CN101460952A - 用于提高车辆燃料经济性的触觉设备和指导方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种设备，所述设备包括：触觉致动器，与车辆的踏板组件操作地相关联：人机界面(HMI)，使驾驶者能够在多个燃料节省设置之间进行选择；控制器，结合到车辆中的数据接口和HMI接口，当所述车辆操作的一方面超过响应于所述HMI设置的多个速度阈值和加速度阈值中的至少一个时，使触觉致动器为驾驶者提供反馈。另外，一种指导方法提供将不影响车辆的操作的基于触觉的反馈。该闭环反馈方法以将鼓励随着时间改变驾驶方式的方式为驾驶者提供及时的信号，所述方式例如，使加速器踏板后退以按照小的速度加速，并使用较小的强度较早地进行制动。由于不是在所有情况下所有驾驶者的爱好都相同，所以HMI选择器将通过在具体时间提供最适于他们的驾驶爱好的反馈来帮助指导驾驶者。

Description

用于提高车辆燃料经济性的触觉设备和指导方法
技术领域
本说明书总体上涉及一种机动车辆，更具体地讲，涉及一种向驾驶者提供反馈的触觉设备(haptic apparatus)和指导方法(coaching method)，所述触觉设备和指导方法使驾驶者能够并且鼓励驾驶者提高车辆的燃料经济性。
背景技术
汽车公司倾力校准他们的车辆引擎，以获得与驾驶者的期望有关的优化水平的性能。在政府认证之前，马力、扭矩和燃料经济性在一套复杂的操作条件下得到平衡。
然而，车辆被驾驶的方式会对燃料经济性产生很大的影响。例如，2006款福特F-150 4×45.4L皮卡在城市中驾驶时的EPA为14mpg，在高速公路上驾驶时为18mpg，在城市和高速公路混合驾驶时为16mpg。然而，通过明智的驾驶，在城市和高速公路混合驾驶的实际情况下，能够获得大于20mpg。换句话说，想提高燃料经济性的驾驶者能够获得超过平均水平25％的燃料经济性的提高。相比之下，GM在2006年4月30日宣布其2008款双模式混合Tahoe SUV与其传统的Tahoe SUV相比，在城市和高速公路混合驾驶的情况下将使燃料经济性提高25％。虽然清楚不是同类进行比较，但是应该清楚，更加认真地对驾驶形式进行控制能够获得有效的燃料经济性利益，而不需要增加成本。
在因特网上可容易地找到燃料有效驾驶的技巧。例如，壳牌石油公司的媒体中心(Shell Oil’s Media Centre)的网站上陈述了唐突的驾驶(aggressivedriving)使用的燃料会比理性的驾驶使用的燃料多超过三分之一。对采用更加理性的驾驶形式的唐突的驾驶者来说，相当于汽油的价格从3美元/加仑降到了2.25美元/加仑。为此，建议消费者避免过猛地加速或者制动、使用巡航控制(cruise control)以及当排队等待时关闭引擎等。类似地，edmunds.com上有题目为“驾驶技巧(Driving Tips)”的文章，声称通过改变驾驶***均值为31％)。他们的建议与壳牌公司的建议类似，每种技巧均能提高特定的燃料经济性。例如，宣称低速驾驶能够节省平均为12％的燃料经济性，而宣称使用巡航控制能够节省平均为7％的燃料经济性。然而，如在福特汽车公司主办的网站www.drivingskillsforlife.com上的节油驾驶技巧(Eco-driving tips)中指出的那样，巡航控制不应该用于山地，这样做的目的在于使燃料经济性最大化。该网站的节油驾驶(Eco-Driving)版提供大量支持环保驾驶方面的信息。例如，节油驾驶版陈述了在城市驾驶条件下速度超过60mph时燃料消耗迅速增加，并且加速占近50％的车辆能源消耗。虽然这些通用的驾驶方法毫无疑问是指导性的，但是驾驶者自己仍然本能地寻求如何能够在许多不同的驾驶情况下使他们的特定的车辆的燃料经济性增加。
一些汽车制造商提供了使驾驶者能够在动力系操作的不同模式之间切换的模型。然而，这通常通过调节变速器(transmission)的换档点(shift point)而实现，目的是以燃料经济性为代价增大功率。与此相反，在第DE10218012号德国专利申请中提出了一种燃料经济性的控制方法。根据这种方法，驾驶者能够设置用于燃料消耗的变量，接着，车载控制***将设法将其实现。然而，这会导致在车辆性能中发生一些不满足驾驶者的期望的改变。
虽然大多数驾驶者理解快速加速和高速损害燃料经济性，但是如今的车辆尚未被装备得能够帮助驾驶者提高燃料经济性。通常，滑动量表(sliding-scale gauge)或者数字mpg显示器就是设置的为驾驶者指示瞬时燃料经济性或者平均燃料经济性的全部装备。这些指示器会非常容易被驾驶者忽略。另外，在一些装备有标准(换档杆)变速器的车辆中，设置换档灯以使驾驶者能够知道何时换档，而不是必须查看转速器。但是，换档仅仅是驾驶形式的一个方面，换档灯或许不是与驾驶者进行交流的最好方法。
在现有专利技术中，也提出了视觉显示器。例如，第JP2002370560号日本专利公开建议使用仪表组或者导航显示器，以为驾驶者指示优化的加速器踏板值。这种方案在试图获得显示的优化值的过程中将需要驾驶者反复地将他或者她的注意力从道路改变到车辆内的显示器上，接着再改变回去。提出的另一种视觉显示器在第6,092,021号美国专利中被公开。在这种情况下，当检测到燃料使用效率低时，显示提示消息(例如，稳定驾驶速度(“DRIVESTEADY SPEED”))。然而，这种指令并不能使消费者十分满意，根据定义，这些消息在事实之后才出现。
