CN109849666A - 一种具有自适应功能的车载辅助驾驶提示装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于车载自诊断系统OBD的具有自适应功能的车载辅助驾驶提示装置及方法，车载OBD采集包括档位、汽车行驶速度、汽车行驶加速度、油门开度和瞬时油耗在内的车况数据，通讯模块接收车况数据并将车况数据存于存储单元中；存储单元接收车况数据后将车况数据标记为新数据，运算模块接收车况数据样本组，识别并更新发动机油耗方程，根据当前发动机油耗方程和车况数据计算出最佳档位和最佳油门开度，结合提示规则生成提示信号传输至显示装置；本发明在使用前无需输入车辆的发动机参数，能够在汽车发动机型号未知的情况下进行最佳经济性驾驶档位和油门开度的判别，可以迅速调整提示规则，从而保证提示规则的正确性。
Description
技术领域
本发明一种属于汽车经济性辅助驾驶技术领域，特别涉及一种基于车载自诊断系统OBD（On-Board Diagnostic）基础上的具有自适应功能的车载辅助驾驶提示装置及辅助驾驶方法。
背景技术
车载自诊断系统OBD是一种汽车故障诊断装置，该装置通过连接汽车ECU可以读取到包括发动机转速、油门开度、瞬时燃油消耗率等在内的车况数据。车载换挡提示装置可以通过接收OBD内的实时车况数据，计算确定出最优的驾驶档位和油门开度，并为驾驶员提供合理的驾驶建议，从而达到经济性驾车的目的。
中国专利公开号为CN104175875B的文献中提出了一种基于车载自诊断系统OBD的换挡提示装置，该装置通过采集OBD数据计算并修正三种行车模式下的最佳换挡点，但该装置仅能在临界换挡工况下给出换挡建议，即当驾驶档位高度不合理时提出换挡建议，提示精确度较低。此外，手动挡汽车的档位通常较少，因此档位间的传动比离散程度相对较高，这就导致仅仅换挡操作对于燃油经济性的控制无法达到精细的程度。
中国专利公开号为CN2053588的文献中提出了一种最佳换挡提示器，该换挡提示器通过发动机台架实验数据制定最优换挡规律。这种换挡规律高度依赖于实验数据的准确性，并且随着汽车的使用、老化和维修，其最优的换挡规律也会改变，因此该换挡提示器对于汽车状态的适应性较差，当汽车经过一段时间的使用后，该换挡提示器就无法提供最优驾驶建议。同时由于该换挡提示器在使用前需要提供发动机的实验数据，因此对于每一辆不同的汽车，都需要单独制定计算程序，通用性受到限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有自适应功能的车载辅助驾驶提示装置及其辅助驾驶提示方法，能够为驾驶员提供实时最佳经济性驾驶档位和油门开度，且可以通过车况数据对发动机油耗方程进行自适应更新，从而适应在长时间使用后由汽车老化、维修引起的油耗特性变化。
本发明所述的一种具有自适应功能的车载辅助驾驶提示装置采用的技术方案是：其由车载OBD、通讯模块、运算模块、存储单元和显示装置组成，车载OBD的输出端分别连接通讯模块和运算模块的输入端，通讯模块的输出端分别连接存储单元和显示装置的输入端，运算模块的输出端分别连接通讯模块和存储单元的输入端，存储单元的输出端连接运算模块的输入端；车载OBD从车辆系统中采集包括档位、汽车行驶速度、汽车行驶加速度、油门开度和瞬时油耗在内的车况数据，将车况数据传至通讯模块和运算模块，并存于存储单元中；存储单元将存入的车况数据标记为新数据，生成车况数据样本组并传送至运算模块；运算模块利用车况数据样本组拟合得到当前的汽车发动机油耗方程，结合原有发动机油耗方程更新模型参数，并将模型参数存于存储单元中；运算模块根据当前发动机油耗方程和车况数据计算出当前汽车行驶的最佳档位和油门开度，并将当前档位和油门开度与最佳档位和油门开度进行比较，根据提示规则生成提示信号，将提示信号通过通讯模块传输至显示装置。
所述的一种具有自适应功能的车载辅助驾驶提示方法采用的技术方案是包括以下步骤：
步骤1：车载OBD采集包括档位、汽车行驶速度、汽车行驶加速度、油门开度和瞬时油耗在内的车况数据，通讯模块接收车况数据并将车况数据存于存储单元中；
