CN102649433A - 用于提高燃料经济性指标计算的道路坡度估计的方法 - Google Patents

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CN102649433A CN2012100472677A CN201210047267A CN102649433A CN 102649433 A CN102649433 A CN 102649433A CN 2012100472677 A CN2012100472677 A CN 2012100472677A CN 201210047267 A CN201210047267 A CN 201210047267A CN 102649433 A CN102649433 A CN 102649433A
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Abstract

本发明提供了一种估计当前行驶道路的道路坡度的方法。在标称的车辆操作条件下，测量车辆的操作参数的标称值。车辆操作参数与车辆推进功率相关。车辆操作条件的标称值包括标称加速度，该标称加速度对应于车辆在基本非倾斜的道路上行驶时的标称值。将标称值和标称加速度存储在存储器中。在当前的车辆操作条件下，确定车辆操作参数的实际值。测量与车辆操作参数的实际值相应的车辆加速度。根据测量的加速度值与对于车辆操作参数的实际值所预期的标称加速度之间的比较而估计当前行驶道路的道路坡度。

Description

用于提高燃料经济性指标计算的道路坡度估计的方法
技术领域
本发明的实施例总体涉及提高燃料经济性指示器的精确性。
背景技术
当车辆沿平坦且非倾斜的道路表面行驶时，燃料经济性是容易确定的；然而，当车辆在倾斜表面上行驶时，燃料经济性会有显著改变。为精确确定在倾斜表面上的燃料经济性，通常需要行驶道路表面的倾斜角度。然而，为确定倾斜的角度，将需要车辆上附加的传感器。GPS可用于确定倾斜的角度；然而，GPS测量值是慢速率（1 hz）更新的。因此，在基于GPS数据传输速率更新燃料经济性之前，车辆便可能已经行驶数十米之多。
发明内容
本发明的一个实施例的优点是，使用车辆的至少一个现有车辆操作参数来估计道路的倾斜，现有车辆操作参数例如轴转矩、发动机rpm、节气门位置和加速器位置。道路坡度的估计用于提高燃料经济性指标计算的精确性。燃料经济性指标可用于确定动力系建议操作。动力系建议操作向车辆驾驶员提供与瞬时燃料经济性、手动变速器换档建议和加速曲线建议相关的信息。
本发明的一个实施例构想到一种估计车辆的当前行驶道路的道路坡度的方法。在标称的车辆操作条件下，测量车辆操作参数的标称值。车辆操作参数与车辆推进功率相关。车辆操作条件的标称值包括标称加速度，该标称加速度对应当车辆在基本非倾斜的道路上行驶时的标称值。将标称值和标称加速度存储在存储器中。在当前的车辆操作条件下，确定车辆操作参数的实际值。测量与车辆操作参数的实际值相应的车辆加速度。根据测量的加速度值与对于车辆操作参数的实际值所预期的标称加速度的比较来估计当前行驶道路的道路坡度。
此外，本发明还涉及以下技术方案。
1. 一种估计车辆当前行驶道路的道路坡度的方法，所述方法包括以下步骤：
在标称车辆操作条件期间测量车辆操作参数的标称值，所述车辆操作参数与车辆推进功率相关，所述车辆操作条件下的标称值包括与车辆行驶在基本非倾斜的道路上时的标称值对应的标称加速度；
将所述标称值和标称加速度存储在存储器中；
在当前的车辆操作条件期间确定所述车辆操作参数的实际值；
测量与所述车辆操作参数的实际值对应的车辆加速度；以及
根据测量的加速度值与对于所述车辆操作参数的实际值所预期的标称加速度之间的比较而估计当前行驶道路的道路坡度。
2. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述车辆操作参数为轴转矩。
3. 根据技术方案2所述的方法，其特征在于，所述道路坡度估计由以下公式表示：
Figure 2012100472677100002DEST_PATH_IMAGE001
其中是在道路倾斜度
Figure 2012100472677100002DEST_PATH_IMAGE003
、车辆加速度和车辆速度的情况下轴转矩的实际值，
Figure 379247DEST_PATH_IMAGE006
是在基本非倾斜的表面上的轴转矩的标称值，
Figure 2012100472677100002DEST_PATH_IMAGE007
是道路负载，
Figure 664471DEST_PATH_IMAGE008
是重力常数。
4. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述车辆操作参数为车辆的节气门位置。