汽车制造商还宣布了一些关于他们帮助驾驶者的实验的通告，但是对于消费者来说仍然不存在商业上可用的方案。例如，《新科学家》(The NewScientist)于2004年3月22日报道戴姆勒-克莱斯勒公司(DaimlerChrysler)正在对振动加速器踏板进行试验，以提醒驾驶者何时减速。据说，这种样机能够使用GPS预见前方道路的弯曲、使用车辆检测雷达帮助避免太靠近前方的任何车辆、使用PC处理这些测量值以及当需要减速时，使用固定在加速器踏板之下的小致动器使小活塞抵住踏板橡胶的下侧轻微地振动。选择用振动提醒的原因在于戴姆勒-克莱斯勒公司发现驾驶者对振动的反应比对仪表板灯更快。
斯坦福大学和美国大众汽车公司(Volkswagen)在题目为“共生汽车：触觉反馈加速器踏板”(“Symbiotic Car：Haptic Feedback Accelerator Pedal”)的2003-2004项目中进行了另一实验。在该实验中，驾驶者能够使用2003VWGTI VR6中的控制接口在燃料经济性模式、性能换档模式和速度/借道模式之间进行选择。基于检测的车辆速度和引擎速度，软件程序确定适当的触觉输出：如果驾驶者正在超速行驶，则施加抵抗他或者她的脚的力，如果***处于换档模式，则进行振动提示。样机***包括将拉动加速器踏板的DC电机和线缆组件，以产生抵住驾驶者脚的力。微型控制器将向电机发送信号，指明将产生哪种触觉反馈，在加速器踏板处感触是否产生了振动(～49Hz)或者连续的力(0至5磅)感觉。电机安装在加速踏板之上。线缆附于安装在电机轴的齿轮头周围，并使用有眼螺栓连接到加速踏板。该实验的结果指出，只有驾驶者能够选择换档点，驾驶者才会喜欢呈现给他们的换档点。
当然，使加速器踏板振动的构思也可在专利技术(例如，第5,113,721号美国专利、第6,925,425号美国专利、第FR2828155号法国专利申请公布、第2005/0110348号美国专利申请公布以及第2005/0021226号美国专利申请公布)中发现。然而，在目前的市场上缺少针对商业上可用的方案说明解决上述问题比较困难。例如，所述方案必须能够有效地增加燃料经济性，而且不应该是打扰性的从而阻碍使用或者不利地影响消费者的满意度。如同福特的被授予专利的安全带提醒(BeltMinderTM)***所证明的那样，通常，发明通常必然鼓励象座椅安全带一样有益的装置的使用。所述方案应当不仅能引起驾驶方式上的暂时改变，同时还能够使驾驶者具有舒畅的体验。所述方案也能够应用于目前的车辆产品，以及目前在使用的上百万车辆。所述方案应该易于使用，不需防碍正常的车辆操作，安装便宜，并且车辆不需要换发新证或者不违反车辆保证。另外，所述方案应当不分散驾驶者的注意力或者不需要驾驶者一直注意以达到其燃料经济性的目标。理想地，所述方案将能够使消费者购买大到足以满足他们的需求的车辆，而且能够使驾驶者按照接近较小的车辆的燃料效率的方式操作车辆。换句话说，无论何时需要，所述方案将都能够使驾驶者维持并且总是能够使用车辆的全部动力系能力，而且，不会使驾驶者猜测如何以其它方式来最佳地增加燃料经济性。
发明内容
因此，有利地提供一种触觉设备以及指导方法，以能够使驾驶者并且鼓励驾驶者提高车辆的燃料经济性，而不需要远离驾驶者地进行额外的控制。
还存在以下优点：这种触觉设备能够安装在现有的上百万车辆中以及将来的车辆产品中。
还存在以下优点：所述触觉设备以及指导方法将帮助发扬安全驾驶习惯，并且减少制动和轮胎磨耗。
还存在以下优点：所述触觉设备以及指导方法自身能够被调节以适用于被驾驶的特定车辆。
还存在以下优点：所述触觉设备以及指导方法将能够使驾驶者调节期望达到的燃料经济性的水平，而不需要对车辆进行重新认证。
为了实现上述优点，提供一种设备，所述设备包括：触觉致动器，与车辆的踏板组件操作地关联：人机界面(HMI)，使驾驶者能够在多个燃料节省设置之间进行选择；控制器，被配置为当所述车辆超过响应于所述HMI设置的多个速度阈值和加速度阈值中的至少一个时，通过触觉致动器为驾驶者提供指导反馈。另外，有益的指导方法提供不影响车辆的操作的基于触觉的反馈。另外，该闭环反馈的方法以下面的方式为驾驶者提供及时的信号，所述方法将鼓励随着时间改变驾驶方式，例如，使加速器踏板后退以按照低的速度加速，并使用较小的强度较早地进行制动。由于不是在所有条件下所有驾驶者的爱好都相同，所以HMI选择器通过在具体时间提供最适于他们的驾驶爱好的反馈来帮助指导驾驶者。
附图说明
通过下面对优选的实施例进行的详细地描述，上述特点和优点以及其它方面将变得清楚。进一步的优点和特点将从附图中被得出，下面简要地概括附图，其中：
图1是包括在此描述的触觉设备的车辆***的框图；
图2是针对触觉设备的后继市场(aftermarket)实施例的图形表示；
图3是用于车辆仪表板的信息控制装置的图示，其中，正显示两条不同的消息以表示其作为HMI接口的实施例的效用；
图4是HMI接口的另一实施例的图示；
图5是在一定的速度范围上的燃料经济性的示例性曲线图；
图6是加速度试验程序的图例；
图7是图6中示出的加速度试验的结果的示例性曲线图；
图8是指导方法的整体流程图；
图9是在对指导方法的一方面进行的描述中有用的两条速度曲线的图例；
