CN108520096A - 一种汽车行驶最优速度估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车行驶最优速度估算方法，涉及汽车行驶速度推荐技术领域，包括如下步骤：基于汽车发动机转速ω_e和扭矩T_e估算瞬时油耗FC；基于汽车行驶过程中前后时刻的车速获取驾驶员感觉参数S；根据瞬时油耗FC、行驶时间T和驾驶员感觉参数S建立目标函数J＝Q1×FC+Q2×T+Q3×S，其中，Q1、Q2和Q3分别表示瞬时油耗FC、行驶时间T和驾驶员感觉参数S的参考系数；基于上述的目标函数J获取最优行驶速度Vo，并输出所述最优行驶速度Vo；综合考虑汽车瞬时油耗FC、行驶时间T和驾驶员感觉参数S，可根据较少的油耗估算出驾驶员的最佳行驶速度，同时也兼顾了驾驶员的开车感受。

Description

一种汽车行驶最优速度估算方法

技术领域

本发明涉及汽车行驶速度推荐技术领域，更具体地说，它涉及一种汽车行驶最优速度估算方法。

背景技术

随着社会的快速发展，汽车越来越成为人们平时出行必不可少的代步工具。车友们都比较关心汽车油耗，特别是目前汽车油价节节攀升，汽车的油品成本越来越成为有车一族不得不重视的部分。其中，汽车在行驶过程中的车速和油耗息息相关。经调查发现，汽车发动机转速越高，功率和利用率越大，燃油的单位消耗量越小；但是当汽车车速过高，超过发动机最低油耗转速时，油耗随车速的增加而增加，所以汽车车速过高或者过低都不利于节省油耗，如何根据较少油耗选择最佳行驶速度，是一直研究的话题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种汽车行驶最优速度估算方法，能够根据较少油耗选择最佳行驶速度。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种汽车行驶最优速度估算方法，包括如下步骤：

基于汽车发动机转速ωe和扭矩Te估算瞬时油耗FC(ωe，Te)；

基于汽车行驶过程中前后时刻的车速获取驾驶员感觉参数S；

根据瞬时油耗FC(ωe，Te)、行驶时间T和驾驶员感觉参数S建立目标函数J＝Q1×FC+Q2×T+Q3×S，其中，Q1、Q2和Q3分别表示瞬时油耗FC(ωe，Te)、行驶时间T和驾驶员感觉参数S的参考系数；

基于上述的目标函数J获取最优行驶速度Vo，并输出所述最优行驶速度Vo。

通过采用上述技术方案，综合考虑汽车瞬时油耗FC(ω_e，T_e)、行驶时间T和驾驶员感觉参数S，可根据较少的油耗估算出驾驶员的最佳行驶速度；汽车瞬时油耗FC(ω_e，T_e)与发动机转速ω_e、扭矩T_e相关，且汽车车速＝转速ωe×档位×车轮周长，所以汽车油耗FC(ω_e，T_e)最终为与车速相关的函数；当驾驶员的行程一定时，汽车车速与行驶时间T成反比；同样的，驾驶员感觉参数S的获得基于汽车行驶过程中前后时刻的车速，即驾驶员感觉参数S同样与车速相关，所以目标函数J是关于车速的函数，可在减少油耗的前提下获取最优的车速。

进一步的，所述瞬时油耗FC(ω_e，T_e)获取步骤如下：

S100：获取发动机最小扭矩T_emin、最大扭矩T_emax和最大转速ω_emax，以发动机最小扭矩T_emin到最大扭矩T_emax为横轴、0到最大转速ω_emax为纵轴建立瞬时油耗区域；

S200：将瞬时油耗区域划分为P个子区域；

S300：获取各个子区域的瞬时油耗FC(ω_e，T_e)公式：

其中，i∈{0,1,2}，j∈{0,1,2}，L_i，j为各个子区域的油耗模型参数，ω_e为发动机转速，T_e为发动机扭矩,ω_e ⁱ表示ω_e的i次方，T_e ^j表示Te的j次方；

