CN106467103A - 一种车辆的智能节油控制方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种车辆的智能节油控制方法和系统，包括如下步骤：1)实时采集车辆的当前速度值和发动机扭矩，计算车辆当前所受阻力Fz；2)采集当前车辆的加速度值x和瞬时角速度w，计算得到加速度测角Sa和陀螺仪测角Sg，并进行融合处理得到当前坡度值S；3)判断S＜1％且Fz≤9.8m是否成立，若是，则限制发动机的最高扭矩，若否，则解除发动机的最高扭矩限制；4)判断车辆网络通信功能是否有效，若是，则将车辆位置信息上传至车辆地理信息中心，进行下一步节油控制，而后回到步骤1)；若否，则回到步骤1)。本发明的节油控制方法和系统，在保证经济性的前提下又不损失车辆的操纵性，包含了四个方面的智能节油控制功能，能够自动有效的进行车辆节油控制。

Description

一种车辆的智能节油控制方法和系统
技术领域
本发明涉及车辆节油控制领域，特别是一种车辆的智能节油控制方法和系统。
背景技术
车辆节油控制对于提高运输企业的经济效益、减少大气排放、提高能源利用率等方面均有积极的作用。目前节油控制方法主要有如下几个方面：在发动机内部进行优化控制，根据外部的空满载等提示优化控制喷油量、喷油时间、进气量，这类方法属于内燃机内部的优化；另一种方法是在外部对发动机进行控制干预，如自动启停发动机，速度超过预定速度时熄火滑行等，这类发动机熄火、启停等操作，在行驶过程造成车辆无动力滑行，有潜在的事故风险；有的方法对发动机转速、速度、加速度进行限制，但这类方法需要通过一个人工的开关进行简单的进行条件切换，通过载荷判断切换发动机的功率输出曲线，只能大致实现空载、满载这样的近似条件判断，并且这些方法均未深入融合车辆当前所处地理环境与动力学条件。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种通过感知车辆动力学阻力水平，融合阻力水平与坡度信息进行发动机扭矩控制的车辆的智能节油控制方法和系统。
本发明采用如下技术方案：
一种车辆的智能节油控制方法，其特征在于：包括如下步骤
1)实时采集车辆的当前速度值和发动机扭矩，对当前速度值进行处理得到实际加速度值，结合发动机扭矩计算车辆当前所受阻力Fz；
2)通过加速度传感器和陀螺仪采集当前车辆的加速度值x和瞬时角速度w，将加速度值x结合实际加速度值计算得到加速度测角Sa，根据瞬时角速度w计算得到陀螺仪测角Sg，将加速度测角Sa与陀螺仪测角Sg进行融合处理得到当前坡度值S；
3)判断S＜1％且Fz≤9.8m是否成立，m为车辆空载质量，若是，则限制发动机的最高扭矩，若否，则解除发动机的最高扭矩限制；
4)判断车辆网络通信功能是否有效，若是，则将车辆位置信息上传至车辆地理信息中心，进行下一步节油控制，而后回到步骤1)；若否，则回到步骤1)。
优选的，所述车辆地理信息中心预先存储有地图路网数据，包含路段限速数据、路段坡度和路段属性，在步骤4)中，所述车辆地理信息中心结合车辆位置信息将对应的路段限速数据、路段坡度和路段属性下发至车辆。
优选的，在步骤4)中，所述的进一步节油控制包括：车辆根据路段限速数据限制发动机的最高转速。
优选的，所述车辆预先存储有路段属性与发动机外特性曲线的关系对应表，该路段属性至少包含高速公路、城市快速路、普通市区路和郊区道路，在步骤4)中，所述的进一步节油控制包括：车辆根据路段属性切换对应的发动机外特性曲线。
优选的，在步骤4)中，所述的进一步节油控制包括：所述车辆根据路段坡度预测前方坡度信息，并判断车辆是否处于巡航状态，若否，则回到步骤3)，若是，则判断前方坡度是上坡还是下坡，若是上坡，在距离前方坡度一定距离开始增加发动机转速以提高车辆速度至v×(1+4％)，v为巡航速度，且该车辆速度不超过对应的所述路段限速数据；若是下坡，则在距离前方坡度一定距离开始降低发动机转速使车辆速度降至v×(1-8％)。
