CN106050446A - 一种基于在线算法最优的怠速启停系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于在线算法最优的怠速启停系统，包括：中央处理模块(1)、供电模块(2)、数据采集模块(3)、通信模块(4)、驱动模块(5)，其特征在于：中央处理器模块(1)负责采集车辆状态参数的信号，其通过数据总线与数据采集模块(3)、通信模块(4)和驱动模块(5)进行数据交换，并基于在线算法对车辆状态参数的开关信号和模拟信号进行分析，确定车辆发动机处于关闭状态或开启状态，进而将控制发动机开启或关闭的指令传送给ESM起动机模块和电磁阀驱动电路模块；本发明在怠速启停系统运行之前，对怠速启停进行了预判性的判断，进而减少该系统运行的频率以及减少了怠速启停系统的控制发送混乱。

Description

一种基于在线算法最优的怠速启停系统

技术领域

本发明属于发动机怠速控制技术领域，尤其涉及到一种一种基于在线算法最优的怠速启停系统。

背景技术

随着我国汽车保有量的日益增加(每年大约保持着2000万辆的销售量)，汽车所消耗的化石能源日益增加，同时排放出大量的污染物，对大气环境造成了严重的污染。为了加大环保力度和减少能源消耗，排放标准逐步提高，例如今后将发布的国六排放政策。国六目前还没有给出具体的定义，但是可以从欧Ⅴ标准到欧Ⅵ标准的发展来看，氮氧化物排放限值从2g/千瓦时降到0.4g/千瓦。随着城市车辆的快速增加，交通拥挤也成为了城市车辆所面临的问题。如何能够尽快的通过红绿灯路口，如何尽可能的减少在红绿灯路口等待的时间，以及如何减少汽车怠速所带来的油耗和环境污染成为了汽车厂商亟待解决的问题。

目前，在很多车型上已经配备了怠速启停系统，其主要的工作原理是在怠速启停系统检测到车辆将要处于怠速状态时，在驾驶员踩下刹车或者离合器一段时间之后，自动使发动机熄火，当检测到驾驶员企图起动车辆时，系统会自动启动发动机。目前配备的怠速启停系统都只是根据驾驶员的意图关闭或者启动发动机，没有考虑车辆在红绿灯怠速等待的时间。在现有的几种怠速启停产品的系统设计方案中，共同点都是获取发动机的转速信号、轮速信号、挡位信号、电池的电量信号、冷却液的温度信号、离合器信号、加速踏板和制动踏板的信号等其他信号，进而再根据驾驶员的操作判断是否进行发动机的关闭和开启动作。一个不容忽视的问题就是：在红绿灯时间较短的情况下，比如4s甚至更短1s，此时发动机就需要频繁的开启和关闭，虽然减少了怠速所带来的油耗和排放的减少，但此时增加了蓄电池、起动机的工作次数，增加了发动机启动时带来的较大的损失。

在线算法是相对于离线算法而言的。离线算法也被成为上帝算法，是指在事件发生之前，就已经知道该事件发生的全部可能性。在线算法是指在事件发生的时候，根据该事件发生的历史数据和该事件发生中的数据进行在线计算，得到最优的结果，也就是在线最优算法。在线算法具有较为广泛的应用，比如内存分配、多核任务调度、市场中价格的多变分析等。但是将在线算法应用到车辆怠速的研究还处于研究的阶段中。

如果考虑车辆启动一次与车辆怠速的等价油耗，进而判断出车辆怠速的时间以及车辆发动机是否关闭的状态，再结合大数据的优势，就可以判断出车辆是否需要怠速以及怠速时间的控制，这对车辆的节能减排起到了促进作用。

当车辆不配备怠速启停系统时，在红绿灯等待的时间超过47s，此时将关闭发动机，将会减少车辆怠速所带来的油耗；当车辆配备怠速启停系统时，在红绿灯等待的时间超过28s，此时关闭发动机，将会减少车辆怠速所带来的油耗。

发明内容

本发明针对在现有的条件下，车辆不可能提前获取车辆在红绿灯需要怠速等待的时间，车辆发动机频繁的开启和关闭这一现状，提出了一种基于在线算法最优的怠速启停系统，采集怠速启停系统有关的车辆状态参数，识别车辆各状态参数，结合车辆在该行驶道路上历史的数据来进行判断，判断出车辆实际怠速的时间，并以该时间作为发动机启动和关闭的条件，将该控制策略写入到MC9S12XS128单片机中，MC9S12XS128单片机对其数据进行分析，并产生相应的指令驱动发动机ECU(Electronic Control Unit)和供油泵电磁阀的关闭和开启，最终达到车辆节能减排的目的。

