王 萍，萬(wàn) 蔚，張 克，王振華，劉顯青

(1.中國(guó)航天系統(tǒng)工程有限公司，北京 100070；2.北京市計(jì)量檢測(cè)科學(xué)研究院，北京 100029)

隨著我國(guó)城市居民生活水平的提高，機(jī)動(dòng)車出行已經(jīng)成為我國(guó)最主要的交通方式之一. 駕駛行為，即駕駛員改變行車速度、方向、車輛狀態(tài)等的駕車方式，會(huì)對(duì)機(jī)動(dòng)車的燃油經(jīng)濟(jì)性和安全性帶來(lái)極大的影響. 研究表明，在燃油經(jīng)濟(jì)性方面，駕駛行為習(xí)慣對(duì)機(jī)動(dòng)車燃料消耗的影響范圍能夠達(dá)到30%[1]. 而目前的駕駛行為評(píng)價(jià)研究大多集中于面向群體的駕駛行為建議，缺乏針對(duì)駕駛員個(gè)體的駕駛行為評(píng)價(jià)，部分駕駛行為評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)駕駛員的提示不夠直觀，難以對(duì)駕駛員提供有效的警醒或鼓勵(lì)[2-3].

出租車作為城市道路交通系統(tǒng)的主要組成，具有運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、油耗大等特點(diǎn)[4]，出租車運(yùn)營(yíng)公司也亟需一種具有良好數(shù)據(jù)支撐的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行出租車駕駛員的輔助考核. 本文以北京市出租車終端采集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從生態(tài)節(jié)能性維度，利用模糊綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)駕駛員個(gè)體的駕駛行為進(jìn)行評(píng)價(jià).

1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文數(shù)據(jù)來(lái)源于出租車一體化終端，利用北斗高精度定位和車載診斷(OBD)系統(tǒng)接口讀取車輛實(shí)時(shí)位置、時(shí)間、車速、油耗、累計(jì)里程、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等信息，采樣頻率為1 Hz，采樣車型為現(xiàn)代伊蘭特. 采集設(shè)備如圖1所示，出租車數(shù)據(jù)格式如表1所示.

圖1 數(shù)據(jù)采集設(shè)備

表1 出租車數(shù)據(jù)格式

1.2 數(shù)據(jù)處理

本文從生態(tài)節(jié)能性方面對(duì)駕駛員駕駛行為進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)對(duì)車輛能耗影響因素的分析，借鑒國(guó)內(nèi)外在生態(tài)駕駛、駕駛行為建議等方面的研究[5-7]，結(jié)合對(duì)車輛從業(yè)人員和駕駛員的調(diào)研結(jié)果，從采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中，提取出4類影響車輛能源消耗的4類要素：急加速、急減速、長(zhǎng)時(shí)超速、長(zhǎng)時(shí)怠速. 本文將四類影響因素的出現(xiàn)次數(shù)作為評(píng)價(jià)輸入，歸納各要素與生態(tài)駕駛行為評(píng)價(jià)之間的關(guān)系.

加速、減速等工況的識(shí)別通過(guò)加速度計(jì)算進(jìn)行. 采樣加速度計(jì)算方式如式(1)：

as(t)=v(t)-v(t-1)

(1)

式中，as(t)為t秒時(shí)的采樣加速度，v(t)為t秒時(shí)速度，v(t-1)為t-1秒時(shí)速度.

根據(jù)采樣加速度進(jìn)行行駛工況判定：

1)急加速

計(jì)算相鄰兩次數(shù)據(jù)的速度變化率獲取加速度as(t)，as(t) >0即為加速. 判定駕駛?cè)耸欠裼屑奔铀傩袨楫a(chǎn)生，通過(guò)參數(shù)設(shè)置對(duì)急加速的判定閾值進(jìn)行. 在本駕駛行為評(píng)價(jià)模型中，結(jié)合學(xué)者已有研究[8]，分析百公里油耗隨速度變化率，根據(jù)道路實(shí)際運(yùn)行情況，設(shè)定急加速閾值為加速度大于4 km/h，連續(xù)出現(xiàn)的急加速事件合并作為一次事件. 在同樣的車速下，猛踩油口會(huì)帶來(lái)更高的發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)噴油量和轉(zhuǎn)速，消耗更多的燃油，還會(huì)對(duì)氣缸壁、活塞、活塞環(huán)造成損傷，或者燒壞電器設(shè)備，造成大量的燃油浪費(fèi)，加重尾氣污染.

2)急剎車

急剎車即急減速，計(jì)算相鄰兩次數(shù)據(jù)的速度變化率獲取加速度as(t)即為剎車(減速). 在本文中，結(jié)合學(xué)者已有研究，設(shè)定急減速閾值為-5 km/h，連續(xù)出現(xiàn)的急剎車事件合并作為一次事件. 實(shí)際駕車調(diào)研表明，高減速操作因利用離合下壓浪費(fèi)了車輛本身慣動(dòng)力，造成了不必要的油耗損失.

