CN109050534A

CN109050534A - 一种生态驾驶提示方法

Info

Publication number: CN109050534A
Application number: CN201810865495.2A
Authority: CN
Inventors: 何仁; 胡楠楠
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: JIANGSU HUACHENG TECHNOLOGY Co.,Ltd.
Priority date: 2018-08-01
Filing date: 2018-08-01
Publication date: 2018-12-21
Anticipated expiration: 2038-08-01
Also published as: CN109050534B

Abstract

本发明涉及车辆控制领域中的一种生态驾驶提示方法，ECU对瞬时车速v、油门开度、发动机转速n_e、加速度a和基本换挡点数据进行处理，得到当前挡位I、油门开度变化率k、汽车平均车速V和车速波动幅度ΔV；根据模糊算法对平均车速V和车速波动幅度ΔV计算得到加速度限值a’，比较加速度a和加速度限值a’大小，输出生态驾驶提示信号；同时，ECU先根据加速度a判断换挡模式，再得到最佳换挡点，然后根得到最佳挡位i，最后将当前挡位I和最佳挡位i比较，输出换挡提示信号；本发明具有平衡驾驶员对动力性和经济性需求的换挡提示功能，还具有生态驾驶提示功能，保证了动力性的需求，达到更好的节油效果。

Description

一种生态驾驶提示方法

技术领域

本发明涉及车辆控制领域，具体是节能驾驶提示技术，以节省燃油。

背景技术

驾驶员的驾驶经验和驾驶习惯对汽车的燃油消耗有很大的影响，为节省燃油消耗，采用在汽车上安装生态驾驶提示***，现有的生态驾驶提示***利用OBD车载诊断***、 GPS、电子地图和其它传感器等来获取整车运行数据和环境等信息，经过计算，通过语音模块、视觉模块或者触觉模块向驾驶员传达挡位、车速、加速度、怠速等提示信息，建议驾驶员以更省油的方式驾驶。例如：中国专利公开号为CN104175875B的文献中公开了一种基于车载自诊断***OBD的换挡提示装置及其控制方法，包括车载点烟器、GPS天线、电源模块、GPS模块、EEPROM、单片机、ELM327、汽车OBD接口、LCD显示屏，其中OBD用于获取车速、发动机转速、油门开度、发动机负荷率等数据，GPS用于获取车速、时间等数据，单片机根据获取的数据得到道路阻力系数和驾驶员意图系数，并综合道路阻力系数和驾驶员意图系数得到综合性因素，用动力换挡车速和经济换挡车速的差值乘以综合性因素，再加上经济换挡车速作为新的换挡车速，对最佳挡位做出判断并作出提示，并在经济换挡工况和动力换挡工况下对换挡点进行修正，使换挡点更精确，但是这种换挡提示装置只能够对换挡点作出较好的提示，但是对于急加速、急减速这种高油耗行为不能作出提示，限制了进一步节省油耗。

目前，有些节能驾驶提示***也具有对车辆对加速度进行提示的功能，但是加速度限值为一定值，不能根据车辆运行环境动态修改，当运行环境良好时限值会显得过大，不能起到良好作用，当运行环境较差时，限值又会显得过小，不仅起不到节油的效果，反而连续的提示还会影响驾驶员驾驶体验，并且这种***是按照固定的时间间隔向驾驶员作出提示，不具有提示间隔调节功能，而每个驾驶员能接受的提示间隔又是不同的，这也影响了用户体验。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有车辆节能驾驶提示存在的问题，提出一种生态驾驶提示方法，能根据车辆运行环境状况动态调整加速度限值和调节提示间隔，在高油耗运行环境时作出提示，进一步节省油耗。

