發(fā)的車輛信息遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，將遠(yuǎn)程采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)導(dǎo)入排放估計(jì)模型實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程排放估計(jì)。最后，通過車輛實(shí)際道路排放測試實(shí)驗(yàn)，將排放估計(jì)模型輸出結(jié)果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，驗(yàn)證了該排放估計(jì)方法的有效性。

車聯(lián)網(wǎng)；RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；排放估計(jì)

1 前言

隨著我國汽車保有量的迅速增長，汽車尾氣排放物對(duì)環(huán)境造成的污染問題日益嚴(yán)重。為此，相關(guān)政府部門不斷制定越來越嚴(yán)格的排放法規(guī)。如國家檢測單位對(duì)汽車的尾氣排放水平進(jìn)行實(shí)驗(yàn)認(rèn)證，新車強(qiáng)制要求搭OBD-II系統(tǒng)。但排放認(rèn)證實(shí)驗(yàn)并不能完全反映汽車在實(shí)際道路上行駛時(shí)的真實(shí)排放水平，同時(shí)OBD-II系統(tǒng)對(duì)于汽車在實(shí)際使用中的排放水平缺乏有效監(jiān)管。因此，需要一種更為準(zhǔn)確有效的途徑實(shí)現(xiàn)車輛實(shí)時(shí)道路的排放估計(jì)。

目前，國內(nèi)外的研究人員對(duì)此做了大量研究。發(fā)達(dá)國家對(duì)車輛排放模型的研究以美國為代表，經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的MOBILE模型到比較適合現(xiàn)代交通情況的CMEM，MOBILE用FORTRAN語言編寫，能夠估計(jì)在平均用車時(shí)的排放因子CO、HC、NOX，該模型主要表達(dá)為平均速度的函數(shù)，對(duì)如加速、怠速、急減速過程不敏感，不能代表車輛實(shí)時(shí)道路的排放情況。CMEM以大量車型的瞬時(shí)排放數(shù)據(jù)為研究基礎(chǔ)，考慮了車輛排放潛在影響因素，對(duì)排放估計(jì)較為準(zhǔn)確，但此方法需要大量數(shù)據(jù)和繁瑣的實(shí)驗(yàn)支持，對(duì)模型參數(shù)的高精度要求和對(duì)數(shù)據(jù)量的過高要求使模型難以建立。董剛，陳達(dá)良考慮瞬態(tài)車速和加速度的影響，利用回歸分析的方法對(duì)HC、CO、NOX的排放因子進(jìn)行估算得到的模型準(zhǔn)確性較高，但難以處理復(fù)雜的輸入?yún)?shù)，不利于實(shí)際應(yīng)用[1]。劉玉長、李君[2]建立了基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的汽油機(jī)穩(wěn)態(tài)排放模型，辨識(shí)效果較好，但無法對(duì)動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行辨識(shí)。

由此可知，國內(nèi)對(duì)于排放模型的研究集中于實(shí)驗(yàn)室以及排放因子模型的研究，沒有基于實(shí)時(shí)道路的排放估計(jì)研究。本文提出了一種基于車聯(lián)網(wǎng)的輕型汽油機(jī)排放估計(jì)方案。

2 基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)排放估計(jì)模型的建立

考慮到尾氣排放數(shù)據(jù)隨著速度和加速度的變化呈嚴(yán)重的非線性振動(dòng)變化；排放估計(jì)模型需要應(yīng)用到汽車實(shí)際道路行駛過程中的尾氣排放監(jiān)測，需要一個(gè)快速的預(yù)測模型來計(jì)算出尾氣排放數(shù)據(jù)。本文以RBF徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，仿真數(shù)據(jù)為樣本，構(gòu)建排放估計(jì)模型，并通過剪枝策略和改進(jìn)的粒子群算法（MPSO）優(yōu)化模型。

2.1 確定模型輸入/輸出量

汽車運(yùn)行狀態(tài)是影響其尾氣排放情況的主要因素之一，通常是以汽車運(yùn)行狀態(tài)和尾氣排放水平之間的關(guān)系建立機(jī)動(dòng)車微觀排放模型。作為模型的輸入，汽車運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確表示在很大程度上決定了模型的有效性。汽車運(yùn)行狀態(tài)受到駕駛行為、交通狀態(tài)等因素影響而呈現(xiàn)出復(fù)雜多變[3]，不能僅僅依靠汽車速度、加速度來表示汽車運(yùn)行狀態(tài)。

