CN105539448A - 一种基于实时驾驶数据的油耗优化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于实时驾驶数据的油耗优化系统，属于汽车节能驾驶技术领域。该系统包括车辆信号采集模块、优先级判断模块和油耗优化计算模块；所述车辆信号采集模块对车辆实时驾驶数据进行采集，并将采集到的数据传送至优先级判断模块；优先级判断模块对车辆信号进行优先级判断，并确定对何种工况进行油耗优化和计算；所述油耗优化计算模块根据判断结果对各工况的实时油耗进行优化计算。本发明所述系统通过采集实时驾驶数据，实时计算出通过优化驾驶操作车辆能够达到的最佳油耗，从而帮助驾驶员改善驾驶行为，达到降低油耗，并达到节能减排的目的。

Description

一种基于实时驾驶数据的油耗优化系统

技术领域

本发明属于汽车节能驾驶技术领域，涉及一种基于实时驾驶数据的油耗优化系统。

背景技术

随着我国汽车保有量的逐年增加，每年要消耗大量的能源，同时汽车运行时还会排放大量的大气污染物，节能减排己成为我国应对制约我国经济发展的能源问题和治理环境污染的主要措施。为响应节能减排，各个汽车制造商都在积极研发油耗优化方法。

车辆技术、道路条件以及汽车运用是影响汽车燃油消耗量的三大因素。其中汽车的运用水平则是实现汽车较高的燃油经济性的保障。汽车驾驶人员对车辆的操控是汽车运用方面影响汽车燃油经济性关键环节，驾驶员以较少的汽车燃油消耗实现车辆空间位置安全转移的驾驶行为就是目前我们所倡导的汽车节能驾驶。

研究表明，驾驶员驾驶习惯对汽车燃料经济性影响范围达30％，一个鲁莽的驾驶员能将发动机、轮胎、流线设计、高效润滑剂等车辆技术进步措施带来的好处全部抹杀掉，即使是在专业运输车队的驾驶员中，不同驾驶习惯也会导致汽车燃料消耗量相差2％-12％。在同样条件下，用同样的车，驾驶员的操作水平不同，油耗可相差15％-25％，即使是同一驾驶员，只要稍加改进驾驶不合理的部分，也能见到明显的节油效果。因此提高驾驶技术，改善车辆行驶动态工况可以实现油耗的优化。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于实时驾驶数据的油耗优化系统，该系统通过采集实时驾驶数据，在车辆动态工况下，计算出通过优化驾驶操作，能够达到的最优油耗，从而帮助驾驶员改善驾驶行为，实现节能减排。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于实时驾驶数据的油耗优化系统，包括车辆信号采集模块、优先级判断模块和油耗优化计算模块；

所述车辆信号采集模块对车辆实时驾驶数据进行采集，并将采集到的数据传送至优先级判断模块；优先级判断模块对车辆信号进行优先级判断，并确定对何种工况进行油耗优化和计算；所述油耗优化计算模块根据判断结果对各工况的实时油耗进行优化计算。

进一步，所述车辆信号采集模块采集的实时驾驶数据包括发动机扭矩、发动机转速、车辆速度、车辆档位、车辆加速度和实时油耗；发动机扭矩由发动机扭矩传感器测量，经发动机控制器产生发动机扭矩信号，通过CAN总线传输给车载控制器；发动机转速由发动机转速传感器测量，经发动机控制器产生发动机转速信号，通过CAN总线传输给车载控制器；车辆速度由车速传感器测量，经防抱死控制器处理产生车速信号，通过CAN总线传输给车载控制器；车辆档位由档位传感器测量，对于无变速器控制器的车型，由车载控制器直接采集，对于有变速器控制器的车型，经变速器控制器采集处理后通过CAN总线传输给车载控制器；车辆加速度由加速度传感器测量，由车载控制器直接采集；实时油耗由发动机控制器输出，经过CAN总线传输给车载控制器。

进一步，所述油耗优化计算模块对以下工况进行计算，包括加速工况油耗优化计算、超速工况油耗优化计算、未及时换档工况油耗优化计算和怠速超时工况油耗优化计算。

进一步，各工况油耗优化计算包括：

加速工况油耗优化计算：当车辆加速度大于设定的加速度限值时，则以设定的加速度限值行驶的工况作为基准工况计算优化油耗；所述加速度限值是车速的函数，车速越小，加速度限值越大；