本发明提出的一种生态驾驶提示方法采用的技术方案是：通过ECU获取车辆瞬时车速v、油门开度θ、发动机转速n_e、加速度a和基本换挡点数据，包括以下步骤：

步骤1：ECU对数据进行处理，得到汽车当前挡位I、油门开度变化率k、汽车平均车速V和车速波动幅度ΔV；

步骤2：ECU根据模糊算法对平均车速V和车速波动幅度ΔV进行计算，得到动态加速度限值a’；

步骤3：ECU比较加速度a和加速度限值a’的大小，当a>a’时，转到步骤4；当a ≤a’时，则当前为生态驾驶状态；

步骤4：ECU经人机交互器获取生态驾驶的时间提示间隔；

步骤5：ECU判断是否向语音提示器和视觉提示器输出生态驾驶提示信号。

进一步地，在步骤2至步骤5的同时，ECU先根据加速度a判断换挡模式，再得到最佳换挡点，然后根据最佳换挡点得到最佳挡位i，最后将所述的当前挡位I和最佳挡位i 进行比较，若I≠i，则获取换挡提示的时间提示间隔，根据换挡提示的时间提示间隔判断是否向语音提示器和视觉提示器输出换挡提示信号。

更进一步地，当生态驾驶提示信号和换挡提示信号同时提示时，换挡提示信号优先。

本发明具有的技术效果为：

1.本发明根据加速度和油门开度变化率识别驾驶员对动力性的需求，结合汽车的动力换挡点和经济换挡点数据，得到最佳换挡点，并得到最佳挡位并提示给驾驶员，从而帮助驾驶员合理换挡。既保证了驾驶员对动力性的需求，也提高了经济性。具有平衡驾驶员对动力性和经济性需求的换挡提示功能，还具有生态驾驶提示功能。

2.本发明能够根据汽车运行环境状况动态调整加速度限值，使用基于平均车速和车速变化幅度的模糊算法动态修改加速度限值。在运行环境较好时施加较大的加速度限制，在运行环境较差时施加较小的约束，以达到更好的节油效果，使驾驶员的驾驶方式更生态。

3.本发明提供的HMI人机交互器，驾驶员能够根据自身情况调节提示的间隔，让驾驶员调节声音提示器和视觉提示器的提示间隔，提供更好的用户体验。

附图说明

图1是本发明一种生态驾驶提示方法采用的生态驾驶提示装置的结构框图；

图2是本发明一种生态驾驶提示方法的流程图。

具体实施方式

本发明是基于图1所示的生态驾驶提示装置得以实施的，生态驾驶提示装置由CAN分析仪1、基本换挡点存储器2、加速度传感器3、HMI人机交互器4、集成换挡提示和生态驾驶提示算法的ECU(以下简称为ECU)5、语音提示器6和视觉提示器7组成。

其中，CAN分析仪1采用市购的CANalyst-ⅡCAN分析仪，有两个端口，一端通过和整车的车载诊断***相连，能从整车CAN总线获取多种数据，另一端通过RS232串口和ECU 5双向通信，将获取到的数据发送到ECU 5。CAN分析仪1可以从CAN总线获取整车厂公开的整车运行数据，在本发明中，CAN分析仪1只获取车速v、油门开度θ和发动机转速n_e三个参数。基本换挡点存储器2选用EEPROM芯片，和ECU 5单向通信，存有汽车动力换挡点和经济换挡点数据，动力换挡点和经济换挡点统称为基本换挡点。加速度传感器3的输出端连接ECU 5的输入端，加速度传感器3实时获取汽车加速度a输出到 ECU 5，加速度传感器3选用自带调理电路、输出数字信号的三轴加速度模块ADXL335，直接焊接在ECU 5上，ECU 5从引脚实时的获取加速度数据。HMI人机交互器4通过数据线和ECU 5相连，驾驶员通过旋转HMI人机交互器4的旋钮调节输出电流，ECU 5根据电流的大小判断驾驶员希望的提示间隔，当电流大时，驾驶员希望的提示间隔小，当电流小时，驾驶员希望的提示间隔大。ECU 5对获取的数据进行处理，输出换挡提示信息和生态驾驶提示信息，这些提示信息包括语音提示信息和视觉提示信息。ECU 5的输出端分别连接语音提示器6和视觉提示器7，语音提示器6接收ECU 5的语音提示信息，提示驾驶员换挡和生态驾驶，语音提示器6采用SYN6288TTS语音模块，它通过UART异步串行通讯接口和ECU 5通信。视觉提示器7接收ECU 5的视觉提示信息，显示当前挡位和最佳挡位，以及提示驾驶员生态驾驶，视觉提示器7采用USART串口屏，它通过RS232串口和ECU 5通信。