3)長(zhǎng)時(shí)怠速

怠速是指速度v(t)=0且加速度as(t)=0的車輛工況，即車輛已經(jīng)完全停止，無(wú)加速的傾向的時(shí)間段為怠速狀態(tài). 車輛在怠速工況時(shí)，需要保持燃油燃燒來(lái)維持發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng). 根據(jù)國(guó)際上節(jié)能技巧總結(jié)，t>60 s的長(zhǎng)時(shí)怠速，對(duì)油耗影響較大，出現(xiàn)此類情況即統(tǒng)計(jì)為一次長(zhǎng)時(shí)怠速事件. 連續(xù)出現(xiàn)的長(zhǎng)時(shí)怠速事件合并作為一次事件.

4)長(zhǎng)時(shí)加速

研究表明，長(zhǎng)時(shí)加速現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致更大的油耗. 將t>5 s的加速度大于0的駕駛行為認(rèn)定為長(zhǎng)時(shí)間加速，連續(xù)出現(xiàn)的長(zhǎng)時(shí)加速事件合并作為一次事件.

2 模糊綜合評(píng)價(jià)

模糊綜合評(píng)價(jià)是多重目標(biāo)決策的一種情形，主要用于模糊環(huán)境，通過(guò)對(duì)事物影響因素進(jìn)行模糊關(guān)系方程勻速，針對(duì)一定的目的對(duì)事物做出綜合評(píng)價(jià). 模糊綜合評(píng)判的過(guò)程包括綜合考慮各種屬性，建立被評(píng)判對(duì)象的因素集；建立評(píng)判集；進(jìn)行單因素評(píng)判；為不同因素賦權(quán)值，根據(jù)權(quán)值和單因素評(píng)判結(jié)果得出綜合評(píng)判結(jié)果[9].

2.1 建立因素集和評(píng)判集

選取n個(gè)駕駛員行駛數(shù)據(jù)作為評(píng)判對(duì)象集X=[x1,x2…xn]. 建立駕駛員生態(tài)駕駛行為評(píng)價(jià)的因素集為U=[A,B,IS,LA]=[急加速，急減速，長(zhǎng)時(shí)怠速，長(zhǎng)時(shí)加速]. 將生態(tài)駕駛行為評(píng)價(jià)分為4類，即建立駕駛行為評(píng)判集為V=[v1,v2,v3,v4]=[節(jié)能駕駛，良好駕駛，合格駕駛，耗能駕駛].

2.2 進(jìn)行單因素評(píng)判

對(duì)駕駛行為評(píng)價(jià)因素集U中的每一個(gè)單一因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算駕駛員對(duì)象集中對(duì)象xi對(duì)于因素uj的隸屬度rij，從而計(jì)算得到模糊評(píng)價(jià)矩陣D：

(2)

2.3 權(quán)值與綜合評(píng)價(jià)

為因素集建立一個(gè)模糊子集K=(k1,k2…kn),其中ki表示每個(gè)因素集的因素在綜合評(píng)價(jià)中的影響力，約束條件為{0≤ki≤1，∑ki=1}. 權(quán)重集K與模糊評(píng)價(jià)矩陣D進(jìn)行模糊關(guān)系運(yùn)算，得到駕駛員駕駛行為的模糊綜合評(píng)判集F：

(3)

式中，?為一種模糊關(guān)系運(yùn)算方式，一般有3種運(yùn)算形式，本文采用加權(quán)平均法進(jìn)行對(duì)應(yīng)的模糊運(yùn)算；fi為駕駛員對(duì)象相對(duì)于駕駛行為評(píng)價(jià)集指標(biāo)的隸屬度.

3 實(shí)例分析

3.1 駕駛行為數(shù)據(jù)選擇

本文在北京市某出租車公司307位司機(jī)中，不分析司機(jī)的駕駛行為與油耗情況 ，隨機(jī)挑選200位駕駛員作為樣本集，以單輛出租車每50 km為一段樣本行程，計(jì)算不同參數(shù)值的分布情況，綜合專家意見(jiàn)，確立隸屬度函數(shù)的相關(guān)閾值. 從剩余107位司機(jī)中隨機(jī)選擇駕駛員作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行評(píng)價(jià).

