r>[0063]M = floor (Vmax/gapv)+l(5)
[0064]N = floor ((Amax-Amin) / gapA) +1 (6)
[0065]步骤2:根据编码统计状态转移频数矩阵。具体过程为:
[0066]2.1)计算状态编码的最大值S_，创建Sniax维稀疏矩阵，作为初始状态转移频数矩阵T。
[0067]2.2)归纳状态转移频数矩阵。如果当前状态编码SSt和下一时刻状态编码SSt+1，则T(St，St+1) = T(St, St+1)+1，即态转移频数矩阵中St行和S t+1列位置统计的频数增加I。
[0068]步骤3:根据状态转移频数矩阵计算状态转移频率矩阵。具体过程为:先按行计算状态转移次数和，即将状态转移频数矩阵中各元素按行累加求和(设第η行的和值为An)。然后将行中各元素值都除以和值An，得到该行状态转移频率值。对态转移频数矩阵中所有行进行上述计算，即可得到状态转移频率矩阵。
[0069]步骤4:按照设计要求时长，使用MCMC方法生成新的状态序列。具体过程为:使用简单的马尔可夫链蒙特卡洛模拟(MCMC)方法，生成新的状态序列。该序列中，初始状态(状态序列中的第一状态)是零坡度怠速状态编码。
[0070]步骤5:对新生成状态序列进行解码，还原为常规数值。具体过程为:
[0071]5.1)将状态编码解码为区间码。先使用公式(7)计算道路坡度区间码，然后使用公式(8)计算加速度区间码，最后使用公式(9)计算速度区间码。
[0072]pt= floor (S t/(MXN) )+1(7)
[0073]nt= floor(S t-(p-l) XMXN)/M+1 (8)
[0074]mt= S t- (n-1) XM_(pt_l) XMXN (9)
[0075]5.2)再将区间码解码为常用数值。在解码为常用数值过程中，可以使用区间码对应区间内任意一点的值代表该区间码。使用公式(10)计算速度值，使用公式(11)计算加速度值，使用公式(12)计算道路坡度值。将解码后数值作为候选工况。
[0076]Vt= (m t-l) Xgapv+gapv/2(10)
[0077]At= (n t-l) X gapA+gapA/2+Amin (11)
[0078]Gt= (p t-l) XgapG+gapG/2+Gmin (12)
[0079]特别的，当Vt= gap J2 时，令 Vt= O。当 | |A t| | 彡 gapA时，令 A t= 0。当I Gt I I 彡 gapG时，令 G t= Oo
[0080]步骤6:检查候选工况速度序列，判断其结束时刻是否为怠速状态。如果是怠速状态，则进行步骤7 ;否则返回步骤4。
[0081]步骤7:对候选工况进行后处理。具体过程为:对候选工况进行平滑处理，使得候选工况更加接近真实工况形态。平滑过程中，使用五点线平滑。
[0082]步骤8:对候选工况进行校核，满足校核要求时输出代表性工况，否则返回步骤4。具体过程为:
[0083]对候选工况计算统计指标校核。首先对数据库中原始数据计算相应统计指标值，再对设计工况计算统计指标值，比较二者的相对误差。相对误差满足要求即可作为最终设计结果，否则返回步骤4。如附图中图2和图3所示，分别是最终设计结果的速度时间序列和坡度时间序列。
[0084]以上依据附图中图1所示的流程图详细说明了本发明的计算过程，以上所述仅为本发明的一般使用方法，但本发明不以流程图所示限定实施方法，凡是依照本发明的算法所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种含道路坡度的汽车运行工况马尔可夫链设计方法，包括以下步骤: 步骤1，对数据库中速度、加速度和道路坡度三个数据进行编码，得到各个时刻的状态编码； 步骤2，根据状态编码统计状态转移频数矩阵，该过程中使用稀疏矩阵格式存储、计算状态转移频数矩阵； 步骤3，根据状态转移频数矩阵计算状态转移频率矩阵，该过程中使用稀疏矩阵格式存储、计算状态转移频率矩阵； 步骤4，选择怠速状态的编码作为初始编码，按照设计要求时长，使用MCMC方法生成新的状态序列； 步骤5，对新生成状态序列进行解码，以区间中点值代表区间值，将状态编码还原为常规数值，作为候选工况； 步骤6，判断候选工况结束时刻是否为怠速状态，结束时刻是怠速时进行步骤7，否则返回步骤4; 步骤7，对候选工况进行后处理，使用5点线平滑的方法是对候选结果平滑处理； 步骤8，对候选工况进行校核，满足校核要求时输出代表性工况，否则返回步骤4。2.根据权利要求1所述的一种含道路坡度的汽车运行工况马尔可夫链设计方法，其特征在于所述步骤I的具体过程为: 1.D将数据库中时间同步的车辆速度(V)、加速度(A)和道路坡度(G)进行单位转换，使得速度单位为m/s，加速度单位为m/s2，道路坡度单位为％ ;特别的，所述车辆速度包括但不限于GPS车速、CAN线采集车速、OBD接口采集车速或各种传感器采集的车速；所述加速度包括但不限于有速度求导数得到的加速度、传感器测量的加速度；所述道路坡度包括但不限于传感器测量值、基于传感器信号计算的道路坡度、基于GPS信号计算的道路坡度； 1.2)根据数据库内数据，设定速度最小值为0，计算车速最大值Vmax、加速度最小值Amin和最大值Aniax、道路坡度最小值6_和最大值G _，设定速度编码步长gapv、加速度编码步长gapA、道路坡度编码步长gaps。