优选的，在步骤1)中，对车辆当前的速度值进行低通滤波处理，滤除噪声，对滤波后的速度值进行差分计算，得到车辆的原始加速度值，对原始加速度值进行再一次低通滤波处理得到所述实际加速度值，将车辆空载质量乘以实际加速度值得到当前车辆前进的合力值Fa；根据当前的所述发动机扭矩，计算发动机前向驱动力i为当前变速箱档位传动比和主减速器传动比的乘积，r为轮胎半径，η为机械传动效率；所述车辆当前所受阻力Fz＝Fa-Ft。
优选的，在步骤2)中，先从加速度值x中减去实际加速度值，得到重力加速度在前进方向上的分量gs，则加速度测角Sa＝arcsin(gs/g)；所述的陀螺仪测角Sg＝w×t，t为陀螺仪的采样间隔；所述的融合是采用卡尔曼滤波方法，以Sa为参考数据消除Sg中的零漂移误差，得到当前坡度值S。
一种车辆的智能节油控制系统，其特征在于：包括
采集模块，用于实时采集车辆的当前速度值、发动机扭矩、加速度值x和瞬时角速度w；
阻力水平估算模块，对当前速度值进行处理得到实际加速度值，结合发动机扭矩计算车辆当前所受阻力Fz；
融合模块，将加速度值x结合实际加速度值计算得到加速度测角Sa，根据瞬时角速度w计算得到陀螺仪测角Sg，将加速度测角Sa与陀螺仪测角Sg进行融合处理得到当前坡度值S；
控制模块，根据得到的当前所受阻力Fz和当前坡度值S对车辆进行扭矩的控制，及根据车辆网络通信功能确定是否上传位置信息至车辆地理信息模块进行进一步节油控制；
GPS模块，用于提供车辆的位置信息；
无线通信模块，用于与车辆地理信息模块进行无线数据通信；
车辆地理信息模块，预先存储有地图路网数据，根据车辆位置信息将对应的路段限速数据、路段坡度和路段属性下发至车辆以作为进一步节油控制的判断依据。
优选的，所述的进一步节油控制包括车辆根据路段限速数据限制发动机的最高转速。
优选的，所述的进一步节油控制包括车辆根据路段属性切换对应的发动机外特性曲线。
优选的，所述的进一步节油控制包括车辆根据路段坡度预测前方坡度信息，并根据车辆是否处于巡航状态，来提高或降低车辆速度。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的方法和系统，利用汽车动学平衡条件，感知车辆当前动力学阻力水平和车辆所处地理坡度，将阻力水平与坡度结合，智能判断发动机扭矩自动限制与解除限制的时机，在保证经济性的前提下又不损失车辆的操纵性。利用车辆地理信息中心的路段坡度，结合车辆上报的GPS位置可以进行前方道路坡度预测，能够进行速度可变的动态巡航。利用车辆地理信息中心的路段属性，切换发动机的外特性，进行发动机外特性的自适应节油控制。利用道路限速数据进行发动机转速输出上限限制的节油控制。整个发明方法和系统包含了四个方面的智能节油控制功能，能够自动有效的进行车辆节油控制。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
一种车辆的智能节油控制方法，包括如下步骤
1)实时采集车辆的当前速度值和发动机扭矩，对当前速度值进行处理得到实际加速度值，结合发动机扭矩计算车辆当前所受阻力Fz，具体如下：
1.1)从车内总线上实时采集车辆的当前速度值v和发动机扭矩T
1.2)对车辆当前的速度值v进行低通滤波处理，滤除噪声；
1.3)对滤波后的速度值进行差分计算，得到车辆的原始加速度值；
1.4)对原始加速度值进行再一次低通滤波处理得到实际加速度值a，将车辆空载质量m乘以实际加速度值a得到当前车辆前进的合力值Fa＝m×a；