如图2所示，本发明一种生态驾驶提示方法具体步骤如下：

步骤1：CAN分析仪1获取车辆瞬时车速v、油门开度θ和发动机转速n_e，CAN并且将这些数据输入到ECU5中；加速度传感器3获取加速度a并通过引脚输出到ECU 5；ECU 5通过引脚从基本换挡点存储器2获取汽车基本换挡点，其中基本换挡点已经提前通过计算得到并且保存在本换挡点存储器2中。

换挡点又分为动力换挡点、经济换挡点和综合换挡点。而且每种换挡点是成对出现的，包含升挡换挡点和降挡换挡点，为了避免换挡循环，在同一油门开度θ下，一般降挡换挡点车速比升挡换挡点车速小2-8km/h，根据各个车型和使用情况等而不同。

动力换挡点，是指使汽车的动力性能可以得到最大限度的发挥的换挡点，即在车辆当前油门和车速下选择加速度最大的挡位。以此方式换挡，则汽车的加速度能一直保持最大。动力换挡点一般是基于发动机静态试验数据计算得到。

根据汽车动力学方程，对于某一油门开度θ，变速器n挡时汽车的加速度为：

同理，变速器为n+1挡时汽车的加速度为：

式中，T_tq为发动机扭矩，i_n为变速器n挡的传动比，i_n+1为变速器n+1挡的传动比，i₀为主减速器减速比，η_T为效率，G为汽车质量与重力加速度的乘积，f为滚动阻力，i 为路面坡度，C_D为空气阻力系数，A为汽车迎风面积，δ_n为n挡的旋转质量换算系数，δ_n+1为n+1挡的旋转质量换算系数。

在油门开度θ下可以拟合得到发动机扭矩T_tq和发动机转速n_e的方程式：

式中：e₀,e₁,e₂为拟合系数，n_e为发动机转速。

又发动机转速n_e和车速v的关系满足下述关系式，

式中：r为车轮半径。

则，将式(3)、(4)代入公式(1)和(2)，令：

可以求解得到车速v，即在油门开度θ和车速v时，n挡和n+1挡的加速度相同，即θ和车速v为n挡升n+1挡的动力换挡点。则取油门开度θ从0-100％，挡位从一挡到最高挡，并进行上述运算，可以求解得到从低挡升到相邻高挡的油门开度θ和车速v，即得到了动力换挡点数据。

经济换挡点，是指在保证动力性的条件下，使汽车以尽量少的燃油消耗量行驶的换挡点，评价指标为每小时油耗。以此方式换挡，汽车的每小时燃油消耗最小。经济换挡点一般是基于发动机静态试验数据计算得到。

根据汽车理论，一油门开度θ，n挡时，可以根据试验得到的发动机燃油消耗数据拟合得到发动机每小时的油耗特性Q_n和发动机转速n_e的方程：

式中：A₁,B₁,C₁为拟合系数。

同理，可以得到油门开度θ，n+1挡时燃油消耗Q_n+1的拟合方程：

式中：A₂,B₂,C₂为拟合系数。

将式(4)代入式(6)、(7)，令：

Q_n＝Q_n+1 (8)

可以求解得到车速v，即在油门开度θ和车速v时，n挡和n+1挡的油耗相同，即θ和车速v为n挡升n+1挡的经济换挡点。则取油门开度θ从0-100％，挡位从一挡到最高挡，并进行上述运算，可以求解得到从低挡升到相邻高挡的油门开度θ和车速v，即得到了经济换挡点数据。

综合换挡点，是指既考虑到动力性也考虑到经济性的换挡点，实时根据驾驶员意图和路况在动力性和经济性之间做平衡，ECU 5可以实时的调用基本换挡点做计算得到综合换挡点。换挡点决定了汽车以较高的动力性前进，还是以较好的燃油经济性前进。在一定的行驶条件下，变速器的传动比越小，挡位值越高，汽车的燃油经济性越好，汽车的经济行驶都在高挡位。因此，油门开度一定时，经济模式下的换挡车速较低，使汽车能尽快的升入高挡位。但是挡位越高，传动比越小，变速器输出轴的扭矩越低，在需要急加速或者爬坡的时候有可能出现扭矩不足的情况，此时需要在较低的挡位行驶。这种情况下，当油门开度一定，换挡车速较高，使汽车在较低的挡位行驶，提高动力性。

