面向排放碳因子的汽车行驶典型工况划分方法与流程

1.本技术涉及典型工况划分方法，尤其涉及面向排放碳因子的汽车行驶典型工况划分方法，属于碳排放因子典型工况划分技术领域。


背景技术：

2.汽车行驶工况划分可以帮助了解不同道路和驾驶条件下车辆的性能，并且可以制定更好的交通政策提供依据。碳排放是影响气候变化的重要因素之一，而汽车是其中最大的碳排放源之一。了解不同道路和驾驶条件下汽车的碳排放量，可以制定更好的交通政策，鼓励驾驶员使用更环保的车辆或采取更环保的驾驶方式。汽车行驶工况也是碳排放因子标定的基础。对于每一个工况对应一个碳排放因子会导致数据量过于庞大。目前，工况划分虽然有个别标准，例如nedc和wltp标准，但是这些标准存在一些问题。一方面，这些标准大多是为了满足排放法规而制定的，缺乏针对不同驾驶条件下车辆性能的全面考虑。另一方面，由于不同地区的道路和驾驶条件存在差异，这些标准可能并不适用于特定情况。因此，制定适用于特定情况的汽车行驶工况类别划分方法用于计算碳排放尤为重要。


技术实现要素：

3.在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
4.鉴于此，为解决现有技术中存在的没有面向碳排放因子标定的汽车行驶工况划分技术问题，本发明提供面向排放碳因子的汽车行驶典型工况划分方法。本发明可以构建汽车行驶不同工况下相对应的碳排放因子；相比单纯依靠速度和碳排放因子的关系，增加了加速度和怠速时间两个维度的工况，通过挖掘数据集合间的相似度划分典型工况，利用平均绝对百分比误差反馈典型工况对应的碳排放的误差是否在合理范围内，从而避免每一个工况都去采集碳排放因子，又不会出现区间划分不合理导致碳排放因子误差较大问题，兼顾准确性和计算效率。
5.方案一、面向排放碳因子的汽车行驶典型工况划分方法，包括以下步骤：s1.采集车辆行驶状态数据，包括车辆平均车速v、加速度a和怠速时间t，形成数据集合（v1,a1,t1）,（v2,a2,t2），（v3,a3,t3）
…
（vn,an,tn），在测试车辆安放车载尾气监测设备采集不同行驶状态对应的碳排放，每个行驶状态对应一个碳排放因子，去除平均车速v和加速度a的小样本数据，计算平均车速v和加速度a的均值和标准差；s2.将车辆行驶状态数据进行无量纲化处理；s3.确定典型工况分组数量，确定分组的边界点，计算每个分组内数据的分离度，包括以下步骤：s31.确定典型工况分组的数量，分组数量介于2至n-1，分组后对应的碳排放准确
性小于10%；典型工况分组数从2个开始迭代；s32.确定划分各典型工况的边界点b（z
v,k
,z
a,k
,z
t,k
），其中z
v,k
,z
a,k
,z
t,k
分别表示平均车速、加速度和怠速时间无量纲化处理的特征值；边界点从第二小的特征值开始迭代依次至第二大的特征值，计算每个分组内数据的分离度，根据分离度确定最终边界点；s4.分析每个典型工况对应的碳排放因子误差。
6.优选的，将车辆行驶状态数据进行无量纲化处理的方法是：用数据的偏差除以标准差将数据标准化：；；；式中： 、和分别表示平均车速、加速度和怠速时间无量纲化处理的特征值，表示平均车速i=1,2,
…
n；表示加速度i=1,2,
…
n；表示怠速时间i=1,2,
…
n。
7.优选的，分离度的计算方法是：s321.计算每个分组的中心值，中心值是当前边界点对应的平均车速、加速度和怠速时间无量纲化处理后特征值的最大值和最小值的平均值，计算公式如下：；；；式中：表示第j个分组中速度的中心值，分别表示第j个分组中速度的最小值和最大值；表示第j个分组中加速度的中心值，分别表示第j个分组中加速度的最小值和最大值；表示第j个分组中怠速时间的中心值，分别表示第j个分组怠速时间的最小值和最大值；s322.计算每个边界点划分分组后对应的分离度，具体公式如下：；
；；；其中，r表示分离度；rv，ra和r
t
分别表示平均车速、加速度和怠速的分离度；,和分别表示平均车速、加速度和怠速的中心值，,和分别表示平均车速、加速度和怠速，k=1，2
…
n。
8.s323.从第二小的特征值开始迭代至特征值n-1，获得分离度（r1，r2…rn-1
），其中取（r1，r2…rn-1
）中最小值对应的边界点为最终边界点，得到典型工况。
9.优选的，分析每个典型工况对应的碳排放因子误差的方法是：典型工况下多个行驶状态对应的碳排放因子取平均值合并为一个碳排放因子，在测试车辆安放车载尾气监测设备采集不同典型工况对应的碳排放，采用实测的方法校核每个典型工况对应碳排放因子的误差大小；利用平均绝对百分比误差（mape）量化计算典型工况碳排放因子与真实值间的差异，mape的计算公式：；式中，为典型工况碳排放因子；为实测碳排放因子；n为测试样本总量；平均绝对百分比误差小于10%，停止迭代；若超过10%返回s3。