本文采用ADVISOR仿真軟件建立仿真模型，實(shí)驗(yàn)車型為某MPV車型，汽車主要性能參數(shù)見表1。

表1 汽車主要性能參數(shù)

以汽車性能參數(shù)為依據(jù)，在ADVISOR軟件中建立仿真模型。對(duì)汽車初始狀態(tài)、行駛循環(huán)、路面坡度等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。合理改變行駛循環(huán)以便仿真汽車的不同工況，如怠速、加速、減速和勻速，同時(shí)軟件可以通過Interactive Simulation功能實(shí)現(xiàn)實(shí)際駕駛汽車仿真。模型建立完成后，運(yùn)行不同工況或狀態(tài)仿真模型可得到相應(yīng)的仿真數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可作為分析排放影響因素的理論依據(jù)和排放估計(jì)模型的訓(xùn)練樣本。

通過改變行駛循環(huán)和控制變量法可分別得到行駛工況、速度、加速度、載重和路面坡度五個(gè)主要因素與排放物（HC、CO、NOX）的關(guān)系數(shù)據(jù)。通過對(duì)數(shù)據(jù)的處理得到關(guān)系曲線，對(duì)其定性分析?？紤]到現(xiàn)有的排放估計(jì)模型多以速度和加速度作為估計(jì)模型的輸入?yún)?shù)。但當(dāng)汽車以相同的速度、加速度在不同坡度的道路上行駛，其尾氣污染物排放率明顯是不同的，不同的載重量也類似，所以還需考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。因此，可以總結(jié)為速度、加速度和發(fā)動(dòng)機(jī)功率三個(gè)因素。

2.2 排放估計(jì)模型建立

由于不同物理量之間數(shù)值相差懸殊，達(dá)到多個(gè)數(shù)量級(jí)上的差異。為了避免同一維中較大數(shù)據(jù)因數(shù)值差異過大對(duì)較小數(shù)據(jù)的支配作用，防止因各維數(shù)據(jù)之間差異過大影響模型的預(yù)測效果，同時(shí)也為了加快訓(xùn)練速度，在建模之前需要對(duì)訓(xùn)練集和測試集樣本進(jìn)行歸一化處理。

2.2.1 確定隱含節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的泛化能力起著決定性作用。隱層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)過多會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)過度冗余，將會(huì)導(dǎo)致在網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和測試時(shí)需要消耗大量的軟硬件資源，而且容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)過擬合的現(xiàn)象；隱層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)過少，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)太小，不足以將所描述的問題表達(dá)清楚，造成部分關(guān)鍵信息丟失。

本文采用了資源分配網(wǎng)絡(luò)算法（RAN），根據(jù)“新穎性”條件來選擇隱層節(jié)點(diǎn)。

設(shè)樣本數(shù)據(jù)集A(j)={(xj,yj),j=1,2,…,n}，開始時(shí)由于網(wǎng)絡(luò)還沒有隱層節(jié)點(diǎn)，需要初始化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，本文利用第一、第二組樣本數(shù)據(jù)(x1,y1)和(x2,y2)進(jìn)行初始化：

w0=y1,w1=y2-y1,c1=x2,σ1=μδ2max（1）

其中0＜μ＜1，δmax為輸入樣本，xj之間的最大距離。

其中，ek為誤差，ε為期望的精度，cnearest為距離xj最近的隱層節(jié)點(diǎn)中心，δj=max{γδmax,δmin}，γ∈(0,1)，δmax和δmin分別為輸入空間xj之間的最大和最小誤差。

如果上述式（2）或者式（3）任一不滿足，則不增加隱層節(jié)點(diǎn)；否則增加一個(gè)隱層節(jié)點(diǎn)，并將該節(jié)點(diǎn)的參數(shù)設(shè)置為：

wL+1=ek,cL+1=xj,σL+1= γdj（4）

在選擇隱層節(jié)點(diǎn)時(shí)，雖然得到的隱層節(jié)點(diǎn)滿足式（2）和式（3），但其中往往還存在一些對(duì)網(wǎng)絡(luò)輸出貢獻(xiàn)不大的節(jié)點(diǎn)，它們的存在有可能會(huì)導(dǎo)致所構(gòu)造的網(wǎng)絡(luò)變得冗余。所以還需要對(duì)隱層節(jié)點(diǎn)作進(jìn)一步的篩選，本文采用剪枝策略來刪除不必要的節(jié)點(diǎn)，從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)起到簡化的作用。具體步驟如下：

