汽車行駛工況判別系統(tǒng)及其判別方法
【專利摘要】汽車行駛工況判別系統(tǒng)及其判別方法屬于智能汽車行駛環(huán)境感知【技術(shù)領(lǐng)域】，該方法選擇汽車的車速和踏板開度兩個(gè)參量進(jìn)行處理，提取出表征工況的速度信號(hào)和踏板信號(hào)中的特征參數(shù)，首先采用相關(guān)分析法對(duì)這些特征參數(shù)進(jìn)行一次約簡(jiǎn)，選取相關(guān)性最大的前15個(gè)參數(shù)分別與工況進(jìn)行相關(guān)性分析，按照相關(guān)性從高到低選擇10個(gè)特征參數(shù)作為劃分工況的標(biāo)準(zhǔn)，然后采用核主元分析對(duì)這10個(gè)特征參數(shù)進(jìn)行二次約簡(jiǎn)，將特征參數(shù)值約簡(jiǎn)為7個(gè)，最后基于目標(biāo)函數(shù)的半監(jiān)督核模糊C-均值聚類分析對(duì)汽車的行駛工況進(jìn)行分類。本發(fā)明判別速度快且準(zhǔn)，利用該判別結(jié)果既可降低汽車行駛過程中的燃油消耗量和尾氣排放量，又對(duì)各類新車型的開發(fā)及整車動(dòng)力性匹配等方面的研究有重要意義。
【專利說明】汽車行駛工況判別系統(tǒng)及其判別方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于智能汽車行駛環(huán)境感知【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種汽車行駛工況判別系統(tǒng)及其判別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車行駛工況是描述車輛行駛的速度-時(shí)間曲線。汽車行駛工況對(duì)于確定車輛尾氣排放量、燃油消耗量、各類新車型技術(shù)的開發(fā)、整車動(dòng)力性匹配等提供了重要的理論依據(jù)。目前，世界范圍內(nèi)的行駛工況包括美國行駛工況、歐洲行駛工況和日本行駛工況。我國汽車排放采用歐洲的排放標(biāo)準(zhǔn)，但由于不同的城市道路交通狀況不同，因此汽車的行駛工況也存在差異，采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)不能準(zhǔn)確的反映某一個(gè)城市的汽車行駛工況，因此我國一些研究院和高校針對(duì)一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、環(huán)保要求高的城市如北京、上海、天津等地進(jìn)行了汽車行駛工況的研究工作，構(gòu)建了針對(duì)具體城市道路交通狀況的實(shí)際的汽車行駛工況。
[0003]常用的構(gòu)建汽車行駛工況的方法有兩種，一種是利用主成分分析、聚類分析、馬爾科夫分析方法以及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等復(fù)雜的智能計(jì)算方法構(gòu)建工況；另一種是采用多元統(tǒng)計(jì)學(xué)方法構(gòu)建工況，如距離判別方法、費(fèi)希爾(Fisher)判別方法、貝葉斯(Bayes)判別方法等。第一種智能計(jì)算分析方法普遍存在計(jì)算過程復(fù)雜、計(jì)算量大、對(duì)設(shè)備的運(yùn)行速率要求較高、在實(shí)際汽車行駛過程中對(duì)于工況的判斷可能存在延遲的問題，不能滿足實(shí)時(shí)工況判別的快速性。第二種多元統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)于工況判別不能從總體上計(jì)算某一工況出現(xiàn)的概率，并存在錯(cuò)判的情況，在汽車行駛工況判別的準(zhǔn)確性上存在不足。
[0004]核主元分析 方法借助于核函數(shù)，將輸入空間的訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)經(jīng)過非線性映射轉(zhuǎn)換到特征空間，然后向所選擇的多個(gè)主特征矢量方向進(jìn)行投影，最后可以獲得多個(gè)不相關(guān)的主元，為特征提取以及模式識(shí)別提供了一條有效途徑。核主元分析可以最大限度地抽取指標(biāo)的信息，具有特征提取速度快，特征信息保留充分的優(yōu)點(diǎn)。模糊聚類分析作為無監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)的主要技術(shù)之一，是用模糊理論對(duì)重要數(shù)據(jù)分析和建模的方法，建立了樣本類屬的不確定性描述，能比較客觀地反映現(xiàn)實(shí)世界，它已經(jīng)有效地應(yīng)用在大規(guī)模數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、矢量量化、圖像分割、模式識(shí)別等領(lǐng)域，具有重要的理論與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。