CN102336188A - 汽车节能方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车节能方法和系统，其是在启动发动机后，挂前进挡；然后逐步调节油门及适当配合挡位控制，在控制过程中实时获取功率和燃油流量，计算出功率和燃油流量的比值，得到运行效率，使运行效率达到极大值，并继续调节油门维持运行效率最高；待车速达到预设的最高速时，松开油门，使汽车进入滑行期；待车速达到预设的最低速时，再次增加油门。本发明可以让发动机接近所有的时间里和各种车速时都运行在最佳效率状态，既有节能效率又可保留加速性能，节能性好；本发明既可用于新车，也可以应用于现有的汽车，不须重新设计汽车，不需要对汽车进行较大规模的改造，成本低，容易实现。可用于绝大部分车，适应性广；不影响汽车的原有性能，对功率较大的车效果更明显。

Description

汽车节能方法与系统

技术领域

本发明涉及汽车节能技术，具体地说，是一种汽车节能的方法及系统。

背景技术

汽车节能越来越受到人们的重视。促使汽车节能的动机有很多：对原油资源将耗尽的恐慌，其价格的猛涨，越来越多的人会选择节能车来降低开销。还有环境保护的考量，耗油多的车排出的温室气体也多，不利于环境保护。

汽车的节能关键在发动机。多年来发动机的质量一直有提高，但内燃机本身在节能方面却没有显著的进步。从美国环保署(EPA)所公布的各年汽车油耗情况看，相同排量的车多年来耗油率都没什么大的改进，或改进潜力有限。长期以来，困扰汽车工业界的一个问题是不能解决好汽车的操控性能和节能效率的矛盾，往往是性能好的车不省油，而省油的车性能又不好。加速性能好的车是以大功率的发动机做保障的，因而费油。以折衷性能和能耗的中型轿车为例，一般中型轿车的最大功率约有150马力。它维持100公里/小时的匀速行驶只需要大约30马力就足够了，也就是其满负荷的20％，而在市区行驶时所需的功率就更低。一般汽车只在快速起步和超车时需要较大功率，绝大部分时间处于低负荷运行状态。而根据内燃机的特性，其最佳效率区间一般在其最大功率的40％以上，并且要求发动机的转速在一个特定范围，如在2000-3000转/分钟之间。也就是说大部分情况下汽车是运行在低效率，即费油状态下。

解决低效运行的方法之一是采用较小容量的发动机。如最大功率为70马力的车子，在100公里/小时的匀速行驶时所需的功率约30马力，正好运行在它的高效率区，可以省油。然而由于功率储备不足，其加速性能和运载能力不能令人满意。

还有的生产厂家制造出一种可关闭发动机部分气缸的汽车。如8缸的引擎平时只用4个缸，相当于小引擎，4缸平均承担的负荷要更高，比8缸同时工作时所处的效率状态更高，因而节省燃油；而在需要高功率的情况下，就转为8缸同时工作，这样又满足了加速性能。但这还不能保证在让发动机工作在最佳效率状态，更不用说大部分情况下和大部分时间里都工作在最佳效率状态。

混合动力车是一种更好的方案。它有可能让发动机在绝大部分时间里都固定地工作在最佳效率状态。当汽车慢速行驶而不能维持发动机的最佳效率时，发动机就关闭，让电动机驱动汽车；当汽车行使条件满足发动机最佳效率时，发动机就单独工作；当汽车需要较大功率时，发动机仍然工作在最佳效率状态，让电动机同时工作作为额外的补充动力来满足要求；当发动机高效运行时的输出功率大于需要时，电动机转换成发电机，内燃发动机的过多功率就用来发电，给电池储存能量；汽车在滑行，减速，刹车或停车等红灯时，发动机关闭，不耗能。这样要么发动机工作在最佳效率状态，要么发动机关闭不耗能，极大地发挥了发动机的效能。混合动力车可以有一个较小的发动机，却比一般小动力车有更好的加速性能，这是由于有电动机的帮助，而且在制动或减速时电机还可发电储存能量，因而更省油。但因为有两套动力系统，增加了成本和复杂性。

另外，从汽车发明至今，换挡实现了自动优化控制，但油门基本上是由人直接任意控制的(自动巡航时除外)。然而人的随意操作对节能效率是不利的。有测试表明，人随意驾驶中型轿车时，发动机正好工作在最佳效率状态的时间不到总时间的2％。这是因为内燃机是在某个特定的速度(转速)和特定的输出功率时最省油，也就是说发动机在很有限的条件下在节能方面有好的表现，而汽车行驶时的动态范围较大，发动机很少有机会工作在最佳效率状态。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种汽车节能的方法及系统，可以在现有汽车的基础上实现节能驾驶，减少温室气体的排放，利于环保。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种汽车节能方法，包括：A、以发动机工作于最佳效率状态使汽车加速行驶；B、达到预设的最高车速或预设的加速时间后，使发动机工作于怠速状态或关闭发动机，使汽车滑行；C、达到预设的最低车速或预设的滑行时间后，返回步骤A。

进一步地，所述步骤A具体包括：A1、启动发动机，挂前进挡；A2、逐步增加油门，并在增加门油门的过程中实时获取发动机运行效率状态，使发动机运行效率达到极大值，并继续调控油门维持其最高运行效率。

进一步地，所述发动机的运行效率状态通过以下方式之一获得：计算发动机的输出功率与燃油流量的比值；计算发动机的有效功率与燃油流量的比值；计算发动机的载荷与燃油流量的比值计算发动机的输出功率与进气流量的比值；计算发动机的有效功率与进气流量的比值；计算发动机的载荷与进气流量的比值；根据预先测定的发动机载荷与转速的效率图确定；根据预先测定的发动机功率与转速的效率图确定。

进一步地，所述步骤A2具体包括：A21、增加一预定量的油门；A22、计算出发动机当前运行效率，并与增加油门前的运行效率进行比较，若当前运行效率大于增加油门前的运行效率，返回步骤A21；若小于，执行步骤A23；A23、减少预定量的油门。

进一步地，所述步骤A23还可以包括：计算出发动机当前运行效率，并与减少油门前的运行效率进行比较，若当前运行效率大于减少油门前的运行效率，返回步骤A23；若小于，执行步骤A21。

进一步地，所述步骤A1中，首先挂一挡；所述步骤A2中，当发动机的运行效率在当前挡位出现极大值后，随着车速增加运行效率下降时，增加一个挡位，直至增加到最高挡位。

进一步地，所述步骤B中，汽车滑行时，首先挂空挡滑行；待车速低于一预定速度时，挂前进挡滑行。

进一步地，所述A前，还包括：接收驾驶员的指令，若驾驶员的指令为人工驾驶，则切换到人工驾驶状态；或驾驶员的指令为节能驾驶，执行所述步骤A。

进一步地，所述接收驾驶员的指令的方法为：将加速踏板的行程分成两段，当驾驶员踩下加速踏板位于第一行程时，接收到节能驾驶的指令；当驾驶员踩下加速踏板位于第二行程时，接收到人工驾驶的指令。