1.5)根据当前的发动机扭矩T，计算发动机前向驱动力i为当前变速箱档位传动比和主减速器传动比的乘积，r为轮胎半径，η为机械传动效率；
1.6)计算车辆当前所受阻力Fz＝Fa-Ft。由于Fa是由空载质量计算得到，但车子实际质量可能大于空载质量，因此，这里的Fz只是估计值不是实际所受的阻力，只能定性的估计车辆所受阻力的大小，为节油控制提供参考依据。
2)通过加速度传感器和陀螺仪采集当前车辆的加速度值x和瞬时角速度w，从加速度值x中减去实际加速度值a，得到重力加速度在前进方向上的分量gs＝x-a，则加速度测角Sa＝arcsin(gs/g)；陀螺仪测角Sg＝w×t，t为陀螺仪的采样间隔；将加速度测角Sa与陀螺仪测角Sg进行融合处理得到当前坡度值S，该融合是采用卡尔曼滤波方法，以Sa为参考数据消除Sg中的零漂移误差，得到当前坡度值S，该S以百分比的形式表示(例百分之一，表示车辆水平前进一百米，垂直高度升高一米)。
3)接收上述的当前坡度值和所受阻力值，并判断S＜1％且Fz≤9.8m是否成立，m为车辆空载质量，若是，开启发动机扭矩限制功能，向发动机发送最高扭矩限制报文，限制发动机的最高扭矩，具体限制值可根据所要求的节油性能选择，限制值越低，节油性能越好，一般不低于发动机可输出最大扭矩的50％；若否，则表示此时车辆需要高扭矩来保证车辆的操作性，向发动机发送控制报文，解除发动机的最高扭矩限制；该步骤可以实现限制发动机最高扭矩的节油功能，并根据当前坡度值和所受阻力值来智能判断限扭节油功能的开启和关闭时机，在节油的同时保证了车辆的操作性能。
4)判断车辆网络通信功能及GPS信号是否有效，若是，则将车辆位置信息上传至车辆地理信息中心，进行下一步节油控制，而后回到步骤1)；若否，则回到步骤1)。
在车辆地理信息中心预先存储有地图路网数据，包含路段限速数据、路段坡度和路段属性，可实现与车辆的信息交互，辅助车辆进行下一步节油控制。路段坡度在车辆地理信息中心以(Road_id,P1,P2,S)键值对方式存储，其中Road_id表示该坡度所属路段id，P1、P2分别为该坡度的起点和终点，S为该坡度的百分比(坡度百分比意义如前所述)，虽然车辆能够实时感知坡度，但是无法预测前方道路的坡度，因此，车辆地理信息中心的作用就在于根据车辆上传的GPS位置信息，匹配出前方道路的坡度下发给终端，用于速度分配优化控制，坡度数据的收集可通过现有技术实现。路段限速数据以(Road_id,Vmax)键值对方式存储，其中Road_id表示路段id，Vmax表示该路段最高限速；路段属性以(Road_id,pid)键值对方式存储，其中Road_id表示路段id，pid表示属性编号，取值1到4，对应属性如下表1：
表1：道路属性对应表
1 高速公路
2 城市快速路
3 普通市区路
4 郊区道路
步骤4)还包括4.1)车辆地理信息中心接收车辆位置信息(GPS位置)将对应的路段限速数据、路段坡度和路段属性下发至车辆。
4.1.1)车辆地理信息中心将GPS位置映射到中心地图路网数据的道路上，得到道路id；
4.1.2)根据道路id，判断该条道路的地理坡度与道路属性信息是否已下发至车辆，如果否，则进入步骤4.1.3)；
4.1.3)根据所映射道路，车辆地理信息中心将该条道路前方的地理坡度信息以(P1,P2,s)的格式下发给车辆；
4.1.4)根据所映射道路，车辆地理信息中心将该条道路的最高限速度Vmax下发给车辆；
4.1.5)根据所映射的道路，中心将该条道路的属性编号pid下发给车辆。
具体的进一步节油控制包括：4.2)车辆根据路段限速数据限制发动机的最高转速。即根据道路限速信息Vmax，将Vmax转化为当前档位下的最高允许转速度Nmax:，
共中i为当前变速箱档位传动比和主减速器传动比的乘积，r为轮胎半径。得到Nmax后，向发动机发送最高转速限制报文，使发动机转速不能超过Nmax，完成发动机转速限制节油功能。