本发明提供了一种基于在线算法最优的怠速启停系统，包括：中央处理模块、供电模块、数据采集模块、通信模块、驱动模块，其特征在于：

中央处理器模块负责采集车辆状态参数的信号，其通过数据总线与数据采集模块、通信模块和驱动模块进行数据交换，并基于在线算法对车辆状态参数的开关信号和模拟信号进行分析，确定车辆发动机处于关闭状态或开启状态，进而将控制发动机开启或关闭的指令传送给ESM起动机模块和电磁阀驱动电路模块；

供电模块负责为中央处理器模块提供5V电压，为驱动模块提供24V电压，保证中央处理器模块和驱动模块的正常运行；

数据采集模块负责采集车辆运行时的状态参数，包括开关信号和模拟信号，其中，

开关信号包括：节气门怠速触点信号、节气门怠速全开触点信号、变速器档位信号；

模拟信号包括：加速踏板位置信号、制动踏板位置信号、节气门位置信号、离合器位置信号、发动机转速信号、蓄电池电量信号、冷却液温度信号、车速信号；

数据采集模块在采集车辆信号之后，传送给中央处理器模块；

通信模块用于实现数据之间的交换；

驱动模块用于将中央处理器模块输出的指令传输给各执行器；

如果发动机处于怠速状态，驱动模块将中央处理器模块输出的发动机停止指令传输给电磁阀驱动电路模块使得发动机喷油泵停止工作，进而使得发动机处于停止状态；

如果发动机处于启动状态，驱动模块将中央处理器模块输出的发动机启动指令传输给ESM起动机驱动模块使得起动机工作进而带动发动机运转，使得发动机处于启动状态。

本发明的有益效果：

1、本发明充分考虑了驾驶员的驾驶习惯，在不改变驾驶员操作习惯的前提下，设计出一套可以直接安装在车辆上，减少了汽车厂家安装该系统的成本以及很好的协调了驾驶员的操作习惯。

2、本发明采用了车辆的多个状态参数，利用了车辆各状态参数的冗余关系，使得怠速启停系统的运行更加精确，不会因某一传感器采集的参数有误而对整个系统造成影响。

3、本发明在怠速启停系统运行之前，对怠速启停进行了预判性的判断，进而减少该系统运行的频率以及减少了怠速启停系统的控制发送混乱。

4、本发明将在线算法应用到发动机怠速控制技术领域，结合了车辆前期怠速启停的时间和次数这一大数据，使得车辆怠速时间的判断更加精确。

5、本发明通过基于在线算法最优的原则，准确的判断出怠速的时间，减少了车辆由于等待时间过短而使发动机关闭再重新起动发动机而带来的油耗，减少了车辆由于等待时间过长而未关闭发动机而带来的油耗。

6、本发明通过减少车辆怠速时带来的油耗，使得发动机减少了车辆怠速而带来的严重的尾气排放。

7、本发明结合车辆前期怠速启停的次数和时间，利用在线算法最优的原则判别出当前车辆怠速的时间，并输出车辆发动机关闭和开启的指令，发送到相应的执行器，以便完成车辆怠速启停

附图说明

所示附图为本发明的系统原理和部件连接结构图，以下将结合附图1-5和表1对本发明的技术方案进行详细说明。

图1是怠速启停系统方框图；

图2是中央处理器模块的示意图；

图3是供电模块的示意图；

图4是数据采集模块的示意图；

图5是通信模块的示意图；

图6是驱动模块的示意图；

图7是发动机熄火判断流程的示意图；

图8是发动机起动判断流程的示意图；

图9是怠速启停系统工作原理框图。

其中：1-中央处理器模块，10-0中央处理器运算模块，11-V电源供电模块，12开关信号输入处理模块，13-模拟信号输入处理模块，14-数据总线模块，15-驱动指令输出处理模块；2-供电模块，20-电源供电模块，21-5V电源供电模块，22-24V电源供电模块；3-数据采集模块，30-开关信号输入处理模块，31-模拟信号输入处理模块，30-1-节气门怠速触点信号处理模块，30-2-节气门全开触点信号处理模块，30-3-变速器档位信号处理模块，31-1-加速踏板位置信号处理模块，31-2-制动踏板位置信号处理模块，31-3-节气门位置信号处理模块，31-4-离合器位置信号处理模块，31-5-发动机转速信号处理模块，31-6-蓄电池电量信号处理模块，31-7-冷却液温度信号处理模块，31-8-车速信号处理模块；4-通信模块，40-数据总线模块，41-PCA82C250CAN通信电路模块，42-外部SCI通信电路模块；5-驱动模块，50-电源供电模块，51-ESM起动机驱动模块，52-电磁阀驱动电路模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的详细说明。需要说明的是本实施方式是叙述性的，而非限定性的，不以此限定本发明的保护范围。