本发明还提供一种汽车节能系统，包括运行状态传感器、控制器、油门伺服器和挡位伺服器，其中，所述运行状态传感器，用于获取汽车的运行状态参数；所述控制器，用于接收所述运行状态传感器获取的汽车运行状态参数，计算出汽车的运行效率，根据运行效率向所述油门伺服器和挡位伺服器发出控制指令；所述油门伺服器和挡位伺服器根据所述控制器的指令执行相应动作；其中，所述控制器向所述油门伺服器发出增加油门的指令；在汽车的运行效率达到极大值时，向所述油门伺服器发出维持油门的指令；在达到第一预定条件时，向所述油门伺服器发出松开油门的指令；在车速达到第二预定条件时，向所述油门伺服器发出增加油门的指令。

进一步地，所述控制器向所述油门伺服器发出松开油门的指令后，还向所述挡位伺服器发送挂空挡的指令；在第二预定条件时，向所述挡位伺服器发送挂前进挡的指令。

进一步地，还包括指令接收装置，所述指令接收装置用于接收驾驶员指令，根据驾驶员指令使所述汽车节能系统在节能驾驶模式和人工驾驶模式之间切换。

进一步地，所述指令接收装置为加速踏板传感器，所述加速踏板传感器将汽车的加速踏板的行程分成两段，当检测到加速踏板位于第一行程时，接收到节能驾驶的指令；当检测到加速踏板位于第二行程时，接收到人工驾驶的指令。

本发明具有成本低、适应性广、节能性好等优点。本发明可以让发动机接近所有的时间里和各种车速时都运行在最佳效率状态，既有节能效率又可加速性能；本发明既用于新车，又可以应用于现有的汽车，不须重新设计汽车，不需要对汽车进行较大规模的改造，成本底，容易实现。可用于绝大部分车，不影响汽车的原有性能，对功率较大的车效果更明显。

附图说明

图1是一中型轿车实施例的油耗率分布图；

图2为一发动机的油耗率分布图；

图3为将图2所示的油耗率分布图进行坐标变换后得到的另一形式的油耗率分布图；

图4a为发动机输出效率的示意图；图4b为汽车整车系统效率的示意图；

图5为发动机效率与供油和挡位的变化关系示意图；

图6a为油电混合动力车的能量流向框图；图6b为本发明能量流向框图；

图7为加速期和滑行期不同的持续时间比率与车速的关系示意图；

图8为将加速踏板的位置变化转化为控制发动机的信号示意图；

图9a为普通驾驶模式框图，图9b为本发明的系统与驾驶员和发动机的关系框图，图9c为本发明的系统组成框图；

图10为本发明的实施的控制逻辑流程图；

图11a为本发明的系统的一种简化方案的组成框图，图11b为本发明的简化系统与驾驶员和发动机的关系框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明的目的是提高节能效率，降低油耗和温室气体的排放。原则上是要让发动机或汽车在接近百分之百的时间里和在很大的动态范围内都工作在最高的效率状态。因此，首先要让发动机工作在最佳效率状态。发动机的效率有两个量构成：发动机做的功和做这些功所消耗的燃料。工业界对发动机能耗效率的定义是每做单位的功所消耗多少的燃料，或一千瓦小时的功所消耗多少克的燃料(单位是g/kwh)。一般是通过实验得出一种油耗率分布图叫BSFC(brakespecific fuel consumption)，是看发动机的油耗率在不同的转速和载荷下的分布情况。虽然不同的发动机，油耗率的具体分布有差别，但内燃机，无论是汽油发动机或是柴油机，油耗率的分布规律都类似，在对应某一特定发动机转速范围和某一特定发动机的输出功率(或荷载)范围，其油耗率有一个最低值的区域，也就是发动机工作在这个区域里效率最高，最省油。图1所示为一中型轿车的油耗率分布图(出处：http://autospeed.com/cms/article.html？&A＝110216)，横坐标是发动机的转速，纵坐标是发动机的输出力矩(它与发动机输出功率成正比)。图中各等高线所标的数字是表示发动机做单位功所需燃油的量，数值越小效率越高。其中最小的椭圆形区域是发动机最佳效率区，在其中心位置，效率最高，对应2000转/分左右的转速和75％的最大输出力矩。测试一中型轿车在市区行驶条件下的油耗情况，每个点的位置对应每一秒间隔测试发动机的转速和输出力矩。可以看到在数百秒的测试时间里，只有5秒钟发动机工作在最佳效率状态。绝大部分的点分布在图的左下方，说明发动机大部分时间是在很低的负荷下也是很低的效率下工作，而高负荷区只作为发动机的功率储备来满足汽车的加速性能，只在极少数情况下使用，如快速起步和超车时使用。由于发动机的最佳效率区是位于较高的负荷区，平时很少用到，因而平时是费油的。但高效率区毕竟存在，也就存在节能的潜力和可能。

对发动机而言，如果能做到让发动机只工作在最佳效率区，就能最大程度地节约能源。这就需要先确定或找到发动机的最佳效率区。假设我们知道发动机的油耗率分布图。图2就是一个实际发动机的油耗率分布图。可以用换挡操作和油门控制使发动机工作在虚线框住的范围内，就是转速在1800-2800转/分之间，力矩(或扭矩)在220-260牛顿米之间。只要转速或力矩大于上限时就减油门；只要转速或力矩低于下限时就加油门，必要时配合换挡操作就可以让发动机工作在最佳效率区。但是，这种方法需要预先知道发动机的油耗分布图而且要将这些预先测定的数据存入相关的处理机，这样一来才可以将实时测定的发动机转速和载荷与预先存入的数据比较，从而完成上述的控制。如果事先不知道油耗率分布图，也不便专门预先测定，这就需要一种不依赖任何预先测定数据的方法来实时地找到发动机的最佳效率区。由于

功率＝扭矩×转速

做一次变换，将图2的纵坐标乘以横坐标的积作为新的纵坐标，再把油耗率的单位从克/千瓦小时转换为千瓦小时/克，也就是将图2转换为图3。变换后，最佳效率区位于最大输出功率的50％左右和转速2300转/分左右的区域。例如最高效率时原来有最小值237克/千瓦小时，这时在最佳效率区有极大值4.22千瓦小时/千克，就是说每消耗一千克的燃油可做4.22千瓦的功。

如果把发动机看成一个转换器，见图4a，输入的是燃油，发动机的功能是将燃油转换为推动汽车克服各种阻力前进的功。其中转换效率＝输出/输入，或效率＝P/F，P代表功率，F代表燃油流量，单位是(千瓦)/(千克/小时)，或单位是(千瓦小时)/(千克)，单位与图3一样。所以图3就是P/F值的分布图，也就是效率分布图。现在寻找最佳效率区就变成寻找效率分布图中极值的算法。P/F的分布在图3有极大值(也可以理解其倒数F/P值有极小值)。不同内燃发动机的效率分布图可以有差别，但分布规律大体相似，最佳效率区的具体位置可以不一样，但在一定范围内一定存在，而且一般有一个极值。这样，就不须知道具体的效率分布，只要顺着梯度就能找到极值。

