CN101670815B - 汽车安全与节油操控辅助提示系统及辅助提示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种汽车安全与节油控制辅助提示系统及辅助提示方法，系统由数据检测部分、中央处理部分、输出显示部分、声音警示部分组成，目的是向驾驶员提供直观形象、实时的操控状态的显示，显示汽车转向角度、离合器踏板操控行程、油门踏板操控行程、刹车踏板操控行程，以辅助驾驶员准确安全的驾驶；提供汽车行驶状态对应的合理节油档位及换挡提示，以辅助驾驶员正确换挡来降低油耗；提供车辆的操控安全状态及操控安全范围的显示，显示转向角度安全范围、油门操控安全范围，以使驾驶员能够及时察觉可能的危险，并采取正确的操作来消除隐患。

Description

汽车安全与节油操控辅助提示系统及辅助提示方法

技术领域

本发明涉及汽车驾驶辅助提示技术，特别是一种汽车安全与节油操控辅助提示系统及辅助提示方法。

背景技术

在汽车操控方面，驾驶员能够直接控制的就是方向盘、油门踏板、刹车踏板、离合器踏板和变速器档杆，但目前汽车只提供发动机转速和车速这些行驶数据的显示，而对于驾驶员直接控制的方向盘转角、油门踏板行程、刹车踏板行程、离合器踏板行程没有显示，驾驶员只能从感觉上判断控制的程度，因此驾驶员在一些情况下可能进行不准确的操控，或不能判断安全的操控范围，而可能使操控产生较大偏差以致影响行车安全。

具体的说：情况一，在车辆转弯时，驾驶员有时不能直接准确地判断出方向盘应该转过的角度及对应的转向轮的转角，造成实际操控时车辆转向轮转角过大或过小，使车辆不能准确驶过弯道，影响行驶安全；情况二，在起步尤其是半坡起步时，驾驶员可能不能很好的判断离合器的半联动位置及油门踏板的操控位置，因而不能准确的控制离合器踏板和油门踏板，而可能造成车辆熄火甚至倒退；情况三，在汽车的行驶中，驾驶员特别是新驾驶员有时不能根据车辆实时的行驶状况选择适当的档位，不能在适当的时候升挡或降挡，明显地增加油耗；情况四，在车辆行驶出现危险时，驾驶员只能根据经验判断引发危险的操控，也只能根据经验修正危险的操控，因而驾驶员可能由于经验不足或判断失误而不能采取及时有效的措施来化解危险。

在汽车安全领域，目前的主动安全系统如ABS、EBD、TCS、ESP等主要是通过在判断汽车行驶出现危险时对车辆施加一定程度的自动干预控制来化解危险，从而达到增强汽车主动安全的目的。但是，在这些系统中，驾驶员无法直接了解实时的操控安全程度、操控安全范围和车辆行驶安全状况，因而不能主动改正危险的驾驶操作，也就不能在危险出现前消除隐患，因此驾驶员在对危险的处置上处于相对被动的地位。

目前，尚无系统能为驾驶员提供一系列操控参数的直观形象的量化显示和相关驾驶辅助信息的显示，如汽车转向角度，转向角度安全范围，离合器踏板、刹车踏板、油门踏板操控行程，转弯时的油门踏板操控安全范围，起步时的离合器半联动位置和油门踏板可行操作区间，合理节油档位的显示。

目前在本技术领域，汽车各类主动安全系统如ABS，EBD，TCS，ESP等应用的系统结构的组成部分如传感器、数据传输、数据处理等的各项技术是成熟的，已被广泛使用。同时目前HUD平视显示器的技术也比较成熟，别克和宝马等车型已经应用了这一技术，将车速、转速等车辆行驶信息直接显示在车辆挡风玻璃上，驾驶员正常驾驶时的视线前方，以减少驾驶员获取信息时视线的转移。但是，目前尚无为驾驶员提供操控参数及驾驶辅助信息的显示的系统。

本发明就是针对上述问题，提供汽车操控参数辅助显示、合理节油换挡提示和主动安全警示的功能，能够改变人们单独依靠感觉来控制驾驶，和单纯依赖主动安全系统(ABS、EBD、TCS、ESP等)处理危险状态的现状，使驾驶员更直观的了解操控的情况，并更准确、更安全、更节油的驾驶。

经专利检索，与本发明最接近的发明之一是申请号为200710034896.5的“车辆转向车轮转向角度显示装置”。该发明通过角度传感器采集转向轮转角，并将其显示。但该专利没有通过对数据的处理计算产生新的辅助信息，也不具备本专利的转向角度安全范围等上边提到的其它驾驶辅助信息的提示功能。同时，本专利针对转向方面的辅助功能的重点是用直观形象的方式显示转向角度及转向角度安全范围，以辅助驾驶员保持转向操控的安全，并不是单纯的显示转向角度。综上，该专利与本专利不同。