本发明是一种基于在线算法最优的怠速启停系统，该系统包括：中央处理模块1、供电模块2、数据采集模块3、通信模块4、驱动模块5。

中央处理器模块1负责采集车辆状态参数的信号，并通过数据总线与其他控制单元进行数据交换，基于在线算法最优原则对车辆状态参数的开关信号和模拟信号进行分析，得到车辆发动机是出于关闭状态还是处于开启状态，并将控制发动机开启和关闭的指令传送给ESM起动机模块和电磁阀驱动电路模块。

中央处理器模块1的方框图如图2所示，分6部分，分别为：中央处理器运算模块10，5V电源供电模块11，开关信号输入处理模块12，模拟信号输入处理模块13，数据总线模块14，驱动指令输出处理模块15。

中央处理器模块1采用的是飞思卡尔的16位处理器，型号为MC9S12XS128，其引脚数目为112个，除去地址、数据总线外，其余都为IO口，可满足怠速启停系统逻辑判断的条件。8K内存和128KB的程序结构容量可以满足在线算法的存储。这些引脚的功能和芯片内的容量为怠速启停系统提供了硬件平台。

中央处理器模块1中的中央处理器运算模块10对节气门怠速触点信号处理模块30-1，节气门全开触点信号处理模块30-2，变速器档位信号处理模块30-3，加速踏板位置信号处理模块31-1，制动踏板位置信号处理模块31-2，节气门位置信号处理模块31-3，离合器位置信号处理模块31-4，发动机转速信号处理模块31-5，蓄电池电量信号处理模块31-6，冷却液温度信号处理模块31-7，车速信号处理模块31-8所获得的信号进行分析，如果中央处理器运算模块10检测到1)发动机处于怠速状态；2)汽车车速小于8km/h；3)节气门怠速触点打开；4)发动机冷却液温度超过86摄氏度；5)蓄电池电量充足；6)离合器未被踩下；7)变速器档位为空档；8)制动器被踩下8个条件，则说明发动机处于怠速状态，检测顺序如图7所示；如果中央处理器运算模块10检测到1)发动机脱离怠速状态；2)汽车车速大于8km/h；3)节气门怠速触点关闭；4)发动机冷却液温度超过86摄氏度；5)蓄电池电量充足；6)离合器被踩下；7)档位为前进挡；8)加速踏板踩下；8个条件，则说明发动机处于非怠速状态，车辆发动机将处于启动状态，检测顺序如图8所示。如果车辆处于怠速状态，那么中央处理器运算模块10通过数据总线模块14与其他控制模块通信，获取发动机转速、车辆速度等信号，并基于在线算法原则对怠速的时间进行预测，得出车辆的怠速时间，最后产生车辆发动机是出于关闭还是开启的指令，输出给驱动指令输出处理模块15。

中央处理器模块1中的5V电源供电模块11负责为中央处理器运算模块10，开关信号输入处理模块12，模拟信号输入处理模块13，数据总线模块14，驱动指令输出处理模块15提供5V电压，保证模块内的正常运行。

中央处理器模块1中的开关信号输入处理模块12负责处理节气门怠速触点信号处理模块30-1，节气门全开触点信号处理模块30-2，变速器档位信号处理模块30-3的信号，将其信号综合在一起，最后传送给中央处理器运算模块10。

中央处理器模块1中的模拟信号输入处理模块13负责处理加速踏板位置信号处理模块31-1，制动踏板位置信号处理模块31-2，节气门位置信号处理模块31-3，离合器位置信号处理模块31-4，发动机转速信号处理模块31-5，蓄电池电量信号处理模块31-6，冷却液温度信号处理模块31-7，车速信号处理模块31-8的信号，将其信号综合在一起，最后传送给中央处理器运算模块10。

中央处理器模块1中的数据总线模块14主要负责在数据总线上获取来自其他控制模块发送的发动机转速信号和车速信号。数据总线模块14与发动机转速信号处理模块31-5、车速信号处理模块31-8一起构成冗余系统，主要是为了避免怠速启停系统中较为重要的发动机转速信号和车速信号发生混乱，影响怠速启停系统的正常运行。