通过车上的OBD(On-Board Diagnostics，车载自动诊断系统)II接口系统可以实时地获得发动机的很多参数，其中几个与发动机的效率有关：发动机载荷(或扭矩)T，发动机的转速R和燃油流量F。发动机的扭矩乘以发动机的转速可得到发动机的输出功率。发动机功率和燃油流量两者的比值就是P/F值，或发动机的效率。P/F的最大值就是发动机最佳效率。在接近P/F最大值的一定范围就是最佳效率区。P/F值由下式得出：

P/F＝发动机扭矩×发动机转速/燃油流量＝T·R/F

图4a中只考虑了发动机的效率，虽然这是最主要的方面，但要做得更好还要从整车的系统来考虑。发动机的功率要用在三个方面：1)先要经过离合器、变速箱、差速器、传动轴一直到车轮等一系列传递和一定消耗后(可能还包括空调、音响和车灯等的消耗)，动力才传到地面；2)然后还要克服路面的滚动磨擦和空气的气动阻力；3)最后剩下的功率才对汽车加速或上坡。其中第一部分为内部消耗；第二部分是外部消耗；第三部分才是有效功率，加速产生动能，上坡增加势能。也就是说发动机的输出功率＝内部消耗功率+外部消耗功率+有效功率。在这三个成分中，只有有效功率是人们希望增加的，其它消耗的成分尽管是不可避免的，但至少是希望要减少的。因此，系统在进行油门和换挡控制时，要追求单位燃油转换到最多的有效功，或以单位燃油流量获取最大有效功率为目的。有效功率可根据车速的变化获得，也可用加速度传感器获得，而且二维或三维的加速度传感器还能测得坡度，因而可得到完整的有效功率。

P_e＝fV＝(f_k+f_P)V＝(ma_k+ma_p)V＝m(a_k+a_p)V

上式中P_e为有效功率；f为发动机克服了各种消耗性阻力后，用于汽车加速和克服坡度的力；f_k是对汽车加速增加动能的力；f_p是由坡度产生的在汽车前进方向上的分力；V是车速；m是汽车的质量；a_k是汽车的加速度；a_p是由坡度产生的重力加速度g在汽车前进方向上的分量。a_k+a_p可直接从加速度传感器中读出，车速和汽车质量都是可知的，将它们相乘就是有效功率。由图4b所示，P_e/F值代表汽车的系统效率：

P_e/F＝m(a_k+a_p)V/F

从效率P_e/F的构成分析，要使P_e/F值增大，就是要P_e尽量大，而F尽量小，就是要用尽量少的油去做尽量多的功。驾驶汽车时有两个控制量对P_e/F有影响。一个是油门，油门的位置直接控制燃油流量F，与燃油流量成正比，油门也通过燃油流量间接控制P，因为发动机将燃油转化为功。另一个是换挡操作，挡位可改变发动机的载荷，可改变输出功率。

不过，不管是发动机的效率还是整车的系统效率，都是以功率/燃油量的形式出现，都可以作为系统指标运用。对于刚性传动链的汽车，如手排挡车型，传动链的损耗较小，而且损耗系数基本是常数，发动机的效率和汽车的系统效率比较一致，两者都可以用。但对于某些自动挡的车型，自动变速箱与发动机的连接是通过扭矩转换器的。它不是固体的直接连接，而是有液体参与的柔性连接。连接处存在滑动现象，能量传递损耗大，而且是变数。这种情况下应该采用整车的系统效率。当然，在任何情况下都用整车的系统效率是不会错的。

图5显示系统效率P_e/F与燃油流量F和挡位变化的关系(采用发动机的效率同理)。系统实时地获得有效功率，和燃油流量，当然就得到了即时的P_e/F值。对每个挡位来说，汽车的系统效率P_e/F随燃油流量F变化的规律都相似，随着F逐渐增大，P_e/F值有各个较快的上升段，到达峰值后就较慢地下降，换到较高的挡位后又在较高的水平重复相似的变化规律性。每当峰值过后，P_e/F下降的时候就可以向上换挡了。系统的控制目的是追求P_e/F的极大值，控制手段是调节油门和换挡。所以顺着这个规律性逐渐地加油门，P_e/F会增大，过了峰值后，结合车速情况，就可考虑向上换挡，然后再重复这个过程，直到换到最高挡位，最终找到极值，并维持在极值上。见图5，假设现在是在最高挡位，如果P_e/F值在a点，增加一点油门，即增加F，到达b点，如果P_e/F值较以前增加，就再进一步增加一点油门，到达c点，P_e/F值较b点又增加了，系统又继续增加油门看是否P_e/F还会继续增加。由于c点已到达峰值或很接近峰值，系统增加油门后到达d后P_e/F值实际上是下降的，所以系统会减少油门回到峰值c点，如此系统会最终找到并稳定在这个最高的峰值上，也即汽车系统的最佳效率状态(如果P是发动机的输出功率，P/F极值的附近区域就是发动机的最佳效率区)。

图5的曲线可以通过实验获得，但本发明并不需要预先知道它的具体分布，本发明利用上述方法就能找到系统的最佳效率状态，并维持运行在最佳效率状态。在各种不同的驾驶条件下，或条件的改变，如上坡等，如果发生效率偏差，本发明都能自动跟踪各参数变化，使系统回到最佳效率状态。在控制上可采用各种有效技术如误差比例控制(PID控制的一部分)等，提高控制效率或精度。

需要指出的是，如果只考虑发动机的效率，系统是近似地沿着图3中的虚线(最优操作线)控制发动机进入最佳效率状态的，因为不管是沿着横轴还是纵轴方向，各阶段P/F的最大值都是在最优操作线上，而系统在整个控制过程中是一直追寻各瞬间P/F的最大值而最终到达极值的。在使用有级变速器情况下发动机转速有跳变起伏，只能近似沿着最优操作线进行操作，而用无级变速器就能较精确地沿着此线操作。

仅仅靠控制发动机或整车系统运行在最佳效率状态，还是不够的。从图3这个例子可知，发动机工作在最佳效率状态时，它的输出功率大约是其最大功率的一半左右，转速在2300转/分左右。这款发动机的最大输出功率是123kw，那么在最高效率时的输出功率约有60kw。这个输出功率是大大超过平时的需要的，比如说中型轿车只要约22kw的功率就够维持在高速公路的匀速行驶了，剩余的38kw会用在加速上。如果为了最大程度地发挥节能效率，就应该使发动机固定地运行在最佳效率状态，这就意味着发动机只有固定的输出功率。显然这种没有变化的固定输出功率是不能用来实际驱动汽车的。汽车有很大的速度动态范围，有慢速，有快速，有加速，有匀速等等。发动机必须要有调节功能来满足这些要求。

为了更好的理解本发明，首先说明一下油电混合动力车的工作情况。参见图6a，这里指的是非插电式的油电混合动力车，燃油是其唯一原始能源。它在原则上是可以让第一动力(内燃发动机)只工作在最佳效率状态，因为有了电动机/发电机和电池(或超级电容)的配合，才可以实现调节作用来适应车速的变化。其工作大致可分五种状态：

1、当实际需要小于发动机最佳(最省油)功率(如低速或匀速行驶时)，而且电池的电量不高时，发动机工作在最佳效率状态，在驱动汽车前进的同时还用过剩的功率带动发电机对电池充电以储存能量。能量的流向见图6a中的实线箭头所示。