S400：基于S300中的公式计算输入的发动机扭矩T_e和发动机转速ω_e对应的瞬时油耗FC(ω_e，T_e)，并输出所得的瞬时油耗FC(ω_e，T_e)。

通过采用上述技术方案，将汽车瞬时油耗估算模型分成P个子区域，每个子区域的瞬时油耗估算与对应的油耗模型参数L_i，j相关，使得各个子区域估算的瞬时油耗能够更加贴近实测的瞬时油耗，减小瞬时油耗的误差，提高了汽车瞬时油耗的估算精度；另外，用汽车发动机的两个变量对汽车的瞬时油耗进行分段式估算，减小了单一变量对瞬时油耗估算存在的误差。

进一步的，所述L_i，j由如下步骤获得：

利用汽车总线获取各个子区域中的若干组(ω_e，T_e)的真实数据；

根据各个子区域中获取的若干组(ω_e，T_e)，基于最小二乘法计算各个子区域对应的油耗模型参数L_i，j。

通过采用上述技术方案，由各个子区域中的(ω_e，T_e)估计油耗模型参数L_i，j，使得该油耗模型参数L_i，j能够更加符合各个子区域的瞬时油耗估算，从而提高瞬时油耗估算的精度。

进一步的，步骤S200包括：

S210：设定发动机最小扭矩T_emin和最大扭矩T_emax之间的断点数为N，0到最大转速ω_emax之间的断点数为M；

S220：设发动机扭矩T_e不变，根据瞬时油耗估算公式计算不同转速ω_e的汽车消耗的瞬时油耗FC’(ω_e，T_e)；

S230：所述瞬时油耗FC’(ω_e，T_e)与汽车总线上所获取的对应实际油耗fc’(ω_e，T_e)比较后，得到差值E(ω_e)并与阈值E1比较；当差值E(ω_e)大于阈值E1时，判断对应的转速ω_e为断点，或者断点位于对应转速ω_e与前一转速断点ω_e之间，并同时记录对应的差值E(ω_e)；其中，不同发动机扭矩T_e的阈值E1不同，且阈值E1依据设定的断点数M确定；

S240：发动机扭矩T_e增加，重复步骤S230；

S250：选取每个T_e对应的记录的差值E(ω_e)中的最大值为E(ω_e)_max，将E(ω_e)_max与阈值E2进行比较；当E(ω_e)_max大于阈值E2时，判断对应的扭矩T_e为断点；其中，不同发动机转速ω_e的阈值E2不同；阈值E2依据设定的断点数N确定。

通过采用上述技术方案，可对子区域的断点进行判断，从而确定子区域的形状和范围：通过先限定其中的一个变量如汽车发动机扭矩T_e，在另一变量变化的情况下判断各瞬时油耗估算值和实际值之间的差值E(ω_e)，

该差值E(ω_e)与阈值E1进行比较，判断同一发动机扭矩T_e下的发动机转速ω_e的断点；后增加发动机扭矩T_e，重复确定下一发动机扭矩T_e的发动机转速ω_e的断点；最后，每一个T_e对应的记录的差值E(ω_e)与阈值

E2进行比较，判断发动机扭矩T_e的断点，从而达到了确定最小扭矩T_emin和最大扭矩T_emax之间的断点以及最大转速ω_emax之间的断点的目的。

进一步的，发动机转速ω_e和发动机扭矩T_e均等步长增加。

通过采用上述技术方案，取值较为简便且整个处理过程较为快速。

进一步的，所述瞬时油耗估算公式通过如下步骤获得:

S221：基于汽车总线获取瞬时油耗区域内的若干组(ω_e，T_e)的真实数据；

S222：基于最小二乘法，计算瞬时油耗区域内的油耗参数

S223：根据上述油耗参数获得瞬时油耗估算公式：

其中，i∈{0,1,2}，j∈{0,1,2},ω_e ⁱ表示ω_e的i次方，T_e ^j表示T_e的j次方。

进一步的，所述M取4-7，N取5-10。

通过采用上述技术方案，由于子区域的断点数量应当适中，取值太小会降低瞬时油耗估算的精度，取值太大会影响处理器的处理速度且精度不会相差太大，所以选择了M为4-7，N为5-10。