与本发明最接近的发明还有上海大众汽车有限公司的专利号为200410024857.3的“汽车驾驶辅助方法及其系统”。该发明提供了一种汽车短暂驻车和起步的驾驶辅助方法和系统，用于机械变速器汽车驻车和起步的自动离合和刹车控制，以简化驾驶员驻车和起步的操作。该发明与本发明的一个功能相似，但本发明与其功能是不同的，本发明针对起步的辅助功能只是对离合器踏板半联动位置和油门踏板可行操控行程的辅助显示，并没有代替驾驶员执行一部分操作。同时该发明也不具备本发明其它的辅助功能，与本发明的结构也完全不同。但是，通过该发明，我们能看到对驾驶员操控的辅助是很有必要的。

发明内容

本发明的目的是向驾驶员提供直观形象、实时的操控状态的显示，显示车辆转向角度提示线、离合器踏板操控行程、油门踏板操控行程、刹车踏板操控行程，以辅助驾驶员准确安全的驾驶；提供汽车行驶状态对应的合理节油换挡提示，以辅助驾驶员正确换挡来降低油耗；提供车辆的操控安全状态及操控安全范围的显示，显示转向角度安全范围、油门操控安全范围，以使驾驶员能够及时察觉可能的危险，并采取正确的操作来消除隐患。

为实现本发明的目的，本发明提出一种汽车安全与节油控制辅助提示系统，是由数据检测部分、中央处理部分、显示部分、声音警示部分组成，其中：

所述的数据检测部分用于采集车辆行驶数据和驾驶员操控数据，其包括安装在汽车上的转向轮转角传感器、油门踏板行程传感器、刹车踏板行程传感器、离合器踏板行程传感器，车速传感器、发动机转速传感器，坡度传感器，横向加速度传感器，这些传感器的信号可直接通过共享传感器数据接口接收，并连接到中央处理部分，或者先接入A/D模数转换器，经转换后，再与中央处理部分连接。

所述的中央处理部分用于处理各传感器采集的数据，计算出向显示部分输出的各功能的计算结果数据，其包括有共享传感器数据接口、A/D模数转换器、中央处理器、只读存储器、读写存储器、SD卡接口和键盘。其中只读存储器储存有系统控制程序和经验数据库数据，其中经验数据库数据是系统各功能的算法所需的，经验数据库中存储有发动机生产厂提供的不同发动机不同转速的耗油量数据。读写存储器存储有安装车辆特征数据库数据和用户设置数据，其中安装车辆特征数据库数据是系统各功能的算法所需的，数据库中存储有安装车辆的各类特征数据，包括安装车辆的质量、轮胎规格、发动机排量、转向轮最大转角、发动机各个转速对应的扭矩、功率、变速器各档位传动比、主减速器传动比。SD卡接口用于外接SD卡，以载入安装车辆特征数据。键盘用于用户对系统进行设置。

所述的显示部分用于显示直观形象的与驾驶员操控项相关的驾驶辅助信息，采用HUD平视显示器或液晶显示器，其中：HUD平视显示器用于将信息投射显示于驾驶员视线前方的挡风玻璃上；液晶显示器安装于仪表板上方，即驾驶员正常驾驶时的视线前方，且其注意力集中分配的区域。所述的声音警示部分采用小型扬声器。

进一步，本发明提出一种利用如上所述的系统实现汽车安全与节油操控辅助提示的方法，其包括：

1、车辆转向角度及转向角度安全范围辅助提示，步骤如下：

车辆转向角度及转向角度安全范围辅助提示：所述中央处理部分将车辆转向轮转角数据和转向轮最大安全转角数据分别处理成直线数据，输出给显示部分显示为直线作为提示线，当转角为0°时，为竖直的直线，当转角不为0°时，为倾斜的直线，直线与竖直方向的角度即为提示线反映的转角的大小，并通过显示部分显示。

同时，中央处理部分将车速传感器、横向加速度传感器、油门踏板行程传感器、坡度传感器实时采集的数据结合经验数据库和车辆特征数据库的数据，计算出车辆当前行驶状态下的转向轮最大安全转角数据，将上述数据处理成直线数据，并输出给显示部分显示为直线作为提示线。显示部分将转向轮最大安全转角提示线显示为直线，直线倾斜，与竖直方向成一定角度，角度即为转向轮最大安全转角。显示部分将转向轮最大安全转角提示线在左、右方向各显示一条；或者，在转向轮转角为0°时，将转向轮最大安全转角提示线在左、右方向各显示一条，在转向轮转角不为0°时，只显示转弯方向那边的提示线。

当中央处理部分判断当前转向轮转角临近或已经超过转向轮最大安全转角，则通过显示部分和声音警示部分向驾驶员发出图像和声音的警示。

需要说明的是，由于现今的许多车辆安装有电动助力转向系统，转向比可随车速改变，因而同一方向盘转角在不同车速下对应的转向轮转角可能不同，而对车辆转向产生直接影响的是转向轮转角。故在本系统中，传感器直接采集转向轮转角数据。