2、当实际需要小于发动机最佳功率(低速或匀速行驶时)，而电池的电量又充足时，发动机关闭，汽车全靠电动机驱动。能量的流向见图6a中的虚线箭头所示。

3、当实际需要约等于发动机的最佳功率(如温和地加速或高速匀速行驶)时，发动机用最佳功率驱动汽车前进。

4、当实际需要大于发动机最佳功率(如急剧加速或上坡)时，发动机仍然工作在最佳效率状态，不够的功率部分由电动机补充。

5、当汽车减速或刹车时，发动机不工作，发电机利用汽车动能发电，向电池充电，既降低了车速又收回了部分能量。

由于有电动机的辅助，混合动力车发动机的功率可设计得较小，让它能够在尽可能多的时间在上述第三种状态下工作最有利。其他几种状态都有电能的参与，不管是用电还是充电都有能量转换损失。用电时，电池将化学能转换成电能，再由电动机将电能转换成机械能；充电时，机械能通过发电机转换成电能，再由电池将电能转换为化学能储存。这三种能量之间的转换都有转换效率的问题，有一定的损失。由于汽车的动态范围大，对于较小的发动机，上述五种情况都会经常出现；如果发动机的功率足够大时，第三和第四种状态就很少出现，汽车大部分时候是第一和第二种状态交替出现。由上面的分析可以归纳以下两个机制：

1、要让第一动力(发动机)尽可能地工作在最佳的效率状态。

2、要有第二能源与动力来实现能量的储存与释放的调节机制。

以上第一个机制是为了最大程度地节约能量，这一点是根本，是必要条件，但如果只有这一点，它的适用范围就很有限(只符合上述第三种状态)，只限于某一特定加速度，某一特定坡度，或维持某一特别高的速度，不能适合汽车大的动态范围。第二个机制是为了配合第一点去适合大的动态范围，吸收第一动力过剩功率和补充第一动力不足功率，以保证在大的动态范围发动机都能工作在最佳效率状态。

油电混合动力车是靠电池(或超级电容)和电动机/发电机及控制器组成的系统来实现能量储存与释放机制的，其它还有压缩空气、飞轮动能等方法来实现能量的储存与释放机制，成本都较高。

本发明的系统通过对油门和挡位的控制，寻求P/F的最大值，可以维持发动机或整车系统运行在最佳效率状态，已经具备第一个机制的要求。对于第二个机制，对于能量的储存与释放机制，本发明不借助电池或电机等任何特别装置，而是只用汽车的车体(包括乘员和载重)来储存能量。

参见图6b。只要对汽车加速，就是储存动能，让汽车滑行就可释放动能。由于典型的汽车，为了满足加速性能的要求，发动机的功率要足够大，就像图1所示，大部时候实际需要的功率是低于发动机最佳功率的，相当于上述混合动力车的第一和第二种状态。

用本发明系统控制的汽车在加速时相当油电混合动力车运行的第一种状态，发动机工作在最佳效率状态，把多余的能量存储在汽车的动能中(汽车会加速)，能量的流向见图6b中的实线箭头所示。汽车滑行时相当油电混合动力车运行的第二种状态，发动机处于“关闭”状态，汽车靠动能释放推动汽车继续滑行(汽车会减速)，能量的流向见图6b中的虚线箭头所示。

相对于油电混合动力车，本发明不需要大功率的电动机、发电机和控制器，也没有昂贵的、有寿命限制和不易维护的大容量的动力电池，成本低廉而实用。而且本发明不仅适用于小型汽车，也可用在大型运货卡车和内燃机车(如铁路运货火车)上。

由图6b所示，本发明系统控制的汽车的行驶分两个时期：加速期和滑行期。

加速期的汽车功率可由下式表达：

P_a＝T·R＝m(a_a+a_p)V+mk_rV+1/2d_aV³AC_d+f_int(V)V

P_a是加速期发动机的总功率；T是发动机扭矩；R是发动机转速；m(a_a+a_p)V是加速期的有效功率，其中m是汽车质量，V是车速，a_a是汽车的加速度，a_p是重力加速度在汽车前进方向上的分量，在水平路上a_p为零；mk_rV是滚动摩擦消耗的功率，k_r是滚动摩擦系数；1/2d_aV³AC_d是空气动力阻力所消耗的功率，d_a为空气密度，A为汽车前面的面积，C_d为气动阻力系数；f_int(V)V是汽车内部消耗的功率，其中f_int(V)包括在传动链上的和消耗在发动机内部摩擦力，转动惯性和泵效应等方面的综合阻力，这种阻力与车速存在某种关系是速度的函数。

以上各项的总和是发动机在加速期要输出的功率。每个分项都与汽车速度成正比，其中气动阻力的功率还与车速的三次方成正比。如果P_a相对一定，车速越快消耗在各种阻力上的功率就越大，用来加速的有效功率就越小，加速就越慢。另一方面，就单纯看有效功率m(a_a+a_p)V，用来加速的有效功率一定时，车速V越大，加速度(a_a+a_p)就越小。总之，汽车以最佳效率功率(约最大功率的50％)运行时，车速较低时加速较快，有效功率的份量较大；而车速较快时加速较慢，消耗在各阻力上的功率较大。因此，适当的降低车速有利节能。

如果加速度和坡度等于零，发动机的输出功率P就正好用来克服各种阻力，这时汽车作匀速行驶：

P＝mk_rV+1/2d_aV³AC_d+f_int(V)V

再看滑行期的情形。汽车滑行时油门松开，发动机处于怠速状态或关闭状态，其输出功率近似于零或等于零。汽车在各种阻力下减速：

ma_dV＝mk_rV+1/2d_aV³AC_d+f_int(V)V，(假设在平路上行驶，a_p＝0)

汽车的质量及载重m和车速V是可知的，只要测出汽车滑行时减速的加速度ad就知道各种阻力所消耗功率的总和是ma_dV。

如果滑行时挂空挡，不仅发动机的阻力被断开，而且其余的传动链也处于松弛状态跟着空转，也几乎没有明显阻力，则

ma_dnV＝mk_rV+1/2d_aV³AC_d

即气动阻力和滚动摩擦所消耗的功率是ma_dnV，其中，a_dn是指空挡滑行时的加速度。空挡滑行时，使汽车减速的功率只剩下外部消耗功率，因而能滑行更远的距离。而且

ma_dn＝mk_r+1/2d_aV²AC_d

这表明空挡滑行时的阻力最小，只剩下了气动阻力和滚动摩擦力。上式中除了a_dn和V是变量外，其余的都是常数，所以用空挡滑行时使汽车减速的加速度a_dn与车速V的平方成正比，也就是说车速较慢时车速下降也慢，车速越快时车速下降也越快。当然带挡滑行时这个规律性也适用。或者

