【文章內(nèi)容簡介】 10%。1999年時，濰坊人均國內(nèi)生產(chǎn)總值就已近突破1000美元，到2006年，實現(xiàn)了人均GDP2000美元的突破，這期間只用了7年的時間。與此同時，國內(nèi)的人均GDP也達到了20003000美元，這預(yù)示著我國的經(jīng)濟發(fā)展進入了一個嶄新的階段。據(jù)說，當(dāng)一個國家的人均GDP達到 10003000美元時，就說明這個國家目前的經(jīng)濟發(fā)展水平是相當(dāng)高的，這個國家的各個方面發(fā)展的速度也會很高。如今中國已經(jīng)加入了WTO，我國的汽車產(chǎn)業(yè)也開始走向國際化，濰坊也面臨著如此情況。目前，濰坊市糟糕的交通情況主要是由道路方面的原因引起的。濰坊是一個人口大城市，而且市區(qū)人口將近占總?cè)丝诘陌俜种?jù)相關(guān)資料顯示，1949年，在車管部門登記的機動車的數(shù)量僅有49輛，然而，到了2008年，在濰坊市車管部門登記的機動車的數(shù)量達到了820000輛。居民日出行總量為6030000人次左右，其中，固定居民人口的日出行量在20800人次，流動人口的日出行量在1300000和1600000人次之間。從居民出行時間的分布情況可以得出，早上7點到9點之間和晚上6點到8點之間是居民出行的高峰期，其中。據(jù)調(diào)查可以得出，從總體情況來看，客流走向以主核心區(qū)為中心向四周呈放射狀，主核心區(qū)客流的流量教集中，北部客流和南部客流是城市的兩條主要客流，南部客流量多于北部客流量。濰坊市機動車出行最密集的區(qū)域是城墻區(qū)，由此可以反映出濰坊的城市特征。其中，二環(huán)線內(nèi)道路的堵塞情況比較嚴重。機動車主要在主干道上運行，通過對市區(qū)的交通情況的調(diào)查可以看出，市區(qū)大部分的主干道的交通流量已經(jīng)超出了其可承受的范圍。例如，北大街的二府街到光輝巷在高峰期時的交通流量為每小時4372輛，已經(jīng)遠遠超出了其限度。交叉口的平均停車率達到百分之50以上。在高峰期時，北大街什字路口的交通量為每小時6725輛、西華門什字路口的交通量為每小時6434輛、鐘樓盤道路口的交通量為每小時8241輛。這三個路口的交通量均超出了其可承受的最大限度。除此之外，在高峰期時，一些十字路口的交通量是難以想象的。通過上面的分析我們可以看出，本地的道路交通情況比較糟糕。就城市道路建設(shè)方面來講，跟其他一些經(jīng)濟發(fā)展速度較快的城市相比，濰坊的道路建設(shè)發(fā)展的比較緩慢，每年道路的增長率僅僅在百分之二和百分之三之間，而各種類型車輛的增長速度達到了百分之10到百分之15。國家建設(shè)部頒發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：，剛剛達到合理路網(wǎng)的最低底線。然而，目前濰坊的人均道路面積并未達到國家規(guī)定的水平，僅僅為 。濰坊二環(huán)線以內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)交通堵塞的現(xiàn)象，交通流量也已基本飽和，而且，交通流量還在不斷增長。然而，一些主要干道的車速卻比較慢。由于機動車的數(shù)量一直在不斷的持續(xù)增長，若不采取合理的措施，目前這種相對平衡的狀態(tài)不會一直持續(xù)下去?？偹苤?，汽車在行駛過程中不僅燃油量較高，而且還會產(chǎn)生一些污染物。隨著機動車數(shù)量的不斷增加，其排放出的污染物的數(shù)量也在不斷增加，這些污染物極大的威脅著人類的身體健康。二十世紀六十年代，美國做了一項調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：造成空氣質(zhì)量下降的最主要的原因就是車輛尾氣的。二十世紀七十年代時，為了減少車輛污染物的排放量，加州首先頒布了排放法規(guī)，此法規(guī)的頒布大大增加了汽車工業(yè)的開發(fā)效率，同時也降低了發(fā)動機污染物的排放量。采用一種可以比較發(fā)動機之間性能差異的測試程序，可以對不同的發(fā)動機有一個整體的了解，這樣，就可以得出各種發(fā)動機污染物排放的情況，這種此種測試程序被稱為行駛工況。