5. 根据技术方案4所述的方法，其特征在于，所述道路坡度估计由以下公式表示：
Figure 2012100472677100002DEST_PATH_IMAGE009
其中
Figure 167259DEST_PATH_IMAGE010
是在道路倾斜度、相应的加速度的情况下节气门位置的实际值，
Figure 2012100472677100002DEST_PATH_IMAGE011
是在基本非倾斜的表面上的节气门位置的标称值，
Figure 265774DEST_PATH_IMAGE012
是车辆质量变化的补偿因数。
6. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述车辆操作参数为车辆的加速器踏板位置。
7. 根据技术方案6所述的方法，其特征在于，所述道路坡度估计由以下公式表示：
Figure 2012100472677100002DEST_PATH_IMAGE013
其中
Figure 810019DEST_PATH_IMAGE014
是在道路倾斜度
Figure 616432DEST_PATH_IMAGE003
、速度
Figure 433079DEST_PATH_IMAGE005
的情况下维持加速度
Figure 45457DEST_PATH_IMAGE004
的加速器踏板位置的实际值，是在基本非倾斜的表面上在速度
Figure 447138DEST_PATH_IMAGE005
的情况下维持加速度
Figure 690031DEST_PATH_IMAGE004
的实际加速度踏板位置的标称值，
Figure 993974DEST_PATH_IMAGE016
是车辆质量变化的补偿因数。
8. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述车辆操作参数为车辆的发动机rpm。
9. 根据技术方案8所述的方法，其特征在于，所述道路坡度估计由以下公式表示：
Figure 2012100472677100002DEST_PATH_IMAGE017
其中
Figure 957513DEST_PATH_IMAGE018
是在道路倾斜度
Figure 663301DEST_PATH_IMAGE003
和速度
Figure 808587DEST_PATH_IMAGE005
的情况下维持加速度
Figure 412875DEST_PATH_IMAGE004
的发动机rpm的实际值，
Figure 2012100472677100002DEST_PATH_IMAGE019
是在基本非倾斜的表面上在速度的情况下维持加速度
Figure 927350DEST_PATH_IMAGE004
的发动机rpm的标称值，
Figure 574363DEST_PATH_IMAGE020
是车辆质量变化的补偿因数。
10. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，基于基本非倾斜表面的燃料经济性指标根据发动机产生的加速度和车辆速度来确定。
11. 根据技术方案10所述的方法，其特征在于，根据所述燃料经济性指标和所述道路坡度估计来确定当前道路坡度的调整的燃料经济性指标。
12. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，调整的燃料经济性指标由以下等式表示：
其中
Figure 391578DEST_PATH_IMAGE022
是基于非倾斜表面的燃料经济性指标，
Figure 2012100472677100002DEST_PATH_IMAGE023
是道路坡度估计。
13. 根据技术方案12所述的方法，其特征在于，所述调整的燃料经济性指标用于动力系建议操作，用于使车辆的驾驶员识别瞬时燃料经济性。
14. 根据技术方案12所述的方法，其特征在于，所述调整的燃料经济性指标用于动力系建议操作，用于建议驾驶员在手动变速器中何时换档从而提高燃料经济性。
15. 根据技术方案12所述的方法，其特征在于，所述调整的燃料经济性指标用于动力系建议操作，用于产生由驾驶员使用的加速曲线从而提高燃料经济性。
附图说明
图1是用于估计道路的道路坡度的系统的框图。
图2是示例性的燃料经济性指标表。
图3是用于估计道路坡度的方法的流程图。
具体实施方式