超速工况油耗优化计算：当车辆速度大于设定的速度限值时，则以设定的速度限值行驶的工况作为基准工况计算优化油耗；所述速度限值选择方法：选取使百公里油耗最小的车辆速度作为速度限值；

未及时换档工况油耗优化计算：当系统检测到实际车速大于升档车速限值且当前档位为非最高档位时，则以升档后的车辆状态为基准计算优化油耗；当检测到实际车速小于降档车速限值时，则以降档后的车辆状态为基准计算优化油耗；

怠速超时工况油耗优化计算：当怠速时间大于设定的怠速时间限值时，则将超出怠速时间限值后产生的怠速油耗作为可优化的油耗。

进一步，所述优先级判断模块按照以下方式进行判断：

当系统检测到车辆加速度大于设定的加速度限值时，则执行所述加速工况油耗优化计算；

当系统检测到车辆速度大于设定的速度限值时，则执行所述超速工况油耗优化计算；

当系统检测到车速大于升档车速限值或小于降档车速限值时，则执行所述未及时换档工况油耗优化计算；

当系统检测到车辆怠速时间大于设定的怠速时间限值时，则执行所述怠速超时工况油耗优化计算；

当系统检测到车辆加速度大于设定的加速度限值且车辆速度大于设定的速度限值时，则优先执行所述加速工况油耗优化计算；

当系统检测到车辆加速度大于设定的加速度限值且车速大于升档车速限值时，或者当车辆加速度大于设定的加速度限值且车速小于降档车速限值时，则优先执行所述加速工况油耗优化计算；

当系统检测到车辆速度大于设定的速度限值且大于升档车速限值时，或者当车辆速度大于设定的速度限值且小于降档车速限值时，则优先执行所述未及时换档工况油耗优化计算。

本发明的有益效果在于：本发明所述系统通过采集实时驾驶数据，对车辆动态工况优化控制，从而降低油耗，并达到节能减排的目的。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明油耗优化计算模型图；

图2为本发明加速工况油耗优化计算模型图；

图3为本发明加速度限值随速度变化曲线图；

图4为本发明超速工况油耗优化计算模型；

图5为本发明百公里油耗与车速的函数关系图；

图6为本发明未及时换档工况油耗优化计算模型；

图7为本发明升降档限值曲线图；

图8为本发明怠速超时工况油耗优化计算模型图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本发明提供了一种基于实时驾驶数据的油耗优化系统，主要针对加速工况，超速工况，未及时换档工况和怠速超时工况进行油耗优化和计算，根据采集的车辆信号判定执行各工况的油耗优化计算。

车辆实时驾驶数据包括发动机扭矩、发动机转速、车辆速度、车辆档位、车辆加速度和实时油耗。发动机扭矩由发动机扭矩传感器测量，经发动机控制器产生发动机扭矩信号，通过CAN总线传输给车载控制器；发动机转速由发动机转速传感器测量，经发动机控制器产生发动机转速信号，通过CAN总线传输给车载控制器；车辆速度由车速传感器测量，经防抱死控制器处理产生车速信号，通过CAN总线传输给车载控制器；车辆档位由档位传感器测量，对于无变速器控制器的车型，由车载控制器直接采集，对于有变速器控制器的车型，经变速器控制器采集处理后通过CAN总线传输给车载控制器；车辆加速度由加速度传感器测量，由车载控制器直接采集；实时油耗由发动机控制器输出，经过CAN总线传输给车载控制器。

加速度限值、速度限值、升降档速度限值和怠速时间限值由车载控制器直接采集的车辆信号查表得到。其中，加速度限值的曲线示例如图3所示，速度限值的曲线示例如图5所示，升降档速度限值示例如图7所示。

首先，根据车载控制器采集到的车辆信号进行优先级判断，从而确定所要执行的油耗优化计算，最终求得油耗优化量。油耗优化计算模型如图1所示。

当车辆加速度大于设定的加速度限值时，车辆处于所述加速工况，执行加速工况油耗优化计算。加速工况油耗优化计算模型如图2所示。油耗优化的方法是以设定的加速度限值为基准工况进行油耗优化。该加速度限值是车速的函数，车速越小，加速度限值越大。加速度限值与车速的关系示例如图3所示。相关计算如下所示。

