汽车行驶工况判别系统及其判别方法
【专利摘要】汽车行驶工况判别系统及其判别方法属于智能汽车行驶环境感知【技术领域】，该方法选择汽车的车速和踏板开度两个参量进行处理，提取出表征工况的速度信号和踏板信号中的特征参数，首先采用相关分析法对这些特征参数进行一次约简，选取相关性最大的前15个参数分别与工况进行相关性分析，按照相关性从高到低选择10个特征参数作为划分工况的标准，然后采用核主元分析对这10个特征参数进行二次约简，将特征参数值约简为7个，最后基于目标函数的半监督核模糊C-均值聚类分析对汽车的行驶工况进行分类。本发明判别速度快且准，利用该判别结果既可降低汽车行驶过程中的燃油消耗量和尾气排放量，又对各类新车型的开发及整车动力性匹配等方面的研究有重要意义。
【专利说明】汽车行驶工况判别系统及其判别方法【技术领域】
[0001]本发明属于智能汽车行驶环境感知【技术领域】，特别涉及一种汽车行驶工况判别系统及其判别方法。
【背景技术】
[0002]汽车行驶工况是描述车辆行驶的速度-时间曲线。汽车行驶工况对于确定车辆尾气排放量、燃油消耗量、各类新车型技术的开发、整车动力性匹配等提供了重要的理论依据。目前，世界范围内的行驶工况包括美国行驶工况、欧洲行驶工况和日本行驶工况。我国汽车排放采用欧洲的排放标准，但由于不同的城市道路交通状况不同，因此汽车的行驶工况也存在差异，采用统一的标准不能准确的反映某一个城市的汽车行驶工况，因此我国一些研究院和高校针对一些经济发达、环保要求高的城市如北京、上海、天津等地进行了汽车行驶工况的研究工作，构建了针对具体城市道路交通状况的实际的汽车行驶工况。
[0003]常用的构建汽车行驶工况的方法有两种，一种是利用主成分分析、聚类分析、马尔科夫分析方法以及模糊神经网络、遗传算法等复杂的智能计算方法构建工况；另一种是采用多元统计学方法构建工况，如距离判别方法、费希尔(Fisher)判别方法、贝叶斯(Bayes)判别方法等。第一种智能计算分析方法普遍存在计算过程复杂、计算量大、对设备的运行速率要求较高、在实际汽车行驶过程中对于工况的判断可能存在延迟的问题，不能满足实时工况判别的快速性。第二种多元统计学方法对于工况判别不能从总体上计算某一工况出现的概率，并存在错判的情况，在汽车行驶工况判别的准确性上存在不足。
[0004]核主元分析 方法借助于核函数，将输入空间的训练样本数据经过非线性映射转换到特征空间，然后向所选择的多个主特征矢量方向进行投影，最后可以获得多个不相关的主元，为特征提取以及模式识别提供了一条有效途径。核主元分析可以最大限度地抽取指标的信息，具有特征提取速度快，特征信息保留充分的优点。模糊聚类分析作为无监督机器学习的主要技术之一，是用模糊理论对重要数据分析和建模的方法，建立了样本类属的不确定性描述，能比较客观地反映现实世界，它已经有效地应用在大规模数据分析、数据挖掘、矢量量化、图像分割、模式识别等领域，具有重要的理论与实际应用价值。在众多模糊聚类算法中，模糊C-均值(FCM)算法应用最广泛且较成功，模糊C-均值聚类方法通过优化目标函数确定每个样本所有聚类中心的隶属度，从而决定样本的类属，可实现对样本数据的自动分类。
【发明内容】
[0005]为了解决汽车行驶工况判别中特征参数的提取、特征参数约简的问题；以及目前由于汽车控制方法设计所采用的固定工况与实际工况存在的较大差异导致设计的控制方法并不能使车辆在实际工况下达到最佳燃油经济性和排放性的问题，本发明提供一种汽车行驶工况判别系统及其判别方法，该方法根据特征参数的数据样本能够准确判别车辆当前所属的行驶工况。[0006]本发明解决技术问题所采取的技术方案如下:
[0007]汽车行驶工况判别系统，包括嵌入式系统ARM、时钟芯片、看门狗电路、程序存储器、数据存储器、触摸屏、CAN接口和液晶显示屏、第一信号调理电路、第二信号调理电路和信号采集电路；信号采集电路通过速度传感器、踏板位置传感器获取与工况判别相关的车速及踏板信息数据，并将数据通过第一信号调理电路变换为CAN接口所需的数字信号；第二信号调理电路用于将CAN接口传来的数字信号转换为整车所能识别的模拟数据；CAN接口实现整车与嵌入式系统ARM之间的数据通信，将接收到的第一信号调理电路传来的数据上传给嵌入式系统ARM进行工况判别，并将嵌入式系统ARM传回的数据通过第二信号调理电路传送给整车；嵌入式系统ARM通过对接收的数据进行特征参数提取，然后采用相关性分析和核主元分析进行二次约简，通过半监督核模糊C-均值聚类算法中加入总体训练样本数的10%个已知类别的训练样本来引导聚类过程实现汽车行驶工况的判别；程序存储器和数据存储器为嵌入式系统ARM的外扩芯片，分别用于存储程序和数据；液晶显示屏用于显示当前的车速、踏板开度，以及汽车行驶工况信息；触摸屏通过各种输入的命令和要求控制相关设备的运行；看门狗电路用于对嵌入式系统ARM电路的监控和复位；时钟芯片用于为嵌入式系统ARM、程序存储器、数据存储器提供需要的时钟信号。