进一步的，基于步骤S230和步骤S240，所述阈值E1由以下步骤获得：

S231：获取同一发动机扭矩T_e下的所有差值E(ω_e)；

S232：在M个最大差值E(ω_e)中选择最小的一个值，该最小值为阈值E1。

进一步的，基于步骤S240和步骤S250，所述阈值E2由以下步骤获得：

S241：获取同一发动机转速T_e下的记录下来的所有差值E(ω_e)，并得到最大值E(ω_e)_max；

S242：选择N个最大值E(ω_e)_max中的最小值，该最小值为阈值E2。

进一步的，驾驶员感觉参数S由如下公式获得：

其中，X表示车速，k表示时刻，K表示最终时刻，A为偏向系数，且A∈(0，1)。

通过采用上述技术方案，根据前一时刻和后一时刻的车速差值，以及偏向系数的取值，获得驾驶员感觉参数S的最优值。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、综合考虑汽车瞬时油耗FC(ω_e，T_e)、行驶时间T和驾驶员感觉参数S，可根据较少的油耗估算出驾驶员的最佳行驶速度，同时也兼顾了驾驶员的开车感受；

2、通过对瞬时油耗区域划分子区域，使得每个子区域中的瞬时油耗估算模型能够更加靠近真实的瞬时油耗数据，减小瞬时油耗估算的误差，提高汽车瞬时油耗估算的精度；

3、子区域的断点数量的选取数量可使瞬时油耗估算较为精确，同时也能够使处理器的处理速度较快。

附图说明

图1为本发明最优速度估算方法的流程图；

图2为本发明分段式油耗估计方法的流程图；

图3为本发明划分子区域的流程图；

图4为子区域判断断点的流程示意图；

图5为子区域划分示意图；

图6为瞬时油耗估算与实际油耗对比图；

图7为累计估算油耗和累计实际油耗对比图；

图8为最优速度估算曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

根据安装在汽车上的传感设备，可通过总线获得汽车发动机的最大扭矩、最小扭矩、最大转速和在不同的扭矩和转速的下的实际油耗值。

本发明的目的在于提供一种汽车行驶最优速度估算方法，参照图1，包括如下步骤：

基于汽车发动机转速ω_e和扭矩T_e估算瞬时油耗FC(ω_e，T_e)；

基于汽车行驶过程中前后时刻的车速获取驾驶员感觉参数S；

根据瞬时油耗FC(ω_e，T_e)、行驶时间T和驾驶员感觉参数S建立目标函数J＝Q1×FC+Q2×T+Q3×S，其中，Q1、Q2和Q3分别表示瞬时油耗FC(ω_e，T_e)、行驶时间T和驾驶员感觉参数S的参考系数；

基于上述的目标函数J获取最优行驶速度Vo，并输出所述最优行驶速度Vo。

其中，参照图2，上述瞬时油耗FC(ω_e，T_e)获取步骤如下：

S100：获取发动机最小扭矩T_emin、最大扭矩T_emax和最大转速ω_emax，以发动机最小扭矩T_emin到最大扭矩T_emax为横轴、0到最大转速ω_emax为纵轴建立瞬时油耗区域；

S200：将瞬时油耗区域划分为P个子区域；

S300：获取各个子区域的瞬时油耗FC公式：

其中，i∈{0,1,2}，j∈{0,1,2}，L_i，j为各个子区域的油耗模型参数，ω_e为发动机转速，T_e为发动机扭矩,ω_e ⁱ表示ω_e的i次方，T_e ^j表示T_e的j次方；