ma_dnV＝ma_dV-f_int(V)V

当然消耗在汽车内部的功率f_int(V)V就是

f_int(V)V＝ma_dV-ma_dnV＝m(a_d-a_dn)V

以上是假设在滑行期发动机的输出功率为零，每当发动机“关”的时候，油门完全松掉。只要发动机转速明显高于怠速时的转速，电子喷油系统会停止喷油，这个特性是电喷发动机本来具有的。由于发动机不耗油，发动机等效地被关掉了，即便在转速较低时也只消耗很少的油。但是，当车速很低时，只要发动机没有被真正关闭，即便是怠速，发动机的功率输出对汽车的驱动是有些贡献的，不能视为零。所以滑行时，在某个特定车速以下不宜挂空挡滑行，除非发动机真正的停掉。当车速V足够高时带挡滑行的加速度a_d的绝对值会大于空挡滑行的加速度a_dn的绝对值，带挡滑行的车速下降比空挡滑行时更快；当车速V足够低时带挡滑行的加速度a_d的绝对值会小于空挡滑行的加速度a_dn的绝对值，带挡滑行的车速下降比空挡滑行时要慢；当某个车速时，a_d＝a_dn，，使m(a_d-a_dn)V＝0，既汽车内部损耗功率为零时，这时的V就是决定是否空挡滑行的特定速度。如果叫这个速度为V_f0，则V≤V_f0时须带挡滑行，V＞V_f0时须空挡滑行。

到此，靠从OBD II接口得到的信息和加速度传感器获得的加速度，可以得到以下有用参数：

1)总功率P_a＝TR；或P_a＝ma_aV+ma_dV

2)有效功率P_ef＝ma_aV

3)总损耗功率P_d＝ma_dV

4)外部损耗功率P_dn＝ma_dnV

5)内部损耗功率P_d-P_dn＝m(a_d-a_dn)V

6)当V＞V_f0时须空挡滑行，否则须带挡滑行

图7a显示汽车在加速期和滑行期的车速随时间变化的情况。汽车的平均速度为V_A1，为了维持发动机最佳(效率时的输出)功率，发动机除了克服各种阻力推动汽车前进以外，还有剩余的功率对汽车加速储存动能，时间从0到t1期间汽车速度由V_L1加速到V_H1。当储存能量足够时，也就是说车速高于期望值一个限度时，发动机可“关闭”，释放储存的能量驱动汽车继续前进，时间从t1到t2汽车靠贯性滑行，滑行时由于各种阻力的作用，车速由V_H1下降到V_L1，低于期望值一个限度时，汽车又开始加速进入一个新的周期。其间，如果汽车的质量是m，那么储存或释放的能量变化E₁是：

E₁＝m(V_H1 ²-V_L1 ²)/2

就这样，系统控制发动机交替地工作在“开”和“关”的状态，每当发动机“开”的时候，系统动态地跟踪P/F值的变化，并诱导P/F值趋向最大，同时加速汽车储存动能。每当发动机“关”的时候，油门完全松掉。这时候汽车靠惯性滑行前进，给机会释放储存的动能，在滑行期，可以是带挡滑行，为了增加滑行距离，也可以空挡滑行，排除来自发动机和传动链的阻力。还可以在滑行期完全关掉发动机，在滑行期做到完全不耗油。

除了基本不耗油的滑行期不算，发动机在所有的加速期里都是运行在最佳效率状态，也就说是发动机在接近全部的时间里都工作在最佳效率状态，这是符合上述第一机制。而且加速期汽车加速，储存动能，滑行期减速，释放动能，这是第二机制。只要调节加速时间和减速时间的比例，就可实现汽车的速度调节获得各种不同的车速。这两个机制的结合就能做到在大的动态范围都可最大限度地节省燃油和减低有害气体的排放。

本发明的能量储存和释放机制都是自然的动能，属于机械能，没有油电混合动力车出现的机械能到电能，电能到化学能，再由化学能到电能，电能到机械能的转换效率问题，因而有更高的效率。

现在用一个例子说明这个过程：

汽车质量M＝1600kg

维持V_a＝100km/h匀速运动的功率为P_va＝22kw

最佳效率功率P_e＝60kw

用来加速的功率P_a＝P_e-P_d＝60kw-22kw＝38kw

加速末期速度V_H＝105km/h＝26.4m/s

滑行末期速度V_L＝95km/h＝29.2m/s

每个周期储存和释放的能量就是E＝M(V_H ²-V_L ²)/2＝123kJ

加速期的时间为E/P_ac＝3.2秒

滑行期的时间为E/P_va＝5.6秒

一个能量充放周期为8.8秒，4分20秒累计充放的能量可达1kwh，而典型的油电混合动力车的全部电池容量也就是这个水平。

图7a-c显示系统以“开与关”的方式控制油门，同时也显示了车速是怎样随加速期和滑行期持续时间的比例的改变而变化的。图中显示的阴影部分为加速期，跟随加速期的是滑行期。系统以加速-滑行方式控制汽车以平均速度V_A为中间值行驶，V_H为上限，V_L为下限。

因为加速期发动机都是以最佳效率状态工作，输出功率较固定，其中一部分功率用来维持匀速行驶，剩余部分用来加速储存动能。图7a表示车速较低时，汽车风的阻力和其它阻力较小，维持匀速行驶的功率较小，用来加速的功率就大，汽车从V_L1加速到V_H1的时间就短；低速滑行时的阻力小，速度从V_H1下降到V_L1的时间长，因而滑行时间就长，加速期/滑行期的比例约为1/3。而图7b所示速度较快时，由于阻力大，维持匀速行驶的功率就大，剩下用来加速的功率就小，汽车从V_L2加速到V_H2的时间就变长；较高速滑行遇到风和其他阻力大，速度由V_H2下降到V_L2的时间就变短，因而滑行时间就变短，加速期/滑行期的比例增大到约1/1。如果将加速期/滑行期的比例改为加速期/(加速期+滑行期)，就称为调制比。调制比可将比值更为合理地控制在0到1或0％到100％之间。在某一段时间(周期)里100％表示只加速，0％则表示只滑行。75％表示75％的时间加速，25％的时间滑行等。因此用调制比可控制车速。另外控制速度波动的幅度，V_H-V_L的值，可以控制能量储存和释放的频率。V_H-V_L的值越大，频率就越低；V_H-V_L的值越小，频率就越高。

如果系统维持某一个恒定的调制比，不管汽车最初的速度如何，最终会稳定在某一相应的平均速度V_A。

图7c显示脉宽调制技术用于发动机在更大范围控制车速。图中阴影部分是加速期，发动机以最佳效率状态工作，空白部分为滑行期，发动机几乎不耗油，汽车仅靠加速期产生的动能滑行。

在R1区域，维持一个低速度，调制比也低(例如25％)，当驾驶员想要更高速度时，可用一个较长的加速期(R2)，这时的调制比最大为100％。到达想要的高速(R3)时，又回到加速和滑行周期，相应的调制比也更高(如75％)。要降低速度时，可通过持续的滑行，此时的调制比为0％(R4)，直到速度降到所要的较低速度(R5)为止。假如R5的调制比为50％，所维持的速度也是介于R1和R3之间。