步骤2：存储单元接收车况数据后将车况数据标记为新数据，判断当前新数据数量是否达到设定数量N，当新数据总数大于N时，使用所有新数据生成车况数据样本组，进入步骤3，当新数据总数不足N时，进入步骤4；
步骤3：运算模块接收车况数据样本组，识别并更新发动机油耗方程，将更新后的发动机油耗方程的模型参数存入存储单元中；
步骤4：运算模块根据当前发动机油耗方程和车况数据计算出最佳档位和最佳油门开度，结合提示规则生成提示信号传输至显示装置，显示装置显示提示信号。
本发明采用上述技术方案后具有以下优点：
（1）通用性。通过智能优化算法，结合汽车车况数据制定最优档位和油门规律，在使用前无需输入车辆的发动机参数，能够在汽车发动机型号未知的情况下进行最佳经济性驾驶档位和油门开度的判别，因此不同种类车辆均可以使用。
（2）抗干扰性好。本发明基于系统模型制定提示规则，同时通过智能算法对系统模型参数进行自适应更新，通过识别和更新发动机油耗方程，使得计算得到的最优驾驶档位和油门开度具有自适应优化的特性。在汽车使用过程，当汽车老化、维修等原因造成系统参数变化时，本发明通过自适应更新，可以迅速调整提示规则，从而保证提示规则的正确性。
（3）提示精确度高。本发明不仅可以对不良经济性档位进行换挡提示，同时也可以为驾驶员提供油门加减建议，可以为纠正新手驾驶员的不良驾驶习惯提供帮助。
附图说明
图1本发明所述的一种具有自适应功能的车载辅助驾驶提示装置的结构框图；
图2为图1所示装置的辅助驾驶提示方法流程图；
图中：1-车载OBD，2-通讯模块，3-运算模块，4-存储单元，5-显示装置。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的一种具有自适应功能的车载辅助驾驶提示装置由车载OBD1、通讯模块2、运算模块3、存储单元4和显示装置5组成。通讯模块2包括车载OBD1与单片机的通讯装置、单片机与显示装置5的通讯装置；其中车载OBD1与单片机的通讯装置采用ELM327芯片，单片机与显示装置5的通讯装置采用有线通讯方式。运算模块3使用stm32开发板。车载OBD1的输出端分别连接通讯模块2和运算模块3的输入端，通讯模块2的输出端分别连接存储单元4和显示装置5的输入端，运算模块3的输出端分别连接通讯模块2和存储单元4的输入端，存储单元4的输出端连接运算模块3的输入端。
车载OBD1从车辆系统中采集包括档位、汽车行驶速度、汽车行驶加速度、油门开度和瞬时油耗在内的车况数据D，并将车况数据D传至通讯模块2和运算模块3，并同时存于存储单元4中，存储单元4将存入的车况数据D标记为新数据。存储单元4在接收到N个新数据后，使用所有新数据生成车况数据样本组S并传送至运算模块3，并将所有新数据标记为旧数据。运算模块3利用存储单元4内传送来的车况数据样本组S拟合得到当前的汽车发动机油耗方程，并结合原有发动机油耗方程更新模型参数P，并同时将模型参数P存于存储单元4中。运算模块3根据当前发动机油耗方程和车况数据D，计算出当前汽车行驶的最佳档位和油门开度，并将当前档位和油门开度与最佳档位和油门开度进行比较，根据提示规则生成提示信号W，最终将提示信号W通过通讯模块2传输至显示装置5。显示装置5根据提示信号W，以视频、音频等方式为驾驶员提供驾驶建议。
再结合图2所示，本发明所述的一种具有自适应功能的车载辅助驾驶提示装置的辅助驾驶提示方法具体采用如下步骤：
步骤1：在运算模块3内设定初始系统参数。
步骤2：采用车载OBD1采集包括档位、汽车行驶速度、汽车行驶加速度、油门开度和瞬时油耗在内的车况数据D。
步骤3：通讯模块2接收车况数据D并将车况数据D存于存储单元4中。
步骤4：存储单元4接收车况数据D后将车况数据D标记为新数据。
步骤5：存储单元4判断当前新数据数量是否达到设定数量N，当新数据总数大于N时，使用所有新数据生成车况数据样本组S，进入步骤6；当新数据总数不足N时，跳过步骤6、7、8，进入步骤9。
步骤6：运算模块3接收所有新数据，利用存储单元4内传送来的车况数据样本组S，采用BSO智能优化算法识别并更新发动机油耗方程，该步骤包含以下过程：