图1显示了用于估计道路倾斜的角度的系统，其中道路倾斜的角度用于确定沿道路行驶的车辆的燃料经济性指标。所确定的道路坡度用于提高在相应的动力系建议操作中使用的燃料经济性指标的精确性。控制单元12监测至少一个车辆操作参数。车辆操作参数与车辆沿道路行驶时的车辆的推进功率相关。车辆操作参数可包括但不限于轴转矩14、发动机rpm 16、节气门位置18和加速器踏板位置20。测量车辆操作参数中的至少一个值并将其提供给控制单元12。控制单元12配合如将在本文中描述的其他因数来估计当前行驶道路的道路坡度。然后将道路坡度估计用于确定沿当前道路行驶的车辆的燃料经济性指标。燃料经济性指标可用于动力系建议操作中。动力系建议操作可通过指示器22提供给用户。指示器22可包括瞬时燃料经济性指示器、换档建议器或用于建议加快/减慢车辆的曲线的加速/减速建议器。
为精确确定瞬时燃料经济性、换档建议和加速/减速建议，需要道路的倾斜度。本文描述的实施例通过将车辆推进功率的实际测量值
Figure 149450DEST_PATH_IMAGE024
和在标称条件下（例如平坦道路）的标称（预期）车辆功率进行比较而估计道路坡度。公式可通过如下等式表示：     
Figure 190349DEST_PATH_IMAGE026
                                （1）
涉及推进功率并可用于确定道路坡度的车辆操作参数包括轴转矩、节气门位置、发动机rpm和加速器踏板位置。将实际轴转矩（即当前行驶道路上的测量值）与预先记录的车辆行驶在非倾斜道路表面上的标称轴转矩进行比较。在当前道路倾斜度
Figure 195214DEST_PATH_IMAGE003
、相应的加速度
Figure 443269DEST_PATH_IMAGE004
和车辆速度
Figure 926203DEST_PATH_IMAGE005
来测量实际轴转矩。用于确定当前测量的轴转矩的等式通过如下公式表示：
         （2）
其中
Figure 87188DEST_PATH_IMAGE002
是实际测量轴转矩，
Figure 262954DEST_PATH_IMAGE028
是包括负载（乘客、货物等）的车辆质量，
Figure 2012100472677100002DEST_PATH_IMAGE029
是燃料质量，
Figure 63551DEST_PATH_IMAGE003
是道路倾斜角度，
Figure 103838DEST_PATH_IMAGE030
是轮半径，
Figure 40701DEST_PATH_IMAGE007
是预先由发动机校准表确定的道路负载，
Figure 2012100472677100002DEST_PATH_IMAGE031
。车辆质量
Figure 200418DEST_PATH_IMAGE028
和道路倾斜角度
Figure 675262DEST_PATH_IMAGE003
是未知的。也就是说，尽管车辆的实际质量是已知的，但例如车辆中的乘客，货物和可能的挂车质量的其他因数是未知的。
标称（预期）轴转矩是当车辆行驶在非倾斜的表面上时对车辆测量并预先记录的转矩。标称轴转矩通过如下公式表示：
Figure 516310DEST_PATH_IMAGE032
                                      （3）
其中
Figure 570329DEST_PATH_IMAGE006
是标称轴转矩，
Figure 822319DEST_PATH_IMAGE028
是车辆质量，
Figure 535191DEST_PATH_IMAGE029
是燃料质量，
Figure 163619DEST_PATH_IMAGE030
是轮半径，
Figure 340653DEST_PATH_IMAGE007
是预先由发动机校准表确定的道路负载，
Figure 2012100472677100002DEST_PATH_IMAGE033
。在式（3）中，车辆的质量是未知的。结果，式（2）和（3）提供了两个等式和两个未知数。所以，通过解一个等式得到车辆质量，并将解得的车辆质量等式代入到另一个等式中可确定道路角度。然后道路倾斜角度
Figure 791410DEST_PATH_IMAGE003
按已知的变量解得。使用轴转矩的道路坡度估计通过如下公式表示：
Figure 223529DEST_PATH_IMAGE034
                                       （4）
Figure 989490DEST_PATH_IMAGE023
 表示道路坡度。它从-1到1变化。在式（4）中，如果
Figure 599594DEST_PATH_IMAGE023
在范围，则倾斜度是下坡。如果
Figure 83797DEST_PATH_IMAGE023
是0，则倾斜度是平坦的。如果是在
Figure 202724DEST_PATH_IMAGE036
范围，则倾斜度是上坡。
然后道路坡度估计
Figure 983729DEST_PATH_IMAGE023
用于确定当前行驶道路的调整的燃料经济性指标
Figure 2012100472677100002DEST_PATH_IMAGE037