有两种不同的方法可以实现速度控制：

1、先设定一个平均速度Va和它的上下限Vh和Vl控制车速。如上所述，Vh是加速末期速度，Vl是滑行末期速度。速度增加到Vh开始滑行，速度降到Vl开始加速。也可以表示为平均速度Va在一百分比范围内变化，例如平均速度在正负5％内变化。这跟定速巡航控制相似，速度稳定在Va附近。不同的是定速巡航是以定速为唯一目的，速度低了就加点速，速度高了就减点速，加速时发动机不须工作在最佳效率状态，减速时油门也不会完全放开进入滑行状态；而本发明的控制既要节能又要控速，每当加速时，发动机或汽车都是运行在最佳效率状态，每当减速时，油门完全松开进入滑行状态，发动机不耗油或几乎不耗油，同时又能控制速度。我们会看到调制比是随速度增加而增加，随速度减小而减小的。这种定速式速度控制方法可认为是被动脉宽调制。

先设定一个调制比，来决定相应的车速。每重复一次加速期和滑行期为一个周期，一个周期内既有加速因素又有减速因素，这是一种对立的平衡。它们的相对分量决定了速度的状态。调制比的定义是：加速期/(加速期+滑行期)。增加加速期的比例，车速趋于增加；减低加速期的比例，车速就趋于减小。选定一个较高的调制比，车速会趋于稳定在一个较高的值；维持一个较低的调制比，车速就回趋于稳定在一个较低的值。这种由调制比来控制车速的方法称为主动脉宽调制。

在人和系统之间需要一个接口将驾驶员的意图传达给系统，这个接口通过加速踏板来实现。系统可以用两种方法控制车速。

图8a显示用被动脉宽调制的方法来控制车速。既由踏板的位置来决定一个速度，系统控制发动机以最佳效率的功率加速汽车来达到这个速度，或让汽车滑行将车速降到这个速度。踏板的位置由0％开始到100％结束的范围表示由完全松开的位置到到全部踩到底的位置。将整个踏板的活动范围分为两个部分：第一部分是从a点到b点的范围，用来定速。这个范围发动机或整车系统都是运行在最佳效率状态。踏板位置范围对应与一定的车速范围，比如说，0到120千米/小时的范围。踏板在这个范围内的某一个位置，决定了系统用被动脉宽调制方法维持车速在某一平均速度。例如踏板的位置在50％的时候，平均速度就定在100千米/小时，速度在95-105千米/小时之间变化。第二个部分是b点到c点的范围，超过b点后，系统让出控制权，驾驶员用踏板直接控制油门。这样的安排，可使驾驶员自由地选择节能方式和普通方式驾驶，当加速性能更重要时，如快速起步，急加速，超车或上陡坡时，就可以不考虑节能效率，发挥发动机的最大输出功率来满足特殊需要。

图8b显示用主动脉宽调制的方法来控制车速。用从a点到b点的踏板位置范围来决定调制比从0到1的整个范围，而调制比的大小又决定车速的快慢。由b点到c点的踏板位置范围对应调制比最大值1不变，表示汽车只加速不滑行，这是省油方式的最大功率。如果还不够，就可超过c点，进入由c点一直到d点的普通驾驶方式范围，驾驶员可将油门用到最大，以应付特别需要。

以上的安排是符合人的一般驾驶习惯，加速踏板位置由浅到深(由0％到100％)对应车速由小到大。省油方式靠前，可满足日常绝大部分驾驶情况的要求；传统驾驶方式在后，以应付特殊需要。

大多数汽车的油门是由人直接、单向和随意控制的(定速巡航除外)。这种普通驾驶的模式可以由图9a标示。从节能效率而言，人的随意操作很难使发动机工作在最省油的状态。本发明是在驾驶员和发动机之间加一个控制系统，驾驶员不直接控制发动机，而是通过该系统间接地对发动机进行控制。驾驶员对系统的操作还是随意和单向的，驾驶员无须改变任何驾驶习惯，而系统再对发动机进行能量优化控制，是有反馈的双向互动的闭环控制，这种节能的驾驶模式可以由图9b表示。驾驶员通过加速踏板的位置变化产生控制信号给系统，系统不仅要接受驾驶员的意图，还要从发动机获得信息，计算和跟踪发动机的效率状态，并通过伺服电机操作油门和挡位，让发动机或整车系统在接近100％的时间里都工作在最高效率状态而且能适应大的动态范围。本发明在提供了节能驾驶模式的同时还保留了普通驾驶模式。如图8a和图8b所示，加速踏板靠前的一定范围(如0％-60％)是用来决定汽车在系统的控制下在节能模式下驾驶，靠后的一定范围(60％-100)决定了汽车由驾驶员直接控制油门以普通模式驾驶。因此汽车既有好节能效率，又具备好的加速性能。

系统还可以根据驾驶员的愿望选择驾驶模式。例如通过按钮选择完全普通模式(系统完全把控制权交给驾驶员，如图9a所示)，节能模式1(被动调制，如图8a所示)，节能模式2(主动调制模式，如图8b所示)。即使在节能模式下，同时还存在普通模式，如上所述加速踏板靠前的一定范围决定节能模式，而靠后的一定范围决定普通模式。

图9c是图9b更详细地说明。其中虚线框内的部分是本发明的系统组成。驾驶员对汽车的控制是通过方向盘、加速踏板和刹车踏板的操作实现的。方向盘与发动机的控制无关，不在讨论的范围之列。驾驶员A0主要是通过加速踏板和刹车踏板来控制车速的，因而系统的处理器A5，它一方面通过加速(踏板)传感器A2和刹车传感器A3接受驾驶员A0的控制意图，另一方面还通过OBDII接口A6经车载计算机A10获得发动机A11的多种运行参数，以及通过挡位传感器A8得到变速箱A12的挡位信息。处理器A5再根据这些输入信息进行计算处理，得到发动机A11的运行的效率状态，再通过油门伺服电机A7和换挡伺服电机A9控制发动机A11工作在最佳效率状态。处理器A5还可从加速度传感器A1获得汽车的加速度，并结合其它参数算出整车的系统效率，再通过油门伺服电机A7和换挡伺服电机A9控制发动机A11，使汽车运行在最佳效率状态。A3是显示装置，通过它，处理器可以向驾驶员提供有用的反馈信息，如节能效果和发动机的效率状态等。

本发明从控制方法和能量优化管理的角度出发，不限于某一具体车型或发动机，能在大部分现有技术的基础之上进一步提高汽车的节能效率。根据不同的车型，系统的组成可以由图9c中虚线框中的部件组成，系统的很多组成部分甚至全部的硬件都也可以用汽车上现有的部件。如处理器可以是车载计算机，挡位伺服电机和传感器可以是自动人工变速器(AMT)的一部分，油门伺服电机可以用定速自动巡航的伺服电动机，还可通过很多现有传感器获得发动机的运行信息，如发动机转速，气缸压力，空气流量，车速和油位置等都可通过OBDII接口从车载计算机得到。