（1）對(duì)于每次的輸入輸出的(xn,yn)，隱層節(jié)點(diǎn)的輸出為：

2.2.2 尋找網(wǎng)絡(luò)參數(shù)最優(yōu)解。本文使用改進(jìn)粒子群算法求解網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的最優(yōu)解?；玖Ｗ尤核惴ǎ˙PSO）是一種基于迭代模式的優(yōu)化方法。在該算法中，當(dāng)搜索最優(yōu)解的過程進(jìn)行到后期時(shí)，粒子群的種群多樣性會(huì)逐漸降低，容易陷入局部最優(yōu)的狀態(tài)。所以如何實(shí)現(xiàn)粒子種群在尋優(yōu)的后期保持一定的多樣性將是優(yōu)化基本粒子群算法的關(guān)鍵。本文對(duì)粒子群算法提出如下改進(jìn)，形成改進(jìn)粒子群算法（MPSO）：

①對(duì)加速常數(shù)和慣性權(quán)值進(jìn)行動(dòng)態(tài)自適應(yīng)改變，隨著迭代次數(shù)的增加，加速常數(shù)c1從初始值c1max非線性減小至c1min，相反c2從初始值c2min非線性增加至c2max。過程如下：

其中，Maxlter為最大迭代次數(shù)，lter為當(dāng)前迭代次數(shù)，α,β∈{0.5,1,1.5,2.0}。

為了讓粒子群在后期能夠收斂到全局最優(yōu)，必須阻止粒子群在前期就已經(jīng)陷入局部最優(yōu)。通過以上改進(jìn)，粒子速度更新公式中的加速常數(shù)和慣性權(quán)值將會(huì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)改變，表現(xiàn)為粒子的飛行速度和飛行方向更加多變，這樣便使得粒子群在前期能夠在全局空間內(nèi)飛行搜索，保證了在后期收斂到全局最優(yōu)的可能性。

②在尋優(yōu)的后期增加種群的多樣性，由于對(duì)后期的概念并沒有一個(gè)準(zhǔn)確的定義，也沒有判斷種群多樣性的明確標(biāo)準(zhǔn)。本文采用通過進(jìn)化停滯步數(shù)來判斷增加種群多樣性的時(shí)機(jī)。首先確定停滯步數(shù)的閾值T，一般取值范圍為4-7，當(dāng)進(jìn)化停滯步數(shù)超過了閾值的時(shí)候，對(duì)種群進(jìn)行變異，產(chǎn)生一組變異粒子。保持原速度更新公式不變，但是位置更新如式（10）：

變異粒子將會(huì)沿著pg的反方向飛行，其余粒子按原公式更新其位置和速度，向著pg飛行。這樣種群的多樣性就可以得到提高，從而防止陷入局部最優(yōu)。種群數(shù)量與變異率的乘積即可以得到變異粒子的數(shù)量，變異率一般取0.3-0.6，T的取值范圍為4-7。

利用前文所述的改進(jìn)粒子群算法求解網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的最優(yōu)解，具體步驟如下：

①初始化粒子群的參數(shù)。以基函數(shù)的中心c、基函數(shù)的方差σ、隱含層到輸出層的連接權(quán)值ω為粒子的參數(shù)編碼，并在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生粒子的速度vi和位置xi的一個(gè)隨機(jī)值作為初始值。進(jìn)化代數(shù)t取初始值為1。

②按歸一化均方根誤差的形式計(jì)算各個(gè)粒子的適應(yīng)度，計(jì)算公式如下：

③對(duì)于每一個(gè)粒子，利用式（11）計(jì)算得到適應(yīng)度后，與其pi所對(duì)應(yīng)的適應(yīng)度進(jìn)行比較，若更好則更新pi。