10.方案二、一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，所述的处理器执行所述计算机程序时实现方案一所述的面向排放碳因子的汽车行驶典型工况划分方法的步骤。
11.方案三、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现方案一所述的面向排放碳因子的汽车行驶典型工况划分方法。
12.本发明的有益效果如下：（1）提升了计算效率提升，本发明同时考虑了车辆行驶速度、加速度和怠速时间三种运行参数的工况划分方法，去匹配碳排放因子，从而获得更加可行的碳排放因子标定方法。此外，为了避免大量的工况导致碳排放因子数量过多，导致的计算效率下降，引进了典型工况划分的方法，该方法将相似的工况划分到一个“分类”中，并用校核的方法进行反馈，
从而实现降低排放因子数量且保持较高准确性的结果。
13.（2）发现了新的规律，发现高速行驶状态下工况的速度区间即使扩大对于碳排放因子的标定影响较小，尤其是速度小于80km/h宜细分。考虑了加速度和怠速后，长时间怠速后的加速启动宜细分工况。
附图说明
14.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：图1为面向排放碳因子的汽车行驶典型工况划分方法流程示意图。
具体实施方式
15.为了使本技术实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本技术的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
16.实施例1、参照图1说明本实施方式，面向排放碳因子的汽车行驶典型工况划分方法，包括以下步骤：s1.采集车辆行驶状态数据，包括车辆平均车速v、加速度a和怠速时间t，形成数据集合（v1,a1,t1）,（v2,a2,t2），（v3,a3,t3）
…
（vn,an,tn），在测试车辆安放车载尾气监测设备采集不同行驶状态对应的碳排放，每个行驶状态对应一个碳排放因子，去除平均车速v和加速度a的小样本数据，计算平均车速v和加速度a的均值和标准差；具体的，一定采样间隔内采集车辆行驶状态数据；具体的，怠速时间指采样间隔内当车辆处于完全停止状态，无加速倾向的时间段；具体的，平均车速、加速度保留小数点后一位，如以0.1km/h或者0.1m/s为步长；具体的，去除平均车速v的小样本数据，计算出平均车速v的均值和标准差，在99%置信区间下，平均车速v介于被定为是合理范围，被认定为噪声数据，从而避免偶然异常数据和小样本数据的影响。
17.去除加速度a的小样本数据，同样采用计算均值和标准差计算合理范围的方法去除偶然异常数据和小样本数据。
18.s2.将车辆行驶状态数据进行无量纲化处理；由于平均车速v、加速度a和怠速时间t三个参数的单位不统一，采用标准化方法达到消除量纲，因此，用数据的偏差除以标准差将数据标准化：；；
；式中：、和分别表示平均车速、加速度和怠速时间无量纲化处理的特征值，表示平均车速i=1,2,
…
n；表示加速度i=1,2,
…
n；表示怠速时间i=1,2,
…
n；s3.确定典型工况分组数量，确定分组的边界点，计算每个分组内数据的分离度，从而降低汽车行驶工况数量，达到提升计算效率的目的。
19.s31.确定典型工况分组的数量；当典型工况总数为n时，分组数量介于2至n-1。尽可能降低分组数量以提高效率，但是要求分组后对应的碳排放准确性小于10%。因此，分组数设置从2个开始迭代，此时需要确定分组的边界点，边界点依次从升序排列的无量纲化特征值开始迭代，计算每个分组内数据的分离度，分离度最小值对应的无量纲化特征值就是当前分组数量下的最终的边界点。依次递增分组数量直到达到检验准确性小于10%的要求时终止；s32.确定划分各典型工况的边界点b（z
v,k
,z
a,k
,z
t,k
），其中z
v,k
,z
a,k
,z
t,k
分别表示平均车速、加速度和怠速时间无量纲化处理的特征值；边界点从第二小的特征值开始迭代依次至第二大的特征值；计算每个分组内数据的分离度，计算每个边界点的分离度，根据分离度确定最终边界点；具体包括以下步骤：s321.计算每个分组的中心值，中心值是当前边界点对应的平均车速、加速度和怠速时间无量纲化处理后特征值的最大值和最小值的平均值，计算公式如下：；；；式中：表示第j个分组中速度的中心值，分别表示第j个分组中速度的最小值和最大值；表示第j个分组中加速度的中心值，分别表示第j个分组中加速度的最小值和最大值；表示第j个分组中怠速时间的中心值，分别表示第j个分组怠速时间的最小值和最大值；s322.计算每个边界点划分分组后对应的分离度，具体公式如下：；
