乘用车起讫点间多路径时变运行工况建模方法

在节能与环保日益重要的汽车生活中，出行路径选择对油耗的影响越来越重要。而汽车运行工况是将交通系统的行为与汽车油耗联系起来的桥梁。其中，交通系统是由人、车、路组成的复杂的非线性系统，是一个具有随机性、动态性和自适应性的时变系统。汽车运行工况从本质上讲，是交通网络动力学行为的微观表现，在受到各种外界因素（如城市道路网络布局和交通信号控制）的影响时，表现为明显的时空差异性。汽车运行工况的时变性对油耗有明显的影响。因此，研究乘用车多路径时变运行工况模型对于汽车油耗的降低有着重要的意义。 本文依托国家重点基础研究发展计划973项目《交通系统节能与优化控制技术基础》开展研究工作。乘用车起讫点间多路径时变运行工况模型是指一天中相同路线不同时间段及相同时间段不同路线的时变运行工况模型。 鉴于目前乘用车在中国城市汽车保有量中的地位，本文选取乘用车为试验车辆，在相同起讫点三条试验路线上进行了多路径试验。本文以汽车运行工况的马尔可夫性为理论依据，系统地提出了基于马尔可夫链的运行工况设计方法，构建了多路径时变运行工况模型，验证了马尔可夫链方法的合理性和正确性，并与组合优化方法进行了对比。主要研究内容分为如下几方面： (1)根据马尔可夫理论及网格划分法，将VA概率分布二维状态空间进行一维化，对状态进行了编码，方便了状态的表达，也为状态转移矩阵的获取提供了前提。 (2)根据统计学及状态转移学习规则，归纳了状态转移矩阵，并分析了矩阵的谱；根据马尔可夫链的不变分布及图谱理论，利用乘幂法和矩阵的谱分解两种方法计算了状态转移矩阵的不变分布，然后从理论及试验角度揭示了汽车运行状态转移矩阵与VA分布的关系。 (3)开展了相同起讫点多路径的乘用车试验，利用VBOX2、油耗仪和DEWETRON采集了车辆信息，构建了不同路线不同时间段的运行速度数据库。根据蒙特卡洛模拟方法，产生了新的不同时间长度的状态序列，通过状态解码，构建了候选工况，并通过进一步筛选，构建了两条路线早高峰及上平峰的乘用车多路径时变运行工况模型。 (4)从状态转移矩阵的归纳完全性及参考工况与设计工况的时变一致性，验证了马尔可夫链方法的有效性和合理性；将基于马尔可夫链的运行工况设计方法与传统的组合优化设计方法进行了对比，从运行工况设计指标的精度及计算效率两方面验证了马尔可夫链设计方法的简洁性及高效率。