④對(duì)于每一個(gè)粒子，得到對(duì)應(yīng)的pi后，對(duì)比pi和全局最優(yōu)pg對(duì)應(yīng)的適應(yīng)度，若更好則更新pg。

⑤結(jié)合基本粒子群算法與公式（7）-（9），不斷改變粒子的速度vi和位置xi，同時(shí)對(duì)加速常數(shù)和慣性權(quán)值進(jìn)行動(dòng)態(tài)自適應(yīng)改變。

⑥若T代的最優(yōu)值沒有明顯變化，則開始對(duì)粒子群進(jìn)行變異，按照變異率選取一定數(shù)量的變異粒子，變異粒子的位置按式（10）進(jìn)行更新，變異粒子的速度以及其余粒子的位置與速度均按照步驟⑤更新。

⑦判斷是否結(jié)束尋優(yōu)過程，判斷條件與其他迭代模式算法一樣是最大迭代次數(shù)或者目標(biāo)精度。若條件符合，則結(jié)束尋優(yōu)過程，得到網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的最優(yōu)解；否則當(dāng)前代數(shù)增加1，并轉(zhuǎn)向步驟④繼續(xù)進(jìn)行迭代。

2.2.3 模型建立。利用仿真分析得到的數(shù)據(jù)，得到3 353個(gè)樣本，考慮到短時(shí)實(shí)際工況，形成(3 353-m)個(gè)樣本，m取初值為5。所有輸入向量組成(m+3)*(3 353-m)維的輸入矩陣，所有輸出向量為3*(3 353-m)維的輸出矩陣。通過randperm()函數(shù)將1到(3 353-m)的順序數(shù)列隨機(jī)打亂，得到數(shù)列randnum數(shù)列，再由此取1 100個(gè)訓(xùn)練樣本、1 100個(gè)測試樣本和500個(gè)監(jiān)視樣本。

建立模型過程中用到的重要參數(shù)設(shè)置如下：RAN中 ε=0.01，γ=0.9，μ=0.6，MPSO中 m=40，α=β=2.0，γ=1.5，c1max=c2max=2.5，c1min=c2min=0.5，ωmax=0.9，ωmin=0.4。

本文對(duì)比了利用不同短時(shí)實(shí)際工況作為模型輸入的預(yù)測結(jié)果均方根誤差，見表2。最終決定選取工況點(diǎn)前3s內(nèi)的速度以及工況點(diǎn)的速度為短時(shí)實(shí)際工況，即m=3。這也與其他研究中對(duì)加減速工況的普遍定義相符合，即加速度或減速度連續(xù)3s均大于0.45m/s2則認(rèn)為是加速工況或減速工況。為了表示汽車行駛工況，并不是m取值越大越好。因?yàn)槠囋诔鞘兄行旭倳r(shí)，大多數(shù)情況持續(xù)加速一般在4s以內(nèi)，當(dāng)m=4時(shí)，短時(shí)實(shí)際工況已經(jīng)考慮了5s內(nèi)的速度情況，可能不能準(zhǔn)確表征汽車運(yùn)行狀況，對(duì)模型來說會(huì)造成干擾。

表2 模型預(yù)測結(jié)果均方根誤差對(duì)比表

2.3 排放估計(jì)模型測試

利用ranperm()函數(shù)在仿真數(shù)據(jù)中隨機(jī)選取1 100個(gè)樣本點(diǎn)，經(jīng)過本排放估計(jì)模型的計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的預(yù)測值，根據(jù)仿真數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)的實(shí)際值得到均方根誤差，各污染物排放率預(yù)測值均方根誤差分別見表3：

表3 各污染物排放率預(yù)測值均方根誤差

為了更直觀地展示測試樣本預(yù)測值與實(shí)際值的擬合效果，將模型輸出結(jié)果與樣本實(shí)際值繪于同一張圖中，并將各個(gè)樣本點(diǎn)按排放率大小進(jìn)行排序，同時(shí)采用了主次縱軸，較大預(yù)測值與較大實(shí)際值對(duì)應(yīng)次縱軸，以圖1-圖3分別對(duì)應(yīng)HC、CO、NOx三種污染物的排放率預(yù)測結(jié)果。三種污染物的預(yù)測值均方根誤差均小于5%，預(yù)測效果良好。

