CN107067785B - 堵车路段经济车速匹配系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种堵车路段经济车速匹配系统及控制方法，旨在解决堵车路段经济车速匹配问题，该系统包括路况采集模块、控制主机、路况发布模块、路况接收模块、车速预警模块、辅助驾驶模块，可以为驾驶员提供堵车路段的经济运行车速，减少驾驶员对车辆速度不合理控制，避免车辆急加减速、怠速等造成油耗增加，一定程度上缓解路段的堵车情况。

Description

堵车路段经济车速匹配系统及控制方法

技术领域

本发明涉及经济车速规划和车联网技术，具体来说是堵车路段经济车速匹配系统及方法，属于智能交通领域。

背景技术

随着汽车保有量的日益增多，堵车现象随处可见，尤其是在大中型城市。堵车时，汽车多处于怠速或者不合理的加速、减速工况以及以不合理的档位行驶，造成油耗居高不下、汽车尾气大量排放。此外，堵车时漫长等待、过大的车流密度，易引起车辆刮蹭等交通事故，更甚者引起驾驶人员间冲突，浪费驾乘人员的财力和精力。因此，堵车路段的经济车速规划显得尤为重要。

目前，经济车速规划主要针对两方面，一方面是交通信号灯路口经济车速规划，引导车辆高效、快速通过信号灯路口；另一方面是坡道路段经济车速规划，引导车辆在坡道进行合理加减速、油门、档位控制等。其中，信号灯路口经济车速规划时并没有专门针对堵车路段的经济车速规划，许多专利都是提供一种路况获取的装置或者方法，或者是堵车路况下的路径规划，并未对堵车路段的经济车速进行匹配。

发明内容

针对上述问题，提供了一种堵车路段经济车速匹配系统及方法，用于规划城区中堵车路况下的经济车速。

本发明基于车联网技术，一方面，所述堵车路段经济车速匹配系统将采集的路况信息发送到数据控制中心，数据控制中心对所有的路况信息进行处理得到各个路段的路况拥堵信息；另一方面，所述堵车路况经济车速匹配系统接收数据控制中心的路况拥堵信息，进行经济车速匹配。

堵车路况经济车速匹配系统，包括路况采集模块、路况发布模块、路况接收模块、控制主机、车速预警模块、辅助驾驶模块。所述的控制主机分别与各个模块电路连接，控制主机包括路况判断单元、拥堵时间预测单元、经济车速计算单元、经济车速匹配单元。

所述的路况采集模块，包括GPS定位模块、车速传感器、发动机转速传感器、距离传感器、处理单元，采集车辆位置、车辆行驶方向、车辆当前车速、发动机转速、与前车距离。

所述的路况发布模块，用于将路况采集模块采集的路况信息发送到数据控制中心。

所述的数据控制中心对所有的路况信息进行接收、处理和运算，得到各个路段的平均有效怠速工况次数，并将信息发布给运行车辆。

所述的路况接收模块从数据控制中心接收所需路段的平均有效怠速工况次数。

所述的车速预警模块，包括语音播报模块与警示灯，语音播报模块安装在A柱上，警示灯安装在仪表台上。

所述的辅助驾驶模块包括堵车辅助驾驶控制按键，安装在车辆中控台上，并通过CAN总线与车辆动力控制总成连接。

所述的控制主机的路况判断单元，输入端分别与路况采集模块、路况接收模块通过串口连接，输出端与路况发布模块通过串口连接，通过单位时间内路段的平均有效怠速工况次数判断车辆是否处于拥堵路段；所述的有效怠速工况，车辆在路段中当处于怠速工况时间每超过一次预设的时间阈值，记为一次有效怠速工况；所述的平均有效怠速工况次数为某路段同向行驶的车辆的有效怠速工况次数的均值。

所述的控制主机的拥堵时间预测单元，输入端与路况接收模块串口连接，输出端与控制主机的经济车速计算单元相连，计算某个拥堵路段的单位里程车辆怠速时间。

所述的控制主机的经济车速计算单元，输入端连接控制主机的拥堵时间预测单元，输出端连接控制主机的经济车速匹配单元，计算堵车路段的经济车速；所述的经济车速，是指使单位里程总油耗率最小的车速；根据匀速行驶时二次多项式油耗模型和怠速油耗模型建立单位里程总油耗模型，对单位里程总油耗率求导，得到经济车速与单位时间有效怠速工况次数的映射关系，当输入为单位时间有效怠速工况次数，输出为路段的经济车速。

所述的控制主机的经济车速匹配单元，输入端与路况采集模块串口连接，根据距离传感器测得与前车的间距，判断以经济车速行驶是否满足安全车距行驶的条件。

所述的控制主机的经济车速匹配单元，输入端还与控制主机的经济车速计算单元相连，输出端分别与车速预警模块、辅助驾驶模块相连，控制车速预警模块、辅助驾驶模块工作。

本发明所述堵车路段经济车速匹配系统的控制方法为：

步骤一：从数据控制中心接收前进路段的平均有效怠速工况次数，进行路况判断，并计算经济车速。同时，将采集的实时路况信息发送至数据控制中心。所述的路况信息包括单车单位时间有效怠速工况次数、车辆位置及行驶方向。