中央处理器模块1中的驱动指令输出处理模块15在中央处理器运算模块10检测到发动机处于启动状态时，将车辆发动机启动的指令传送给ESM起动机驱动模块51，使得起动机正常运行带动发动机运行；在检测到发动机处于怠速状态时，将车辆发动机启动的指令传送给电磁阀驱动电路模块52，切断喷油泵的线路，使得喷油停止，使得发动机处于关闭状态。

供电模块2主要是为中央处理器模块1提供5V电压，为驱动模块5提供24V电压，保证中央处理器模块1和驱动模块5的正常运行。

供电模块2的方框图如图3所示，分3部分，分别为：电源供电模块20，5V电源供电模块21，24V电源供电模块22。

供电模块2中的电源供电模块20主要是由24V电源系统构成，使用专用的混合动力驱动电池或者纯电动驱动电池，电源供电模块20经过RC电路和RL电路的滤波，得到较为纯净且电磁干扰较小的直流电流，该直流电流组成24V电源供电模块22；电源供电模块20经LM2940芯片稳压电路之后，稳压出5V电压。

供电模块2中的5V电源供电模块21为中央处理器模块1提供电压和为MC9S12XS128内的AD采集提供基准电压，保证AD采样的最小精度，保证中央处理器模块1的正常运行，为数据采集模块3提供车辆信号采集的电压值，保证信号采集的正常运行。

供电模块2中的24V电源供电模块22为ESM起动机驱动模块51和电磁阀驱动电路模块52提供24V的电压值，确保ESM起动机驱动模块51能够驱动起动机，进而带动发动机运行，实现怠速启停系统中的发动机启动功能；确保电磁阀驱动电路模块52中电磁阀处于关闭状态，进而使得喷油泵停止工作，使得发动机停止运行，实现怠速启停系统中的发动机停止功能。

数据采集模块3主要是采集车辆运行时的状态参数，主要包括开关信号和模拟信号，开关信号包括：节气门怠速触点信号、节气门怠速全开触点信号、变速器档位信号；模拟信号包括：加速踏板位置信号、制动踏板位置信号、节气门位置信号、离合器位置信号、发动机转速信号、蓄电池电量信号、冷却液温度信号、车速信号。数据采集模块3在采集车辆信号之后，传送给中央处理器模块1，以便用来分析怠速启停系统中车辆是出于怠速状态还是处于非怠速状态。

数据采集模块3的方框图如图4所示，分2大部分，分别为：开关信号输入处理模块30和模拟信号输入处理模块31，其中开关信号输入处理模块30分3部分，分别为：节气门怠速触点信号处理模块30-1，节气门全开触点信号处理模块30-2，变速器档位信号处理模块30-3；模拟信号输入处理模块31分8部分，分别为：加速踏板位置信号处理模块31-1，制动踏板位置信号处理模块31-2，节气门位置信号处理模块31-3，离合器位置信号处理模块31-4，发动机转速信号处理模块31-5，蓄电池电量信号处理模块31-6，冷却液温度信号处理模块31-7，车速信号处理模块31-8。

数据采集模块3的节气门怠速触点信号处理模块30-1主要是通过检测节气门怠速触点的信号，当发动机处于怠速时，节气门怠速触点信号会产生一个高电平，此时节气门怠速触点信号处理模块30-1将高电平信号输入到MC9S12XS128中的PA5引脚上。

数据采集模块3的节气门全开触点信号处理模块30-2主要是通过检测节气门是否全开的信号，当发动机的节气门处于全开时，节气门全开位置触点会产生一个高电平，此时节气门全开触点信号处理模块30-2将高电平信号输入到MC9S12XS128中的PA6引脚上。

数据采集模块3的变速器档位信号处理模块30-3主要是通过在变速器换挡机构上安装变速器挡位开关装置，当变速器手柄放置在某一挡位上，该挡位上的变速器挡位开关会产生一个高电平，在怠速启停系统中，采用的5档变速器，安装了5档的挡位开关，变速器档位信号处理模块30-3将1-5档位开关产生的高电平信号分别输入到MC9S12XS128中的PA0,PA1,PA2,PA3,PA4引脚上。

数据采集模块3的加速踏板位置信号处理模块31-1是通过在加速踏板上安装一个电位计，使得加速踏板的深度与电位计的电阻值成线性相关，加速踏板位置信号是属于怠速启停系统中较为重要的参数，为了提高逻辑判断的准确性，所以在加速踏板上安装两个不同位置的电位计，以此来构成冗余，使得加速踏板的位置信号判断更为准确，由于该加速踏板的位置信号属于模拟信号，AD采样得到的值十分小，所以加速踏板位置信号处理模块31-1将加速踏板位置的原始信号需经过LM358运放进行放大，再输入到MC9S12XS128中的AD01，AD09引脚上。