同時(shí)還將本算法與MATLAB的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱newrb()建立的近似(approximate)徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及通過基本粒子群算法（BPSO）優(yōu)化的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對(duì)比，見表4。

從對(duì)比結(jié)果來看，本文通過運(yùn)用RAN算法和MPSO算法使得RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到了較大的優(yōu)化效果，僅通過使用23個(gè)隱層節(jié)點(diǎn)和34次迭代就在一定程度上降低了各項(xiàng)誤差指標(biāo)，訓(xùn)練時(shí)間也大幅下降。

圖1 HC排放率預(yù)測效果

圖2 CO排放率預(yù)測效果

圖3 NOx排放率預(yù)測效果

表4 三個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能比較

3 汽車實(shí)際道路排放測試實(shí)驗(yàn)

采用基于車聯(lián)網(wǎng)的車輛運(yùn)行狀態(tài)信息采集系統(tǒng)和基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的排放估計(jì)模型，通過實(shí)車在實(shí)際道路的排放測試實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證該信息采集系統(tǒng)和排放估計(jì)模型的可行性。

3.1 實(shí)驗(yàn)方案

本實(shí)驗(yàn)采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法。使用課題組自主研發(fā)的車載終端實(shí)時(shí)采集汽車運(yùn)行數(shù)據(jù)，車載終端硬件部分包括微處理器芯片（MCU）、CAN收發(fā)器、2G模塊、GPS模塊、電源模塊、啟動(dòng)檢測模塊。其硬件實(shí)物如圖4所示。使用SEMTECH-DS車載排放分析儀來進(jìn)行實(shí)際道路車輛尾氣污染物排放率測試，實(shí)物如圖5所示。在實(shí)驗(yàn)路線的選擇上，為了采集到車輛在不同行駛工況下的排放數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)路線應(yīng)包含城市路段、快速路段和高速路段。

圖4 車載終端

圖5 SEMTECH-DS車載排放分析儀車內(nèi)布置圖

實(shí)驗(yàn)過程中，SEMTECH-DS車載排放分析儀以1Hz的頻率實(shí)時(shí)測量汽車尾氣中NO、NO2、THC、CO、CO2和O2的質(zhì)量濃度，SENSOR Tech-PC軟件結(jié)合EFM流量計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算出尾氣各成分的質(zhì)量排放率，同時(shí)排放分析儀以相同的頻率OBD接口請(qǐng)求車輛狀態(tài)信息數(shù)據(jù)。車載終端通過OBD接口與車輛CAN總線通信，以1Hz的頻率向該模塊發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)CAN幀來請(qǐng)求車輛狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，然后接收該模塊返回的帶有所需信息數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)CAN幀。最后車載終端通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)將這些原始數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至后臺(tái)服務(wù)器，將服務(wù)器獲取的車輛狀態(tài)信息導(dǎo)入排放估計(jì)模型，得到排放估計(jì)值。由于本課題需要分析這兩方面數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，所以必須保證兩方面數(shù)據(jù)在時(shí)間上嚴(yán)格同步，這就需要在實(shí)驗(yàn)之前將筆記本電腦和服務(wù)器進(jìn)行時(shí)間同步。

表5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

通過比較排放儀采集的車輛狀態(tài)信息和車載終端采集的車輛狀態(tài)信息，驗(yàn)證基于車聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可行性；通過比較排放儀檢測的排放值和排放估計(jì)模型的排放值，驗(yàn)證排放估計(jì)模型的可靠性。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

從服務(wù)器調(diào)出實(shí)驗(yàn)車輛在實(shí)驗(yàn)過程中上傳的車輛狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，并按照本文提出的短時(shí)實(shí)際工況進(jìn)行整理，共5426組有效數(shù)據(jù)，部分?jǐn)?shù)據(jù)見表5。

利用前文所述建模方法，選取1 000組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，建立模型過程中用到的重要參數(shù)如下設(shè)置：RAN中 ε=0.01，γ=0.9，μ=0.6，MPSO中 m=40，α=β=2.0，γ=1.5，c1max=c2max=2.5，c1min=c2min=0.5，ωmax=0.9，ωmin=0.4。選取800組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)所建立的模型進(jìn)行測試，預(yù)測效果達(dá)到了第2節(jié)中模型的預(yù)測水平。具體見表6。