图10是本发明的逻辑流程图。在系统的控制下，汽车以高效节能的方式行驶。首先是步骤101启动发动机，有时需要挂倒挡，倒车等都算这个步骤。接着是步骤102挂前进挡，然后是步骤103系统驱动油门伺服电机增加一预定量的油门给汽车加速。步骤104系统根据OBD II接口得到汽车的速度。步骤105检查是否要换挡(换挡的条件一般与车速相关，及时向上换挡可尽快增加P/F)，如果符合换挡条件，步骤106处理器指令换挡伺服器则进行换挡操作，进到步骤107，如果步骤105不需要换挡，则直接进入步骤107。在步骤107，处理器检查车速，如果达到由加速踏板位置设定的速度上限，系统就指令油门伺服电机放掉油门，汽车进入滑行期(一般情况下，从步骤107到步骤117的通路是要经过若干次或许多次的步骤103或步骤110的油门调整以后汽车才达到需要滑行的地步)。在步骤108，处理器经OBD II接口获得发动机的运行参数和加速度传感器的数据，根据这些参数计算出当前的P/F值，并在步骤109看P/F值是否比上一次油门增加后的P/F值有所增加。在步骤101刚启动以后，P/F设置为零，但在这以后的每一次油门调整，在计算出新的当前P/F值前，都会把上次的P/F值作为以前P/F值存下来，而每次在步骤108新的P/F值产生以后，就在步骤109将当前P/F值与以前P/F值比较看是否有增加以及增加多少。凡是上一次油门在步骤103增加以后，新的P/F值在步骤109较以前有增加，系统会回到步骤103进一步增加一预定量的油门看是否会进一步增加P/F。不然，新的P/F值在步骤109没有比以前的值增加的话，可能是在步骤103的油门增加过多，或P/F值已达峰值，或已过峰值，系统就要在步骤110减少一预定量的油门看是否会增加P/F值。

在步骤110减少一预定量的油门后，在步骤111系统就要检查车速。步骤112根据车速的变化看是否有换挡的需要(步骤111虽然是减小一定量的油门，但不意味着减速，因为从步骤101到步骤116都是处于加速期，车速一直是增加的，步骤111所减小的量极为有限，是为了调整上一次在步骤103增加过多的那一部分的调整量)，步骤112和步骤105的作用是相同的，都是检测汽车在加速过程中换挡的条件是否满足。如果换挡条件满足则执行步骤113处理器指令换挡伺服电机进行换挡操作。步骤114检查车速是否达到加速踏板设定的速度上限。如果是，则进行到步骤117，系统松掉油门汽车进入滑行期。如果未达期望速度则进行到步骤115处理器计算当前的P/F值，并在步骤116将当前P/F值与以前的P/F值进行比较。如果P/F值增加了，则回到步骤110进一步减小一点油门，看P/F值是否会进一步增加。如果上次在步骤110油门的减小没有使P/F值增加，系统就回到步骤103增加一预定量的油门。系统在步骤103至116之间的反复循环，在步骤103处上调油门，在步骤110处下调油门，目的是寻找和跟踪P/F的最大值，也就是说在加速期保持发动机或汽车系统的最佳效率状态。需要说明的是每次油门的调控幅度，也就是步骤103增加的预定量和步骤110减少的预定量的多少都是与上次P/F值变化幅度成一定比例的，P/F变化较大时油门的调控幅度就较大，反之就较小。这样一来可提高控制效率和精度。直到汽车达到期望的速度，系统在步骤117松掉油门进入滑行期。

在滑行期，系统可选择用挡位伺服电机在步骤118挂空挡，或不挂空挡直接经通路117a到下一步。挂空挡滑行时可排除发动机转动产生的阻力增加滑行距离。步骤119检查车速，在步骤120将当前车速与期望车速比较，看车速是否降到期望值。如果未降到期望值系统回到步骤119继续检查车速，如此重复步骤119和120直到车速降到由加速踏板设定的速度下限或驾驶员需要加速为止。当车速在步骤120降到期望值或驾驶员需要加速时，系统回到步骤102挂前进挡进入加速期，接下来就是步骤103加油门。如果在滑行期挡位本来就在前进挡，就经通路120a直接到步骤103加油门。如此系统在加速期和滑行期交替进。

如果只保留图9c中系统的A1，A6，A5和A4，就形成了一个如图11a所示的简化系统。它只有OBD II接口A6，加速度传感器A1，处理器A5和显示装置A4这四部分。其原理与完整系统基本相同。处理器A5通过OBD II接口A6从车载计算机那里获得发动机的运行参数，还从加速度传感器A1得到汽车的加速度，经计算处理得到发动机或整车的效率，即P/F值等系列数据，再通过显示装置A4将数据和信号，其中包括颜色灯光信号或音频信号，反馈给驾驶员。这里最大的差别是系统少了对发动机进行控制的伺服器。

从图11b中可以看出驾驶员B1代替了伺服器的位置。如果没有系统B3形成环状控制链，就变成图9a显示的普通的驾驶模式。驾驶员除了知道窗外的路况和景物作速度的参照物以外，驾驶员B1对发动机B2的效率状态是一无所知，就节能而言，驾驶员B1对发动机B2的控制就是随意的。由于有系统B3的加入情况就不同了，系统B3可向驾驶员B1实时地提供发动机B2的效率状态，有助于引导驾驶员控制发动机工作在最佳的效率状态。

需要指出的是驾驶员要做到像伺服器那样，实时地根据P/F的变化，快捷地找到和跟踪发动机或汽车的最佳效率状态，不是一件轻松的事。必须要用人容易接受的反馈信号。

系统最初安装时需要用一些人工智能的方法，学习和整理驾驶员平时随意驾驶时发动机和汽车的参数。按车速次序，总是用较高的P/F值和对应的燃油流量和挡位，去取代较低P/F值和所对应的燃油流量和挡位。久而久之，最后记住的是各对应车速的最高P/F值时，所对应的燃油流量和挡位情况，也就是说每个速度都会有一个最合适的油门位置和挡位，这时候发动机或汽车系统的效率最高。处理器可以用适当的信号引导驾驶员恰到好处地控制油门和换挡。例如踩油门时，显示装置没有灯光信号时表示油门不够，须多踩一点；绿灯亮时，表示油门合适，须维持；红灯亮时，表示油门过多，须放松一点。只要把绿灯亮的范围足够接近最合适的油门位置，踩油门到绿灯亮时，就可以控制发动机或整车系统运行在最佳的效率状态。于是驾驶员加油门时保持绿灯亮，汽车加速(加速期)；驾驶员感到车速足够时，放开油门，可挂空挡，让汽车滑行(滑行期)；然后再加速。加速时间和滑行时间的长短由驾驶员掌握，也就实现了调速的作用。当灯光信号足够亮时，驾驶员视线不须离开路面情况就能感到信号变化。而且灯光信号的强度可随环境光线的强弱自动调整到合适的程度。这样一来，在简化系统的帮助下，驾驶员的操作就不会太难。使发动机或汽车尽可能地运行在最佳效率状态。可称这个简化系统为辅助驾驶仪。简化系统的优点是成本低，没有安装问题，插上即用。