。为确定调整的燃料经济性指标
Figure 17544DEST_PATH_IMAGE037
，先确定非倾斜道路的燃料经济性指标
Figure 542197DEST_PATH_IMAGE038
。燃料经济性指标
Figure 469702DEST_PATH_IMAGE038
优选地通过预生成的指标表得到。图2说明了用于在非倾斜道路上的行驶的车辆的燃料经济性指标值的例子。根据表中的加速度和速度来提供燃料经济性指标值。该表是对于相应的车辆型号预先确定的。应该理解，表中所表示的值是示例性的，在不同型号的车辆之间会有不同。x轴代表加速度
Figure 2012100472677100002DEST_PATH_IMAGE039
，y轴代表速度。
测量和记录车辆在当前行驶道路上的车辆加速度和速度。基于测量的加速度和速度的结合，从表中得到燃料经济性指标。例如，在图2中，测量的加速度0.1 g和测量的速度60 mph将得出燃料经济性指标为11.07。应该理解，该表代表的是非倾斜的表面的指标。一旦从表中得到相应的燃料经济性指标
Figure 758699DEST_PATH_IMAGE038
，则对燃料经济性指标
Figure 70732DEST_PATH_IMAGE038
进行调整以补偿车辆当前沿着行驶的倾斜表面。用于当前道路坡度的调整的燃料经济性指标
Figure 869054DEST_PATH_IMAGE037
是根据燃料经济性指标
Figure 241130DEST_PATH_IMAGE038
和道路坡度估计
Figure 121974DEST_PATH_IMAGE023
来确定的。调整的燃料经济性指标通过如下公式表示：
Figure 2012100472677100002DEST_PATH_IMAGE041
                         （5）
如果车辆沿下坡行驶，则式（5）的输出结果将为正值，或者如果车辆沿上坡行驶，则指标的结果将为负值，或者如果车辆沿非倾斜道路行驶，则指标将为零。
电子控制单元可使用调整的燃料经济性指标
Figure 765893DEST_PATH_IMAGE042
以提高动力系操作的精确性和操作，其包括但不限于将燃料经济性作为因数使用的瞬时燃料经济性指示器（IFE）、手动换档建议和加速曲线建议。
在第二优选实施例中，节气门位置可用作当车辆上不具有轴转矩传感功能时作为轴转矩的替代的与推进功率相关的车辆操作参数。将车辆沿道路行驶时测量的节气门位置与车辆在非倾斜道路表面行驶的预先记录的节气门位置相比较。在当前道路倾斜度以相应的加速度
Figure 476677DEST_PATH_IMAGE004
和车辆速度
Figure 138035DEST_PATH_IMAGE005
测量实际节气门位置。标称（预期）节气门位置是当车辆在标称条件下（即在非倾斜的表面上）以相同加速度和速度行驶时得到的预先记录的测量值。用于根据节气门位置确定道路坡度估计
Figure 894638DEST_PATH_IMAGE023
的公式通过如下公式表示：
Figure 359249DEST_PATH_IMAGE009
                                       （6）
其中
Figure 466882DEST_PATH_IMAGE010
是在道路倾斜度的相应加速度
Figure 99300DEST_PATH_IMAGE004
下节气门位置的实际值，
Figure 249658DEST_PATH_IMAGE011
是在基本非倾斜的表面上的节气门位置的标称值，
Figure 326811DEST_PATH_IMAGE012
是车辆质量变化的补偿因数。
Figure 2012100472677100002DEST_PATH_IMAGE043
是在无负载的标称条件下在标称节气门位置测量的工厂设置数据。使用节气门位置作为车辆操作参数确定的道路坡度估计
Figure 401078DEST_PATH_IMAGE023
可用于确定用式（5）所描述的调整的燃料经济性指标
Figure 679743DEST_PATH_IMAGE037
。
在第三优选实施例中，加速器踏板位置可用作与推进功率相关的车辆操作参数。在利用车辆的加速器踏板位置时，将车辆沿道路行驶时测量的加速器踏板的位置与车辆在非倾斜道路表面行驶的预先记录的加速器踏板位置相比较。在当前道路倾斜度
Figure 1003DEST_PATH_IMAGE003
以相应加速度
Figure 568382DEST_PATH_IMAGE004
和车辆速度
Figure 367711DEST_PATH_IMAGE005
测量加速器踏板位置。标称（预期）加速器踏板位置是当车辆在标称条件下（即在非倾斜的表面上）以相同加速度和速度行驶时得到的预先记录的测量值。用于根据加速器踏板位置确定道路坡度估计