具体的进一步节油控制包括：4.3)车辆预先存储有路段属性与发动机外特性曲线的关系对应表，车辆根据路段属性切换对应的发动机外特性曲线。该发动机外特性曲线是指在发动机全负荷时所测出来的功率或者扭矩随着转速变化的曲线，外特性曲线由发动机制造商确定，一个发动机可以有多条外特性曲线。外特性曲线的不同，其决定了发动机不同的油耗和动力性能。通过车内总线通信方式，对发动机进行外特性的切换，实现发动机外特性曲线切换的节油功能。
具体的进一步节油控制包括：4.4)车辆根据路段坡度预测前方坡度信息，并判断车辆是否处于巡航状态，若否，则回到步骤3)，若是，则判断前方坡度是上坡还是下坡，若是上坡，在距离前方坡度一定距离(100米)开始增加发动机转速以提高车辆速度至v×(1+4％)，v为巡航速度，且该车辆速度不超过对应的所述路段限速数据；若是下坡，则在距离前方坡度一定距离(100米)开始降低发动机转速使车辆速度降至v×(1-8％)。此节油功能只能在巡航状态下开启，是为了保证车辆安全性，巡航状态下一般车辆行驶在通畅的高速和快速路上，可避免主动的速度优化调整引起车辆安全问题。该步骤保证车辆在平路时有较高的动量和惯性冲过上坡路段，在下坡前减速可避免因为下坡速度过快而进行制动损耗的能量。完成速度优化调整的节油控制功能。
基于此，本发明还提出一种车辆的智能节油控制系统，参照图1，包括
采集模块，用于实时采集车辆的当前速度值、发动机扭矩、加速度值x和瞬时角速度w等。
阻力水平估算模块，对当前速度值进行处理得到实际加速度值，结合发动机扭矩计算车辆当前所受阻力Fz。
融合模块，将加速度值x结合实际加速度值计算得到加速度测角Sa，根据瞬时角速度w计算得到陀螺仪测角Sg，将加速度测角Sa与陀螺仪测角Sg进行融合处理得到当前坡度值S。
控制模块，根据得到的当前所受阻力Fz和当前坡度值S对车辆进行扭矩的控制，及根据车辆网络通信功能确定是否上传位置信息至车辆地理信息模块进行进一步节油控制。
无线通信模块，用于与车辆地理信息模块进行无线数据通信。
GPS模块，用于提供车辆的位置信息。
车辆地理信息模块，预先存储有地图路网数据，根据车辆位置信息将对应的路段限速数据、路段坡度和路段属性下发至车辆以作为进一步节油控制的判断依据。进一步节油控制包括：车辆根据路段限速数据限制发动机的最高转速；车辆根据路段属性切换对应的发动机外特性曲线；车辆根据路段坡度预测前方坡度信息，并根据车辆是否处于巡航状态，来提高或降低车辆速度。
本发明的方法和系统，包含了四方面节油控制功能，能够有效的运用地理信息，进行本地和在线结合的车辆节油控制，本质上是强制优化了驾驶员的驾驶行为(避免高扭矩驾驶，超速驾驶、不合理速度分配驾驶等费油驾驶行为)，采用智能感知和自动控制的方法有效减少车辆行驶油耗。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (11)

1.一种车辆的智能节油控制方法，其特征在于：包括如下步骤
1)实时采集车辆的当前速度值和发动机扭矩，对当前速度值进行处理得到实际加速度值，结合发动机扭矩计算车辆当前所受阻力Fz；
2)通过加速度传感器和陀螺仪采集当前车辆的加速度值x和瞬时角速度w，将加速度值x结合实际加速度值计算得到加速度测角Sa，根据瞬时角速度w计算得到陀螺仪测角Sg，将加速度测角Sa与陀螺仪测角Sg进行融合处理得到当前坡度值S；
3)判断S＜1％且Fz≤9.8m是否成立，m为车辆空载质量，若是，则限制发动机的最高扭矩，若否，则解除发动机的最高扭矩限制；
4)判断车辆网络通信功能是否有效，若是，则将车辆位置信息上传至车辆地理信息中心，进行下一步节油控制，而后回到步骤1)；若否，则回到步骤1)。