本发明采用脉冲宽度调制技术，让发动机间歇式工作，或脉动式工作，发动机周期性地处于两个状态，即“开”和“关”的状态。发动机“开”的时候用上述使P/F值极大的方法使发动机或汽车运行在最佳效率状态；发动机“关”的时候，发动机不工作或等效不工作，或处于怠速状态，发动机不耗油或耗很少的油。因为发动机“开”的时候汽车会加速，我们叫它加速期；而发动机“关”的时候，汽车会滑行，因而叫滑行期；加速期加上滑行期等于周期。这样做的目的是为了调速。如果改变加速期对周期的比例，就能得到各种不同的车速。增加加速期对周期的时间比例，可维持较高车速；减少加速期对周期的时间比例可维持较低车速。这种先改变脉宽比例来调车速的方法叫主动脉宽调制法。还有一种方法是先确定车速和车速窗口，加速时当速度达到车速窗口的上限时就进入滑行期减速，车速降到车速窗口下限时再进行加速，车速在一个平均速度附近上下波动，对于每个设定的车速，会有相应的加速期对周期的时间比例，其比值越大车速就越高，我们叫它为被动脉宽调速。在加速期发动机一方面推动汽车前进，一方面增加了车速将过剩的能量储存在汽车的动能中；在滑行期动能得以释放继续推动汽车前进。综上所述，本发明可以做到使发动机或汽车在接近所有时间都工作在最佳的效率状态，而且在各种车速下都是如此，这就是能量优化控制得以实现的基础。

本发明是一种能量优化控制的方法和系统，在控制层面上位于驾驶员和发动机之间，驾驶员是通过该系统间接地控制发动机。驾驶员对系统的操作还是随意的，以日常的开车习惯向系统发出加速，减速或是维持速度的信息，而系统再根据驾驶员的意图对发动机进行能量优化控制。该系统几乎不增加什么硬件，主要体现在处理器和必要的显示器件上，尽量利用车上原有传感器和伺服器。系统从传感器获得发动机的运行参数，进而感知和跟踪发动机的效率状态，并向油门和换挡伺服器发控制指令，诱导发动机在接近所有的时间里都工作在最佳效率状态，从而达到节约能量和减少有害气体排放的目的。

本发明可以方便地帮助驾驶员完成加速-滑行式驾驶，实现节能的目的。本发明分别通过加速期和滑行期两个环节来省油。在加速期，本发明应用汽车的动态信息计算出引擎的瞬间功率并结合引擎的转速范围，引导驾驶员或伺服器控制油门使其运行在最佳效率状态而省油。在滑行期，汽车释放加速期储存的动能，为了减少阻力，本发明可以将变速器放在空挡，增加滑行距离，进一步节省了燃油。

Claims (14)

1.汽车节能方法，其特征在于，包括：

A、以发动机工作于最佳效率状态使汽车加速行驶；

B、达到预设的最高车速或预设的加速时间后，使发动机工作于怠速状态或关闭发动机，使汽车滑行；

C、达到预设的最低车速或预设的滑行时间后，返回步骤A。

2.根据权利要求1所述的汽车节能方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：

A1、启动发动机，挂前进挡；

A2、逐步调控油门及配合挡位控制，并在该控制过程中实时获取发动机运行效率状态，使发动机运行效率达到极大值，并继续调控油门维持最高运行效率。

3.根据权利要求2所述的汽车节能方法，其特征在于，所述发动机的运行效率状态通过以下方式之一获得：

计算发动机的输出功率与燃油流量的比值；

计算发动机的有效功率与燃油流量的比值；

计算发动机的载荷与燃油流量的比值

计算发动机的输出功率与进气流量的比值；

计算发动机的有效功率与进气流量的比值；

计算发动机的载荷与进气流量的比值；

根据预先测定的发动机载荷与转速的效率图确定；

根据预先测定的发动机功率与转速的效率图确定。

4.根据权利要求2所述的汽车节能方法，其特征在于，所述步骤A2具体包括：

A21、增加一预定量的油门；

A22、计算出发动机当前运行效率，并与增加油门前的运行效率进行比较，若当前运行效率大于增加油门前的运行效率，返回步骤A21；若小于，执行步骤A23；

A23、减少预定量的油门。

5.根据权利要求4所述的汽车节能方法，其特征在于，所述步骤A23还可以包括：

计算出发动机当前运行效率，并与减少油门前的运行效率进行比较，若当前运行效率大于减少油门前的运行效率，返回步骤A23；若小于，执行步骤A21。

6.根据权利要求2所述的汽车节能方法，其特征在于，所述步骤A1中，首先挂一挡；所述步骤A2中，当发动机的运行效率在当前挡位出现极大值后，随着车速增加运行效率下降时，增加一个挡位，直至增加到最高挡位。

7.根据权利要求1所述的汽车节能方法，其特征在于，所述步骤B中，汽车滑行时，首先挂空挡滑行；待车速低于一预定速度时，挂前进挡滑行。

8.根据权利要求1所述的汽车节能方法，其特征在于，所述A前，还包括：

接收驾驶员的指令，若驾驶员的指令为人工驾驶，则切换到人工驾驶状态；或驾驶员的指令为节能驾驶，执行所述步骤A。

9.根据权利要求8所述的汽车节能方法，其特征在于，所述接收驾驶员的指令的方法为：

将加速踏板的行程分成两段，当驾驶员踩下加速踏板位于第一行程时，接收到节能驾驶的指令；当驾驶员踩下加速踏板位于第二行程时，接收到人工驾驶的指令。

10.一种汽车节能系统，其特征在于，包括运行状态传感器、控制器、油门伺服器和挡位伺服器：

所述运行状态传感器，用于获取汽车的运行状态参数；

所述控制器，用于接收所述运行状态传感器获取的汽车运行状态参数，计算出汽车的运行效率，根据运行效率向所述油门伺服器和挡位伺服器发出控制指令；

所述油门伺服器和挡位伺服器根据所述控制器的指令执行相应动作；

其中，所述控制器向所述油门伺服器发出增加油门的指令；在汽车的运行效率达到极大值时，向所述油门伺服器发出维持油门的指令；在达到第一预定条件时，向所述油门伺服器发出松开油门的指令；在车速达到第二预定条件时，向所述油门伺服器发出增加油门的指令。

11.根据权利要求10所述的汽车节能系统，其特征在于，所述控制器向所述油门伺服器发出松开油门的指令后，还向所述挡位伺服器发送挂空挡的指令；在第二预定条件时，向所述挡位伺服器发送挂前进挡的指令。

12.根据权利要求10所述的汽车节能系统，其特征在于，还包括指令接收装置，所述指令接收装置用于接收驾驶员指令，根据驾驶员指令使所述汽车节能系统在节能驾驶模式和人工驾驶模式之间切换。

13.根据权利要求12所述的汽车节能系统，其特征在于，所述指令接收装置为加速踏板传感器，所述加速踏板传感器将汽车的加速踏板的行程分成两段，当检测到加速踏板位于第一行程时，接收到节能驾驶的指令；当检测到加速踏板位于第二行程时，接收到人工驾驶的指令。

14.一种汽车节能系统，其特征在于，包括处理器，以及和所述处理相连的接口单元，其中，

所述接口单元，与汽车的车载电脑系统相连，用于从车载电脑系统获取汽车的运行参数，并发送给所述主处理器；

所述主处理器，用于根据由所述汽车运行状态参数，计算出汽车的运行效率，根据汽车的运行效率，通过所述接口单元向所述车载电脑系统发出控制指令，由车载电脑系统根据所述控制指令控制汽车在最佳效率状态下行驶。

Images