基于行驶工况的严寒地区公共汽车通用动力系统配置研究

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随着国内城市化进程地不断推进,城市人口大量集中,进而导致了城市道路交通不畅,地铁拥堵严重。但是在公共汽车专用道的保障下,公共汽车以其方便、灵活、高效的特点,开始在城市交通地发展中占据越来越重要的地位。然而公共汽车也与其它快速发展的行业有着相同的问题:行业标准地发展难以跟上市场的进步,进而导致市场秩序混乱,运行中事故频发。尤其在东北严寒地区,公共汽车的发动机功率也不足以在寒冷的冬季提供给乘客一个温暖的车厢,从而失去与私家车竞争的能力。所以,为了让公共汽车更好地与私家车竞争,改善城市交通环境,研究吉林省公共汽车的运行规律,最终建立能够同时满足供暖和行驶的吉林省公共汽车通用动力系统配置模型显得尤为重要。作者深入调研了国内外研究和市场现状,结合吉林省交通运输管理局和吉林省公交集团提出的技术需求开展了本项研究。首先调研吉林省公共汽车运行情况,选择了4个有代表性的城市,并从这4个城市中各选择10条有代表性的线路进行行驶工况试验,即在正常运营的公共汽车上直接采集数据。然后将数据按照一次怠速到下一次怠速为标准,分成运动学片段。再使用主成分分析法对这些运动学片段降维,得到一个能代表各运动学片段特征的二维矩阵。将此矩阵分类,并依据各片段在对应分类中的相关性系数提取1200秒的简化后的行驶工况。最后依据所建立的行驶工况,针对吉林省公共汽车需要冬季取暖的特点进行动力系统配置,最终建立适合在吉林省运行的公共汽车动力配置模型。论文具体研究工作如下:(1)综合国内外研究情况,在分析交通流量、城市规划和公共汽车分类的基础上。首先调研吉林省公共汽车的运行情况,包括城市发展状况、公共汽车线路规划、公共汽车运行性质、公共汽车运载力需求等。然后分析吉林省公共汽车运行中的特点和不足,依据特点选取4座有代表性的研究城市。最后依据城市的特点和道路交通流量在各城市选择有代表性的10条线路。(2)依据国家相关标准确定了冬季试验时间为2013年1月和2014年1月。然后搭建试验系统,通过前后历时两年共计63天的实车试验得到329750行的试验数据。最后在大量试验数据的基础上,提出了运动学片段的提取方法并定义了合适的运动学片段特征值,并得到了一个13660×13的运动学片段—特征值矩阵。(3)通过主成分分析法将特征值矩阵降维,通过比较得到一个可以准确描述和表征原来矩阵的13660×2主成分得分矩阵。然后按照年份、路面情况、城市和车型分开并使用动态聚类的方法尝试将分开后的主成分得分矩阵分成2、3、4类。然后通过对比调研的实际情况和对比不同情况的行驶数据,确定合适的分类数为3,并分析原始数据,合理的定义了这三个分类:走走停停、低速行驶和相对高速行驶。最后使用前面的方法将不同路面情况和不同城市的6组数据进行对比分析,并得出了总体数据可以准确代表各组数据的结论。(4)阐述了运动学片段与其所在分类的相关性系数计算的理论基础,计算了13660组运动学片段与其对应分类的相关性系数。然后甄选相关性系数高、速度分布符合原始数据的运动学片段,构建了简化后的1200秒吉林省公共汽车行驶工况。最后通过计算简化后的吉林省公共汽车行驶工况的13个特征值,并于总体数据的13个特征值比较,证明了简化后的吉林省公共汽车行驶工况是准确合理的。(5)使用拉伊达法则剔除了异常数据,并将被剔除的运动学片段归纳为三个原因:①吉林省冬季路面经常由冰雪覆盖,而公共汽车均未采取任何防滑措施,车辆加速和起步时有打滑现象发生,试验中的速度测量可能出现误差。②公共汽车运行过程中可能出现驾驶员为了准点到达而赶时间的情况,进而采取异于平时的驾驶行为。③城市内高架桥会导致GPS测速仪短暂失去信号从而导致误差。结合平直公路最大速度行驶所需功率和冬季取暖所需功率建立了吉林省公共汽车通用配置模型。最后将正在运行的车辆数据代入模型中,通过分析运行情况,证明了建立的模型的有效性。并给出了建议的公共汽车功率质量比。论文以研究吉林省寒冷地区公共汽车的行驶工况为基础,在分析大量数据后建立了吉林省公共汽车通用动力系统配置模型,依据此模型计算了合适的功率质量比,研究成果为吉林省公共汽车的选配和公共汽车通用技术标准的制定提供了理论和试验依据。
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