步骤2：ECU 5处理获取到的数据，得到汽车当前挡位I、油门开度变化率k、汽车平均车速V和车速波动幅度ΔV。

在手动挡车型中，可以通过计算的方式得到当前挡位I。具体的，先利用发动机转速 n_e和车速v通过下式计算得到理论变速器传动比I_g，

然后ECU 5将传动比Ig分别与变速器的各个挡位传动比i_n作差并取绝对值，取最小绝对值对应的挡位作为当前挡位I，变速器的各个挡位传动比i_n预先置入ECU 5中：

I＝min{|I_g-i_n|} (10)

式中：1≤n≤n_max，n_max为变速器的挡位数。

例如：一种6挡位手动挡的车型，已知变速器的实际的各个挡位的传动比i_n如下表1 所示，若通过公式(9)计算得到的I_g为0.82，经过比较得到0.82与0.794的差值的绝对值最小，则此时的挡位I为0.794，对应的是6挡。

表1

挡位值	i<sub>n</sub>值
		1	5.441
2	2.839
		3	1.721
4	1.223
		5	1
6	0.794

油门开度变化率k表示驾驶员踩下油门踏板的急迫程度，反应了驾驶员对动力性的需求，开度变化率越大驾驶员对动力性的需求越高，由油门开度θ对时间t求导得到油门开度变化率：

平均车速V为最近前两分钟汽车前进距离S和时间(120s)的比值，车速波动幅度ΔV为最近前两分钟内车速的最大值V_max与最小值V_min的差值。ECU 5实时记录最近前两分钟的车速数据，先对瞬时车速v进行积分，得到两分钟前进的距离S，并通过比较得到最大车速V_max和最小车速V_min，然后按照下式(11)、(12)式计算得到平均车速V和车速波动幅度ΔV；

ΔV＝V_max-V_min。 (12)

步骤3：ECU 5根据加速度a来判断换挡模式。根据驾驶员驾驶风格以及路况的不同，在驾驶过程中，驾驶员对汽车动力性和燃油经济性的需求一直在改变。驾驶员某个时刻可能追求最好的燃油经济性，也可能追求最好的动力性，也可能对燃油经济性和动力性都有一定的需求。因此本发明提供了动力换挡模式、经济换挡模式和综合换挡模式来满足驾驶员的需求，并根据加速度a判断为哪种模式。

当加速度a小于预设最小值a₁时，驾驶员需求的加速度很低，判断为经济换挡模式；当加速度a大于预设最大值a₂时，驾驶员需求的加速度很高，判断为动力换挡模式；当加速度a等于a₁、a₂或处于a₁和a₂之间时，驾驶员对动力性和经济性都有一定的需求，判断为综合换挡模式。a₁和a₂根据实际使用效果确定，本发明取a₁＝0.5m/s²，a₂＝2m/s²。

步骤4：ECU 5根据步骤3确定的换挡模式以及油门开度θ、车速v来确定最佳换挡点，以确定最佳挡位。

在经济换挡模式时，ECU 5从基本换挡点存储器2获取的经济换挡点作为最佳换挡点，此时油门开度为θ和经济换挡车速为v_j；

在动力换挡模式时，ECU 5从基本换挡点存储器2获取动力换挡点作为最佳换挡点，此时油门开度为θ和动力换挡车速为v_d；

在综合换挡模式时，ECU 5从基本换挡点存储器2获取动力换挡点和经济换挡点，并使用油门开度变化率k作为协调动力性与经济性的参数。因为油门开度变化率k表示了驾驶员踩下油门踏板的急迫程度，反应了驾驶员对动力性的需求。对某一油门开度θ，综合换挡车速v_z如下式所示：

则对应于不同的油门开度θ，根据下式(14)得到最佳换挡车速v_best，

则可以得到不同换挡模式下的最佳换挡点。

步骤5：根据当前油门开度θ和车速v，对比步骤(4)得到的最佳换挡点数据，得到最佳挡位i。比如，当油门开度θ大于2挡升3挡的开度θ_2-3，即θ>θ_2-3,车速v大于2挡升 3挡车速v_2-3，即v>v_2-3，且θ<θ_3-4，v<v_3-4，此时的车速和油门开度满足2挡升3挡的条件，而不满足3挡升4挡的条件，则最佳挡位应为3挡。其它油门开度和车速以此类推。