2、离合器踏板、油门踏板、刹车踏板操控辅助提示，步骤如下：

中央处理部分将油门踏板行程传感器、刹车踏板行程传感器、离合器踏板行程传感器实时采集的数据结合车辆特征数据库的数据，计算出当前油门踏板、刹车踏板、离合器踏板的操控行程数据，并将上述数据处理成图形数据，输出至显示部分。显示部分将离合器踏板、油门踏板、刹车踏板实时的操控行程用柱状条形图形显示于代表各踏板总行程的方框中，其中柱状条形充满方框的比例代表踏板踩下的行程占总行程的比例。踩下踏板，对应的柱状条形随即上升，松开踏板，对应的柱状条形随即下降，没有踩下踏板时方框为空，完全踩下踏板时柱状条形充满整个方框。

在车辆驻车时：

如车辆处于平路或上坡，中央处理部分将坡度传感器采集数据结合经验数据库和车辆特征数据库的数据，计算出车辆在当前坡度下平稳起步要求的离合器踏板的半联动位置的数据以及油门踏板操控行程区间数据，并将上述数据处理成图形数据，将其输出至显示部分。显示部分将离合器半联动位置用一根横线显示于代表离合器踏板总行程的方框的某一高度上，将油门踏板可行操控行程区间的上下边界分别用一根横线显示于代表油门踏板操控总行程的方框上。

在车辆行驶时：

如车辆在转弯，中央处理部分将转向轮转角传感器、车速传感器、坡度传感器实时采集的数据结合经验数据库和车辆特征数据库的数据，计算出当前车辆行驶状态下油门踏板的操控安全范围数据，并将上述数据处理成图形数据，并将上述数据处理成图形数据，输出至显示部分。显示部分将油门踏板的操控安全范围的临界位置用一根横线显示于代表油门踏板总行程的方框的某一高度上。

同时，中央处理部分如果通过油门踏板传感器实时采集的数据判断当前油门踏板的操控接近或已经超过操控安全范围，则向显示部分和声音警示部分发出信号，显示部分和声音警示部分分别向驾驶员发出图像和声音的警示。

3、合理节油换挡辅助提示功能辅助提示，步骤如下：

中央处理部分将车速传感器、发动机转速传感器、坡度传感器、转向轮转角传感器实时采集的数据结合经验数据库和车辆特征数据库的数据，计算出当前车辆行驶状态下保留一定动力性的合理的节油档位数据，输出至显示部分。显示部分显示合理节油档位数字。

同时，中央处理器计算出当前变速器的档位，如与合理节油档位不同，则将换挡提示数据输出至显示部分。显示部分显示对应的升挡或降挡提示信息。

本发明的使用方式如下：

在本发明安装到车辆上时，先进行以下设置：载入安装车辆的特征数据，设置离合器踏板、油门踏板、刹车踏板总行程，设置离合器踏板的自由行程。

各功能的使用方法如下：

1、车辆转向角度及转向角度安全范围辅助提示功能：

显示部分将转向轮转角提示线显示为一条直线，当转角为0°时，竖直显示直线，当转角不为0°时，倾斜显示直线，直线与竖直方向成一定角度，角度即为当前的转向角度，直线向车辆转弯的方向倾斜；显示部分将转向轮最大安全转角提示线显示为直线，直线倾斜，与竖直方向成一定角度，角度即为转向轮最大安全转角。显示部分将转向轮最大安全转角提示线在左、右方向各显示一条；或者，在转向轮转角为0°时，将转向轮最大安全转角提示线在左、右方向各显示一条，在转向轮转角不为0°时，只显示转弯方向那边的提示线。使用中，驾驶员能将转向轮转角提示线的倾斜程度与车辆转弯轨迹的弯曲程度建立联系。在转弯时，驾驶员通过弯道的弯曲程度判断车辆精确转弯驶过该弯道时，显示的转向轮转角提示线应当倾斜的程度，因此转度方向盘，使转向轮转角提示线倾斜到预期的程度，即能精确的转向。同时，在转弯时，驾驶员保证转向轮转角提示线保持在转向轮最大安全转角提示线之上，即转向轮转角提示线与竖直方向形成的角度小于转向轮最大安全转角提示线与竖直方向形成的角度，即能保证转向中方向盘操控的安全。

2、离合器踏板、油门踏板、刹车踏板操控辅助提示功能：

显示部分将离合器踏板、油门踏板、刹车踏板实时的操控行程用柱状条形图形显示于代表各踏板总行程的方框中，其中柱状条形充满方框的比例代表踏板踩下的行程占总行程的比例。踩下踏板，其对应的柱状条形随即上升，松开踏板，其对应的柱状条形随即下降，没有踩下踏板时方框为空，完全踩下踏板时柱状条形充满整个方框。