数据采集模块3的制动踏板位置信号处理模块31-2是通过在制动踏板上安装一个电位计，使得制动踏板的深度与电位计的电阻值成线性相关，由于该制动踏板的位置信号属于模拟信号，AD采样得到的值十分小，所以制动踏板位置信号处理模块31-2将制动踏板位置的原始信号需经过LM358运放进行放大，再输入到MC9S12XS128中的AD03引脚上。

数据采集模块3的节气门位置信号处理模块31-3主要是采集节气门的开度，由于节气门采用的是开度信号，主要检测节气门挡板的开度就可以判断出发动机的负荷状况，输出的电压信号较为稳定，但为了防止其他信号的干扰，所以必须在节气门开度产生的原始信号之后，加上RC电路进行干扰波的处理，以便产生纯净的节气门开度信号，由于节气门开度信号属于模拟信号，AD采样值较小，所以节气门位置信号处理模块31-3将滤波之后的节气门开度信号经LM358运放进行放大，再输入到MC9S12XS128中的AD08引脚上。

数据采集模块3的离合器位置信号处理模块31-4主要是采集安装在在实车上传感器的信号，该信号为模拟信号，将离合器踏板的位置的信息转换成MC9S12XS128能够识别的AD信号，由于AD值较小且受到外界的干扰，所以AD原始信号需经过RC滤波电路进行滤波之后，再经过LM358运放进行放大，最后输出到MC9S12XS128中的AD02引脚上。

数据采集模块3的发动机转速信号处理模块31-5主要是采集发动机的转速信号，发动机转速信号主要为电磁信号，所以需要专用的MAX9924UAUB芯片对电磁信号进行采集处理，为了消除波形的干扰，以及尽量使得波形的上升沿和下降沿明显，需要连接一个缓存器SN74LVC2G17进行处理，将输出信号输入到MC9S12XS128中的PT0引脚上。

数据采集模块3的蓄电池电量信号处理模块31-6主要是采集蓄电池的电压信号，在怠速启停系统开始工作之前，将蓄电池进行多次充放电实验，记录蓄电池的电量随电压的变化关系，将对应关系记录成一个表格，最后写入到MC9S12XS128的128KB的程序结构存储容量中，由于MC9S12XS128所能够接受的电压最大为5V，所以需要将蓄电池的电压分成6份，将一份电压输入给RC电路和RL进行滤波，之后再经过LM358运放进行放大，最后输出到MC9S12XS128中的AD00引脚上，蓄电池电量信号处理模块31-6通过蓄电池电压的采集，再根据MC9S12XS128内的程序结构容量进行查表插值得到蓄电池的电量。

数据采集模块3的冷却液温度信号处理模块31-7主要是采集发动机冷却液的温度，冷却液温度由热电偶进行采集，采集的温度在0-300之间，温度随电压信号线性变化，冷却液温度信号接入到AD594芯片内进行处理之后，再输入到LM358运放进行放大，最后输出到MC9S12XS128中的AD10引脚上。

数据采集模块3的车速信号处理模块31-8主要是采集车辆的车速信号，车速传感器为霍尔传感器，车速信号处理模块31-8将车速传感器输出的霍尔信号经SN74LVC2G17处理之后，使得霍尔信号的上升沿和下降沿变化更为明显，最后再输入MC9S12XS128中的PT1引脚上。

通信模块4主要是与车辆其他控制器进行数据交换，比如：发动机的转速信号和车速信号，也可以将怠速启停系统的发动机启停指令输出给其他控制器，指令在总线上进行传输，也是为了汽车诊断系统(OBD)进行故障的诊断，以便怠速启停系统能够更好的工作。

通信模块4的方框图如5所示，分3部分，分别为：数据总线模块40，PCA82C250CAN通信电路模块41，外部SCI通信电路模块42。

通信模块4的数据总线模块40主要是将PCA82C250CAN通信电路模块41和外部SCI通信电路模块42所获取的数据进行综合，最后再一起打包传输给中央处理器模块1。

通信模块4的PCA82C250CAN通信电路模块41主要是通过PCA82C250CAN接收发器将数据总线上的数据进行接收再传输给数据总线模块40，将中央处理器模块1产生的指令输出给驱动模块5，PCA82C250CAN通信电路模块41中的PCA82C250CAN接收发器与MC9S12XS128中的TSCAN,RSCAN引脚相连。

通信模块4的外部SCI通信电路模块42主要是与外部输入输出模块通信，传输中央处理器模块1所需的发动机转速信号和车速信号，外部SCI通信电路模块42的串口通信引脚与MC9S12XS128中的PB6，PB7引脚相连。