2.如权利要求1所述的一种车辆的智能节油控制方法，其特征在于：所述车辆地理信息中心预先存储有地图路网数据，包含路段限速数据、路段坡度和路段属性，在步骤4)中，所述车辆地理信息中心结合车辆位置信息将对应的路段限速数据、路段坡度和路段属性下发至车辆。
3.如权利要求2所述的一种车辆的智能节油控制方法，其特征在于：在步骤4)中，所述的进一步节油控制包括：车辆根据路段限速数据限制发动机的最高转速。
4.如权利要求2所述的一种车辆的智能节油控制方法，其特征在于：所述车辆预先存储有路段属性与发动机外特性曲线的关系对应表，该路段属性至少包含高速公路、城市快速路、普通市区路和郊区道路，在步骤4)中，所述的进一步节油控制包括：车辆根据路段属性切换对应的发动机外特性曲线。
5.如权利要求2所述的一种车辆的智能节油控制方法，其特征在于：在步骤4)中，所述的进一步节油控制包括：所述车辆根据路段坡度预测前方坡度信息，并判断车辆是否处于巡航状态，若否，则回到步骤3)，若是，则判断前方坡度是上坡还是下坡，若是上坡，在距离前方坡度一定距离开始增加发动机转速以提高车辆速度至v×(1+4％)，v为巡航速度，且该车辆速度不超过对应的所述路段限速数据；若是下坡，则在距离前方坡度一定距离开始降低发动机转速使车辆速度降至v×(1-8％)。
6.如权利要求1所述的一种车辆的智能节油控制方法，其特征在于:在步骤1)中，对车辆当前的速度值进行低通滤波处理，滤除噪声，对滤波后的速度值进行差分计算，得到车辆的原始加速度值，对原始加速度值进行再一次低通滤波处理得到所述实际加速度值，将车辆空载质量乘以实际加速度值得到当前车辆前进的合力值Fa；根据当前的所述发动机扭矩，计算发动机前向驱动力i为当前变速箱档位传动比和主减速器传动比的乘积，r为轮胎半径，η为机械传动效率；所述车辆当前所受阻力Fz＝Fa-Ft。
7.如权利要求1所述的一种车辆的智能节油控制方法，其特征在于：在步骤2)中，先从加速度值x中减去实际加速度值，得到重力加速度在前进方向上的分量gs，则加速度测角Sa＝arcsin(gs/g)；所述的陀螺仪测角Sg＝w×t，t为陀螺仪的采样间隔；所述的融合是采用卡尔曼滤波方法，以Sa为参考数据消除Sg中的零漂移误差，得到当前坡度值S。
8.一种车辆的智能节油控制系统，其特征在于：包括
采集模块，用于实时采集车辆的当前速度值、发动机扭矩、加速度值x和瞬时角速度w；
阻力水平估算模块，对当前速度值进行处理得到实际加速度值，结合发动机扭矩计算车辆当前所受阻力Fz；
融合模块，将加速度值x结合实际加速度值计算得到加速度测角Sa，根据瞬时角速度w计算得到陀螺仪测角Sg，将加速度测角Sa与陀螺仪测角Sg进行融合处理得到当前坡度值S；
控制模块，根据得到的当前所受阻力Fz和当前坡度值S对车辆进行扭矩的控制，及根据车辆网络通信功能确定是否上传位置信息至车辆地理信息模块进行进一步节油控制；
GPS模块，用于提供车辆的位置信息；
无线通信模块，用于与车辆地理信息模块进行无线数据通信；
车辆地理信息模块，预先存储有地图路网数据，根据车辆位置信息将对应的路段限速数据、路段坡度和路段属性下发至车辆以作为进一步节油控制的判断依据。
9.如权利要求8所述的一种车辆的智能节油控制系统，其特征在于：所述的进一步节油控制包括车辆根据路段限速数据限制发动机的最高转速。
10.如权利要求8所述的一种车辆的智能节油控制系统，其特征在于：所述的进一步节油控制包括车辆根据路段属性切换对应的发动机外特性曲线。
11.如权利要求8所述的一种车辆的智能节油控制系统，其特征在于：所述的进一步节油控制包括车辆根据路段坡度预测前方坡度信息，并根据车辆是否处于巡航状态，来提高或降低车辆速度。
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