Figure 707075DEST_PATH_IMAGE023
的公式通过如下公式表示：
Figure 12286DEST_PATH_IMAGE013
                                  （7）
其中
Figure 50649DEST_PATH_IMAGE014
是在道路倾斜度
Figure 404401DEST_PATH_IMAGE003
、速度
Figure 110189DEST_PATH_IMAGE005
的情况下维持加速度
Figure 258404DEST_PATH_IMAGE004
的加速器踏板位置的实际值，
Figure 859762DEST_PATH_IMAGE015
是在基本非倾斜的表面上在速度的情况下维持加速度
Figure 311921DEST_PATH_IMAGE004
的实际加速度踏板位置的标称值，是车辆质量变化的补偿因数。
Figure 971889DEST_PATH_IMAGE044
是基于无负载的标称条件下的标称节气门位置的工厂设置数据。然后道路坡度估计
Figure 729761DEST_PATH_IMAGE023
可用于确定如用式（5）所描述的调整的燃料经济性指标
Figure 909942DEST_PATH_IMAGE037
。
在第四优选实施例中，实际发动机rpm可用作与推进功率相关的车辆操作参数。在利用车辆的实际发动机rpm时，将车辆沿道路行驶时测量的发动机rpm与车辆在非倾斜道路表面行驶的预先记录的发动机rpm相比较。在当前道路倾斜度
Figure 914807DEST_PATH_IMAGE003
以相应的加速度
Figure 165791DEST_PATH_IMAGE004
和车辆速度
Figure 648725DEST_PATH_IMAGE005
测量发动机rpm。标称（预期）发动机rpm是当车辆在标称条件下（即在非倾斜的表面）以相同加速度和速度行驶时得到的预先记录的测量值。用于根据发动机rpm确定道路坡度估计的公式通过如下公式表示：
Figure 657581DEST_PATH_IMAGE017
                           （8）
其中是在道路倾斜度
Figure 741873DEST_PATH_IMAGE003
、速度
Figure 881998DEST_PATH_IMAGE005
的情况下维持加速度
Figure 979398DEST_PATH_IMAGE004
的发动机rpm的实际值，
Figure 207904DEST_PATH_IMAGE019
是在基本非倾斜的表面上在速度
Figure 845690DEST_PATH_IMAGE005
的情况下维持加速度的发动机rpm的标称值，
Figure 357891DEST_PATH_IMAGE020
是车辆质量变化的补偿因数。然后道路坡度估计可用于确定如用式（5）所描述的调整的燃料经济性指标。
图3说明了用于估计道路坡度倾斜角度的方法的流程图。在步骤30中，在标称操作条件下测量车辆操作参数的标称值，其中车辆操作参数与车辆推进功率相关。车辆操作参数选自包括但不限于轴转矩、发动机rpm、节气门位置和加速器踏板位置的组。车辆操作参数的标称值与在非倾斜的表面上车辆操作参数为标称值时所得到的标称加速度的各值是成对的。
在步骤31中，将车辆操作参数的标称值和标称加速度存储在存储器中。
在步骤32中，在当前的车辆操作条件下，确定车辆操作参数的实际值。
在步骤33中，测量与车辆操作参数的实际值相应的车辆加速度。
在步骤34中，根据测量的加速度值与对于车辆操作参数的实际值所预期的标称加速度值的比较来估计道路坡度。
在步骤35中，燃料经济性指标由基于测量的加速度和速度而预先生成的表确定。
在步骤36中，根据燃料经济性指标和道路坡度估计来确定调整的燃料经济性指标。
在步骤37中，调整的燃料经济性指标用于提高在相应的动力系建议操作中使用的燃料经济性指示器的精确性。相应的动力系建议操作包括但不限于瞬时燃料经济性指示器（IFE）、手动换档建议和加速曲线建议。
虽然已经详细描述了本发明的一些实施例，但本发明所属领域的技术人员将意识到用于实施本发明的各种替代性设计和实施例由所附权利要求限定。

Claims (10)

1.一种估计车辆当前行驶道路的道路坡度的方法，所述方法包括以下步骤：
在标称车辆操作条件期间测量车辆操作参数的标称值，所述车辆操作参数与车辆推进功率相关，所述车辆操作条件下的标称值包括与车辆行驶在基本非倾斜的道路上时的标称值对应的标称加速度；
将所述标称值和标称加速度存储在存储器中；
在当前的车辆操作条件期间确定所述车辆操作参数的实际值；
测量与所述车辆操作参数的实际值对应的车辆加速度；以及