驱动模块5主要是将中央处理器模块1输出的指令传输给各自的执行器，如果发动机处于怠速状态，驱动模块5将中央处理器模块1输出的发动机停止指令传输给电磁阀驱动电路模块52使得发动机喷油泵停止工作，使得发动机处于停止状态；如果发动机处于启动状态，驱动模块5将中央处理器模块1输出的发动机启动指令传输给ESM起动机驱动模块51使得起动机工作进而带动发动机运转，使得发动机处于启动状态。

驱动模块5的方框图如图6所示，分3部分，分别为：24电源供电模块50，ESM起动机驱动模块51，电磁阀驱动电路模块52。

驱动模块5的24电源供电模块50主要是为ESM起动机驱动模块51和电磁阀驱动电路模块52提供24V的电源，保证其正常运行。

驱动模块5的ESM起动机驱动模块51主要是将中央处理器模块1输出的发动机启动指令转换成相应的动作，驱动ESM电机。

驱动模块5的电磁阀驱动电路模块52主要是中央处理器模块1输出的发动机停止指令转换成相应的动作，使得供油电磁阀关闭，喷油泵处于停止状态。

以上为一种基于在线算法最优的怠速启停系统的硬件部分，下面将介绍怠速启停系统的工作方法，图9为怠速启停系统工作原理框图。

本发明的所述的怠速启停系统的控制方法包括以下步骤：

步骤1：怠速启停系统通过数据采集模块3采集与怠速启停系统有关的车辆状态参数。

数据采集模块3中的节气门怠速触点信号处理模块30-1，节气门全开触点信号处理模块30-2，变速器档位信号处理模块30-3，分别采集各模块所对应的车辆状态参数，并且以开关量的信号传输给中央处理器运算模块10；加速踏板位置信号处理模块31-1，制动踏板位置信号处理模块31-2，节气门位置信号处理模块31-3，离合器位置信号处理模块31-4，发动机转速信号处理模块31-5，蓄电池电量信号处理模块31-6，冷却液温度信号处理模块31-7，车速信号处理模块31-8分别采集各模块所对应的车辆状态参数，并且以模拟信号传输给中央处理器运算模块10。

节气门怠速触点信号和节气门全开触点信号只有0、1两种状态，变速器档位信号虽然输出为0、1信号，但变速器档位信号处理模块30-3会转换成相应的挡位信号1-5档，加速踏板位置信号、制动踏板位置信号、节气门位置信号、离合器位置信号输出的为0-5V的电压信号，发动机转速信号和车速信号是以脉冲的形式存在，通过检测上升沿或者下降沿来计算转速，冷却液温度信号为0-100度之间，在怠速启停系统中，给定的限定值为86度，以此来区别发动机是出于冷启动还是热启动状态，蓄电池电量信号是通过电压的信号来换算得到。

步骤2：以车辆各状态参数的值进行逻辑诊断，判断出发动机是处于怠速状态还是处于非怠速状态。

如果中央处理器运算模块10检测到1)发动机处于怠速状态；2)汽车车速小于8km/h；3)节气门怠速触点打开；4)发动机冷却液温度超过86摄氏度；5)蓄电池电量充足；6)离合器未被踩下；7)变速器档位为空档；8)制动器被踩下8个条件，则说明发动机处于怠速状态，检测顺序如图7所示。

如果中央处理器运算模块10检测到1)发动机脱离怠速状态；2)汽车车速大于8km/h；3)节气门怠速触点关闭；4)发动机冷却液温度超过86摄氏度；5)蓄电池电量充足；6)离合器被踩下；7)档位为前进挡；8)加速踏板踩下；8个条件，则说明发动机处于非怠速状态，车辆发动机将处于启动状态，检测顺序如图8所示。

步骤3：在3S内持续诊断怠速启停系统的开启与关闭的状态。

根据步骤2中的各状态参数判断怠速启停系统关闭和开启，但是在实际的运行过程中，为了防止参数识别的错误干扰以及数据的不准确性，故对其状态进行检测，若在规定的时间内系统仍处于之前的状态，并且无变化的趋势，此时就判断系统正式进行该状态。若在此时间内，车辆依然处于怠速状态，则断开ECU继电器，发动机熄火，持续时间定为3S。