图10示例性的查找表的结构的图例。
具体实施方式
参照图1，示出了车辆***10的框图。车辆***10的特征在于包括触觉设备12，触觉设备12具有以上概括的优点。触觉设备12包括电子控制单元(ECU)或者微控制器14以及与加速器踏板18操作地相关联的至少一个电机16。虽然微控制器14可以是单独的模块，但是其功能能够被改为并入动力系控制模块或者引擎控制模块20。还示出了变速器控制模块20a以说明可提供单独的引擎控制模块和变速器控制模块。假设驾驶者可仅仅对基于计算机的指导反馈快速地作出反应，而由于微控制器14的功能性引起的额外的负载相对于引擎控制模块的其它功能可能是无关紧要的。用于微控制器14的合适的实施例的一个示例是德州仪器的TMS470R1B1M 16/32-Bit RISC微控制器芯片。这种微控制器芯片的特征在于包括1兆字节的闪速存储器和两个控制器局域网络(CAN)控制器。如今，CAN总线协议被用于许多车辆***中。然而，所公开的触觉设备不限于任何具体的总线结构或者总线协议。图1也示出了连接到微控制器14的闪速存储器电路14a，这是因为其它的合适的微控制器可能未装备有能够用于记录事件和其它数据的非易失性存储器。不管微控制器14的功能被集成到引擎控制模块20中，还是被集成到车载的一些其它控制器中，微控制器都会将指导方法编程到其相关联的存储器中。稍后将结合图8描述该方法。在经销商服务的范围内，会适当地将含有所述方法的软件指令上载到装备有闪速存储器或者基于EEPROM的存储器的现有的车载控制器中。在任何情况下，都应该理解，车辆***中的合适的控制器被配置成用于提供描述于此的指导反馈方法。
在主要在图2中示出了后继市场的实施例中，微控制器14通过OBD-II数据口接口15结合到动力系控制模块20。OBD-II指针对车载诊断的美国汽车标准，该标准需要在车厢中(在通常位于方向盘之下)提供可访问的标准的16针连接器。通过这种车载连接器，DC电源正好能够被使用。在后继市场的实施例中，虽然直接与车载CAN总线进行连接是一种可选的方案，但是，应该理解，标准的OBD-II连接器提供被特别设计以提供合适的单独的数据口的简单并且低成本的连接点。还应该注意到，在欧洲还存在按照欧洲车载诊断(EOBD)标准的类似的数据口。
如图2所示，OBD-II数据接口15、微控制器14和电机驱动器电路17最好安装在电路板21上，该电路板21被容纳在模块封装22中，在模块封装22的一端具有匹配的OBD-II连接器23，在模块封装22的另一端具有输出接口24。虽然连接器23被示出为附于封装22上，但是，应该理解，可选地，连接器23能够通过带状电缆等结合到封装上。商业上可用的其中具有电路板的OBD-II接口产品的示例是来自加利福尼亚州戈拉塔的MultiplexEngineering，Inc.的T16-002接口。加拿大多伦多的Elm Electronics也提供形成以几个OBD-II数据接口(例如，来自加利福尼亚州丽浪多滩(RedondoBeach)的OBD Diagnostics，Inc.的多合一扫描工具)为基础的ELM320-OBD(PWM)至RS232的转换器电路(interpreter circuit)。输出接口24最好包括连接器(例如，RS-232C连接器25)，以提供通信输出。RS-232C连接通常与OBD-II扫描工具一起使用，用于连接到计算机或者个人数据助理装置(例如，PDA 26)。虽然在图2中示出了与PDA26为可拆卸的有线连接，但是，应该理解，也可采用无线通信，例如，通过可从亚利桑那州梅瑟(Mesa，AZ)的AutoEnginuity L.L.C.获得的蓝牙收发器(见www.autoenginuity.com)。另外，作为可选的后继市场的封装，开关30的功能能够被并入PDA26的软件程序中。
应该理解，图2中的实施例的触觉设备12可作为后继市场单元被封装和在有授权的经销商处作快速、合适的安装和销售。电机16可被安装在加速器踏板上的合适的位置，例如，安装在加速器踏板的后侧，或者被安装在与加速器踏板操作地相关联的任何其它位置，使得驾驶者能够通过加速器踏板接收触觉反馈。例如，电机16可通过背面有粘合剂的塑料安装夹子28固定到固定支架27上，固定支架27形成加速器踏板组件的一部分。当然，在适当的应用中，可使用其它合适的安装技术，但是快速连接器(例如，卡扣式锁定脚)通常更易于使安装成本低。例如，在适当的应用中，可使用
Figure A200780017580D0011140523QIETU
钩和环形紧固件，这会使后继市场设备12易于转移到另一车辆中。这种可重复使用的安装技术尤其有利于租用车辆，这是因为所述设备可通过更新软件重新配置而被用于另一车辆上。
如图1所示，电机驱动器电路17电结合到微控制器14和触觉电机16之间。电机驱动器电路17用于响应于来自微控制器14的输出信号将电源施加给触觉电机16，从而使触觉电机16通电。另外，如图2所示，可使用单独的驱动器电路17以使用于制动踏板36的触觉电机34通电。电机驱动器电路17可以是能够选择性地将足够的电源施加给触觉电机16的任何合适的电路。在1999年4月27公布的Nishiumi等人的标题为控制器包(controller pack)的第5,897,437号美国专利的图15中示出了示例性的电机驱动器电路。该专利通过引用被包含于此。
