李澤，嚴(yán)思敏，吉丹霞

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西 西安 710119）

前言

臺(tái)架壽命試驗(yàn)是考核變速箱可靠性和耐久性的主要手段，臺(tái)架試驗(yàn)條件的設(shè)置是否接近實(shí)際工況更是試驗(yàn)成功與否的先決條件[1]。采集車輛的道路載荷譜是獲取實(shí)際道路工況最準(zhǔn)確有效的方法之一，而如何從大量的路譜原始數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確提取出所需要的關(guān)鍵信息更是路譜研究工作的重中之重[2]。國(guó)外對(duì)汽車變速箱耐久試驗(yàn)條件與實(shí)際道路工況的匹配做了很多研究，已有完善的路譜采集分析體系并制定了相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，而國(guó)內(nèi)則是處在起步階段，缺少具有指導(dǎo)意義的數(shù)據(jù)庫(kù)[3]。本文主要從路譜數(shù)據(jù)的采集、關(guān)鍵信息的提取以及對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理的算法三個(gè)方面進(jìn)行路譜工作的相關(guān)研究。

1 道路載荷譜原始數(shù)據(jù)與關(guān)鍵參數(shù)

1.1 道路載荷譜原始數(shù)據(jù)

道路載荷譜主要是由數(shù)據(jù)采集設(shè)備在車輛正常行駛過(guò)程中，從發(fā)動(dòng)機(jī)CAN總線不斷提取車輛行駛的相關(guān)信息并記錄，從而得到的整個(gè)采集時(shí)間段內(nèi)的車輛行駛信息數(shù)據(jù)。為采集到完整的道路載荷譜，一般會(huì)選取路線及使用地區(qū)固定的車輛進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間采集[4]。以1s的采樣間隔為例，采集一個(gè)月，假設(shè)車輛每天行駛10小時(shí)，則采集到的路譜原始數(shù)據(jù)一共有1080000組，每組數(shù)據(jù)一般包括該時(shí)刻的日期、時(shí)間、ECU里程、油門開(kāi)度百分比、負(fù)載百分比、瞬時(shí)油耗、車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩百分比、經(jīng)緯度、海拔等信息。數(shù)據(jù)量非常龐大。

為準(zhǔn)確而完整地記錄路譜信息，建議采樣間隔不大于5秒，推薦采樣間隔為1s。采樣間隔過(guò)小會(huì)導(dǎo)致采集到的數(shù)據(jù)過(guò)多而增加處理難度；當(dāng)采樣間隔大于5秒時(shí)容易漏掉部分工況信息，導(dǎo)致采集得到的數(shù)據(jù)不能真實(shí)反映實(shí)際道路工況。

采集到的原始數(shù)據(jù)會(huì)以數(shù)采設(shè)備適配的格式儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)儲(chǔ)存卡中，部分?jǐn)?shù)采具有將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到云平臺(tái)的功能，以便用戶隨時(shí)查看采集過(guò)程是否正常。

1.2 關(guān)鍵輸入?yún)?shù)

對(duì)路譜原始數(shù)據(jù)的分析計(jì)算需要依托于車輛本身的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行。以某次輕卡城市周邊道路譜采集為例，數(shù)據(jù)處理所需的整車的基本參數(shù)如表1所示。

表1 整車的基本配置

2 關(guān)鍵信息提取與算法研究

2.1 路譜原始數(shù)據(jù)的關(guān)鍵信息提取

對(duì)于某次路譜采集的路況特征，一般用以下數(shù)據(jù)進(jìn)行描述：（1）整個(gè)路譜采集過(guò)程中各擋位的使用時(shí)間，用以描述該路況下的擋位使用習(xí)慣；（2）每個(gè)擋位下，任一扭矩段和任一發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速段的使用時(shí)間，用以描述該擋位使用的工況類型（例：5擋高速低扭段使用時(shí)間長(zhǎng)，1擋低速高扭段使用時(shí)間長(zhǎng)）；（3）換擋次數(shù)統(tǒng)計(jì)，用以考察擋位更換的頻繁程度，對(duì)同步器壽命驗(yàn)證有重要意義；（4）換擋策略統(tǒng)計(jì)，即從某一擋位換入另一擋位的次數(shù)統(tǒng)計(jì)，用以具體看該路況下的擋位操作習(xí)慣（例：1擋、2擋使用時(shí)間占比不高，但換擋次數(shù)卻高于其他擋位，說(shuō)明部分路況起停操作較頻繁，但長(zhǎng)時(shí)間在固定的高擋位穩(wěn)定行駛）；（5）加速計(jì)算結(jié)果，根據(jù)“等效損傷理論”（公式1）對(duì)每個(gè)擋位向某一標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速和扭矩進(jìn)行加速轉(zhuǎn)換，加速系數(shù)使用AGMA1或其他標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)。該加速結(jié)果是設(shè)計(jì)變速器耐久試驗(yàn)的關(guān)鍵參數(shù)，也是路譜數(shù)據(jù)采集的主要目的之一；（6）其他信息，如：每個(gè)擋位下的車速使用統(tǒng)計(jì)和油門使用統(tǒng)計(jì)等。