表6 各污染物排放率預(yù)測值均方根誤差

圖6至圖8為各污染物排放率預(yù)測效果圖。可以觀察到，預(yù)測效果良好，對(duì)各范圍內(nèi)的排放率，預(yù)測值與實(shí)際值吻合程度較高，基本保持在實(shí)際值上下一定范圍內(nèi)波動(dòng)。

預(yù)測結(jié)果相比第2節(jié)中的模型預(yù)測效果有所降低，

原因可能是：

圖6 HC排放率預(yù)測效果

圖7 CO排放率預(yù)測效果圖

圖8 NOx排放率預(yù)測效果

①實(shí)際實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)相比仿真所得數(shù)據(jù)更復(fù)雜，仿真分析中采用的循環(huán)是ADVISOR自帶的標(biāo)準(zhǔn)工況循環(huán)，車輛速度等參數(shù)基本按照循環(huán)準(zhǔn)確改變，而實(shí)際實(shí)驗(yàn)中車輛行駛在實(shí)際道路上，駕駛員對(duì)車輛的控制相當(dāng)復(fù)雜且不穩(wěn)定，波動(dòng)范圍因人而異。

②由于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣到采樣管這個(gè)過程需要一段時(shí)間，排放分析儀采集的尾氣樣本可能是發(fā)動(dòng)機(jī)在前一個(gè)不確定時(shí)刻運(yùn)行產(chǎn)生的廢氣。加之車聯(lián)網(wǎng)信息采集系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)與實(shí)際存在一個(gè)微小時(shí)間差，車輛運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)與車輛尾氣污染物排放數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系欠缺更精細(xì)的考慮。

4 結(jié)束語

本文通過理論分析，確定了輕型汽油車在實(shí)際道路行駛過程中影響排放水平的關(guān)鍵因素，建立了由轉(zhuǎn)速、加速度和功率3個(gè)參數(shù)為輸入的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)排放估計(jì)模型?；谲嚶?lián)網(wǎng)開發(fā)車輛信息采集系統(tǒng)，將排放估計(jì)模型和車輛信息采集系統(tǒng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程排放估計(jì)。經(jīng)驗(yàn)證，車輛信息采集系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠采集到準(zhǔn)確的車輛運(yùn)行信息，所建模型能夠較準(zhǔn)確地估計(jì)輕型汽油機(jī)的實(shí)時(shí)排放率。同時(shí)所建立估計(jì)模型在精度上略有不足。若要提高模型精度和模型對(duì)工況的適應(yīng)性，還應(yīng)考慮其他影響因素，如發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度、大氣溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)老化程度等。

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Estimation of Emissions of Light-duty Gasoline Vehicles Based on Internet of Vehicles

Hu Jie1,Zeng Dechang1,Sun Ziyuan2,Wei Tianwen2,Li Yehui3
(1.Hubei Key Laboratory for Modern Automobile Spare Parts&Technology at Wuhan University of Technology,Wuhan 430070;2.SGMW Co.,Ltd.,Liuzhou 545000;3.Hubei Collaborative Innovation Center for Automobile Spare Parts&Technology,Wuhan 430070,China)

In this paper,in view of the unavailability of effective remote monitoring over the gas emissions of gasoline vehicles,we proposed a gasoline vehicle emissions estimation method based on the Internet of Vehicles.Selecting the RBFNN as basis,speed,acceleration and motor power as input,and simulation data under different working conditions as training sample,we used the RAN to determine the number of nodes on the implicit strata,reduced the network using the pruning strategy and carried out the global optimization over the network parameters using MPSO.At the end,by comparing the simulation outcome with the empirical data,we demonstrated the validity of the estimation method.

Internet of Vehicles;RBFNN;emissions estimation

F253.9;F407.471

A

1005-152X(2017)09-0160-07

10.3969/j.issn.1005-152X.2017.09.037

2017-08-05

柳州市科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016B050101）

胡杰，男，博士，武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院副教授，研究方向：發(fā)動(dòng)機(jī)電子電控、汽車智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)等；曾德昌，通訊作者，男，碩士研究生，研究方向：汽車智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)、汽車診斷及其應(yīng)用等。