美國率先研究和開發(fā)了這種工況，給其他國家在此方面的研究提供了一些經(jīng)驗，目前，由于評價模式和研究主體的不同，形成了各式各樣、用途廣泛的行駛工況，這些工況不僅能夠測試輕型車輛和重型車輛的性能，而且能夠測試汽油車和柴油車輛的性能。目前，在一些工業(yè)比較發(fā)達的國家，除了法規(guī)和工況外，還有一些其他比較典型的循環(huán)，例如：紐約城市循環(huán)、wVU系列工況、日本東京循環(huán)和西方Hyzem。據(jù)相關(guān)部門的統(tǒng)計結(jié)果顯示，目前，工況的種類可以達到70種左右。這些工況不僅能反應(yīng)車輛行駛的實際道路的情況，也能夠反映車輛實際的操作情況，除此之外，這些行駛工況也可用于車輛的研究、維護和檢查。行駛工況按用途可以分為以下幾種：第一種行駛工況，可以用來檢測和評價車輛污染物的排放情況。第二種行駛工況，可以用來檢測和評價車輛燃料消耗量的情況?？偟膩碇v，目前世界上普遍使用的行駛工況還是西方、美國和日本三大體系所采用的行駛工況。這三大體系的相關(guān)內(nèi)容已經(jīng)在第一章中提到。本章在分析目前世界上廣泛采用的車輛行駛工況的基礎(chǔ)上，為下一章提供了理論基礎(chǔ)。研究人員要想了解某一類型車輛在特定交通環(huán)境下的循環(huán)工況，就必須對此種車輛進行各種實驗，通過這些實驗，可以得到一些車輛的速度等一些參數(shù)；接著，再根據(jù)交通流量、道路類型和道路的擁擠情況定義出市區(qū)、郊區(qū)和高速公路，并且確立了用于計算車輛運行狀況的相關(guān)參數(shù)，如平均速度，加速度等；最后，再從試驗中提取出一些樣本數(shù)據(jù)，在相關(guān)理論的基礎(chǔ)上建立車輛行駛工況。通過查閱一些文獻可以看出，在此項行駛工況的建立方法中，最重要的就是工況的解析方法，因為車輛實際運行的特征是由行駛工的解析方法決定的，不同的行駛工況能夠反映出不同類型車輛的實際運行特征，甚至能反應(yīng)出其行駛地域交通的情況。目前世界上關(guān)于如何從大量的道路試驗數(shù)據(jù)中分析出有效的行駛路況的理論相當(dāng)多，這些理論都是由一些科研機構(gòu)或某些高等院校提出的。下面介紹幾種方法：第一種：行程分析法在使用第一種方法之前，我們應(yīng)該弄清楚幾個問題。首先要明白的一個問題就是如何區(qū)分短行程和行程這兩個概念。在車輛工程學(xué)里我們所說的短行程，就是一個獨立的概念，它通常情況下是指運動學(xué)片段；然而短行程的概念則是這樣定義的，即是相鄰兩個停車點之間的機動車輛的行駛過程稱為一個短行程，具體來說可以定義為：是車輛從一個怠速開始到下一個怠速開始的這樣一個完整的運動行程，它涵蓋了一個怠速部分，此外還包含一個正常的行駛部分。而行程的概念，一般我們可以這樣來定義：行程通常情況下是指機動車輛發(fā)動機從啟動一直到機動車輛發(fā)動機熄火這兩個操作動作之間的所有過程，這個過程中汽車行駛的整個過程。但是，通常情況下，然而研究過程中行駛過程的時間要至少持續(xù)205秒，否則的話，會嚴重影響實驗測試的最后結(jié)果。通過大量的實驗表明，從整體運行過程去研究的最大優(yōu)勢在于可以測試出高速、中速、低速運行的機動車輛的運動特征。本文所采用的分析工況的方法就是此種方法。特別注意的是在我們對一個個運動學(xué)片段的提取過程中，為了實現(xiàn)建立有一定代表性的行駛工況，我們可以根據(jù)實驗過程選擇的不同交通情況進行分類提取，在對數(shù)據(jù)進行分析時，我們一般使用兩種方法：第一種采用的是統(tǒng)計的方法，把全行駛狀態(tài)作為連續(xù)事實和現(xiàn)象，在建立行駛工況之前應(yīng)該劃分出工況的等級，接著再人為的合成這些工況；第二種則是從道路的交通特征入手，在研究構(gòu)成全行駛的各個運動學(xué)片段的基礎(chǔ)上，對工況進行構(gòu)建。第二種方法是目前國際上所采用的一種新的方法。車輛從出發(fā)到停止，此過程會經(jīng)過多次停車和起步，同時，也會受到道路交通狀況的影響?？偟男谐炭梢钥醋霾煌蔚慕M合，其中某些片段反映的交通狀況可能存在一些相似性。不同的時間、不同的地理位置和道路類型會出現(xiàn)相同的運動學(xué)片段，有時會出現(xiàn)高速公路上的某些片段的特征和擁擠城市中的某些片段完全一致的情況。