S601：运算模块3调用存储单元4中的车况数据样本组S，利用函数逼近得到一个近似实际发动机系统的非线性方程，发动机油耗方程可以表示为：
，
其中，be为瞬时燃油消耗率；为汽车行驶加速度；为汽车行驶速度；为油门开度；为当前汽车档位。
S602：运算模块3根据接收到n个车况数据D，依据评价函数对n个车况数据D进行排序。
S603：将n个车况数据D分成m类（m<n），在每一类中寻找发动机油耗方程的模型参数的最优解。
S604：提取各类中的最优解对应的车况数据D，再次依据评价函数进行排序。
S605：重复步骤S603和步骤S604，直至找出发动机油耗方程参数的全局最优解，即当前汽车发动机油耗方程的阶段性模型参数。
步骤7：运算模块3读取由原有模型参数确定的发动机油耗方程和由阶段性模型参数确定的发动机油耗方程， 根据当前发动机油耗方程的拟合置信度，将发动机油耗方程进行加权更新为：
其中为拟合置信因子，是一个0到1之间的常数。
将更新后的发动机油耗方程的模型参数P存入存储单元4中。
步骤8：将存储单元4内所有新数据标记为旧数据。
步骤9：运算模块3根据当前发动机油耗方程和实时车况数据计算出最佳档位和最佳油门开度；汽车行驶的最佳档位的计算具体包含以下步骤：
S901：运算模块3根据更新后的发动机油耗方程，代入当前汽车行驶速度和汽车行驶加速度，分别计算当前档位(i档)、当前档位后一档位(i+1挡)以及当前档位前一档位(i-1挡)下的最低瞬时油耗、和；
S902：比较三个最低瞬时油耗、和，得到最低瞬时油耗的最小值，该最小值对应的档位即为最佳档位。
汽车行驶的最佳油门开度的计算具体包含以下步骤：
S903：在最佳档位下，根据当前的汽车行驶速度和汽车行驶加速度，以及前一时刻的汽车行驶速度和汽车行驶加速度，计算油耗变化因数，其计算公式为：
，
其中，为采样时间间隔。
S904：判断汽车油耗趋势。当油耗变化因数，表明当前驾驶行为趋于良好的经济性驾驶，因此将当前油门开度设置为最佳油门开度；当油耗变化因数，表明当前驾驶行为趋于较差的经济性驾驶，此时需对最佳油门开度进行调整，进入步骤S905。
S905：更新最佳油门开度，分别计算提高油门开度至 后的油耗变化因数和降低油门开度至 后的油耗变化因数，并作如下判断：
当且，此时将设置为最佳油门开度；
当且，此时将设置为最佳油门开度；
当且，此时作进一步判断，若，则将设置为最优油门开度，若，则将设置为最佳油门开度；
当且，则表明通过调节油门开度无法提高经济性，此时将当前油门开度设置为最佳油门开度；
其中，是单位步进量，是一个0到1之间的常数。
步骤10：运算模块3结合提示规则生成提示信号W传输至显示装置5；提示规则包括以下内容：
S1001：为防止换挡提示过于频繁，当i 且，且T秒内未提示换挡时，提示驾驶员换挡（当时，提示升档；当时，提示降档。），其中k为0到1的频率系数，T为最小提示间隔，最小提示间隔T为给出两次提示信号W之间的最小时间间隔，该间隔值由驾驶员自行设置；是当前档位(i档)的最低瞬时油耗，beopt是发动机最佳油耗；
S1002：当i 时，对比当前油门开度和最佳油门开度，当时，提示驾驶员慢减油门；当时，提示驾驶员慢加油门。
步骤11：显示装置5显示提示信号W，为驾驶员提供驾驶建议，同时返回步骤2。
以上所述对本发明进行了简单说明，并不受上述工作范围限值，只要采取本发明思路和工作方法进行简单修改运用到其他设备，或在不改变本发明主要构思原理下做出改进和润饰等行为，均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种具有自适应功能的车载辅助驾驶提示装置，其特征是：其由车载OBD、通讯模块、运算模块、存储单元和显示装置组成，车载OBD的输出端分别连接通讯模块和运算模块的输入端，通讯模块的输出端分别连接存储单元和显示装置的输入端，运算模块的输出端分别连接通讯模块和存储单元的输入端，存储单元的输出端连接运算模块的输入端；车载OBD从车辆系统中采集包括档位、汽车行驶速度、汽车行驶加速度、油门开度和瞬时油耗在内的车况数据，将车况数据传至通讯模块和运算模块，并存于存储单元中；存储单元将存入的车况数据标记为新数据，生成车况数据样本组并传送至运算模块；运算模块利用车况数据样本组拟合得到当前的汽车发动机油耗方程，结合原有发动机油耗方程更新模型参数，并将模型参数存于存储单元中；运算模块根据当前发动机油耗方程和车况数据计算出当前汽车行驶的最佳档位和油门开度，并将当前档位和油门开度与最佳档位和油门开度进行比较，根据提示规则生成提示信号，将提示信号通过通讯模块传输至显示装置。