步骤6：ECU 5判断当前挡位是否为最佳。

ECU 5将步骤2得到的当前挡位I和步骤5得到的最佳挡位i进行比较，若当前挡位I不是最佳挡位i，即I≠i，则转到步骤7；若I＝i，则停止。

步骤7：ECU 5获取提示间隔T。在驾车过程中，驾驶员根据自己需求旋转HMI人机交互器4的旋钮，从而改变人机交互器4向ECU 5输出的电流，ECU 5根据电流大小判定输出间隔。电流越大，提示间隔越小，最小为1/3min；电流越小，提示间隔越大，最大为 1min。ECU 5根据下述公式得到提示间隔T(min/次):

式中：A为人机交互器4输出到ECU 5的电流；A_min为最小电流；A_max为最大电流。其中，最小电流和最大电流通过试验得到。

步骤8：ECU 5根据提示间隔T，判断是否向语音提示器6和视觉提示器7输出换挡提示信号。所述是否提示的判断通过ECU 5自带的计时功能实现。ECU 5每作出一次换挡提示，自带的计时功能都重新开始计时，所以计时的结果为距离上次提示的时间间隔。当运行到步骤8时，将换挡提示计时的结果T₁与提示间隔T相比较，若T₁≥T，则ECU 5将输出提示信号给语音提示器6和视觉提示器7，转到步骤(9)，换挡提示计时清零，重新开始计时；否则，T₁＜T，ECU 5不输出提示信号，继续计时，等待下一次判断。

步骤9：ECU 5输出换挡提示信号给语音提示器6和视觉提示器7，语音提示器6和视觉提示器7作出换挡提示。提示的内容为步骤5的结果，即提示驾驶员换到步骤5得到的最佳挡位i，具体提示内容为：“请换到i挡”。ECU 5持续进行最佳挡位判断，只是按照驾驶员的调节，每隔一段时间根据最近结果提示一次，如此实现换挡提示功能。

步骤10：在步骤3至步骤6实施的同时，ECU 5根据模糊算法对步骤2得到的平均车速V和车速波动幅度ΔV进行计算，得到动态加速度限值a’。模糊算法设定两个输入一个输出，输入为平均车速V和车速波动幅度ΔV，输出为加速度限值a’。平均速度V和速度波动幅度ΔV反映了路况，当V较大且ΔV较小时，说明路况良好，驾驶员能够比较从容的驾驶，此时加速度限值较小，即对加速度施加较大的限制，使驾驶员更平稳的驾驶，以更多的节省燃油，实现生态驾驶的目的；当V较小且ΔV较大时，说明路况较差，汽车需要经常改变速度来适应多变的交通状况，汽车的加速度一般较大，这种情况下加速度的限值较大，即对加速度施加较小的限制，使驾驶员能更从容的驾驶。据此制定模糊算法，将平均车速V和车速波动幅度ΔV作为输入，将平均车速划分为L(低)、M(中)、H(高) 三级，将车速波动幅度ΔV也划分为L(低)、M(中)、H(高)三级，得到9个模糊规则，据此判断出此前的运行环境。模糊规则根据不同的平均车速V和车速波动幅度ΔV得到不同的加速度限值a’，作为判断驾驶员是否生态驾驶的依据，输出结果为S(小)、M(中)、 B(大)。模糊规则表如下表2所示，

表2模糊规则表

当V为L且ΔV为H时，加速度限值为B；当V为H且ΔV为L时，加速度限值为S；其他状况，当V为L且ΔV为L时，加速度限值为M；当V为L且ΔV为M，加速度限值为M；当V为M且ΔV为L时，加速度限值为S；当V为M且ΔV为M时，加速度限值为M；当V为M且ΔV为H时，加速度限值为B；当V为H且ΔV为M时，加速度限值为S；当V为H且ΔV为H时，加速度限值为S。具体的V和ΔV的数值的三级划分，以及加速度限值a’的确定依照车型的不同而不同，需根据使用效果通过试验制定；

步骤11：ECU 5比较当前加速度a和加速度限值a’,判断当前加速度是否超出加速度限值。当a>a’时，转到步骤12；当a≤a’时，说明驾驶员当前为生态驾驶状态，则停止。