將這些不同的片段和交通特征聯(lián)系起來，并分析出符合低速、中速和高速的運動形態(tài)，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造出低俗、中速和高速的行駛工況。此種方法被證明是合理有效的。把車速曲線當(dāng)作時間的函數(shù)來分析，這一曲線的特征參數(shù)即可作為交通狀況的函數(shù)。從最初的數(shù)據(jù)中分割出運動學(xué)片段，并對這些片段的特征和參數(shù)進行分析，接著，再采用聚類技術(shù)對其片段進行分類，這樣，就得出了與這個交通特征相對應(yīng)的類集合，最后，在相關(guān)理論的基礎(chǔ)上就能構(gòu)建出合理的代表工況[20]。 第二種：定步長截取法該方法的具體做法是：首先將所有收集到的試驗數(shù)據(jù)進行匯總；然后從匯總的數(shù)據(jù)中截取一定的數(shù)據(jù)段作為備選工況，與此同時，計算出總試驗數(shù)據(jù)的平均速度、平均運行速度、平均加速度、平均減速度以及加速比例和減速比例，并把這些數(shù)據(jù)作為判定的準(zhǔn)則數(shù)。最后，運用相關(guān)軟件計算出所截取的備選工況的相關(guān)特征參數(shù)值，并與總體試驗數(shù)據(jù)的特征參數(shù)求相關(guān)，接著對相關(guān)系數(shù)的大小進行比較，相關(guān)系數(shù)最大的即為反映車輛實際運營特征及道路交通條件的行駛工況。第三種：V一A矩陣分析法該方法主要通過比較備選工況的車速一加速度聯(lián)合概率分布矩陣與總體試驗數(shù)據(jù)的相似程度來確定車輛的行駛工況。該方法的具體步驟為：第一步，將總的試驗數(shù)據(jù)運用運動學(xué)片段的劃分原則分為n個片段，作為備選工況；第二步，緊接著分別統(tǒng)計出總體試驗數(shù)據(jù)和備選工況在等速和加速度間隔內(nèi)的二維分布概率。第三步，運用最小二乘原理分析出兩矩陣之間的相似程度，根據(jù)相似程度的大小來進行選擇，相似程度最大的即為反映車輛實際運營特征及道路交通條件的行駛工況。第四種：馬爾可夫分析法美國加利福尼亞大學(xué)的Lmjie博士在研究車輛典型行駛工況的解析方法的過程中提出了此方法。其中所采用的馬爾可夫鏈?zhǔn)且园驳铝荫R爾可夫來命名的，馬爾可夫鏈?zhǔn)菙?shù)學(xué)中具有馬爾可夫性質(zhì)的離散時間隨機過程。其物理過程可以簡單描述為，在已知的“現(xiàn)在”的條件下，“將來”與“過去”是各自獨立的，無任何聯(lián)系。 通過介紹上述的分析方法，我們可以得出，每種方法所采用的理論基礎(chǔ)都是不同的，本項目之所以會采用行程分析法作為構(gòu)建濰坊市區(qū)乘用車行駛工況的分析方法是因為考慮到了市區(qū)行駛的特點以及數(shù)據(jù)處理等因素。這種方法在國際上的應(yīng)用比較廣泛，此方法是在運動學(xué)片段的基礎(chǔ)上建立起來的。構(gòu)建工況的基本數(shù)據(jù)正是車輛實際行駛特征數(shù)據(jù)，是在完善的試驗道路設(shè)計的基礎(chǔ)上而得到的速度一時間數(shù)據(jù)。具體做法為：首先將車輛行駛的特征數(shù)據(jù)劃分為獨立的運動學(xué)片段；接著計算出這些運動學(xué)片段的特征值，并形成具有特征值的片段數(shù)據(jù)庫，由于特征值的數(shù)量比較多，這就使得分類過程比較復(fù)雜，因此通過比較不同片段的特征值：然后再利用主成分分析的方法對這些片段進行處理；最后，運用聚類分析的理論在把運動學(xué)片段進行分類，根據(jù)不同片段的數(shù)據(jù)和特征，提取合適的運動學(xué)片段，這樣，就組成具有一定時間或行程長度的目標(biāo)工況。再對目標(biāo)工況進行驗證，最終得到了具有代表性的行駛工況。上面提到的主成分分析法和聚類分析法會在下章詳細說明[21]。21濰坊市區(qū)行駛工況解析流程圖第三章 濰坊市車輛行駛工況開發(fā)試驗方法如何選取，最重要的是要確定利用儀器設(shè)備收集測試試驗數(shù)據(jù)。