速度编码步长属于区间[0.1, l]m/s，加速度编码步长属于区间[0.05，0.5]m/s2，道路坡度编码步长区间[0.1, I] 优选的是，速度步长取为0.lm/s，加速度步长取为0.05m/s2，道路坡度步长取为0.1% ; 1.3)将某个区间内的数值使用一个区间码进行表示，使用公式(I)计算t时刻速度Vt的区间码mt，使用公式⑵计算t时刻加速度^的区间码nt，使用公式(3)计算t时刻道路坡度匕的区间码pt， 式中floor代表向下取整； mt= floor ((V t)/gapv)+l(I) nt= floor ((A t-Amin)/gapA)+1(2) Pt= floor ((G t-Gmin)/gapG)+l(3) 1.4)使用公式(4)，由速度区间码mt、加速度区间码nt和道路坡度区间码算当前时刻状态编码St，公式(4)中M和N的计算方法如公式(5)和公式(6)所示 St= mt+(nt-l) XM+(pt-l) XMXN(4) M = floor (Vmax/gapv) +1(5) N = floor ((Amax-Amin) /gapA) +1(6)。3.根据权利要求1所述的一种含道路坡度的汽车运行工况马尔可夫链设计方法，其特征在于所述步骤2的具体过程为: 2.1)计算状态编码的最大值Sniax，创建Sniax维全零方阵，作为初始状态转移频数矩阵T ;优选的是，采用稀疏矩阵格式创建和存储状态转移频数矩阵； 2.2)归纳状态转移频数矩阵，如果当前状态编码为SJP下一时刻状态编码为S t+1，则T (St, St+1) = T (St, St+1)+1，即态转移频数矩阵中St行和S t+1列位置统计的频数增加I ;优选的是，采用稀疏矩阵格式存储和计算状态转移频数矩阵。4.根据权利要求1所述的一种含道路坡度的汽车运行工况马尔可夫链设计方法，其特征在于所述步骤3的具体过程为: 先按行计算状态转移次数和，即将状态转移频数矩阵中各元素按行累加求和(设第η行的和值为An);然后将行中各元素值都除以和值An，得到该行状态转移频率值；对态转移频数矩阵中所有行进行上述计算，即可得到状态转移频率矩阵；优选的是，采用稀疏矩阵格式创建、存储和计算状态转移频率矩阵。5.根据权利要求1所述的一种含道路坡度的汽车运行工况马尔可夫链设计方法，其特征在于所述步骤4的具体过程为: 使用简单的马尔可夫链蒙特卡洛模拟(MCMC)方法，生成新的状态序列。该序列中，初始状态(状态序列中的第一状态)可以是某一个特定状态，可以采用随机抽样方式产生；优选的是，以零坡度怠速状态编码作为新序列的初始状态，零坡度怠速状态编码即(Vt= O，At=O，Gt= O)时对应的状态编码。6.根据权利要求1所述的一种含道路坡度的汽车运行工况马尔可夫链设计方法，其特征在于所述步骤5的具体过程为: 5.1)将状态编码解码为区间码，先使用公式(7)计算道路坡度区间码，然后使用公式(8)计算加速度区间码，最后使用公式(9)计算速度区间码 Pt= floor (S t/(MXN) )+1(7) nt= floor (S t-(pt-l) XMXN)/M+l(8) mt= S t-(nt-l) XM-(pt-l) XMXN(9)； 5.2)再将区间码解码为常用数值。在解码为常用数值过程中，可以使用区间码对应区间内任意一点的值代表该区间码；使用公式(10)计算速度值，使用公式(11)计算加速度值，使用公式(12)计算道路坡度值，即使用区间中点值作为区间码的解码值，将解码后数值作为候选工况； Vt= (m t-l) Xgapv+gapv/2(10) At= (n t-l) XgapA+gapA/2+Amin(11) Gt= (p t-l) XgapG+gapG/2+Gmin(12)特别的，当 Vt= gap J 2 时，令 Vt= O。当 I |At| I 彡 gapA 时，令 At= O ;当 |Gt| 彡 gapG时，令Gt = O07.根据权利要求1所述的一种含道路坡度的汽车运行工况马尔可夫链设计方法，其特征在于所述步骤6的具体过程为: 检查候选工况速度序列，如果其最后时刻是怠速状态(速度为零)，则进行步骤7 ;否贝1J，返回步骤4。8.根据权利要求1所述的一种含道路坡度的汽车运行工况马尔可夫链设计方法，其特征在于所述步骤7的具体过程为: 对候选工况进行平滑处理，使得候选工况更加接近真实工况形态；平滑过程中，可以但不限于采用各种平滑函数、滤波手段。9.根据权利要求1所述的一种含道路坡度的汽车运行工况马尔可夫链设计方法，其特征在于所述步骤8的具体过程为: 对候选工况计算统计指标校核；首先对数据库中原始数据计算相应统计指标值，再对设计工况计算统计指标值，比较二者的相对误差；相对误差满足要求即可作为最终设计结果，输出代表性工况；否则返回步骤4。
【专利摘要】本发明涉及一种汽车运行工况设计方法，特别涉及一种含道路坡度的汽车运行工况马尔可夫链设计方法，本发明的方法包括以下步骤：按照编码区间、步长和公式对数据编码，创建并计算状态转移频数矩阵，创建并计算状态转移频率矩阵，使用MCMC方法生成新的状态序列，对新状态序列解码并设为候选工况，用5点线平滑处理候选工况，满足校核要求时输出代表性工况。本发明与传统的运行工况设计方法相比，能够得到显含道路坡度信息的汽车运行工况设计结果，且设计结果中道路坡度与速度是时间同步的。该方法能够处理大规模数据，适用于各种道路，适用性较强。
【IPC分类】G01M17/007
【公开号】CN105043786
【申请号】CN201510405446
【发明人】施树明, 岳柄剑, 张曼, 林楠
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年7月13日