电机16的目的在于提供足以被感觉到的幅度的触觉反馈，但是不会分散驾驶者的注意力。另一种方式是，所述目的在于通知驾驶者，而不必要(例如)引起驾驶者的立即注意。因此，例如，驾驶者可以响应于来自电机16的柔和的振动而随着时间的流逝以几乎下意识的水平轻轻释放加速器踏板上的压力。如对在普通的蜂窝电话中的振动电机所证明的那样，电机16可以非常小并且仍然非常有效。另外，如于2004年2月17日公布的并转让给爱默生公司(Innersion Corp.)的标题为“振动触觉的触觉反馈装置(Vibrotactile HapticFeedback Devices)”的第6,693,622号美国专利所举例说明的那样，消费者正开始习惯于振动触觉的装置，例如，力反馈游戏面板控制器。可使用多种振动电机作为电机16，例如，中国的金龙控股集团(Jinlong Holdings Group)的4SH3-0212B振动电机或者来自瑞优帝上(Radio Shack)的在其转子上附有偏心块29的1.5V至3V DC电机(型号为273-223)。其它类型的振动电机基于压电操作、螺线管操作或者电磁操作，例如，阿尔卑斯电气株式会社(AlpsElectric)的ForceReactorTMAF系列的弱振反馈装置(short vibration feedbackdevice)。然而，应该理解，所公开的触觉设备实际上不限于振动电机。倘若其它触知反馈致动器或者其它感触反馈致动器不会不利地影响加速器踏板的操作或者不会使驾驶者反应过度，则这些致动器可适合于这种应用。例如，在装备有可调节的踏板的车辆中，调节加速器和制动踏板组件的运动的电机的反复的快速触发可使驾驶者感知到触觉信号，而不改变车辆操作。换句话说，在一些应用中，可通过加速器踏板和制动踏板二者使用单个电机提供触觉反馈。
如在此所公开的，车辆驾驶者确定触觉设备12提供多少驾驶形式的引导或者指导。例如，在一个具体的旅程或者时间间隔期间，驾驶者可能会想要或者需要获得理论上可能的最高燃料经济性，但是同一驾驶者在另一旅程或者时间间隔期间可能会愿意接受稍低水平的燃料经济性。因此，根据一个实施例，人机界面(HMI)以三位置选择器开关30的形式结合到微控制器14。开关30能够使驾驶者在正常操作模式、经济操作模式以及更加经济的操作模式之间进行选择。在正常操作模式下，不需要所述设备12提供触觉反馈。在更加经济的操作模式下，将向驾驶者提供车辆最适合于实现能够实现的最高实际燃料经济性的触觉反馈。然而，不是所有驾驶者均想获得这种级别的反馈，这是因为一些驾驶者可能会想更加快速地加速或者按照更高的高速进行驾驶等。因此，开关30提供至少一种另外的设置，被标示为经济的操作模式。这种中间的设置将仍然鼓励高的燃料经济性，但是不会寻求实现最高的实际燃料经济性。
在一个示例性实施中，选择器开关30包括ITT工业公司cannon C&KRafix22QR系列型号为1.30242.136的照明旋转选择器开关。这种开关可被安装在仪表板上，或者可被安装在驾驶者易于接触的任何其它合适的位置。还应该理解，可采用许多其它类型的开关。例如，可提供额外的开关柱位，从而为驾驶者提供更微调的控制，甚至提供能够达到与收音机上的音量控制类似的连接变化的开关的程度。可选地，车辆中现有的开关的操作可被重新编程，以提供开关30的功能，例如，图3中所示的信息组(informational cluster)32。所述信息组32包括一组按照仪表板(dash mounted)的按钮38-42以及显示器44。可在2006林肯马克(Lincoln Mark)LT皮卡中发现这种信息组，用于显示与显示器44上显示的消息类似的消息。这些消息包括环境温度、平均燃料经济性、车辆前进的罗盘方向以及累计的行驶里程。通过按下信息按钮38，车辆驾驶者能够使一组预编程序的消息(例如，上面所描述的一个消息)循环。设置按钮40用于产生各种预编程序的选项(例如，使用英语或者米制单位)。重置按钮42用于重置操作，例如，平均燃料经济性的计算。
在另一示例性实施例中，开关30的功能可被加到对信息组32的编程中。具体地讲，可通过设置按钮40生成的选项中的一个将是在燃料经济操作模式或者更高的经济性操作模式下放置触觉设备12或者在正常操作模式中使触觉指导反馈不起作用。那么，重置按钮能够用于重新开始与将被显示的燃料经济性的消息相关的计算以及使驾驶者能够输入信息。例如，当车辆被补给燃料时，驾驶者能够通过选择被编入信息组中的价格中的一种(例如，$2.5/g、$2.6/g等)输入支付的汽油的大约的价格。接着，信息按钮38将用于使传递给驾驶者(例如，显示在显示器44a上)的可视的反馈的一条或者多条消息循环。这样，驾驶者能够被给予积极的反馈：即使在燃料泵处支付的价格为$3/加仑，设备12和指导方法在有效地降低支付的价格的燃料经济性方面也得到了提高。其它行为的加强消息可包括对每月或者每年的燃料的成本节约的估计，或者，甚至对通过更好的驾驶习惯赚取的象工资一样的每小时节省的金钱的估计。优选地，视觉反馈用于积极地传递行为加强消息，而触觉反馈用于精确地传递驾驶者实际想知道的燃料经济性极限。