在眾多模糊聚類算法中，模糊C-均值(FCM)算法應(yīng)用最廣泛且較成功，模糊C-均值聚類方法通過優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)確定每個(gè)樣本所有聚類中心的隸屬度，從而決定樣本的類屬，可實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本數(shù)據(jù)的自動(dòng)分類。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決汽車行駛工況判別中特征參數(shù)的提取、特征參數(shù)約簡(jiǎn)的問題；以及目前由于汽車控制方法設(shè)計(jì)所采用的固定工況與實(shí)際工況存在的較大差異導(dǎo)致設(shè)計(jì)的控制方法并不能使車輛在實(shí)際工況下達(dá)到最佳燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性的問題，本發(fā)明提供一種汽車行駛工況判別系統(tǒng)及其判別方法，該方法根據(jù)特征參數(shù)的數(shù)據(jù)樣本能夠準(zhǔn)確判別車輛當(dāng)前所屬的行駛工況。[0006]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下:
[0007]汽車行駛工況判別系統(tǒng)，包括嵌入式系統(tǒng)ARM、時(shí)鐘芯片、看門狗電路、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、觸摸屏、CAN接口和液晶顯示屏、第一信號(hào)調(diào)理電路、第二信號(hào)調(diào)理電路和信號(hào)采集電路；信號(hào)采集電路通過速度傳感器、踏板位置傳感器獲取與工況判別相關(guān)的車速及踏板信息數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過第一信號(hào)調(diào)理電路變換為CAN接口所需的數(shù)字信號(hào)；第二信號(hào)調(diào)理電路用于將CAN接口傳來的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為整車所能識(shí)別的模擬數(shù)據(jù)；CAN接口實(shí)現(xiàn)整車與嵌入式系統(tǒng)ARM之間的數(shù)據(jù)通信，將接收到的第一信號(hào)調(diào)理電路傳來的數(shù)據(jù)上傳給嵌入式系統(tǒng)ARM進(jìn)行工況判別，并將嵌入式系統(tǒng)ARM傳回的數(shù)據(jù)通過第二信號(hào)調(diào)理電路傳送給整車；嵌入式系統(tǒng)ARM通過對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征參數(shù)提取，然后采用相關(guān)性分析和核主元分析進(jìn)行二次約簡(jiǎn)，通過半監(jiān)督核模糊C-均值聚類算法中加入總體訓(xùn)練樣本數(shù)的10%個(gè)已知類別的訓(xùn)練樣本來引導(dǎo)聚類過程實(shí)現(xiàn)汽車行駛工況的判別；程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為嵌入式系統(tǒng)ARM的外擴(kuò)芯片，分別用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)；液晶顯示屏用于顯示當(dāng)前的車速、踏板開度，以及汽車行駛工況信息；觸摸屏通過各種輸入的命令和要求控制相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行；看門狗電路用于對(duì)嵌入式系統(tǒng)ARM電路的監(jiān)控和復(fù)位；時(shí)鐘芯片用于為嵌入式系統(tǒng)ARM、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器提供需要的時(shí)鐘信號(hào)。
[0008]汽車行駛工況判別方法，包括如下步驟:
[0009]I)車速、踏板特征參數(shù)的提取
[0010]利用嵌入式系統(tǒng)ARM內(nèi)的車速特征參數(shù)提取模塊和踏板特征參數(shù)提取模塊計(jì)算與工況相關(guān)的特征參數(shù)；
[0011]2)利用相關(guān)性 分析模炔基于相關(guān)分析方法對(duì)步驟I)所得到的表征工況的特征參數(shù)進(jìn)行一次約簡(jiǎn)
[0012]首先將特征參數(shù)兩兩分別用序列a (η)和b (η)表示，并根據(jù)式(I)在時(shí)序n = i~j的范圍比較這兩個(gè)序列的相似程度r:
【權(quán)利要求】