步骤4：主芯片MC9S12XS128通过采集怠速启停系统的状态，通过在线算法计算出此刻怠速的时间并存储，当满足数据更新要求时，更新此刻的怠速数据。

值得详细说明的是在线算法原则的具体实现过程：竞争性分析是在线算法最为常用的一种分析方法。根据某一具体问题，使用在线算法所耗费的花费除以离线算法所耗费的花费，在相同的条件下，使得比值越小越好，如下列公示(1)所示，理论上Cr的值等于1是最优的，这说明在线算法和离线算法是重合的，所花费的成本是最低的。

$Cr=\frac{\cos t_{online}}{\cos t_{offline}}---\left(1\right)$

Cr：竞争比；cost_online：在线算法所消耗的成本；cost_offline：离线算法所消耗的成本；

怠速启停问题上的怠速启停时间临界点B，如下列公式(2)所示，当车辆怠速的时间y小于B时，车辆怠速将会比发动机关闭更节油、排放更低。将滑雪问题中的租赁的天数类比到怠速启停问题中在线算法中的怠速x时间。

$B=\frac{\cos t_{restart}}{\cos t_{idling/S}}---\left(2\right)$

B：发动机启动一次所消耗的所有花费除以发动机怠速一秒所消耗的花费；cost_restart：发动机启动一次所带来的等效油耗；cost_idling/S：发动机怠速一秒所消耗的油耗；

本发明根据车辆运行的历史数据和在红绿灯怠速等待的时间所消耗的油耗与启动一次发动机所带来的等效油耗进行对比分析，以车辆怠速等待的时间y和y所对应的概率分布q(y)为考察对象，提出了两个评价指标(和)确定出一个以怠速时间为目标的代价函数。根据该代价函数和车辆经过同一红绿灯路口时的概率进行分析，提出了一个连续的怠速时间最优算法，和的表达式如方程式(3)和(4)表示。

${\mathrm{\μ}}_{B^{-}}=\underset{0}{\overset{B}{\∫}}yq\left(y\right)dy---\left(3\right)$

$q_{B^{+}}=1-\underset{0}{\overset{B}{\∫}}q\left(y\right)dy---\left(4\right)$

在连续算法中，当和时，Cr最小为e/(e-1)；当和时，Cr最小为当和时，Cr最小为

因此，当和B有着不同的关系时，Cr取值时不一样的，但是在Cr接近于1时，此时的在线算法是最优的。

在实际的怠速启停系统中，更新数据的时间间隔为怠速启停20次。

步骤5：怠速启停系统发送相关的指令至执行器，使得执行器执行相关的动作，使得发动机处于开启状态和处于停止状态。

如果怠速启停系统检测到发动机处于怠速状态，驱动模块5将中央处理器模块1输出的发动机停止指令传输给电磁阀驱动电路模块52使得发动机喷油泵停止工作，使得发动机处于停止状态；

如果怠速启停系统检测到发动机处于非怠速状态，处于启动状态，驱动模块5将中央处理器模块1输出的发动机启动指令传输给ESM起动机驱动模块51使得起动机工作进而带动发动机运转，使得发动机处于启动状态。

起动机必须是增强型的起动机，主要是为了避免发动机频繁的启停给起动机造成一定的损害，增加怠速启停的次数，一般来说，增强型的起动机的启动次数是普通起动机启停的次数的十倍以上。

步骤6：上位机显示怠速启停系统的工作状态以及参数的变化。

上位机的作用是检测怠速启停系统中各参数的变化情况，避免上述怠速启停系统的不正常工作，造成安全事故；在某些条件下，系统需要强行关闭发动机或者起动发电机，比如：蓄电池电量不足、室外温度过高需保持空调持续运转以及维持车辆内大功率电器的正常运行。

上位机的设计主要是由C#、VB、C++、F、C语言进行设计，保证怠速启停系统的正常运行和稳定性。

本发明能够结合车辆状态的参数，基于车辆中大数据下在线算法最优的原则，对车辆的怠速时间加以约束，使得车辆发动机能够减少频繁的启停而带来的一系列附件的损失以及能够减少车辆怠速而带来额外的油耗和排放。

Claims (7)

1.一种基于在线算法最优的怠速启停系统，包括：中央处理模块(1)、供电模块(2)、数据采集模块(3)、通信模块(4)、驱动模块(5)，其特征在于：

中央处理器模块(1)负责采集车辆状态参数的信号，其通过数据总线与数据采集模块(3)、通信模块(4)和驱动模块(5)进行数据交换，并基于在线算法对车辆状态参数的开关信号和模拟信号进行分析，确定车辆发动机处于关闭状态或开启状态，进而将控制发动机开启或关闭的指令传送给ESM起动机模块和电磁阀驱动电路模块；