根据测量的加速度值与对于所述车辆操作参数的实际值所预期的标称加速度之间的比较而估计当前行驶道路的道路坡度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车辆操作参数为轴转矩。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述道路坡度估计由以下公式表示：
其中
Figure 350903DEST_PATH_IMAGE002
是在道路倾斜度、车辆加速度
Figure 143409DEST_PATH_IMAGE004
和车辆速度
Figure 2012100472677100001DEST_PATH_IMAGE005
的情况下轴转矩的实际值，
Figure 614492DEST_PATH_IMAGE006
是在基本非倾斜的表面上的轴转矩的标称值，是道路负载，
Figure 947384DEST_PATH_IMAGE008
是重力常数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车辆操作参数为车辆的节气门位置。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述道路坡度估计由以下公式表示：
Figure 2012100472677100001DEST_PATH_IMAGE009
其中
Figure 637123DEST_PATH_IMAGE010
是在道路倾斜度
Figure 332022DEST_PATH_IMAGE003
、相应的加速度
Figure 412104DEST_PATH_IMAGE004
的情况下节气门位置的实际值，
Figure 2012100472677100001DEST_PATH_IMAGE011
是在基本非倾斜的表面上的节气门位置的标称值，
Figure 486371DEST_PATH_IMAGE012
是车辆质量变化的补偿因数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车辆操作参数为车辆的加速器踏板位置。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述道路坡度估计由以下公式表示：
Figure 2012100472677100001DEST_PATH_IMAGE013
其中
Figure 92932DEST_PATH_IMAGE014
是在道路倾斜度
Figure 913994DEST_PATH_IMAGE003
、速度
Figure 730640DEST_PATH_IMAGE005
的情况下维持加速度
Figure 280701DEST_PATH_IMAGE004
的加速器踏板位置的实际值，
Figure 2012100472677100001DEST_PATH_IMAGE015
是在基本非倾斜的表面上在速度
Figure 741770DEST_PATH_IMAGE005
的情况下维持加速度
Figure 984663DEST_PATH_IMAGE004
的实际加速度踏板位置的标称值，
Figure 288606DEST_PATH_IMAGE016
是车辆质量变化的补偿因数。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车辆操作参数为车辆的发动机rpm。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述道路坡度估计由以下公式表示：
Figure 2012100472677100001DEST_PATH_IMAGE017
其中
Figure 436166DEST_PATH_IMAGE018
是在道路倾斜度
Figure 955003DEST_PATH_IMAGE003
和速度
Figure 103219DEST_PATH_IMAGE005
的情况下维持加速度
Figure 894457DEST_PATH_IMAGE004
的发动机rpm的实际值，
Figure 2012100472677100001DEST_PATH_IMAGE019
是在基本非倾斜的表面上在速度
Figure 848638DEST_PATH_IMAGE005
的情况下维持加速度
Figure 224911DEST_PATH_IMAGE004
的发动机rpm的标称值，是车辆质量变化的补偿因数。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于基本非倾斜表面的燃料经济性指标根据发动机产生的加速度和车辆速度来确定。
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