；；；其中，r表示分离度；rv，ra和r
t
分别表示平均车速、加速度和怠速的分离度；,和分别表示平均车速、加速度和怠速的中心值，,和分别表示平均车速、加速度和怠速，k=1，2
…
n。
20.s4.分析每个典型工况对应的碳排放因子误差，典型工况下多个行驶状态对应的碳排放因子取平均值合并为一个碳排放因子，在测试车辆安放车载尾气监测设备采集不同典型工况对应的碳排放，采用实测的方法校核每个典型工况对应碳排放因子的误差大小；利用平均绝对百分比误差（mape）量化计算典型工况碳排放因子与真实值间的差异，mape的计算公式：；式中，为典型工况碳排放因子；为实测碳排放因子；n为测试样本总量；平均绝对百分比误差小于10%，停止迭代；若超过10%返回s3。增加典型工况分组数量到3个，边界点从第二小的特征值和第三小的特征值开始迭代，此时最小特征被划分为典型工况1，第二小特征值划分为典型工况2，其他所有数据被划分为典型工况3。计算每个典型工况的中心值，计算每个典型工况内部所有数据的分离度，并选择分离度最小值对应的边界点，作为最终划分边际。分析每个典型工况对应的碳排放因子误差，如平均绝对百分比误差小于10%是可接受范围，则停止迭代。否则继续执行上述步骤直到平均绝对百分比误差小于10%。
21.缩略语和关键术语定义：排放碳因子：单位排放量，例如某类型货运车辆在一定的工况下行驶一公里产生的碳排放。因此对每一个工况需要事先标定一个碳排放因子。
22.行驶工况：根据国标在交通环境下，描述特定车辆（乘用车、商用车、城市客车等）行驶特征的时间-速度曲线。
23.怠速：当车辆处于完全停止状态，且无加速倾向的时间段为怠速工况；匀速：将速度波动不超过1km/h的时间段识别为匀速工况；
加速：加速或匀速过程持续时间不超过1秒，且加速过程加速度不能超过1km/h；否则需要重新从此点处进行工况识别；实施例2、本发明的计算机装置可以是包括有处理器以及存储器等装置，例如包含中央处理器的单片机等。并且，处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现上述的一种跨时段方案安全切换的信号控制方法的步骤。
24.所称处理器可以是中央处理单元（central processing unit，cpu），还可以是其他通用处理器、数字信号处理器（digital signal processor，dsp）、专用集成电路（application specific integrated circuit，asic）、现成可编程门阵列 (field-programmable gate array，fpga) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
25.所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序（比如声音播放功能、图像播放功能等）等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据（比如音频数据、电话本等）等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡（smart media card, smc），安全数字（secure digital, sd）卡，闪存卡（flash card）、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
26.实施例3、计算机可读存储介质实施例本发明的计算机可读存储介质可以是被计算机装置的处理器所读取的任何形式的存储介质，包括但不限于非易失性存储器、易失性存储器、铁电存储器等，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，当计算机装置的处理器读取并执行存储器中所存储的计算机程序时，可以实现上述的一种跨时段方案安全切换的信号控制方法的步骤。
27.所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（rom，read-only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
28.尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。