1.汽車行駛工況判別系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括嵌入式系統(tǒng)ARM(I)、時(shí)鐘芯片(2)、看門狗電路(3)、程序存儲(chǔ)器(4)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(5)、觸摸屏(6)、CAN接口(7)和液晶顯示屏(8)、第一信號(hào)調(diào)理電路(9)、第二信號(hào)調(diào)理電路(10)和信號(hào)采集電路(11);信號(hào)采集電路(11)通過速度傳感器、踏板位置傳感器獲取與工況判別相關(guān)的車速及踏板信息數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過第一信號(hào)調(diào)理電路(9)變換為CAN接口(7)所需的數(shù)字信號(hào)；第二信號(hào)調(diào)理電路(10)用于將CAN接口(7)傳來的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為整車(12)所能識(shí)別的模擬數(shù)據(jù)；CAN接口(7)實(shí)現(xiàn)整車(12)與嵌入式系統(tǒng)ARM(I)之間的數(shù)據(jù)通信，將接收到的第一信號(hào)調(diào)理電路(9)傳來的數(shù)據(jù)上傳給嵌入式系統(tǒng)ARM(I)進(jìn)行工況判別，并將嵌入式系統(tǒng)ARM(I)傳回的數(shù)據(jù)通過第二信號(hào)調(diào)理電路(10)傳送給整車(12);嵌入式系統(tǒng)ARM(I)通過對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征參數(shù)提取，然后采用相關(guān)性分析和核主元分析進(jìn)行二次約簡(jiǎn)，通過半監(jiān)督核模糊C-均值聚類算法中加入總體訓(xùn)練樣本數(shù)的10%個(gè)已知類別的訓(xùn)練樣本來引導(dǎo)聚類過程實(shí)現(xiàn)汽車行駛工況的判別；程序存儲(chǔ)器⑷和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(5)為嵌入式系統(tǒng)ARM(I)的外擴(kuò)芯片，分別用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)；液晶顯示屏(8)用于顯示當(dāng)前的車速、踏板開度，以及汽車行駛工況信息；觸摸屏(6)通過各種輸入的命令和要求控制相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行；看門狗電路⑶用于對(duì)嵌入式系統(tǒng)ARM(I)電路的監(jiān)控和復(fù)位；時(shí)鐘芯片(2)用于為嵌入式系統(tǒng)ARM(I)、程序存儲(chǔ)器(4)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(5)提供需要的時(shí)鐘信號(hào)。
2.基于權(quán)利要 求1所述汽車行駛工況判別系統(tǒng)的判別方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 1)車速、踏板特征參數(shù)的提取 利用嵌入式系統(tǒng)ARM(I)內(nèi)的車速特征參數(shù)提取模塊(13)和踏板特征參數(shù)提取模塊(14)計(jì)算與工況相關(guān)的特征參數(shù)； 2)利用相關(guān)性分析模塊(15)基于相關(guān)分析方法對(duì)步驟I)所得到的表征工況的特征參數(shù)進(jìn)行一次約簡(jiǎn) 首先將特征參數(shù)兩兩分別用序列a (η)和b(n)表示，并根據(jù)式(I)在時(shí)序n = i~j的范圍比較這兩個(gè)序列的相似程度r:
3.如權(quán)利要求2所述的判別方法，其特征在于，步驟I)所述的與工況相關(guān)的特征參數(shù)包括平均運(yùn)行時(shí)間、平均加速時(shí)間、平均減速時(shí)間、平均勻速時(shí)間、平均怠速時(shí)間、平均運(yùn)行距離、最大速度、平均速度、速度標(biāo)準(zhǔn)偏差、最大加速度、能量、熵、最大減速度、平均加速度、勻速時(shí)間比、怠速時(shí)間比、加速段平均加速度、減速段平均減速度、加速度標(biāo)準(zhǔn)偏差、踏板開度變化率、踏板的平均開度、踏板開度為零的時(shí)間。
4.如權(quán)利要求2所述的判別方法，其特征在于，步驟2)所述最終選定的十個(gè)特征參數(shù)是最大速度、平均速度、最大減速度、平均加速度、勻速時(shí)間比、怠速時(shí)間比、加速段平均加速度、減速段平均減速度、踏板的平均開度、踏板開度為零的時(shí)間。
【文檔編號(hào)】B60R16/02GK103921743SQ201410193079
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】張裊娜, 于海芳, 丁海濤, 王瑩瑩, 姜春霞, 張哲 , 王國亮 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)