基于CAN数据的实际道路工况研究

胡斌，黄炯，魏喜乐

（1.江铃汽车股份有限公司，江西 南昌 330001；2.江西省汽车噪声与振动重点实验室，江西 南昌 330001）

1 前言

2017年行业认证油耗与实际油耗差异 23.34%[1]，2018中国乘用车实际道路行驶与油耗分析年度报告指出：分区域乘用车油耗存在差异[2]。而在车辆开发过程中的工况一般以认证工况为参考，不能很好地覆盖驾驶员实际行驶的工况。考虑到实际驾驶过程中用户使用场景的多样性，本文针对某SUV细分市场进行了实际道路驾驶工况分析和不同地区在不同季节下的工况差异分析。

2 实际道路驾驶数据采集和处理

2.1 数据采集

本文采用TBOX行车记录仪采集记录整车CAN总线数据，该设备可以实时采集整车 CAN总线发出的信号数据。本文分析需要用到的整车 CAN信号包括：车速、发动机转速、整车纵向加速度、加速踏板开度、变速箱档位、冷却液温度、总里程等。此外，还需要用到TBOX的绝对时间信号。

2.2 数据处理

由于数据量庞大，传统试验过程中用Excel直接进行数据处理的方法不适用于实际工况分析。Python数据分析库全面并且语法简单，数据结构高效[3]。本文使用Python对数据进行清洗和统计分析。

3 全国实际道路驾驶工况

3.1 自动挡车型车速使用占比分析

车速使用占比从时间和空间两个维度展开分析，时间维度主要目的是为了分析怠速工况或各车速段的时间占实际驾驶的总时间的比例，如式（1）所示：

式中：P为占比；t为怠速工况或各车速段的时间；T为实际驾驶的总时间。

空间维度主要是为了分析车辆行驶过程中各车速段行驶的里程占所有车速段总里程的百分比，如式（2）所示：

式中：K为占比；a为各车速段行驶的里程；S为所有车速段总里程。a通过速度v和时间占比P计算得到，如式（3）所示：

S通过对a求和计算得到，如式（4）所示：

本文对这两个维度分别进行了分析，如图1所示。图1车速 v 取值分别为：0、0＜v≤10……130＜v≤140、V＞140。

图1 车速使用占比

从时间维度分析，怠速工况在实际道路驾驶过程中占比最高，达到 27.2%。0～10kph、10kph～20kph、20kph～30kph、30kph～40kph在车速大于 0的工况中占比均较高，分别在10.21%、10.19%、9.93%和10.15%。当车速大于40kph时，随车速增加使用占比逐渐降低。

从里程维度分析，车速使用占比分布呈现正态分布的趋势，40kph～50kph占比最高，达到13%，总体上偏中低速行驶。对于70kph～120kph行驶的速度区间，80kph～90kph车速里程维度使用占比最低。

上述分析可以看出，怠速工况在实际使用过程中的占比最高；在行驶过程中不论是时间维度还是空间维度40kph左右车速占比最高。

3.2 手动挡车型车速_发动机转速分析

手动挡车型驾驶员会考虑自身驾驶风格和道路工况有选择性地进行转速和车速匹配，为了对这两者进行研究，本文通过 Python数据透视表对每一时刻车速和发动机转速进行关联分析得到车速_发动机转速占比。如图2热力图所示，图中发动机转速分别表示≤900rpm、900rpm～1000rpm…＞4500rpm，车速分别表示 0-5kph、5kph～10kph…＞140kph。图中红色表示占比高（颜色越深表示占比越大），黄色次之，绿色表示占比最低。

手动挡车型的车速和发动机转速关联分析能够直接反映驾驶员实际道路驾驶习惯。图2从时间维度进行了统计分析，可以看出1400rpm～1800rpm发动机转速区间占比达到41%，是实际工况驾驶员最常用的转速区间，区间最常用的速度是30kph～40kph，该细分市场手动挡用户更习惯于在低发动机转速区间驾驶。在所有的实际道路行驶工况中常用的变速箱档位是2、3、4档。

图2 车速_发动机转速占比

4 南方和东北不同季节驾驶工况差异

本文通过对南方和东北地区不同月份实际道路油耗的数据进行采集，发现冬季东北地区油耗明显高于南方地区，夏季南方地区油耗略高于北方地区。某SUV不同月份南方和北方地域油耗如图4所示。东北地区本文选取黑龙江、吉林和长春进行数据采集对比。南方地区本文选取广东、江苏、湖北、湖南和江西进行数据采集对比。

图4 不同地域和月份平均油耗

为了一步探寻导致差异的原因，分别针对怠速工况和行驶工况进行了不同季节的南北地域驾驶工况对比分析。

4.1 怠速工况差异对比

图5 不同地域和季节怠速占比

怠速工况从时间维度进行统计计算，统计怠速时长占发动机总运行时长的百分比。本文按地区和季节分别对怠速时长占比进行统计。某SUV在不同地域和季节的怠速占比如图5所示。

从图5可以看出，南方地区夏季怠速时长占比高于冬季，也高于北方夏季怠速时长占比；东北地区冬季时长占比高于夏季，也高于南方冬季。高怠速占比与高油耗趋势一致。

4.2 车速使用对比

行驶工况从里程维度进行计算，即：以1小时为总行驶时长，分别求出各速度段行驶的里程，然后求出占比。本文按地域和季节分别进行统计。某SUV在不同地域和季节的车速使用占比如图6所示。

图6 不同地域和季节车速使用对比

从图6可以看出，东北地区在冬季45kph以下车速占比最高，其次是南方冬季。

5 实际道路驾驶工况的应用

实际道路驾驶工况的应用体现在性能开发的方方面面。从上文分析发现怠速工况占比 27.2%，怠速工况的油耗水平对整车实际道路油耗的影响较为显著，本文以某SUV为例，对比分析了某SUV优化怠速油耗前后实际道路油耗的影响。

5.1 每百公里怠速工况时长

从上文分析可以得到某SUV平均车速为29.7kph（根据S=∑a可以求出），怠速工况占总体工况27.2%的比例。由此可得出每百公里怠速工况时长为0.92h。

5.2 怠速油耗优化

通过标定优化发动机怠速点火提前角和高效发电机的运用这两个工程方案来降低怠速油耗，经油耗仪实测怠速油耗下降0.34L/h。

因此，该怠速油耗优化方案对某SUV实际道路驾驶工况下的油耗有0.31L/100km的贡献。

实际道路驾驶工况能够更精准地对实际道路油耗进行分析。

6 结束语

基于整车CAN数据本文，得出如下结论：

（1）自动挡车型车速使用分析表明，怠速工况在实际使用过程中的占比最高，达到 27.2%；在行驶过程中不论是时间维度还是空间维度40kph左右车速占比最高。

（2）手挡驾驶员的驾驶习惯分析表明，手动挡驾驶员习惯在1800rpm以下低转速工况运行，常用档位是2、3、4档。

（3）地域和季节分析表明，怠速工况占比，夏季南方地区大于北方地区；冬季东北地区大于南方地区。

（4）地域和季节分析表明，冬季平均车速低于夏季，东北地区低于南方地区。