在國內(nèi)多數(shù)情況下我們使用的有三種獲取數(shù)據(jù)的方法。第一種方法為：自主行駛法。也就是我們常用到的一種方法，通常情況下車主按自己使用正常用途車輛，具體的行駛路線和方式為自主行駛，這樣的設(shè)計方式是非常強大的。這種方法的優(yōu)點的具體來說主要有：不需要測試時間和提前計劃測試線，所以一般來說這種方法的可選性強的，同時，實驗車輛運行在正常使用的情況,由于各種相關(guān)測量儀器有足夠的數(shù)據(jù)收集是容易獲得相關(guān)詳細的從不同類型的數(shù)據(jù),但應(yīng)該指出,這種方法不能對一個特定類型的道路,同時,該方法可以提供更詳細的信息,如位置信息和試驗相關(guān)交通流量等信息,此外,該方法的實驗測試的周期是非常長的，因此要通過做大量的實驗，這些大量的實現(xiàn)測試將花費大量的人力和物力資源。第二種方法為：平均車流統(tǒng)計法。也就是我們通過工況來表示的一種方法，因此這個方法又可以叫做代表工況法。代表工況法要求機動車輛駕駛員駕駛實驗中選取的實驗車輛，按照實驗的要求，在給定的某一個時間段，在給定的某一段試驗道路上，不做主觀的加速減速，僅僅是隨平均車流行駛，注意盡量不要去選擇加速趕超別的車輛，最好也不要任意的降低車速。平均車流統(tǒng)計法在實際的操作過程中也是相對容易的。不過需要指出的是，由于在實驗駕駛車輛的過程中具備一定的主動性，這樣以來這樣就要求在實際測試的過程中，需要規(guī)劃試驗時間和試驗路線，因此實際上這種方法在理論上并不能叫做標(biāo)準(zhǔn)的駕駛行為。第三種方法為：車輛追蹤法。即駕駛員駕駛試驗用車跟蹤目標(biāo)車輛的方法。該方法通常情況下會根據(jù)實驗要求劃定一個比較合理的測試范圍，此時駕駛員駕駛本次試驗的車輛有目的的追蹤前方目標(biāo)車輛，在這種測試過程中一旦發(fā)現(xiàn)目標(biāo)車輛不再測試范圍里的時候，此時要更改跟蹤的目標(biāo)繼而完成實驗。通過實驗發(fā)現(xiàn)車輛追蹤法在實驗過程中具有一個比較鮮明的特點就是測試過程相對隨意，需要指出，即便具有很強的隨意性，但整個測試過程不一定能全面顧及不同的道路類型，那么就要求駕駛員技術(shù)應(yīng)該過硬。因此根據(jù)論文數(shù)據(jù)要求，在進行數(shù)據(jù)采集和試驗過程中要考慮測試的實際情況，所以選擇的實驗方法為平均車流統(tǒng)計法。在城市主要交通要道上行駛的機動車輛的工況會受到各方面的影響，大量數(shù)據(jù)和研究表面，影響最為大的因素有以下三個：首先是交通要道或者主干道的道路環(huán)境；其次是道路上行駛車輛之間的相互作用；最后是道路上設(shè)立的各種交通信號的功能效果。本次試驗線路的選取的基本要求和路線介紹通常情況下主要采用一下三種方式：第一種，根據(jù)實際的道路等級選擇法。大量的實驗研究發(fā)現(xiàn)，一個城市中不同的等級的道路交通流量的大小也是不同的，城市中不同等級道路上車輛的平均車速也是不同的，這就決定了在不同的道路等級上，各個行駛的車輛的行駛工況也有自己特有的屬性。同時研究發(fā)現(xiàn)，在同一等級道路上行駛的不同車輛也有自己特有的行駛工況。舉個例子來說，通常情況下，在高速公路上行駛的車輛的速度都是比較高的，因此高速公路上行駛車輛的加速度比例也比較大。我們也可以在實驗前規(guī)劃實驗內(nèi)容，可以使得在同一時間段有很多輛車在某區(qū)域內(nèi)不重復(fù)的道路上共同行駛，通過采集大量的數(shù)據(jù)的樣本，之后通過科學(xué)的統(tǒng)計，得出車輛運動水平，需要指出的是這種方法是十分科學(xué)精確的，不過，這種方法由于本身的要求是十分高的，這就決定了這個方法在實際的實現(xiàn)過程中需要耗費大量的人力和物力，因此本論文中研究過程中并不適用這種方法。這里我們要引出一個著名的理論——交通流理論，該理論公式表達為：V=KQ，公式中V表示車速；Q表示為車輛流量；K表示為車輛間距，實驗過程中通過對交通流調(diào)查，可以很容易獲取交通流水平以及每一個份額所對應(yīng)的實驗路線。這樣在略去不計時間差異前提下，可以駕駛試驗車輛在這些路線上正常行駛來獲取實驗車輛運動學(xué)相關(guān)的數(shù)據(jù)，這是一種相對科學(xué)合理的一種測試方法，并