图4示出了可用作合适的HMI的另一种类型的开关组件46。单式开关组件46包括安装在塑料壳体58中的五个瞬时按钮48-56。可通过改变按钮标签将许多福特车辆上的无键输入类型键盘构造成单式开关组件46。一种这样的键盘的示例是第3L2Z-14A626-AA号福特部件，其特征还在于其无线RF通信并且背面涂覆粘合剂安装。按钮48-52对应于开关30上的三个位置。虽然按钮54和56能够用于提供另外的中间燃料经济性设置，但是，可选地，根据指导方法，它们可选择性地用于选择城市驾驶优化或者高速公路驾驶优化。即使图8中所示的方法示出了设备12如何能够辨别应该使用高速公路优化，但是，一些使用者可能情愿具有能够指示应该采用那种优化模式的能力。
再次返回图1，可选地，车辆中的触觉屏显示器60，例如，通常与CPS/导航***62结合使用的触觉显示器可被使用，以结合开关30的功能。开关30的功能也可被并入车辆的语音指令***中，或被并入方向盘按钮64中。虽然触觉屏显示器60除了提供触觉反馈之外，还能够被用来为驾驶者提供视觉反馈，但是，应该理解，这种视觉反馈不是在每种应用中都是必须的。如在显示器60的情况下，用虚线示出了车辆***10的所有其它可选的元件。因此，例如，如果车辆装备有自适应巡航控制***(ACC)66，则当车辆之间的较大的分离有益时，该信息能够被用于使触觉设备12能够将反馈提供给驾驶者。于2004年3月16日公布的并转让给同一受让人的标题为“停止和运行自适应巡航控制***(Stop and Go Adaptive Cruise Control System)”的第6,708,099号美国专利公开了示例性的ACC***。该专利通过引用被包含于此。类似地，能够使用防抱死***(ABS)68将制动强度信息提供给触觉设备12。可选地，通过监测车辆减速的速度可加入制动力。
虽然在快速制动期间，向驾驶者提供触觉反馈可能不是优化的做法，但是一旦车辆要停止就能够提供触觉反馈。因此，例如，电机34能够提供短期的突发性振动，从而为驾驶者指明一系列最近的制动操作与唐突式驾驶形式相符合，而不是与公知的会提高燃料效率以及驾驶的安全性的谨慎式驾驶形式相符合。
所述指导方法将被理想地调到包含设备12的车辆的具体的操作特性。例如，福特F-150可以有效地加速的速度会明显不同于福特fusion可以有效地加速的速度。通过另外的信息的可用性在车辆自身的操作期间也可调节所述指导方法。例如，如果已知车辆的位置和路线，则可以确定车辆已经进入了高速公路的驶入匝道，并确定将适于快速加速。在这种情况下，触觉反馈将不是特别有益。类似这样的情形也可被添入，而不需要借助外部信息(例如，来自于从相对低的速度开始快速加速的持续的命令)。
参照图5，示出了在一定的速度范围上的燃料经济性的曲线图。通过(使用其平均燃料经济性读出能力)对2006林肯马克LT皮卡进行示例性的试车而绘制出上述曲线图。非常简要地讲，一旦车辆的速度稳定，平均燃料经济性计算器就被重置，并且当读取燃料经济性时被记录的值就变成0.1mpg内的常数。如图5所示，车辆的燃料经济性的稳定状态随着速度(所有其它变量均为常数，例如，风向以及空调调节***被关闭)变化。发现该测试行驶的最好的燃料经济性为40mph。假设美国许多城市街道的速度限制为45mph，对于城市驾驶优化和最大的燃料经济性操作模式来说，40mph能够提供适当的速度设置。类似地，对于城市驾驶优化和中间燃料经济性操作模式来说，45mph能够提供适当的速度设置。因此，例如，在一个示例性实施例中，在较高的燃料经济性操作模式下，如果车辆速度超过了40mph的阈值，则微处理器14将使电机16启动，并将触觉振动指导信号发送给驾驶者。应该注意到，如果对寻求优化速度的驾驶者产生反应，则触发阈值会大于或者小于优化速度的阈值。在任何情况下，最好的触发阈值将是能够使驾驶者避免对车辆进行低效率的操作的触发阈值。在车辆在城市道路上按照低的速度限制被驾驶的情况下，如果不被认为具有太大干扰性，则也可以加入住宅区驾驶优化程序。
虽然在图5的示例中示出了对于城市驾驶来说，40mph是优化的速度，但是，在该示例中，对于高速公路驾驶来说，优化的速度最好是55mph。在这一点上，在美国的许多快速路上速度限制是55mph。另外，在图5中示出的示例中，速度从55mph增加到60mph将使燃料效率从55mph的燃料效率水平降低9.3％。相比之下，速度从50mph增加到55mph仅使燃料效率降低3.8％。换句话说，通过燃料经济性随速度改变的斜率可以至少部分地确定高速公路驾驶的优化速度限制。另外，应该注意到，相对于稳定状态的速度来说，一些车辆在燃料效率方面具有多于一个的峰值。因此，一个峰值可用于确定城市驾驶速度阈值(例如，40mph)，而另一个峰值可用于帮助确定高速公路驾驶速度阈值。另外，在一些实施例中，使驾驶者能够在燃料经济性模式和较高的燃料经济性模式下单独地设置城市驾驶和高速公路驾驶的阈值是有利的。例如，如果驾驶者在速度限制为70mph的快速路上匀速行驶，则65mph会是帮助确保顺畅的运输流量并且合理地节省燃料的合适的阈值。