S400：基于S300中的公式计算输入的发动机扭矩T_e和发动机转速ω_e对应的瞬时油耗FC(ω_e，T_e)，并输出所得的瞬时油耗FC(ω_e，T_e)。

基于步骤S100，由于不同的汽车发动机的扭矩T_e和转速ω_e参数不同，针对不同的汽车，需要获取汽车上相应的发动机最小扭矩T_emin、最大扭矩T_emax和最大转速ω_emax，使得汽车瞬时油耗估算能够依据其本身的发动机参数更加精确。获取汽车发动机的上述参数后，建立瞬时油耗区域，本实施例中，该瞬时油耗区域呈长方形。

基于步骤S200，在划分子区域时，需要找到各个子区域的断点，从而进一步确定各子区域的范围，本实施例中，参照图3，可主要由以下步骤实现：

S210：设定发动机最小扭矩T_emin和最大扭矩T_emax之间的断点数为N，0到最大转速ω_emax之间的断点数为M；M和N的取值适中，既不影响瞬时油耗估算的精度，同时也可使处理器处理的速度较快；本实施中M可以取4-7，N可以取5-10；

S220：设发动机扭矩T_e不变，根据瞬时油耗估算公式计算不同转速ω_e的汽车消耗的瞬时油耗FC’(ω_e，T_e)；由于M的取值一般会比N的取值小，先将发动机扭矩T_e作为定量，计算不同转速ω_e下的瞬时油耗FC’(ωe，Te)；

S230：所述瞬时油耗FC’(ω_e，T_e)与汽车总线上获取的对应实际油耗fc’(ω_e，T_e)比较后，得到差值E(ω_e)与阈值E1进行比较；当差值E(ω_e)大于阈值E1时，判断对应的转速ω_e为断点，或者断点位于对应转速ω_e与前一转速断点ω_e之间，并同时记录对应的E(ω_e)；其中，不同发动机扭矩T_e的阈值E1不同，且阈值E1依据设定的断点数M确定；阈值E1可由以下步骤获得：

S231：获取同一发动机扭矩T_e下的所有差值E(ω_e)；

S232：在M个最大差值E(ω_e)中选择最小的一个值，该最小值为阈值E1。

S240：发动机扭矩T_e增加，重复步骤S230；

S250：选取每个Te对应的记录的差值E(ω_e)中的最大值为E(ω_e)_max，将差值E(ω_e)_max与阈值E2进行比较；当E(ω_e)_max大于阈值E2时，判断对应的扭矩T_e为断点；其中，不同发动机转速ω_e的阈值E2不同；阈值E2依据设定的断点数N确定；阈值E2由以下步骤获得：

S241：获取同一发动机转速T_e下的记录下来的所有差值E(ω_e)，并得到最大值E(ω_e)_max；

S242：选择N个最大值E(ω_e)_max中的最小值，该最小值为阈值E2。需要说明的是，发动机转速ω_e和发动机扭矩T_e均等步长增加，可提高断点判断的速率。

基于步骤S220，瞬时油耗估算公式通过如下步骤获得:

S221：基于汽车总线获取瞬时油耗区域内的若干组(ω_e，T_e)的真实数据；

S222：基于最小二乘法，计算瞬时油耗区域内的油耗参数其中，fc(ω_e，T_e)是实际测量的油耗。

S223：基于油耗参数获得瞬时油耗估算公式 其中，i∈{0,1,2}，j∈{0,1,2},ω_e ⁱ表示ω_e的i次方，T_e ^j表示T_e的j次方。

对于断点的选取，举例说明，参照图4，选取T_e1为汽车发动机初始扭矩，转速ω_e1为汽车发动机的初始转速，先判断T_e1是否在发动机最大扭矩T_emax和最小扭矩T_emin之间。若T_e1不在发动机最大扭矩T_emax和最小扭矩T_emin之间，则直接结束程序的运行；否则，接着判断转速ω_e1是否小于0，防止程序溢出。当ω_e1小于0时，则直接结束程序的运行；否则，判断ω_e1是否大于ω_emax。当ω_e1小于ω_emax时，根据公式计算汽车消耗的瞬时油耗，后计算瞬时油耗FC’(ω_e，T_e)和实际油耗fc’(ω_e，T_e)之间的差值E(ω_e)，并判断该差值E(ω_e)与阈值E1的大小。