步骤二：判断当前车速是否为经济车速，若不为经济车速，则采集与前车的间距；若为经济车速，则保持该车速行驶。

步骤三：根据采集的与前车的间距，判断以经济车速行驶是否满足安全车距条件，若满足安全车距条件，则语音提示经济车速并警示灯预警，否则返回上一步骤。

步骤四：若驾驶员按下辅助驾驶控制按键，则车辆自动以经济车速行驶，否则仅仅向驾驶员提示经济车速。

本发明的有益效果：

本专利根据怠速油耗模型和匀速行驶工况下的二次多项式油耗模型，建立了经济车速与平均有效怠速工况次数的映射关系，输入路段的平均有效怠速工况次数，便输出匀速行驶的经济车速，使车辆尽可能的以经济车速匀速行驶，减少怠速停车，降低车辆的油耗，并一定程度缓解道路拥堵问题。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明：

图1是基于车联网原理示意图；

图2是堵车路段经济车速匹配系统结构图；

图3是堵车路段经济车速匹配系统控制流程图；

图4是车辆路线示意图；

具体实施方式

如图1～4所示，堵车路况经济车速匹配系统，包括路况采集模块1、控制主机2、路况发布模块3、路况接收模块4、车速预警模块5、辅助驾驶模块6。所述的控制主机2分别与各个模块电路连接，控制主机2包括路况判断单元21、拥堵时间预测单元22、经济车速计算单元23、经济车速匹配单元24。

所述的路况采集模块1，包括GPS定位模块、车速传感器、发动机转速传感器、距离传感器、处理单元，采集车辆位置、车辆行驶方向、车辆当前车速、发动机转速、与前车距离。

所述的路况发布模块3，用于将车辆位置、车辆行驶方向、车辆当前车速以及当前车辆单位时间的有效怠速工况次数等信息发送到数据控制中心。

所述的数据控制中心对所有的路况信息进行接收、处理和运算，得到各个路段的平均有效怠速工况次数。所述的有效怠速工况，车辆在路段中当处于怠速工况时间每超过一次预设的时间阈值，记为一次有效怠速工况。所述的平均有效怠速工况次数为某路段同向行驶的车辆的有效怠速工况次数的均值。

所述的路况接收模块4收到控制主机2的控制指令，从数据控制中心获取并接收所需路段的平均有效怠速工况次数。

所述的车速预警模块5，包括语音播报模块与警示灯，语音播报模块安装在A柱上，警示灯安装在仪表台上。

所述的辅助驾驶模块6包括堵车辅助驾驶控制按键，安装在车辆中控台上，并通过CAN总线与车辆动力控制总成连接。

所述的控制主机2的路况判断单元21，与路况采集模块1、路况发布模块3、路况接收模块4之间串口连接，通过单位时间内路段的平均有效怠速工况次数判断车辆是否处于拥堵路段。若次数k超过预设阈值k_t，则车辆处于拥堵路段，否则车辆处于畅通路段。

所述的控制主机2的拥堵时间预测单元22，与路况接收模块4之间串口连接，计算某个拥堵路段的单位里程车辆怠速时间，计算式为：

k为单位时间车辆有效怠速工况的次数，次/h；Δt_i为单位里程车辆怠速时间，min/km；Δt为预设的时间阈值，min；V为车速，km/h。

所述的控制主机2的经济车速计算单元23，计算堵车路段的经济车速。所述的经济车速，是指使单位里程总耗油量最小的车速。根据匀速行驶时二次多项式油耗模型和怠速油耗模型建立单位里程总油耗模型，对单位里程总耗油量求导，得到经济车速与单位时间有效怠速工况次数的映射关系，当输入为单位时间有效怠速工况次数时，输出即为堵车路段的经济车速。具体计算过程如下：

单位里程总耗油量：

单位里程怠速油耗模型：

Q_i为车辆怠速燃油消耗率，L/min。

二次多项式油耗模型：

F_u＝a₁+a₂ω+a₃ω²+a₄ωT+a₅T+a₆T²

a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆为油耗模型常数；ω为发动机转速，r/min；T为发动机转矩，N·m。

匀速行驶时发动机输出转矩：

G为汽车总重，kg；f为滚动阻力系数；α为道路坡度角，°；C_D为空气阻力系数；A为迎风面积，m²；r为汽车滚动半径，m；i_g为变速器传动比；i₀为主减速器传动比；η_T为传动系机械效率。

由上式得映射关系

F_C＝f(V,k)

V_e为使F_c最小的经济车速，可由下式求得。

得到经济车速V_e与k之间映射关系V_e＝f(k)，根据该映射关系，在不同路段可由单位时间车辆有效怠速工况的次数得到堵车路段的经济车速。

所述的控制主机2的经济车速匹配单元24，与路况采集模块1之间串口连接，根据距离传感器测得与前车的间距，判断以经济车速行驶是否满足安全车距行驶的条件，若满足安全车距行驶条件，则以经济车速行驶，否则以当前车速行驶直至达到安全车距行驶条件。安全车距行驶条件为：