当然，如前面所指出的那样，每款车辆均具有其独特的燃料效率特性或者轮廓。事实上，但是由于以下因素，例如，桥速比(axle ratio)的选择以及车顶上的货架是否存在，所以相同款式的车辆之间也会存在燃料效率变化。此外，燃料效率还受正被运送的乘客和/或货物负载的量以及其它因素(例如，风速)等影响。这些因素会使确定何时通过设备12提供指导反馈的一个或者多个触发阈值发生改变。如图1所示，由于动力系控制模块20和变速器控制模块20a(如果两者是分开的)寻求获得性能和效率的最佳平衡，所以动力系控制模块20和变速器控制模块20a响应于来自驾驶者的速度或者加速要求(通过加速器踏板表现出来)从多个传感器接收输入。这些输入中的许多输入也可在CAN总线得到，以及通过OBD-II口用于微处理器14，以调节需要的触发阈值。然而，应该理解，车辆操作者对加速器踏板18的位置的调节能力的精度几乎不会达到通过计算机控制对其进行调节的精度。因此，需要用于确定触发阈值的输入的数量相对较少。至少需要输入车辆速度和时钟信号，以使微控制器14确定何时使电机16和34通电。例如，微控制器14可包括存储在其程序存储器中的查找表，其中，通过车辆速度与加速度之间的关系的图形确定触发阈值。然而，最优选地，引擎负载也被包含以作为微处理器14的输入，以提供对引擎的燃料消耗率的更加精确的了解。引擎速度最好也被包含，这是因为在引擎校准过程中，引擎的燃料效率通常与引擎速度和引擎负载对应。另外，最好也有来自变速器的输入，例如，所采用的当前的变速装置。这些额外的输入将显著提高触觉设备12的精度，但是，应该理解，这些并不是每个实施例都需要的。类似地，加速器踏板18或者开节流阀(throttle opening)的位置也有作用，但是这些输入通常不是必须的。为此，应该注意到，如今的车辆中的普通的加速器踏板也将被将来的加速器控制的另外的形式所代替。
参照图6，示出用于燃料经济性估算的加速性能测试程序的图例。根据该测试，车辆从0加速到45mph，在滑行减速以及使车辆停止之前，暂时保持45mph。在该过程中，读取了三个燃料经济性。在图7中示出了来自该测试程序的三种水平的车辆加速度。当然，最快的加速度导致最差的燃料经济性，而最慢的加速度产生最佳的燃料经济性。然而，大部分驾驶者通常不会希望例行公事地按照非常小的速度进行加速。因此，如图7所示，最有益的加速度是接近于非常慢的加速度时获得燃料效率并且快到足以使大部分驾驶者能够接受的加速度。那么，这种速度可被用作较高的燃料经济性操作模式的加速度阈值。也可通过获悉何时会发生动力系事件(例如，变速器扭矩转换器被解锁)而确定所述速度，使得驾驶者不会无意识地造成使燃料经济性下降的动力系事件。更大的加速度阈值将被用于燃料经济性模式。该阈值应该被选择为低于将使变速器的换低档装置处于低的档位的加速度水平(相对于车辆速度)。
参照图8，示出了指导方法的整体流程图。在初始化步骤100期间，假设处于城市驾驶优化状态下，这是因为，大多数车辆在高速公路驾驶之前将从城市驾驶开始。接着，在步骤102中，上述讨论的输入被读取。这里，在步骤104中，微处理器14将确定设备12是否处于正常的车辆操作模式，在正常的车辆操作模式下，不提供触觉指导反馈。然而，即使驾驶者选择了正常的车辆操作模式，设备12也最好被激活。如在步骤106-110中所示，执行多个功能，例如，为特定的车辆建立的基准燃料效率值，检测燃料效率是否随着时间降低，并且记录用于将来的参考将需要的所有值。
在驾驶者已经选择了燃料经济性模式中的一种的情况下，在步骤112中，将选择合适的触发阈值以对应于所选择的燃料经济性模式以及驾驶优化状态或者模式。这样，在左侧示出了该过程的示例性的子程序。具体地讲，例如，如果车辆速度超过预定阈值持续了预定量的时间，则如在确定步骤114中所示，接着将使用高速公路优化模式118。另外，在城市或者高速公路驾驶的条件下，驾驶者会遇到走走停停交通。因此，在一个示例性实施例中，最好采用走走停停驾驶优化模式119。在该模式下，采用鼓励驾驶者在前方至少留出五个或者更多个车长的车辆加速度阈值。适当的慢的加速度和较大的车距将帮助避免不必要的制动力，这将结合图10进行描述。
下一个决定是通过微处理器14确定车辆是否正在按照超过阈值的速度加速或者可能加速。假设步骤120的答案是是，则接着，在步骤122中，微控制器14将使电机16通电，或者激活电机16，以为驾驶者提供触觉指导反馈。操作者的本能反应将是使加速器踏板18后退，从而使加速度减小。加速度的减小将在后续的读取循环中被检测，并且一旦微处理器14确定了车辆加速度是被接受的或者很快将是可接受的，则电机16将被断电。可选地，如果车辆没有减缓或者停止加速，则电机18最初会被通电持续预定的短的时间段，接着，在合理的延迟之后，被通电持续至少一个较长的时间段。另一种可选的方式是，如果车辆继续加速，则当超过用于较高的燃料经济性模式的阈值时，电机18会被通电持续短的时间段，然后再次回到用于燃料经济性模式的较高的阈值。这样，应该理解，可提供不同的定时、放大、频率和脉冲技术，以获得需要的指导反馈。
接着，在步骤124中，微处理器14将确定与用户期望的燃料经济性相关的速度是否太高(如通过类似选择器开关30的输入装置表现)。例如，如果在较高的燃料经济性设置的情况下，在高速公路优化模式下车辆速度超过55mph，则在操作126中，微处理器14将使电机16通电，以提供触觉反馈。这种触觉反馈也会不同于在加速度太快的情况下所提供的触觉反馈。为此，例如，加速度的反馈可以是连续的振动，而速度的反馈可以是脉冲振动。