在车辆驻车时，如车辆处于平路或上坡，显示部分将平稳起步要求的离合器半联动位置用一根横线显示于代表离合器踏板总行程的方框的某一高度上，将油门踏板可行操控行程区间的上下边界分别用一根横线显示于代表油门踏板操控总行程的方框上。驾驶员在起步时松开离合器，使代表离合器操控行程的条形顶端下降到提示线的位置，再松开刹车踏板，踩下油门踏板至可行操控行程区间内，再缓慢松开离合器，车辆即可平稳起步而不后退。在车辆行驶中转弯时，显示部分将油门踏板操控安全范围的临界位置用一根横线显示于代表油门踏板总行程的方框的某一高度上。驾驶员在操控油门踏板时，不使代表踏板操控行程的柱状条形上升至高于提示线的位置，即可保证车辆行驶安全。

合理节油换挡辅助提示功能：

显示部分显示合理节油档位的数字，如变速器实际档位与合理节油档位不符则还显示升挡或降挡的箭头形图像提示信息。驾驶员根据换挡提示信息换挡，使变速器实际档位与显示的合理节油档位保持一致，即可在使车辆保持一定动力性的前提下达到节油的目的。

本发明的优点如下：

1、本发明是将驾驶员直接控制的操控项如转向轮转角，转向轮转角安全范围，离合器、油门、刹车踏板的操控行程，油门踏板操控安全范围，起步时的离合器半联动位置和油门踏板可行操控行程区间，合理节油档位予以直观量化的显示，提高了辅助功能的直观性和驾驶员的可操作性。

2、本发明将操控程度和安全操控范围用量化的直观形象的图形显示。本发明将车辆转向轮转角显示为一条直线，直线与竖直方向所成角度为转向轮转角；将转向轮最大安全转角显示为直线，直线与竖直方向所成角度为转向轮最大安全转角。驾驶员可根据提示线的倾斜程度对转向角度产生直观的理解，同时使用中，也可将提示线的倾斜程度与车辆转弯轨迹的弯曲程度建立联系，从而辅助驾驶员的转向操控。本发明将各个踏板的行程显示为柱状条形，驾驶员可直观的将其与自己的踏板操控相对应。这样的显示方式，使驾驶员能够快速直接的理解提示信息，从而提高了发明的实用价值。

3、本发明将操控辅助信息显示在驾驶员视线前方、其正常驾驶时注意力最集中的区域，驾驶员能快速读取信息而不需要分散太多的注意力，这保证了驾驶员正常的驾驶安全。

4、驾驶员能够通过操控辅助信息判断汽车实时的行驶安全状态，能够及时了解车辆行驶的危险。并且驾驶员还能通过显示的当前操控状况和安全操控范围把自身的操控控制在安全范围内，因而能够主动减少危险。如果车辆行驶出现了危险，驾驶员也能够了解引发危险的具体操作，并主动改正，这增强了驾驶员对危险情况的处置能力。

5、本发明支持在车辆生产之后安装，适用性强。

6、本发明使用的传感器中很多是如今许多汽车原有的，通过共享这些传感器的数据可以简化系统结构。

附图说明

图1为系统结构图。

图2为实现各功能的流程图；

图2(a)为实现车辆转向角度及转向角度安全范围辅助提示功能的流程图；

图2(b)为实现离合器踏板、油门踏板、刹车踏板操控辅助提示功能的流程图；

图2(c)为实现合理节油换挡辅助提示功能的流程图。

图3为显示效果图；

图3(a)为车辆转向角度及转向角度安全范围辅助提示功能的显示效果图；

图3(b)为离合器踏板、油门踏板、刹车踏板操控辅助提示功能的显示效果图；

图3(c)为操控辅助信息综合显示的显示效果图。

具体实施方式

以下结合图1系统结构图对汽车驾驶辅助提示系统的结构进行具体说明：

汽车驾驶辅助提示系统主要包括数据检测部分1、中央处理部分2、显示部分3、声音警示部分4。

数据检测部分1，其中转向轮转角传感器5、油门踏板行程传感器6、刹车踏板行程传感器7、离合器踏板行程传感器8，发动机转速传感器9、车速传感器10，坡度传感器11，横向加速度传感器12的信号线分别连接A/D转换器13，如果是在出厂后的车上改装本系统，车辆原有的传感器可通过共享传感器数据接口19直接传输数据至中央处理器18。其中的转向轮转角传感器5安装于转向轮上，油门踏板行程传感器6安装于油门踏板上，刹车踏板传感器7安装于刹车踏板上，离合器踏板传感器8安装于离合器踏板上，坡度传感器11和横向加速度传感器12安装于发动机室。