τ₁为驾驶员反应时间，τ₂为制动器协调时间，τ₃为制动器制动力增长时间，a_bmax制动器最大制动减速度，S为距离传感器测得与前车的间距,S_safe为安全车距，S₀为与前车间的最小安全距离。

本发明所述堵车路段经济车速匹配系统的控制方法为：

步骤一：从数据控制中心接收前进路段的平均有效怠速工况次数，进行路况判断，并计算经济车速。同时，将采集的实时路况信息发送至数据控制中心。所述的路况信息包括单车单位时间有效怠速工况次数、车辆位置及行驶方向。

步骤二：判断当前车速是否为经济车速，若不为经济车速，则采集与前车的间距；若为经济车速，则保持该车速行驶。

步骤三：根据采集的与前车的间距，判断以经济车速行驶是否满足安全车距条件，若满足安全车距条件，则语音提示经济车速并警示灯预警，否则返回上一步骤。

步骤四：若驾驶员按下辅助驾驶控制按键，则车辆自动以经济车速行驶，否则仅仅向驾驶员提示经济车速。

Claims (2)

1.堵车路段经济车速匹配系统，包括路况采集模块(1)、路况发布模块(3)、路况接收模块(4)、控制主机(2)、车速预警模块(5)、辅助驾驶模块(6)，其特征在于，控制主机(2)分别与各个模块电路连接，控制主机(2)包括路况判断单元(21)、拥堵时间预测单元(22)、经济车速计算单元(23)、经济车速匹配单元(24)；

所述的路况采集模块(1)，包括GPS定位模块、车速传感器、发动机转速传感器、距离传感器、处理单元；

所述的路况发布模块(3)，将路况采集模块采集的路况信息发送到数据控制中心；

所述的路况接收模块(4)，从数据控制中心接收所需路段的平均有效怠速工况次数；

所述的车速预警模块(5)，包括语音播报模块与警示灯，语音播报模块安装在A柱上，警示灯安装在仪表台上；

所述的辅助驾驶模块(6)，包括堵车辅助驾驶控制按键，安装在车辆中控台上，并通过CAN总线与车辆动力控制总成连接；

所述的控制主机(2)的路况判断单元(21)输入端分别与路况采集模块(1)、路况接收模块(4)通过串口连接，输出端与路况发布模块(3)通过串口连接，通过单位时间内路段的平均有效怠速工况次数判断车辆是否处于拥堵路段；所述的有效怠速工况，车辆在路段中当处于怠速工况时间每超过一次预设的时间阈值，记为一次有效怠速工况；所述的平均有效怠速工况次数为某路段同向行驶车辆的有效怠速工况次数的均值；

所述的控制主机(2)的拥堵时间预测单元(22)，输入端与路况接收模块(4)串口连接，输出端与控制主机(2)的经济车速计算单元(23)相连，计算某个拥堵路段的单位里程车辆怠速时间，计算式为：

k为单位时间车辆有效怠速工况的次数，次/h；Δt_i为单位里程车辆怠速时间，min/km；Δt为预设的时间阈值，min；V为车速，km/h；

所述的控制主机(2)的经济车速计算单元(23)，输入端连接控制主机(2)的拥堵时间预测单元(22)，输出端连接控制主机(2)的经济车速匹配单元(24)，计算堵车路段的经济车速；所述的经济车速，是指使单位里程总油耗量最小的车速，根据匀速行驶时二次多项式油耗模型和单位里程怠速油耗模型建立单位里程总油耗模型，对单位里程总油耗量求导，得到经济车速与单位时间有效怠速工况次数的映射关系，当输入为单位时间有效怠速工况次数时，输出即为路段的经济车速；单位里程怠速油耗模型：

Q_i为车辆怠速燃油消耗率，L/min；

所述的控制主机(2)的经济车速匹配单元(24)，输入端与路况采集模块(1)串口连接，根据距离传感器测得与前车的间距，判断以经济车速行驶是否满足安全车距行驶的条件，输入端还与控制主机(2)的经济车速计算单元(23)相连，输出端分别与车速预警模块(5)、辅助驾驶模块(6)相连，控制车速预警模块(5)、辅助驾驶模块(6)工作。

2.根据权利要求1所述的堵车路段经济车速匹配系统，所设计的堵车路段经济车速匹配系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：从数据控制中心接收前进路段的平均有效怠速工况次数，进行路况判断，并计算经济车速；同时，将采集的实时路况信息发送至数据控制中心；所述的路况信息包括单车单位时间有效怠速工况次数、车辆位置及行驶方向；

步骤二：判断当前车速是否为经济车速，若不为经济车速，则采集与前车的间距；若为经济车速，则保持该车速行驶；

步骤三：根据采集的与前车的间距，判断以经济车速行驶是否满足安全车距条件，若满足安全车距条件，则语音提示经济车速并警示灯预警，否则返回上一步骤；

步骤四：若驾驶员按下辅助驾驶控制按键，则车辆自动以经济车速行驶，否则仅仅向驾驶员提示经济车速。

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