相反，在许多市内驾驶的情形下，即使按照快到足以引起差的燃料经济性的速度进行驾驶，驾驶者到达他或者她的目的地也不会太快。例如，在工作日上下班的路上，驾驶者通常在快速路上一些地方会遇到交通堵塞，交通堵塞将以较高的速度行驶节省的时间抵消到无意义。作为特定的示例，假设在遇到走走停停交通之前，对驾驶者来说，按照55mph或者60mph行驶10英里是合适的。与按照55mph行驶相比，按照60mph行驶比他或者她应该到达走走停停交通快1分钟。即使对驾驶者来说60mph是明显的较快的速度，但是非常短暂的走走停停交通就会抵消最初的时间差，使得整个旅行时间相同。通过使用GPS/导航***62以及对道路上经过的路段的记录，对燃料经济性设置和较高的燃料经济性设置二者估计的行驶时间都将被显示给驾驶者。如果这两个时间相同或者接近，则驾驶者将认识到按照明显的较高的速度行驶仅仅会使他或者她浪费金钱和燃料。在不提供GPS/导航***62的情况下，微处理器14也会被配置为提供这样的估计，而不需要驾驶者选择路线。但是，在这种情况下，将不得不需要假设给定了在该路线/距离行驶需要花费的时间以及过去在该时间的行程情况及其日期。通过记录行驶起始时间、停止时间、旅行的距离以及间歇的速度，微控制器14将能够推出将要进行的最可能的行程。因此，例如，假设驾驶者在星期一的早上7：20启动车辆的引擎。如果在星期一在早上6点到8点之间的多数行程大约是20英里长，那么这20英里的行程的平均行程信息以及上面所讨论的估计的行驶时间将被显示(例如，在图3中的显示器44a上)给驾驶者。提供这样的信息的目的在于鼓励驾驶者去判断通过改变驾驶形式来提高他或者她的车辆的燃料经济性。然而，在其它的情况下，该信息也是有用的。例如，按照环保的方式，车辆能够对冬天早上的旅行进行自动预热和/或对夏天下午的旅行进行自动预冷，而不需要驾驶者给出这样做的指令。
假设车辆装备有自适应巡航控制***30，则在步骤128中，将存在用于微控制器14确定是否存在足够的车距以提高燃料经济性的信息，如果车距不够，则通过加速器踏板提供触觉警告或者向后推的命令(步骤130)。这样，相对于前面的车辆良性的车距将使驾驶者减速，但是在多数行驶情况下不需要停止。相反，快速制动的现象(或者快速减速)也与提高行驶安全性以及燃料经济性的驾驶形式不一致。通过在图9中示出的两条速度曲线显示了这些分歧情形。在车辆没有装备自适应巡航控制***的情况下，微控制器14仍然可以确定出现了不足的车距的情况。如图9所示，从在制动事件之前所允许的滑行减速时间的量以及车辆多快被减速可以确定不足的车距的现象。例如，驾驶者会花费1-2秒将加速器踏板18释放到其空闲位置并使用该制动踏板36。假设车辆的滑行减速比(coastdown rate)可被存储在微控制器14的相关的存储器中，从车辆速度的改变可确定滑行减速时间。因此，例如，如果在制动之前滑行减速时间小于4秒，则驾驶者所留的与前面的车辆之间的车距相对较小。这种事后现象识别分析可通过制动踏板36经触觉指导反馈被传递。类似地，微控制器14也可使用车辆速度改变来确定出现了过度制动的现象(步骤132)，并且据此提供触觉指导反馈(步骤134)。为此，应该理解，触觉接收将指导反馈直接(仅仅被)传递给驾驶者，而不需要将被接收到的驾驶者的视线的改变。
另外，即使驾驶者操作车辆以获得高的燃料经济性，过度的空转也会使最终获得的燃料经济性降低。例如，重启一些车辆所使用的燃料会比车辆空转30秒钟以上需使用的燃料少。因此，在没有装备操作启停***的车辆中，当超过了时间阈值时，微控制器14将最好建议将引擎关闭，如在步骤136和138中所示。示例性的时间阈值可以是两分钟。假设车辆停止时，该建议(例如，“关闭引擎？”)会通过显示器44或者60被传递。
无论上面所讨论的阈值中的任何一个是否已经被超过，步骤110和140指示在将来的读取循环中所需要的变量(例如，车辆速度和加速度)将被记录。另外，步骤142指示微控制器14将最好确定车辆速度是否稳定，即，很明显驾驶者设法保持稳定的车辆速度的情形。虽然这时，驾驶者能够可选地运行车辆的巡航控制***，但是步骤144示出了半巡航模式的有益的设置。与驾驶者可将他或者她的脚从加速器踏板18移开的正常的巡航控制模式不同，半巡航模式不需要驾驶者察觉。换句话说，驾驶者仍然将他或者她的脚按照相同的程度置于加速器踏板18上，但是，微控制器14将使用巡航控制***来防止驾驶者不利的踩踏运动而不利地影响燃料经济性。因此，例如，如果驾驶者进一步轻微地压迫加速器踏板，使得每小时的速度增大了一或者两英里，则如果明显地使燃料经济性减小的话，则将可防止这样的微小的速度的增加。一旦驾驶者命令车辆速度增加到该阈值水平之上，就将再次允许车辆照常加速。
最后，图10示出了微控制器14可采用的查找表的一个示例。图10实质上是普通的示例性的，每种款式的车辆均有其自身特定的燃料效率轮廓。在任何情况下，应该理解，在全部合适的车辆速度下，在加速期间的燃料效率不是常数。虽然与燃料消耗率与引擎速度和负载之间的关系的图形以及变速器换档规律与引擎速度和车辆速度之间的关系的图形一样，可通过这样的标准的校准的工具模拟车辆的燃料效率轮廓，但是可对车辆本身进行测试以估计针对各种速度、加速度以及负载的燃料效率，以为微控制器14确定特定的阈值的值的一个或者多个查找表。还应该注意到在图10中加重了40mph和55mph的车辆速度，并被示出稍微积极的加速度。这是为了指出当车辆速度增加时，车辆速度阈值应该被触发(步骤124)。
