【摘要】在公共汽车专用道的保障下，公共汽车在城市交通中占据越来越重要的地位。然而我国公共汽车的标准难以满足不同地区不同的环境气候、城市结构、交通法规、交通状况、经济发展状况、驾驶员的习惯。因此，本文提出针对北方严寒地区的冬季公共汽车行驶工况分析方法。将采集到的行驶工况数据根据不同行驶状态划分为若干行驶行程片段，计算每个片段的对应特征值，進行主成分分析和聚类分析，通过相关性检验和有效性检验后，构建适合当地的行驶工况，并以此作为优化北方严寒地区公共汽车动力系统以及提高燃油消耗率，提高乘坐舒适性的参考，间接为机动车污染治理以及交通环境改善提供支持。

【关键词】严寒地区；行驶工况；公共汽车优化；主成分分析

1、研究背景和意义

私家车逐年增长不断增大各大城市的道路和环境压力，公共汽车成为更多人出行的选择，同时对道路和环境压力可以起到一定的缓解作用。我国所采用的是欧洲车辆工况，引进后根据我国实际情况经过一部分完善形成我国的国家标准。但由于我国各地区之间的环境气候、城市结构、交通法规、交通状况、经济发展状况、驾驶员的习惯等有很大的不同。对于公共汽车的适应性和舒适性都有不同的要求，因此用单一的国标来给所有地区实行统一标准化很明显是不准确的，在不同地区需要针对当地情况对公共汽车的各项参数进行调整，使其在考虑适应性和舒适性，提高公共汽车的竞争力，吸引更多的人选择公共汽车作为交通工具的同时，提高燃油经济性、选配出适合在当地实际运行状况的发动机，降低公共汽车的尾气排放，提高市民出行效率。

公共交通系统作为城市基础设施建设的重要组成部分，规范的城市公共汽车交通规划，提高城市公共汽车的质量，提高市民上下班效率，可以提升城市的形象，为城市经济的发展做出贡献。本文针对中国北方地区冬季寒冷干燥、长时间冰雪覆盖的气候和路况条件对公共汽车的行驶工况进行分析，为北方相似气候地区的公共汽车动力选配提供参考依据。数据处理以主成分分析、聚类分析等作为工具，形成片段数据库。上述过程运用统计原理，借助 MATLAB软件完成。

2、试验方案设计

研究有代表性的北方冬季城市和线路，调研城市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，分析公共汽车运行中的特点和不足，依据特点选取有代表性的研究城市，再依据城市的特点选择有代表性的公共交通线路。对于行驶工况的统计分析需要引入一组经过测试后统计的特征值。表1给出了国内外一些典型行驶工况部分特征值的对比分析。

工况构建方法分析：搭建试验系统，通过试验时得到的气候数据组成试验数据。选取能够表征运动学片段的特征值，将特征值与运动学片段组成特征值矩阵。通过主成分分析法将特征值矩阵降维，通过比较得倒主成分得分矩阵，然后将得到的主成分得分矩阵使用动态聚类的方法尝试将分开后的主成分得分矩阵分类。并通过对比调研的实际情况和对比不同情况的行驶数据，确定合适的分类数和各类的类型，最后通过对不不同工况分类，论证建立统一的公共汽车行驶工况的准确性。

构建冬季北方公共汽车行驶工况，引入无偏估计理论计算运动学片段与对应分类的相关性系数，然后提取相关性系数高，速度分布合理的运动学片段构建公共汽车行驶工况，最后使用原始数据特征值验证建立的行驶工况的准确性。建立公共汽车通用动力系统配置模型。使用拉依达准则剔除异常数据，并分析导致异常数据的原因，进而提取合理的公共汽车速度值，然后根据公共汽车时间-速度曲线计算公共汽车以实际能够达到的最高速度在平直路面上匀速行驶所需要的轮上功率建立公共汽车通用动力系统配置模型。最后将正在运行的公共汽车数据带入模型汇总，分析建立的模型的有效性。

3、公共汽车行驶工况构建

3.1主成分分析和聚类分析

将初始统计分析的多个变量经过降维，得到少数变量，用来比较精确地表达原有分析结果，主成分分析的数学表达式如下所示：

利用matlab对线路进行主成分分析，得到主成分个数，主成分得分，因子载荷图等相关信息。第一主成分的主要表征因子有：距离（km）、时间（s）、平均车速（km/h）、平均行驶速度（km/h）、最大车速（km/h）、最大加速度（m/s2）、平均加速度（m/s2）、最大减速度（m/s2）、加速段平均加速度（m/s2）。第二主成分的主要表征因子有：加速时间比例（%）、减速时间比例（%）第三主成分的主要表征因子有：怠速时间比例（%）、匀速时间比例（%）。然后，利用快速聚类法，依据个体间某类性质的亲属程度，将相类似的个体快速地逐次聚类而进行快速归类。

3.2工况构建

在进行主成分分析和聚类分析之后，利用有效性检验特征值和预拟合数据的相关系数来分析处理后的数据，在保证各片段的15 个行驶工况特征值和整体特征值的相关性系数在0.95以上的情况下，提取预拟合数据，之后依据片段有效性验证特征值验证预拟合数据，保证各阈值段的速度、加速度等时间比例不超过原始数据误差的10%，则可以认为拟合数据通过验证，最终将选取的数据拟合成为工况曲线。经过有效性检验，各特征值和整体误差都没超过10%，则认为数据是有效的。

4、研究展望

从城市化交通基础设施建设，减缓道路压力和环境压力的角度考虑，公共汽车的发展与优化尤为重要。因此，考虑我国南北气候条件差异大的特点，针对北方冬季寒冷干燥，冰雪覆盖的气候特点总结公共汽车行驶工况的分析方法，以此作为优化北方严寒地区公共汽车动力系统以及提高燃油消耗率，提高乘坐舒适性的参考，间接为机动车污染治理以及交通环境改善提供支持。

参考文献

[1]中国报告大厅数据中心.2015.

[2]余志生.汽车理论（第三版）[M].机械工业出版社，2010.

作者简介

栾建泽（1995---），男，汉族，辽宁营口人，吉林大学交通学院2013级本科在读生，主要研究领域：交通运输（汽车运用工程）.