中央处理部分2，其中的键盘14、只读存储器15、读写存储器16、SD卡接口17、共享传感器数据接口19分别连接中央处理器18。

所述的可编程只读存储器15用以存储系统控制程序，以及经验数据库。其中经验数据库的数据包括，发动机生产厂提供的不同发动机不同转速的耗油量数据和城市道路平均动摩擦因素数据，以及离合器传输动力比例与离合器联动比例的比例系数，可以存储由汽车制造商在汽车研发过程中得到的车辆的操控极限数据换算出的修正参数。读写存储器16用以储存用户设置数据，及由SD卡接口输入的安装车辆的特征数据，其中包括安装车辆的质量、轮胎规格、发动机排量、转向轮最大转角、发动机各个转速对应的扭矩、功率、变速器各档位传动比、主减速器传动比。

显示部分3，采用HUD平视显示器或液晶显示器，连接中央处理器18。

语音提示部分4，采用小型扬声器，连接中央处理器18。

本发明由安装车辆的车载电源供电。

在本发明安装到车辆上时，进行设置的方法如下：

载入安装车辆的特征数据：将安装车辆的特征数据写入一张SD卡中，将SD卡插入系统的SD卡接口，选择系统设置中的选项载入车辆特征数据，系统即将安装车辆特征数据存入中央处理部分中的读写存储器中。设置完成后即可取下SD卡。设置离合器踏板、油门踏板、刹车踏板总行程：接通车辆电源但不启动车辆，分别完全踩下离合器踏板、油门踏板、刹车踏板，按键设置各踏板总行程。设置离合器踏板的自由行程：在水平地面启动车辆，踩下离合器踏板至离合器刚好接合，按键设置离合器踏板的自由行程。

以下结合流程图对汽车安全与节油控制辅助提示功能的辅助提示方法按功能分别进行具体说明：

1、如图2(a)，实现车辆转向角度及转向角度安全范围辅助提示功能的方式如下：

如图3(a)所示的车辆转向角度及转向角度安全范围辅助提示功能的显示效果图，其中a1为道路左边界，a2为道路右边界，a3为车辆转向轮转角提示线，a4为转向轮最大安全转角右提示线，方框a5中的区域为HUD(平视显示仪)的投影显示区域或液晶显示器的显示区域，实际显示内容不包括方框a5。

转向轮转角传感器5实时采集数据，经A/D模数转换器13将数据的模拟信号转换为数字信号后，传输至中央处理器18。中央处理器18将角度数据处理为直线数据后，输出至显示部分3。显示部分3将转向轮转角提示线显示为一条直线，当转角为0°时，竖直显示直线，当转角不为0°时，倾斜显示直线，直线与竖直方向成一定角度，角度即为当前的转向角度，直线向车辆转弯的方向倾斜。

车速传感器10、横向加速度传感器12、油门踏板行程传感器6、坡度传感器11实时采集数据，经A/D模数转换器13将数据的模拟信号转换为数字信号后，传输至中央处理器18。中央处理器18通过车速数据结合只读存储器15和读写存储器16中的经验数据及车辆特征数据，通过基本公式θ_m＝arcsin(μgL/v²)(θ_m为外转向轮最大转角，μ城市道路平均动摩擦因素，g为重力加速度，L为车辆轴距，v为车速)，计算出当前车速下的转向轮最大安全转角数据，可以通过横向加速度数据、油门踏板行程数据、坡度数据结合经验数据及车辆特征数据修正转向轮最大安全转角数据，之后将其输出至显示部分3。显示部分3将转向轮最大安全转角提示线显示为直线，直线倾斜，与竖直方向成一定角度，角度即为转向轮最大安全转角。显示部分将转向轮最大安全转角提示线在左、右方向各显示一条；或者，在转向轮转角为0°时，将转向轮最大安全转角提示线在左、右方向各显示一条，在转向轮转角不为0°时，只显示转弯方向那边的提示线。

同时，中央处理器18判断当前转向轮转角是否接近或超过转向轮最大安全转角。如果当前转向轮转角已经接近或已经超过转向轮最大安全转角，则中央处理器18将警示信号传输至显示部分3和声音警示部分4。显示部分3显示图像警示信息，显示为红色的内有感叹号的三角形警示图形，显示在转向轮转角提示线的下部(如图3(c)中所示)；声音警示部分4发出声音警示信息，警示声音为“嘟嘟”声，当当前转向轮转角越接近转向轮最大安全转角或超过转向轮最大安全转角越多，警示声音重复频率和音高越高。

2、如图2(b)，实现离合器踏板、油门踏板、刹车踏板操控辅助提示功能的方式如下：

如图3(b)所示的离合器踏板、油门踏板、刹车踏板操控辅助提示功能的显示效果图，b1为代表踏板总行程的方框，b2为踏板操控行程提示线，如起步时的离合器踏板半联动位置提示线和油门踏板可行操控行程范围临界位置提示线(会有上下两根提示线)，行驶时的油门踏板安全操控范围临界位置提示线，b3为代表踏板当前操控行程的柱状条形。