式中：

T——在標(biāo)準(zhǔn)載荷T0 下的總作用時(shí)間；

n0——標(biāo)準(zhǔn)載荷T0下的轉(zhuǎn)速；

ni——載荷Ti下的轉(zhuǎn)速；

ti——載荷Ti下和轉(zhuǎn)速ni下的作用時(shí)間；

T0——標(biāo)準(zhǔn)載荷；

Ti——第i級(jí)載荷；

不難看出，對(duì)路譜信息的提取均依托于一個(gè)最基本的參數(shù)，那就是每一時(shí)刻的擋位，而擋位信息卻是無(wú)法直接采集的（目前國(guó)內(nèi)商用車還是以機(jī)械式變速箱為主，無(wú)法輸出實(shí)時(shí)擋位信息），因此對(duì)擋位信息的提取就成為了路譜數(shù)據(jù)處理中最關(guān)鍵也是最難的點(diǎn)。

2.2 采集數(shù)據(jù)分析

目前對(duì)擋位信息的提取采用通過(guò)其他信息反算的方法，由車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等信息反算出該時(shí)刻的速比，更接近變速箱哪個(gè)擋位的速比，就認(rèn)為該時(shí)刻掛入該擋位。速比反算公式如下（公式2）：

式中：

if——反算速比

vf——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/rpm

r——輪胎半徑/m

iq——后橋速比

vc——車速 / km/h

但是，由該方法反算出來(lái)的速比受到車速及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)的影響較大，導(dǎo)致反推的擋位也有許多不合理的波動(dòng)，這些波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)路譜數(shù)據(jù)分析結(jié)果不夠準(zhǔn)確。如何用合理的算法剔除這些波動(dòng)值，是道路載荷譜原始數(shù)據(jù)分析的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文介紹一種反算擋位波動(dòng)值的剔除算法，可以使提取出的實(shí)時(shí)擋位信息更準(zhǔn)確。

該擋位判定算法的原理是通過(guò)關(guān)鍵行車參數(shù)及在擋位的持續(xù)時(shí)間對(duì)每一時(shí)刻的擋位有效性進(jìn)行判定。具體判定方法如以下流程圖1所示，將被判定的時(shí)刻記為i時(shí)刻，將i時(shí)刻的反算擋位值記為“i計(jì)算”，將i時(shí)刻最終判定的判定擋位值記為“i判定”。

圖1 擋位判定算法流程圖

通過(guò)以上判定算法后，得到的每一時(shí)刻的判定擋位值認(rèn)為是該時(shí)刻所使用的擋位。使用判定后的擋位值進(jìn)行后續(xù)路譜數(shù)據(jù)分析處理，會(huì)使分析結(jié)果更加準(zhǔn)確，尤其是對(duì)擋位使用信息的分析會(huì)更加符合實(shí)際。

利用該算法對(duì)每一采集時(shí)刻反算擋位的判定可以通過(guò)MATLAB 等數(shù)學(xué)計(jì)算軟件完成，將判定前后的擋位信息放在一起比較，會(huì)發(fā)現(xiàn)判定后的擋位明顯過(guò)濾掉了判定前計(jì)算擋位存在的頻繁而不合理的數(shù)值波動(dòng)。

3 總結(jié)

本文結(jié)合在實(shí)際路譜采集與分析工作中總結(jié)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，從采集、分析、計(jì)算三個(gè)方面對(duì)路譜采集分析相關(guān)工作進(jìn)行了研究。

路譜采集分析相關(guān)工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)是對(duì)擋位信息的提取，后續(xù)所有的分析都是基于每一采集時(shí)刻的擋位進(jìn)行的，本文介紹的擋位判定算法可以有效剔除掉現(xiàn)有擋位算法所引入的大量無(wú)效波動(dòng)值，使擋位計(jì)算結(jié)果更加合理，使路譜分析結(jié)果更加準(zhǔn)確。