供电模块(2)负责为中央处理器模块(1)提供5V电压，为驱动模块(5)提供24V电压，保证中央处理器模块(1)和驱动模块(5)的正常运行；

数据采集模块(3)负责采集车辆运行时的状态参数，包括开关信号和模拟信号，其中，

开关信号包括：节气门怠速触点信号、节气门怠速全开触点信号、变速器档位信号；

模拟信号包括：加速踏板位置信号、制动踏板位置信号、节气门位置信号、离合器位置信号、发动机转速信号、蓄电池电量信号、冷却液温度信号、车速信号；

数据采集模块(3)在采集车辆信号之后，传送给中央处理器模块(1)；

通信模块(4)用于实现数据之间的交换；

驱动模块(5)用于将中央处理器模块(1)输出的指令传输给各执行器；

如果发动机处于怠速状态，驱动模块(5)将中央处理器模块(1)输出的发动机停止指令传输给电磁阀驱动电路模块(52)使得发动机喷油泵停止工作，进而使得发动机处于停止状态；

如果发动机处于启动状态，驱动模块(5)将中央处理器模块(1)输出的发动机启动指令传输给ESM起动机驱动模块(5)使得起动机工作进而带动发动机运转，使得发动机处于启动状态。

2.根据权利要求1所述的基于在线算法最优的怠速启停系统的控制方法，其特征在于：在线算法采用竞争性分析算法。

3.一种基于在线算法最优的怠速启停系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：怠速启停系统通过数据采集模块(3)采集车辆状态参数；

步骤2：以车辆各状态参数的值进行逻辑诊断，判断出发动机是处于怠速状态或处于非怠速状态；

步骤3：在3S内持续诊断怠速启停系统的开启或关闭的状态；

步骤4：主芯片通过采集怠速启停系统的状态，通过在线算法计算出此刻怠速的时间并存储，当满足数据更新要求时，更新此刻的怠速数据；

步骤5：怠速启停系统发送相关的指令至执行器，使得执行器执行相关的动作，使得发动机处于开启状态和处于停止状态；

步骤6：通过上位机显示怠速启停系统的工作状态以及参数的变化。

4.根据权利要求3所述的基于在线算法最优的怠速启停系统的控制方法，其特征在于：

在步骤1中，数据采集模块3中的节气门怠速触点信号处理模块(30-1)，节气门全开触点信号处理模块(30-2)，变速器档位信号处理模块(30-3)，分别采集对应的车辆状态参数，并且以开关量的信号传输给中央处理器运算模块(10)；加速踏板位置信号处理模块(31-1)，制动踏板位置信号处理模块(31-2)，节气门位置信号处理模块(31-3)，离合器位置信号处理模块(31-4)，发动机转速信号处理模块(31-5)，蓄电池电量信号处理模块(31-6)，冷却液温度信号处理模块(31-7)，车速信号处理模块(31-8)分别采集所对应的车辆状态参数，并且以模拟信号传输给中央处理器运算模块(10)。

5.根据权利要求3所述的基于在线算法最优的怠速启停系统的控制方法，其特征在于：

在步骤2中，如果中央处理器运算模块(10)检测到以下条件时：

1)发动机处于怠速状态；

2)汽车车速小于8km/h；

3)节气门怠速触点打开；

4)发动机冷却液温度超过86摄氏度；

5)蓄电池电量充足；

6)离合器未被踩下；

7)变速器档位为空档；

8)制动器被踩下；

说明发动机处于怠速状态；

如果中央处理器运算模块10检测到以下条件时：

1)发动机脱离怠速状态；

2)汽车车速大于8km/h；

3)节气门怠速触点关闭；

4)发动机冷却液温度超过86摄氏度；

5)蓄电池电量充足；

6)离合器被踩下；

7)档位为前进挡；

8)加速踏板踩下；

说明发动机处于非怠速状态，车辆发动机将处于启动状态。

6.根据权利要求3所述的基于在线算法最优的怠速启停系统的控制方法，其特征在于：步骤4中，在线算法采用竞争性分析算法。

7.根据权利要求3所述的基于在线算法最优的怠速启停系统的控制方法，其特征在于：步骤5中，如果怠速启停系统检测到发动机处于怠速状态，驱动模块(5)将中央处理器模块(1)输出的发动机停止指令传输给电磁阀驱动电路模块(52)使得发动机喷油泵停止工作，使得发动机处于停止状态；

如果怠速启停系统检测到发动机处于非怠速状态，处于启动状态，驱动模块(5)将中央处理器模块(1)输出的发动机启动指令传输给ESM起动机驱动模块(51)使得起动机工作进而带动发动机运转，使得发动机处于启动状态。