油门踏板传感器6、刹车踏板传感器7、离合器踏板传感器8实时采集数据，经A/D模数转换器13将数据的模拟信号转换为数字信号后，传输至中央处理器18。中央处理器18计算出当前各个踏板操控的行程占总行程的比例的数据，将其处理成图形数据，并将图形数据输出至显示部分3。显示部分3将当前各个踏板的操控行程用柱状条形图形显示在代表各个踏板总行程的方框中，其中柱状条形充满方框的比例代表踏板踩下的行程占总行程的比例。踩下踏板，其对应的柱状条形随即上升，松开踏板，其对应的柱状条形随即下降，没有踩下踏板时方框为空，完全踩下踏板时柱状条形充满整个方框。

在车辆驻车时，坡度传感器11采集数据，经A/D模数转换器13将数据的模拟信号转换为数字信号后，传输至中央处理器18。中央处理器18如判断当前为上坡或平路，则将坡度数据结合只读存储器15和读写存储器16中的经验数据及车辆特征数据，由基本公式kx*g(t)＝mgsinα+μmgcosα(x为离合器联动比例，k为离合器传输动力比例与离合器联动比例的比例系数，t为油门踏板操控的行程比例，g(t)为对应油门踏板操控的行程比例下发动机输出的牵引力大小，m为车辆质量，g为重力加速度，α为坡度，μ城市道路平均动摩擦因素)，计算出合适的当前坡度下平稳起步要求的离合器踏板半联动位置数据以及油门踏板可行操控行程区间数据，使驾驶员便于做到求得的起步所需的离合器踏板和油门踏板的操作(即踏板操控的行程适中，不接近踏板操控行程的极限)，将上述数据处理成图形数据，将图形数据输出至显示部分3。显示部分3将离合器踏板半联动位置用一条横线显示于代表离合器总行程的方框的某一高度上，将油门踏板可行操控行程区间的上下边界分别用一根横线显示于代表油门踏板操控总行程的方框上。

在车辆行驶中转弯时，转向轮转角传感器5、车速传感器10、坡度传感器11实时采集数据，经A/D模数转换器13将数据的模拟信号转换为数字信号后，传输至中央处理器18。中央处理器18从小到大依次枚举较小间隔的油门踏板操控行程，通过枚举的油门踏板操控行程数据、车速数据、坡度数据，结合只读存储器15和读写存储器16中的经验数据及车辆特征数据，计算出在此时刻后预设的较短的Δt时间后的车速数据，再通过此车速数据按上边汽车安全转弯范围辅助提示功能所述的方法计算出转向轮最大安全转角数据，当发现枚举某一油门踏板操控行程刚好使计算出的转向轮最大安全转角等于或小于当前车辆的转向轮转角，则停止枚举，则当前枚举的油门踏板操控行程即为油门踏板安全操控行程的临界值，将上述数据处理成图形数据，再输出至显示部分3。显示部分3将油门踏板操控安全范围的临界位置用一条横线显示于代表油门踏板总行程的方框的某一高度上。同时，中央处理器18实时将油门踏板行程数据与油门踏板的操控安全范围临界位置数据比较，如果判断当前油门踏板操控的位置已经接近或已经超过油门踏板的操控安全范围临界位置，则中央处理器18将对应警示信号传输至显示部分3和声音警示部分4。显示部分3显示对应图像警示信息，显示为红色的内有感叹号的三角形警示图形，显示在代表油门踏板总行程的方框的上方(如图3(c)中所示)。声音警示部分4发生对应声音警示信息，警示声音为“嘟嘟”声，当油门踏板操控的位置越接近踏板操控安全范围临界位置或超过踏板操控安全范围临界位置越多，警示声音重复频率和音高越高。

3、如图2(c)，实现合理节油换挡辅助提示功能的方式如下：

如图3(c)中c5、c6的显示效果，其中c5为合理节油档位提示信息(图中提示合理节油档位为3挡)，c6为换挡提示信息(图中提示升挡)。

在车辆行驶中，车速传感器10、发动机转速传感器9、坡度传感器11、转向轮转角传感器5实时采集数据，经A/D模数转换器13将数据的模拟信号转换为数字信号后，传输至中央处理器18。中央处理器18通过车速数据、坡度数据、转向轮转角数据结合只读存储器15和读写存储器16中的经验数据及车辆特征数据，先计算出当前转向轮转角和坡度下保持车速所需的牵引力，再计算出每个档位下输出所需牵引力需求的发动机转速。中央处理器18结合经验数据，选出一个在需求转速时的耗油量最低的档位，该档位即为保持一定动力性同时节油的档位，将档位数据输出至显示部分3。显示部分3将合理节油档位显示为数字。同时，中央处理器18通过车速数据、发动机转速数据、坡度数据，结合数据库数据及车辆特征数据，计算出当前变速器的档位数据，与当前合理节油档位数据比较，如两者不同，则将换挡提示信号输出至显示部分3。显示部分3显示升挡提示信息为向上的箭头图形，显示降挡提示信息为向下的箭头图形。