比如在同一扭矩T_e值下，不同转速ω_e的差值E(ω_e)为1、3.5、8、0.5、5、…、25、37.8、,55.1、42.9、40.6，将这些差值E(ω_e)从大到小排序后，在设定的前M个值内，若是有两个差值E(ω_e)之间的差值相差较大，则直接判断较大的差值E(ω_e)为阈值E1。

当差值E(ω_e)大于阈值E1时，则输出相应的ω_e作为断点，同时记录对应的差值E(ω_e)；然后转速ω_e1以步长100增加，重新循环上述操作。并且，在对应的T_e中对于记录下来的差值E(ω_e)选择最大的值为E(ω_e)_max,并判断E(ω_e)_max是否大于阈值E2。若E(ω_e)_max大于阈值E2，则输出对应的T_e1作为断点，之后扭矩T_e1以步长1增加，重新判断下一转速ω_e1和扭矩T_e1的断点；否则扭矩T_e1以步长1增加，重新判断转速ω_e1和扭矩T_e1的断点。

当ω_e1大于ω_emax时，直接判断对应的T_e1中，对于记录下来的差值E(ω_e)选择最大的值为E(ω_e)_max,并判断E(ω_e)_max是否大于阈值E2。若E(ω_e)_max是否大于阈值E2，则输出对应的T_e1作为断点，之后扭矩T_e1以步长1增加，重新判断下一转速ω_e1和扭矩T_e1的断点；否则扭矩T_e1以步长1增加，重新判断转速ω_e1和扭矩T_e1的断点。

根据输出的转速ω_e1和扭矩T_e1可得到各子区域，各子区域的简单示意图可参照图5。需要说明的是，转速ω_e1的单位为rpm，扭矩T_e1的单位为n*m。

参照图6，为瞬时油耗估算值和瞬时油耗实际值的图形对比图，其估算误差较小，精度较高。图7显示了累计油耗估算值和累计油耗实际值，其累计误差也是相对较小的，精度高。

另外，驾驶员感觉参数S由如下公式获得：

其中，X表示车速，k表示时刻，K表示最终时刻，A为偏向系数，且A∈(0，1)。由于每个人对加速和减速的感觉会有所不同，当A的取值小于0.5时，表示避免减速更多，也就是驾驶员相比于减速，更加适应于加速。并且，减速和加速的感觉一般来自于前一时刻和这一时刻的速度差值。

另外，在一段旅途当中，行程距离一般是一定的，所以汽车车速与行驶时间T具有一定的函数关系。综上，汽车瞬时油耗FC(ω_e，T_e)与发动机转速ω_e、扭矩T_e相关，且汽车车速＝转速ω_e×档位×车轮周长，所以汽车油耗FC(ω_e，T_e)最终为与车速相关的函数；当驾驶员的行程一定时，汽车车速与行驶时间T成反比；同样的，驾驶员感觉参数S的获得基于汽车行驶过程中前后时刻的车速，即驾驶员感觉参数S同样与车速相关，所以目标函数J是关于车速的函数，可在减少油耗的前提下获取最优的车速。

参照图8，此时取Q1＝Q2＝Q3＝1，A＝4，1表示在单个变量如瞬时功率来估算瞬时油耗时的最优速度曲线，2表示利用上述方式估算瞬时油耗时的最优速度曲线，3表示前方有障碍车辆的车速，4表示道路的限速。相比于曲线1和曲线2，曲线2中体现的最优速度更加贴合于实际路况，并且能够在较高的车速推荐下，节省油耗。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种汽车行驶最优速度估算方法，其特征在于，包括如下步骤：

基于汽车发动机转速ω_e和扭矩T_e估算瞬时油耗FC(ω_e，T_e)；

基于汽车行驶过程中前后时刻的车速获取驾驶员感觉参数S；

根据瞬时油耗FC(ω_e，T_e)、行驶时间T和驾驶员感觉参数S建立目标函数J＝Q1×FC+Q2×T+Q3×S，其中，Q1、Q2和Q3分别表示瞬时油耗FC(ω_e，T_e)、行驶时间T和驾驶员感觉参数S的参考系数；