[0008]汽车行驶工况判别方法，包括如下步骤:
[0009]I)车速、踏板特征参数的提取
[0010]利用嵌入式系统ARM内的车速特征参数提取模块和踏板特征参数提取模块计算与工况相关的特征参数；
[0011]2)利用相关性 分析模炔基于相关分析方法对步骤I)所得到的表征工况的特征参数进行一次约简
[0012]首先将特征参数两两分别用序列a (η)和b (η)表示，并根据式(I)在时序n = i~j的范围比较这两个序列的相似程度r:
【权利要求】
1.汽车行驶工况判别系统，其特征在于，该系统包括嵌入式系统ARM(I)、时钟芯片(2)、看门狗电路(3)、程序存储器(4)、数据存储器(5)、触摸屏(6)、CAN接口(7)和液晶显示屏(8)、第一信号调理电路(9)、第二信号调理电路(10)和信号采集电路(11);信号采集电路(11)通过速度传感器、踏板位置传感器获取与工况判别相关的车速及踏板信息数据，并将数据通过第一信号调理电路(9)变换为CAN接口(7)所需的数字信号；第二信号调理电路(10)用于将CAN接口(7)传来的数字信号转换为整车(12)所能识别的模拟数据；CAN接口(7)实现整车(12)与嵌入式系统ARM(I)之间的数据通信，将接收到的第一信号调理电路(9)传来的数据上传给嵌入式系统ARM(I)进行工况判别，并将嵌入式系统ARM(I)传回的数据通过第二信号调理电路(10)传送给整车(12);嵌入式系统ARM(I)通过对接收的数据进行特征参数提取，然后采用相关性分析和核主元分析进行二次约简，通过半监督核模糊C-均值聚类算法中加入总体训练样本数的10%个已知类别的训练样本来引导聚类过程实现汽车行驶工况的判别；程序存储器⑷和数据存储器(5)为嵌入式系统ARM(I)的外扩芯片，分别用于存储程序和数据；液晶显示屏(8)用于显示当前的车速、踏板开度，以及汽车行驶工况信息；触摸屏(6)通过各种输入的命令和要求控制相关设备的运行；看门狗电路⑶用于对嵌入式系统ARM(I)电路的监控和复位；时钟芯片(2)用于为嵌入式系统ARM(I)、程序存储器(4)、数据存储器(5)提供需要的时钟信号。
2.基于权利要 求1所述汽车行驶工况判别系统的判别方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: 1)车速、踏板特征参数的提取 利用嵌入式系统ARM(I)内的车速特征参数提取模块(13)和踏板特征参数提取模块(14)计算与工况相关的特征参数； 2)利用相关性分析模块(15)基于相关分析方法对步骤I)所得到的表征工况的特征参数进行一次约简 首先将特征参数两两分别用序列a (η)和b(n)表示，并根据式(I)在时序n = i~j的范围比较这两个序列的相似程度r:
3.如权利要求2所述的判别方法，其特征在于，步骤I)所述的与工况相关的特征参数包括平均运行时间、平均加速时间、平均减速时间、平均匀速时间、平均怠速时间、平均运行距离、最大速度、平均速度、速度标准偏差、最大加速度、能量、熵、最大减速度、平均加速度、匀速时间比、怠速时间比、加速段平均加速度、减速段平均减速度、加速度标准偏差、踏板开度变化率、踏板的平均开度、踏板开度为零的时间。
4.如权利要求2所述的判别方法，其特征在于，步骤2)所述最终选定的十个特征参数是最大速度、平均速度、最大减速度、平均加速度、匀速时间比、怠速时间比、加速段平均加速度、减速段平均减速度、踏板的平均开度、踏板开度为零的时间。
【文档编号】B60R16/02GK103921743SQ201410193079
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年5月8日 优先权日:2014年5月8日
【发明者】张袅娜, 于海芳, 丁海涛, 王莹莹, 姜春霞, 张哲 , 王国亮 申请人:长春工业大学