3.2 隸屬度函數(shù)選擇

在進(jìn)行駕駛行為評(píng)價(jià)的過(guò)程中，各個(gè)狀態(tài)之間沒(méi)有明確界限，具有模糊性. 選擇函數(shù)性質(zhì)穩(wěn)定、控制平緩、分辨度高的梯形隸屬度函數(shù). 根據(jù)采集到的駕駛行為影響因素分布情況，分析其平均值、中位數(shù)、四分位數(shù)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，結(jié)合專家修正意見(jiàn)，建立急加速次數(shù)、急減速次數(shù)、長(zhǎng)時(shí)怠速次數(shù)、長(zhǎng)時(shí)加速次數(shù)的隸屬度函數(shù)，如圖2所示.

圖2 隸屬度函數(shù)選擇

3.3 評(píng)價(jià)值計(jì)算

對(duì)全部107個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，統(tǒng)計(jì)107個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本平均50 km行程中不同因素出現(xiàn)的頻數(shù)如表2所示：

表2 平均50 km行程各因素頻數(shù)

由于本文篇幅所限，本文從107個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本中隨機(jī)挑選10位駕駛員進(jìn)行實(shí)例分析，其他樣本的處理方式與此次相同. 選擇這10位駕駛員同一天相似時(shí)間段內(nèi)的50 km行程，按照前述評(píng)價(jià)因素集的計(jì)算方式，計(jì)算各項(xiàng)評(píng)價(jià)因素值如表3所示.

表3 駕駛行為評(píng)價(jià)因素值

3.4 基于模糊綜合評(píng)價(jià)的生態(tài)駕駛行為分析

根據(jù)前述模糊綜合評(píng)價(jià)的理論與方法，對(duì)已有研究數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析，獲得初始權(quán)值，向6位專家進(jìn)行評(píng)價(jià)咨詢，進(jìn)行權(quán)值修正，確立權(quán)重集為K=(0.468,0.27,0.156,0.101)，進(jìn)而建立駕駛行為模糊綜合評(píng)價(jià)模型. 使用Matlab平臺(tái)進(jìn)行模型的算法求解，得到不同駕駛員的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果如表4所示：其中1為節(jié)能駕駛，2為良好駕駛，3為合格駕駛，4為耗能駕駛.

表4 駕駛行為評(píng)價(jià)值

統(tǒng)計(jì)駕駛員的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，將駕駛行為節(jié)能評(píng)價(jià)情況與OBD采集的油耗數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性校驗(yàn). 本文采用的OBD設(shè)備符合北京市地標(biāo)《營(yíng)運(yùn)客車能源計(jì)量器具功能及數(shù)據(jù)采集規(guī)范》，經(jīng)過(guò)北京市節(jié)能減排中心驗(yàn)證，具有可靠性. 將計(jì)算得到的油耗值與評(píng)價(jià)值進(jìn)行校驗(yàn)如表5所示.

表5 評(píng)價(jià)值與油耗值校驗(yàn)

按照相同方式對(duì)所有107個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本駕駛員樣本一個(gè)月的營(yíng)運(yùn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將駕駛員所有連續(xù)50 km的行程進(jìn)行行為評(píng)價(jià)，并與其油耗數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，獲取不同生態(tài)駕駛行為評(píng)價(jià)值對(duì)應(yīng)的油耗區(qū)間如表6所示.

表6 評(píng)價(jià)值與油耗區(qū)間

由表中數(shù)據(jù)可知，評(píng)價(jià)值為節(jié)能駕駛的百公里油耗數(shù)據(jù)主區(qū)間為6～8 L，評(píng)價(jià)值為良好駕駛的百公里油耗數(shù)據(jù)為8～10 L,評(píng)價(jià)值為合格駕駛的百公里油耗數(shù)據(jù)為10～12 L，評(píng)價(jià)值為耗能駕駛的百公里油耗數(shù)據(jù)為12 L以上. 因此，基于OBD數(shù)據(jù)的出租車駕駛行為評(píng)價(jià)具有較好的準(zhǔn)確性.

4 結(jié)束語(yǔ)

1)將急加速、急減速、長(zhǎng)時(shí)加速、長(zhǎng)時(shí)怠速作為駕駛行為評(píng)價(jià)參數(shù)，構(gòu)建各評(píng)價(jià)參數(shù)的隸屬度函數(shù)，獲得樣本數(shù)據(jù)的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)駕駛員行為進(jìn)行生態(tài)節(jié)能性評(píng)價(jià).

2)使用北京市出租車數(shù)據(jù)的實(shí)例驗(yàn)證表明，該方法能夠合理、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)駕駛員行為對(duì)能耗的影響，具有實(shí)際應(yīng)用意義.

3)結(jié)合數(shù)據(jù)分析結(jié)果，向駕駛員提出預(yù)計(jì)停車60 s以上時(shí)采取熄火操作、低速行駛時(shí)以5 s間均勻加速為宜等策略，幫助駕駛員節(jié)約駕駛能耗.