需要补充的是，如果系统判断车辆方向盘转向控制和油门踏板操控都有危险时，显示部分3将分别显示两个危险操控项的警示三角形，声音警示部分4根据最危险的一个操控项发出警示声音。

如图3(c)所示的操控辅助信息综合显示的显示效果图，该图用以说明显示部分显示各个信息的显示位置及显示方式，不代表系统运行中某一时刻所同时显示的信息。其中c1为车辆转向轮转角提示线，c2为车辆转向轮最大安全转角左提示线，c3为车辆转向轮最大安全转角有提示线，c4为离合器踏板操控辅助提示信息，c5为合理节油档位提示，c6为换挡提示，c7为转向操控危险的警示图形，c8为刹车踏板操控辅助提示信息，c9为油门踏板操控辅助提示信息，c10为油门踏板操控危险的警示图形。

本发明中，对直线数据和各种图形数据的处理方式是现有技术的中的常规手段，因此本专利中不需详细说明。

综上所述，本发明的汽车安全与节油操控辅助提示系统，结构简单，使用方便，可以在车辆出厂后安装。安装本发明的系统，可以给直接有效的辅助驾驶员安全节油的操控车辆。本发明能够辅助驾驶员精确的控制车辆转向，能够辅助驾驶员平稳的起步，能够辅助驾驶员正确的换挡；能够让驾驶员了解车辆操控的安全范围，因而主动的安全驾驶；能够让驾驶员预知可能的危险，并使驾驶员了解可能引发危险的操控，从而事先消除安全隐患；能够辅助驾驶员在危险状况下主动改正危险的操控，从而减小了事故发生的可能性。本发明的汽车安全与节油操控辅助提示系统及辅助提示方法对驾驶员安全节油操控有显著的辅助效果。

本技术领域的普通技术人员应当意识到，以上的实施例仅用来说明本发明，而非对本发明技术方案的限定，以上实施例中使用的传感器和计算方式、公式并不是唯一选择，各辅助信息的显示位置也不唯一。只要在本发明的实质精神范围内的，上述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围中。

Claims (6)

1.一种汽车安全与节油操控辅助提示系统，其包括有数据检测部分、中央处理部分和显示部分，其特征在于：

所述的数据检测部分用于采集车辆行驶数据和驾驶员操控数据，其包括安装在汽车上的转向轮转角传感器、油门踏板行程传感器、刹车踏板行程传感器、离合器踏板行程传感器、车速传感器、发动机转速传感器、坡度传感器、横向加速度传感器，这些传感器通过共享传感器数据接口或A/D模数转换器与中央处理部分连接；

所述的中央处理部分用于处理各传感器采集的数据，计算出向显示部分输出的各功能的计算结果数据，其包括共享传感器数据接口、A/D模数转换器、中央处理器、只读存储器、读写存储器，其中只读存储器储存有系统控制程序和经验数据库数据，读写存储器存储有安装车辆特征数据库数据和用户设置数据；

所述的显示部分用于显示直观形象的与驾驶员操控项相关的驾驶辅助信息，显示部分与中央处理部分连接；

所述提示系统按如下方式进行汽车安全与节油操控辅助提示，包括：

（1）车辆转向角度及转向角度安全范围辅助提示：所述中央处理部分将车辆转向轮转角数据和转向轮最大安全转角数据分别处理成直线数据，输出给显示部分显示为直线作为提示线，当转角为0°时，为竖直的直线，当转角不为0°时，为倾斜的直线，直线与竖直方向的角度即为提示线反映的转角的大小，并通过显示部分显示；

（2）离合器踏板、油门踏板、刹车踏板操控辅助提示：所述中央处理部分将车辆离合器踏板、油门踏板、刹车踏板的操控行程数据处理成位于代表各踏板总行程的方框内的柱状条形，其中柱状条形充满方框的比例代表踏板踩下的行程占总行程的比例，并通过显示部分显示；在车辆驻车时将车辆平稳起步要求的离合器踏板的半联动位置数据处理成位于表示离合器踏板总行程的方框的某一高度上的一根横线，将起步时油门踏板的可行操控行程区间的上下边界数据处理成位于代表油门踏板总行程的方框上的上下两根横线，并通过显示部分显示；在车辆转弯时将油门踏板的操控安全范围的临界位置数据处理成位于代表油门踏板总行程的方框上的一根横线，并通过显示部分显示；

（3）合理节油换挡辅助提示：

中央处理部分将车速传感器、发动机转速传感器、坡度传感器、转向轮转角传感器实时采集的数据结合经验数据库和安全车辆特征数据库的数据，计算出当前车辆行驶状态下保留一定动力性的合理的节油档位数据，输出至显示部分，显示部分显示合理节油档位数字；