基于上述的目标函数J获取最优行驶速度Vo，并输出所述最优行驶速度Vo。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述瞬时油耗FC(ωe，Te)获取步骤如下：

S100：获取发动机最小扭矩T_emin、最大扭矩T_emax和最大转速ω_emax，以发动机最小扭矩T_emin到最大扭矩T_emax为横轴、0到最大转速ω_emax为纵轴建立瞬时油耗区域；

S200：将瞬时油耗区域划分为P个子区域；

S300：获取各个子区域的瞬时油耗FC(ω_e，T_e)公式：

其中，i∈{0，1，2}，j∈{0，1，2}，L_i，j为各个子区域的油耗模型参数，ω_e为发动机转速，T_e为发动机扭矩,ω_e ⁱ表示ω_e的i次方，T_e ^j表示T_e的j次方；

S400：基于S300中的公式计算输入的发动机扭矩T_e和发动机转速ω_e对应的瞬时油耗FC(ω_e，T_e)，并输出所得的瞬时油耗FC(ω_e，T_e)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述L_i，j由如下步骤获得：

利用汽车总线获取各个子区域中的若干组(ω_e，T_e)的真实数据；

根据各个子区域中获取的若干组(ω_e，T_e)，基于最小二乘法计算各个子区域对应的油耗模型参数L_i，j。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S200包括：

S210：设定发动机最小扭矩T_emin和最大扭矩T_emax之间的断点数为N，0到最大转速ω_emax之间的断点数为M；

S220：设发动机扭矩T_e不变，根据瞬时油耗估算公式计算不同转速ω_e的汽车消耗的瞬时油耗FC’(ω_e，T_e)；

S230：所述瞬时油耗FC’(ω_e，T_e)与汽车总线上所获取的对应实际油耗fc’(ω_e，T_e)比较后，得到差值E(ω_e)与阈值E1进行比较；当差值E(ω_e)大于阈值E1时，判断对应的转速ω_e为断点，或者断点位于对应转速ω_e与前一转速断点ω_e之间，并同时记录对应的E(ω_e)；其中，不同发动机扭矩T_e的阈值E1不同，且阈值E1依据设定的断点数M确定；

S240：发动机扭矩T_e增加，重复步骤S230；

S250：选取每个T_e对应的记录的差值E(ω_e)中的最大值为E(ω_e)_max，将差值E(ω_e)_max与阈值E2进行比较；当E(ω_e)_max大于阈值E2时，判断对应的扭矩T_e为断点；其中，不同发动机转速ω_e的阈值E2不同；阈值E2依据设定的断点数N确定。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，发动机转速ω_e和发动机扭矩T_e均等步长增加。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述瞬时油耗估算公式通过如下步骤获得:

S221：基于汽车总线获取瞬时油耗区域内的若干组(ω_e，T_e)的真实数据；

S222：基于最小二乘法，计算瞬时油耗区域内的油耗参数

S223：根据上述油耗参数获得瞬时油耗估算公式：

其中，i∈{0，1，2}，j∈{0，1，2}，ω_e ⁱ表示ω_e的i次方，T_e ^j表示T_e的j次方。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述M取4-7，N取5-10。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，基于步骤S230和步骤S240，所述阈值E1由以下步骤获得：

S231：获取同一发动机扭矩T_e下的所有差值E(ω_e)；

S232：在M个最大差值E(ω_e)中选择最小的一个值，该最小值为阈值E1。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，基于步骤S240和步骤S250，所述阈值E2由以下步骤获得：

S241：获取同一发动机转速T_e下的记录下来的所有差值E(ω_e)，并得到最大值E(ω_e)_max；

S242：选择N个最大值E(ω_e)_max中的最小值，该最小值为阈值E2。

10.根据权利要求1或9所述的方法，其特征在于，驾驶员感觉参数S由如下公式获得：

其中，X表示车速，k表示时刻，K表示最终时刻，A为偏向系数，且A∈(0，1)。