虽然在此已经描述了特定的实施例，但是应该理解，在不脱离本权利要求以及对其进行的那些增加或者后续的修改的精神和范围的情况下，本领域技术人员可对其进行各种修改、变型和改写。与原权利要求的范围相比，不管这样的权利要求的范围更大、更小、等同或者不同均被认为是包含在本公开的主题的范围内。

Claims (25)

1、一种用于将指导反馈提供给车辆的操作者的设备，该设备将鼓励车辆以高燃料经济性被驱动，所述设备包括：
触觉致动器，与所述车辆的加速器控制组件操作地相关联，用于将反馈提供给所述操作者；
人机界面，使车辆操作者能够在增加燃料经济性的多个燃料节省设置之间进行选择；
触觉控制器，被构造成当所述车辆超过响应于所述人机界面的所述燃料节省设置的多个速度阈值和加速度阈值中的至少一个时，通过所述触觉致动器将指导反馈提供给所述操作者。
2、如权利要求1所述的设备，其中，所述触觉控制器针对城市行驶方式和高速公路行驶方式包括不同的速度阈值。
3、如权利要求2所述的设备，其中，所述加速度阈值至少部分地依赖于车辆速度。
4、如权利要求3所述的设备，其中，对于所述人机界面的所述燃料节省设置中的每个来说，针对所述城市行驶方式和高速公路行驶方式的所述速度阈值中的至少一个是不同的。
5、如权利要求1所述的设备，还包括触觉致动器，所述触觉致动器与所述车辆的制动控制组件操作地相关联，所述第二触觉控制器还被配置为响应于超过多个与减速相关的阈值中的至少一个通过所述触觉致动器为所述制动控制组件提供指导反馈。
6、如权利要求5所述的设备，其中，所述与减速相关的阈值中的一个是预定的滑行减速时间，所述与减速相关的阈值中的另一个是指示制动强度。
7、如权利要求1所述的设备，其中，所述触觉控制器连接到所述车辆中的诊断口。
8、如权利要求1所述的设备，其中，所述触觉致动器是粘附地安装在所述加速器控制组件的固定元件上的振动电机。
9、如权利要求1所述的设备，其中，所述人机界面是所述车辆中的多用途界面。
10、如权利要求1所述的设备，其中，所述人机界面包括在视觉上可察觉的显示器，所述触觉控制器还被配置为通过所述显示器将积极的反馈消息传递给所述操作者。
11、如权利要求1所述的设备，其中，所述人机界面还包括不具有所述指导反馈的设置。
12、一种用于将指导反馈提供给车辆的操作者的后继市场设备，所述设备将鼓励车辆被高燃料经济性地驱动，所述后继市场设备包括：
触觉致动器，用于将反馈提供给车辆操作者，所述触觉致动器包括便于在所述车辆的加速器控制组件上进行安装的安装件；
触觉控制器，具有第一界面和第二界面，第一界面用于连接到所述车辆的诊断口，第二界面用于与人机界面进行通信，所述触觉控制器被配置为针对通过所述人机界面可以选择的燃料节省设置当所述车辆超过多个速度阈值和加速度阈值中的至少一个时，通过所述触觉致动器将指导反馈提供给所述操作者。
13、如权利要求12所述的后继市场设备，其中，用于所述触觉致动器的安装件包括能够对所述加速器控制组件的一部分进行快速安装的粘合剂衬件。
14、如权利要求13所述的后继市场设备，其中，所述安装件是钩安装件或者环安装件。
15、如权利要求12所述的后继市场设备，其中，所述触觉控制器被容纳在封装中，并且所述人机界面是开关，所述开关还包括没有指导反馈的设置。
16、如权利要求12所述的后继市场设备，还包括第二触觉致动器，所述第二触觉致动器包括便于在所述车辆的制动控制组件上进行安装的安装件，所述触觉控制器还被配置为当所述车辆超过多个与减速相关的阈值中的至少一个时，通过所述第二触觉致动器提供指导反馈。
17、如权利要求16所述的后继市场设备，其中，所述与减速相关的阈值中的一个是预定的滑行减速时间，所述与减速相关的阈值中的另一个指示制动强度。
18、一种将指导反馈提供给车辆的操作者的方法，该方法将鼓励车辆被高燃料经济性地驱动，所述方法包括以下步骤：
当所述车辆的速度超过变化的速度阈值时，通过与所述车辆的加速器控制组件操作地相关联的触觉致动器提供指导反馈；
当所述车辆的加速度超过变化的加速度阈值时，通过所述触觉致动器提供指导反馈。
19、如权利要求18所述的方法，其中，所述速度阈值和所述加速度阈值依赖于通过人机界面选择的燃料节省设置。
20、如权利要求19所述的方法，其中，所述加速度阈值也随着车辆速度而变化。
21、如权利要求19所述的方法，其中，所述速度阈值也随着城市行驶和高速公路行驶而变化。
22、如权利要求18所述的方法，包括以下步骤：当所述车辆超过多个与减速相关的阈值中的至少一个时，通过与所述车辆的制动控制组件操作地相关联的触觉致动器提供指导反馈。
23、如权利要求18所述的方法，包括以下步骤：基于过去的行程为操作者显示估计的行驶时间信息。
24、如权利要求18所述的方法，还包括以下步骤：
检测所述车辆的速度已经稳定；
进行半巡航模式的速度控制，而不需要车辆操作者的介入，其中，当燃料经济性将减小时，直到车辆操作者命令车辆速度增加至预定量之上时，才允许车辆的速度不利地增加。
25、一种帮助车辆的操作者保持稳定的速度的方法，包括下面的步骤：
检测所述车辆的速度已经稳定；
进行半巡航模式的速度控制，而不需要车辆操作者的介入，其中，当燃料经济性将减小时，直到车辆操作者命令车辆速度增加至预定量之上时，才允许车辆的速度不利地增加。
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