步骤12：ECU 5获取提示间隔T。提示间隔即为换挡提示功能，提示间隔T，即步骤 7中的换挡提示和生态驾驶提示的提示间隔是相同的。

步骤13：ECU 5判断是否向语音提示器6和视觉提示器7输出生态驾驶提示信号。需要说明的是，换挡提示和生态驾驶提示的提示间隔是相同的，均为T，但是，换挡提示功能和生态驾驶提示功能分别计时，计时的结果为T₁和T₂。ECU 5每作出一次生态驾驶提示，自带的计时功能都重新开始计时，所以计时的结果为距离上次生态驾驶提示的时间间隔。将计时的结果T₂与T相比较，若T₂≥T，则ECU 5将输出提示信号给语音提示器6和视觉提示器7，转到步骤14，并重新开始计时；否则，T₂＜T，ECU 5不输出提示信号，计时继续进行；

步骤14：ECU 5输出生态驾驶提示信号给语音提示器6和视觉提示器7，语音提示器6和视觉提示器7收到提示信号后作出生态驾驶提示。具体提示内容为：“请生态驾驶”。 ECU5持续进行是否生态驾驶的判断，只是按照驾驶员的调节，每隔一段时间根据最近结果提示一次，如此实现生态驾驶提示功能。

当生态驾驶提示功能和换挡提示功能需要同时提示时，换挡提示优先，当完成换挡提示后，再进行生态驾驶提示。

Claims

1.一种生态驾驶提示方法，通过ECU获取车辆瞬时车速v、油门开度θ、发动机转速n_e、加速度a和基本换挡点数据，其特征是包括以下步骤：

步骤3：ECU比较加速度a和加速度限值a’的大小，当a>a’时，转到步骤4；当a≤a’时，则当前为生态驾驶状态；

步骤4：ECU经人机交互器获取生态驾驶的时间提示间隔；

2.根据权利要求1所述的一种生态驾驶提示方法，其特征是：在步骤2至步骤5的同时，ECU先根据加速度a判断换挡模式，再得到最佳换挡点，然后根据最佳换挡点得到最佳挡位i，最后将所述的当前挡位I和最佳挡位i进行比较，若I≠i，则获取换挡提示的时间提示间隔，根据换挡提示的时间提示间隔判断是否向语音提示器和视觉提示器输出换挡提示信号。

3.根据权利要求2所述的一种生态驾驶提示方法，其特征是：当生态驾驶提示信号和换挡提示信号同时提示时，换挡提示信号优先。

4.根据权利要求2所述的一种生态驾驶提示方法，其特征是：当前挡位I＝min{|I_g-i_n|}，1≤n≤n_max，I_g是理论变速器传动比，i_n是变速器的各个挡位传动比，1≤n≤n_max，n_max为变速器的挡位数。

5.根据权利要求2所述的一种生态驾驶提示方法，其特征是：ECU根据加速度a判断换挡模式时，当加速度a小于预设最小值a₁时，判断为经济换挡模式；当加速度a大于预设最大值a₂时，判断为动力换挡模式；当加速度a等于a₁、a₂或处于a₁和a₂之间时，判断为综合换挡模式。

6.根据权利要求5所述的一种生态驾驶提示方法，其特征是：在经济换挡模式时，油门开度为θ和经济换挡车速为v_j；在动力换挡模式时，油门开度为θ和动力换挡车速为v_d；在综合换挡模式时，油门开度为θ和综合换挡车速得到不同换挡模式下的最佳换挡点。

7.根据权利要求6所述的一种生态驾驶提示方法，其特征是：根据油门开度θ和车速v，对比最佳换挡点，得到最佳挡位i。

8.根据权利要求1所述的一种生态驾驶提示方法，其特征是：步骤4中，ECU根据人机交互器的电流A得到生态驾驶的时间提示间隔A_min为人机交互器的最小电流；A_max为人机交互器的最大电流。

9.根据权利要求1所述的一种生态驾驶提示方法，其特征是：步骤2中，所述的模糊算法设定平均车速V和车速波动幅度ΔV为两个输入、加速度限值a’为一个输出，将平均车速V划分为低、中、高三级，将车速波动幅度ΔV也划分为低、中、高三级，得到9个模糊规则，根据模糊规则得到不同的加速度限值a’。