${\mathrm{\ΔT}}_e=\frac{r}{i_0{i}_g\×{\mathrm{\η}}_m}\×M\×(a-a_{thr})$

Δω_e＝0

T_eoptimal＝T_e-ΔT_e

ω_eoptimal＝ω_e

q_optimal＝MAP(T_eoptimal,ω_eoptimal)

Q_＝∫[q(τ)-q_optimal(τ)]dτ

式中：ΔT_e-发动机扭矩变化量；

r-车辆轮胎半径；

i₀-主减速器传动比；

i_g-变速器传动比；

η_m-传动效率；

M-车辆质量；

a-车辆加速度；

a_thr-车辆加速度限值；

T_eoptimal-优化后发动机扭矩；

ω_eoptimal-优化后发动机角速度；

q_optimal-优化后车辆燃油消耗率；

q-车辆实际燃油消耗率；

Q-车辆节省的燃油消耗量；

当车辆速度大于设定的速度限值时，车辆处于所述超速工况，以设定的车速限值为基准工况进行油耗优化计算。超速工况油耗优化计算模型如图4所示。所述速度限值选择方法是选取使百公里油耗最小的车辆速度作为速度限值。车辆百公里油耗与车速的关系示例如图5所示。当车辆速度减小时，车辆的发动机扭矩和发动机角速度均减小，可得到优化后的发动机扭矩和发动机角速度，进而可得优化后的车辆燃油消耗率，相关计算如下所示。

${\mathrm{\ΔT}}_e=\frac{r}{i_0{i}_g\×{\mathrm{\η}}_m}\×C_D\×A\×(v^2-v_{thr}^2)$

T_eoptimal＝T_e-ΔT_e

$\frac{v_{thr}}{r}=\frac{{\mathrm{\ω}}_{eoptimal}}{i_g{i}_0}$

q_optimal＝MAP(T_eoptimal,ω_eoptimal)

Q＝∫[q(τ)-q_optimal(τ)]dτ

式中：C_D-空气阻力系数；

A-有效迎风面积；

v-车辆速度；

v_thr-车辆速度限值；

当实际车速大于升档车速限值且当前档位为非最高档位或者小于降档车速限值时，车辆处于所述未及时换档工况，执行未及时换档工况油耗优化计算。未及时换档工况油耗优化计算模型如图6所示。升降档位控制的建议是根据发动机的万有特性图，确定出不同发动机输出功率下经济性较好的运行区间，得到经济性较好运行区间对应的最高车速和最低车速曲线。当检测到发动机实际车速大于升档车速限值且当前档位为非最高档位时，增大车辆档位；当检测到实际车速小于降档车速限值时，减小车辆档位。升降档限值曲线示例如图7所示。通过档位的优化可以优化发动机扭矩和发动机角速度，进而可得优化后的车辆燃油消耗率，相关计算如下所示。

$T_{eoptimal}=T_e\×\frac{i_g}{i_{goptimal}}$

${\mathrm{\ω}}_{eoptimal}={\mathrm{\ω}}_e\×\frac{i_{goptimal}}{i_g}$

q_optimal＝MAP(T_eoptimal,ω_eoptimal)

Q＝∫[q(τ)-q_optimal(τ)]dτ

式中：i_goptimal-优化后变速器传动比；

当怠速时间大于怠速时间限值时，车辆处于所述怠速超时工况，执行怠速超时工况油耗优化计算。怠速超时工况油耗优化计算模型如图8所示。可计算出车辆在怠速超时工况时节省的燃油消耗量。相关计算如下所示。

$Q={\∫}_{t_{thr}}^t{q}_{idle}\left(\mathrm{\τ}\right)d\mathrm{\τ}$

式中：t_thr-设定的怠速时间限值；

q_idle-车辆怠速燃油消耗率；

当系统检测到车辆加速度大于设定的加速度限值且车辆速度大于设定的速度限值时，则优先执行所述加速工况油耗优化计算，直到车辆加速度小于等于加速度限值以后，才执行超速工况油耗油耗优化计算。具体计算过程上文已给出。

当系统检测到车辆加速度大于设定的加速度限值且车速大于升档车速限值或者车辆加速度大于设定的加速度限值且车速小于降档车速限值时，则优先执行所述加速工况油耗优化计算，直到车辆加速度小于等于加速度限值以后，才执行未及时换档工况油耗优化计算。具体计算过程上文已给出。