同时，中央处理器计算出当前变速器的档位，如与合理节油档位不同，则将换挡提示数据输出至显示部分，显示部分显示对应的升挡或降挡提示信息。

2.根据权利要求1所述的汽车安全与节油操控辅助提示系统，其特征在于：

所述中央处理部分还连接声音警示部分；所述显示部分采用HUD平视显示器或液晶显示器，其中HUD平视显示器将信息投射显示于驾驶员视线前方的挡风玻璃上一个区域内，液晶显示器安装于驾驶员视线前方的仪表板上。

3.根据权利要求1所述的汽车安全与节油操控辅助提示系统，其特征在于：所述的经验数据库中存储有发动机生产厂提供的不同发动机不同转速的耗油量数据；所述的安装车辆特征数据库中存储有安装车辆的各类特征数据，包括安装车辆的质量、轮胎规格、转向轮最大转角、发动机排量、发动机各个转速对应的扭矩、功率、变速器各档位传动比、主减速器传动比。

4.根据权利要求1所述的汽车安全与节油操控辅助提示系统，其特征在于：所述的车辆行驶数据和驾驶员操控数据包括安装在车上的各种传感器采集的车速数据、发动机转速数据、坡度数据、转向轮转角数据、油门踏板操控行程数据、刹车踏板操控行程数据、离合器踏板操控行程数据。

5.根据权利要求1所述的汽车安全与节油操控辅助提示系统，其特征在于，所述车辆转向角度及转向角度安全范围辅助提示的步骤如下：

（1）中央处理部分将转向轮转角传感器实时采集的数据处理成直线数据，输出至显示部分，显示部分将转向轮转角的直线数据显示为一条直线作为提示线，当转角为0°时，显示为竖直直线，当转角不为0°时，显示为倾斜的直线，直线与竖直方向的角度即为当前的转向角度，直线向车辆转弯的方向倾斜；

（2）同时，中央处理部分将车速传感器、横向加速度传感器、油门踏板行程传感器、坡度传感器实时采集的数据，结合经验数据库和安装车辆特征数据库的数据，计算出车辆当前行驶状态下的转向轮最大安全转角数据，并处理成直线数据，输出至显示部分，显示部分将转向轮最大安全转角直线数据显示为直线作为提示线，直线倾斜，与竖直方向的角度即为转向轮最大安全转角，显示部分将转向轮最大安全转角提示线在左、右方向各显示一条；

或者，在转向轮转角为0°时，将转向轮最大安全转角提示线在左、右方向各显示一条，在转向轮转角不为0°时，只显示转弯方向那边的提示线；

（3）当中央处理部分判断当前转向轮转角临近或已经超过转向轮最大安全转角，则通过显示部分和/或声音警示部分向驾驶员发出图像和/或声音的警示。

6.根据权利要求1所述的汽车安全与节油操控辅助提示系统，其特征在于，所述离合器踏板、油门踏板、刹车踏板操控辅助提示的步骤如下：

（1）中央处理部分将油门踏板行程传感器、刹车踏板行程传感器、离合器踏板行程传感器实时采集的数据，结合安装车辆特征数据库的数据，计算出当前油门踏板、刹车踏板、离合器踏板的操控行程数据，并将上述数据处理成图形数据，输出至显示部分，显示部分将离合器踏板、油门踏板、刹车踏板实时的操控行程用柱状条形图形显示于代表各踏板总行程的方框中，以柱状条形充满方框的比例代表踏板踩下的行程占总行程的比例； 

（2）在车辆驻车时：车辆处于平路或上坡，中央处理部分将坡度传感器采集数据结合经验数据库和安装车辆特征数据库的数据，计算出车辆在当前坡度下平稳起步要求的离合器踏板的半联动位置的数据，以及油门踏板操控行程区间的数据，并将上述数据处理成图形数据，输出至显示部分，显示部分将离合器半联动位置用一根横线显示于代表离合器踏板总行程的方框的某一高度上，将油门踏板可行操控行程区间的上下边界分别用一根横线显示于代表油门踏板操控总行程的方框上；

（3）在车辆行驶时：车辆转弯，中央处理部分将转向轮转角传感器、车速传感器、坡度传感器实时采集的数据结合经验数据库和安装车辆特征数据库的数据，计算出当前车辆行驶状态下油门踏板的操控安全范围数据，并将上述数据处理成图形数据，输出至显示部分，显示部分将油门踏板的操控安全范围的临界位置用一根横线显示于代表油门踏板总行程的方框的某一高度上；

（4）中央处理部分如果通过油门踏板行程传感器实时采集的数据判断当前油门踏板的操控接近或已经超过操控安全范围，则向显示部分和/或声音警示部分发出信号，显示部分和/或声音警示部分分别向驾驶员发出图像和/或声音的警示。

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