2.一种具有自适应功能的车载辅助驾驶提示方法，其特征是包括以下步骤：
步骤1：车载OBD采集包括档位、汽车行驶速度、汽车行驶加速度、油门开度和瞬时油耗在内的车况数据，通讯模块接收车况数据并将车况数据存于存储单元中；
步骤2：存储单元接收车况数据后将车况数据标记为新数据，判断当前新数据数量是否达到设定数量N，当新数据总数大于N时，使用所有新数据生成车况数据样本组，进入步骤3，当新数据总数不足N时，进入步骤4；
步骤3：运算模块接收车况数据样本组，识别并更新发动机油耗方程，将更新后的发动机油耗方程的模型参数存入存储单元中；
步骤4：运算模块根据当前发动机油耗方程和车况数据计算出最佳档位和最佳油门开度，结合提示规则生成提示信号传输至显示装置，显示装置显示提示信号。
3.根据权利要求2所述的一种具有自适应功能的车载辅助驾驶提示方法，其特征是：步骤3中，运算模块识别并更新发动机油耗方程的步骤包含有：
步骤A1：调用存储单元中的车况数据样本组，利用函数逼近得到一个近似实际发动机系统的非线性方程：， be为瞬时燃油消耗率，为汽车行驶加速度，为汽车行驶速度，为油门开度，为当前汽车档位；
步骤B1：根据接收到的n个车况数据，依据评价函数对n个车况数据D进行排序；
步骤C1：将n个车况数据D分成m类；m<n，在每一类中寻找发动机油耗方程的模型参数的最优解；
步骤D1：提取各类中的最优解对应的车况数据，再次依据评价函数进行排序；
步骤E1：重复步骤C1和步骤D1，直至找出发动机油耗方程参数的全局最优解，即当前汽车发动机油耗方程的阶段性模型参数；
步骤F1：根据原有模型参数确定的发动机油耗方程和由阶段性模型参数确定的发动机油耗方程，将发动机油耗方程进行加权更新为：
，为拟合置信因子，是一个0到1之间的常数。
4.根据权利要求3所述的一种具有自适应功能的车载辅助驾驶提示方法，其特征是：步骤4中，所述的最佳档位的计算包含以下步骤：
步骤A2：运算模块根据更新后的发动机油耗方程，代入当前汽车行驶速度和汽车行驶加速度，分别计算当前档位、当前档位后一档位以及当前档位前一档位下的最低瞬时油耗、和；
步骤B2：比较三个最低瞬时油耗、和，得到最低瞬时油耗的最小值，该最小值对应的档位即为最佳档位。
5.根据权利要求4所述的一种具有自适应功能的车载辅助驾驶提示方法，其特征是：步骤4中，所述的最佳油门开度的计算包含以下步骤：
步骤A3：在最佳档位下，根据当前的汽车行驶速度和汽车行驶加速度以及前一时刻的汽车行驶速度和汽车行驶加速度，计算出油耗变化因数，为采样时间间隔；
步骤B3：当油耗变化因数，表明当前驾驶行为趋于良好的经济性驾驶，将当前油门开度设置为最佳油门开度；当油耗变化因数，表明当前驾驶行为趋于较差的经济性驾驶，对最佳油门开度进行调整，进入步骤C3；
步骤C3：更新最佳油门开度，分别计算提高油门开度至 后的油耗变化因数和降低油门开度至 后的油耗变化因数，是单位步进量，并判断：
当且，此时将设置为最佳油门开度；
当且，此时将设置为最佳油门开度；
当且，此时作进一步判断，若，则将设置为最优油门开度，若，则将设置为最佳油门开度；
当且，则表明通过调节油门开度无法提高经济性，此时将当前油门开度设置为最佳油门开度。
6.根据权利要求5所述的一种具有自适应功能的车载辅助驾驶提示方法，其特征是：步骤4中，所述的提示规则包括：当i 且，且T秒内未提示换挡时，提示驾驶员换挡，当时，提示升档，当时，提示降档；当i 时，对比当前油门开度和最佳油门开度，当时，提示慢减油门；当时，提示慢加油门；k为0到1的频率系数，T为最小提示间隔，是当前档位的最低瞬时油耗，beopt是发动机最佳油耗。
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