当系统检测到车辆速度大于设定的速度限值且大于升档车速限值或者车辆速度大于设定的速度限值且小于降档车速限值时，则优先执行所述未及时换档工况油耗优化计算，直到车速小于等于升档车速限值或者大于等于降档车速限值以后，才执行超速工况油耗优化计算。具体计算过程上文已给出。

本发明的有益效果在于，本发明通过采集实时驾驶数据，对动态工况优化控制来降低油耗，从而达到节能减排。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种基于实时驾驶数据的油耗优化系统，其特征在于：包括车辆信号采集模块、优先级判断模块和油耗优化计算模块；

所述车辆信号采集模块对车辆实时驾驶数据进行采集，并将采集到的数据传送至优先级判断模块；优先级判断模块对车辆信号进行优先级判断，并确定对何种工况进行油耗优化和计算；所述油耗优化计算模块根据判断结果对各工况的实时油耗进行优化计算。

2.根据权利要求1所述的一种基于实时驾驶数据的油耗优化系统，其特征在于：所述车辆信号采集模块采集的实时驾驶数据包括发动机扭矩、发动机转速、车辆速度、车辆档位、车辆加速度和实时油耗；发动机扭矩由发动机扭矩传感器测量，经发动机控制器产生发动机扭矩信号，通过CAN总线传输给车载控制器；发动机转速由发动机转速传感器测量，经发动机控制器产生发动机转速信号，通过CAN总线传输给车载控制器；车辆速度由车速传感器测量，经防抱死控制器处理产生车速信号，通过CAN总线传输给车载控制器；车辆档位由档位传感器测量，对于无变速器控制器的车型，由车载控制器直接采集，对于有变速器控制器的车型，经变速器控制器采集处理后通过CAN总线传输给车载控制器；车辆加速度由加速度传感器测量，由车载控制器直接采集；实时油耗由发动机控制器输出，经过CAN总线传输给车载控制器。

3.根据权利要求1所述的一种基于实时驾驶数据的油耗优化系统，其特征在于：所述油耗优化计算模块对以下工况进行计算，包括加速工况油耗优化计算、超速工况油耗优化计算、未及时换档工况油耗优化计算和怠速超时工况油耗优化计算。

4.根据权利要求3所述的一种基于实时驾驶数据的油耗优化系统，其特征在于：各工况油耗优化计算包括：

加速工况油耗优化计算：当车辆加速度大于设定的加速度限值时，则以设定的加速度限值行驶的工况作为基准进行油耗优化；所述加速度限值是车速的函数，车速越小，加速度限值越大；

超速工况油耗优化计算：当车辆速度大于设定的速度限值时，则以设定的速度限值行驶的工况作为基准进行油耗优化；所述速度限值选择方法：选取使百公里油耗最小的车辆速度作为速度限值；

未及时换档工况油耗优化计算：当系统检测到实际车速大于升档车速限值且当前档位为非最高档位时，则以升档后的车辆状态为基准进行油耗优化；当检测到实际车速小于降档车速限值时，则以降档后的状态为基准进行油耗优化；

怠速超时工况油耗优化计算：当怠速时间大于设定的怠速时间限值时，则将超出怠速时间限值后产生的怠速油耗作为可优化的油耗。

5.根据权利要求4所述的一种基于实时驾驶数据的油耗优化系统，其特征在于：所述优先级判断模块按照以下方式进行判断：

当系统检测到车辆加速度大于设定的加速度限值时，则执行所述加速工况油耗优化计算；

当系统检测到车辆速度大于设定的速度限值时，则执行所述超速工况油耗优化计算；

当系统检测到车速大于升档车速限值或小于降档车速限值时，则执行所述未及时换档工况油耗优化计算；

当系统检测到车辆怠速时间大于设定的怠速时间限值时，则执行所述怠速超时工况油耗优化计算；

当系统检测到车辆加速度大于设定的加速度限值且车辆速度大于设定的速度限值时，则优先执行所述加速工况油耗优化计算；

当系统检测到车辆加速度大于设定的加速度限值且车速大于升档车速限值时，或者当车辆加速度大于设定的加速度限值且车速小于降档车速限值时，则优先执行所述加速工况油耗优化计算；

当系统检测到车辆速度大于设定的速度限值且大于升档车速限值时，或者当车辆速度大于设定的速度限值且小于降档车速限值时，则优先执行所述未及时换档工况油耗优化计算。