CN110395268B - 一种基于前方道路信息的卡车经济驾驶提醒系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于前方道路信息的卡车经济驾驶提醒系统，包括依次相连的T‑BOX模块、语音提示模块和大屏显示模块，所述T‑BOX模块为集成模块，所述T‑BOX模块包括GPS/BD模块、载重识别模块、ADASIS模块、动力学模型模块、发动机特性模块、换挡特性模块和节油算法模块，所述GPS/BD模块、载重识别模块、ADASIS模块、动力学模型模块、发动机特性模块和换挡特性模块均与节油算法模块相连。本发明实现了更为精准的商用车节油算法逻辑，能够做出最佳挡位和最佳车速判断，使车辆能够顺利通过前方路段的同时，提高了整条驾驶路段的车辆燃油经济性和驾驶体验的同时也降低了司机的驾驶疲劳度。

Description

一种基于前方道路信息的卡车经济驾驶提醒系统
技术领域
本发明属于安全驾驶技术研究领域，涉及一种基于前方道路信息的卡车经济驾驶提醒系统。
背景技术
目前在国内市场上已售和在售卡车的手动挡(MT)车型占比相对较大，在手动挡卡车上还没有成熟的换挡、车速提醒功能，驾驶手动挡卡车，经常会出现低挡位大踩油门而造成油门开度大的驾驶情况，由于低挡位传动比系数大，造成的燃油经济浪费相当可观。尤其是新手在驾驶过程中，由于处理不好挡位和车速的关系，又不会观察发动机转速及仪表上的瞬时油耗，常常造成燃油浪费。例如，在低挡位的时候深踩油门加速，有时候发动机转速过高，这样做自然是浪费燃油。对于有一定驾龄的老司机，由于长年累月的驾驶经验使他们能够通过听发动机的嗡鸣声，或是通过相应的挡位和观察前方坡道路况、驾驶速度仪表来判断换挡和合适车速，但人的精力毕竟有限，不能时刻准确的去判断踩油门时发动机的声音，并且经常的需要去查看仪表信息也会增添司机的疲劳，降低驾驶体验。为此需要适时的换挡和车速提醒来降低燃油消耗，现有技术至今没有基于预见性来做节油算法的，目前最新技术只是根据油门开度带来的车速的改变通过换挡曲线来判断最佳换挡时机的车速并进行语音播报提醒驾驶司机变更挡位，只是解决了换挡时机的问题，降低了换挡期间的燃油消耗量。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于前方道路信息的卡车经济驾驶提醒系统，该装置应用于手动挡车辆上，在综合考虑前方道路参数变化、当前载重、车辆动力学模型，结合发动机外特性、换挡特性、滑行特性的最优燃油逻辑算法形成“最佳挡位、最佳车速”并对驾驶员进行提醒的系统。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种基于前方道路信息的卡车经济驾驶提醒系统，包括依次相连的T-BOX模块、语音提示模块和大屏显示模块。
所述T-BOX模块为集成模块，用于集成预见性节油算法以及车辆实时载重算法。所述T-BOX模块包括GPS/BD模块、载重识别模块、ADASIS模块、动力学模型模块、发动机特性模块、换挡特性模块和节油算法模块。GPS/BD模块、载重识别模块、ADASIS模块、动力学模型模块、发动机特性模块和换挡特性模块均与节油算法模块相连。
所述载重识别模块用于识别车辆的模型和载重数据。
内置的ADASIS模块地图提供准确的前方道路坡度数据，ADASIS模块车载终端中集成地图路网的道路数据覆盖了国内绝大多数的高速公路，以及国道和省道。通过结合车辆前方道路地图坡道坡度值为输入变量，根据终端内部集成的车辆实时载重识别算法，计算出当前车辆质量值m；结合道路坡度值和当前载重经计算得出前方道路车辆行驶最佳挡位N和最佳车速V。
所述语音提示模块及大屏显示模块为10寸显示屏集成导航语音播报功能APP组成，适配UI开发设计实现人机友好交互，大屏端以语音播报和文字显示形式提示给驾驶员经T-BOX模块计算得出的前方道路车辆行驶的最佳挡位N和最佳车速V。
发动机特性模块根据柴油机各种转速下的负荷特性曲线，用作图法可以得到速度特性。最后的速度特性修改为万有特性。
动力学模型模块采用万有特性曲线来确定燃油消耗率，将各个档位的万有特性曲线转换成了各个档位下车速(由各个档位的合理转速区间确定)所对应的燃油消耗率与车速曲线，根据汽车动力经济学知识绘制发动机各挡位燃油消耗量与车速对应曲线图，从而得出发动机在每一挡位下的最经济工况车速范围。
动力学模型模块将各挡位不同转速的负荷特性转换以车速Ua为横坐标、燃油消耗量Qs为纵坐标，将各个档位万有特性曲线转换成了各个档位下车速(由各个档位的合理转速区间确定)所对应的燃油经济性曲线，得到发动机各挡位燃油消耗量与车速对应曲线图。
根据T-BOX内置ADASIS地图获取的前方道路坡度信息以及内置载重算法计算的车辆载重通过T-BOX内集成的节油算法求出适应前方道路情况的最佳挡位和最佳车速，若求得的最佳车速不属于当前挡位的最小经济工况速度范围，则需要进行相应的判断进行升降挡。
汽车燃油消耗量与发动机经济性、汽车结构参数及环境条件间的关系式为：
Qs＝CFb/ηt (1)
F＝Gf cosα+G sinα+δmdu/dt+(Cd Au2)/21.15 (2)
其中：Qs为燃油消耗量，单位kg/h；F行驶阻力，单位N；C为常数，C＝1/3672ρg，ρ燃油密度，单位kg/L；G为汽车重量，单位N；g为重力加速度，取9.8m/s2；f为滚动阻力系数；α为道路坡度；Cd为空气阻力系数；A为迎风面积，单位m2；δ为汽车旋转质量换算系数；ηt为传动效率；b为燃油消耗率；u为汽车行驶速度。
式中取坡度α＝0,从而(2)式得到简化。
F＝Gf+δmdu/dt+(Cd Au2)/21.15 (3)
工作过程:检测当前车辆的车速和挡位，通过T-BOX内部的ADASIS地图获取前方道路坡度值以及内部车辆载重算法得到当前车辆质量m，T-BOX内集成的基于预见性巡航的节油算法根据前方道路坡度值得到通过前方路段的最佳挡位N和最佳车速V，通过将当前车速和挡位与最佳车速和挡位进行比较，比较结果按照T-BOX与大屏端的指定通信协议发送相应的电平信号给语音提醒模块和大屏显示输入端口，产生相应的换挡语音提醒以及大屏显示提醒。
本发明所提供提醒系统工作流程如下:
步骤1，基于车辆发动机和变速箱配置，发动机特性、换挡特性、滑行特性曲线形成车型的车辆动力学模型，结合车辆前方道路地图坡道坡度信息以及当前车辆载重为输入变量，以当前车辆行驶最佳燃油经济性为目标，生成预见性节油算法。
步骤2，结合车辆前方道路地图坡道坡度值为输入变量。
步骤3，根据终端内部集成的车辆实时载重识别算法，计算出当前车辆质量值m。
步骤4，算法结合道路坡度值和当前质量m经计算得出当前车辆行驶最佳挡位N和最佳车速V km/h。
步骤5，最佳挡位N和最佳车速V值，上传给车载大屏，车载大屏通过导航APP语音播报以及文字显示的形式告知驾驶员。
步骤6，驾驶员对比当前挡位和车速，手动调整到最佳挡位和车速上，特殊情况下，驾驶员也可以关闭或打开提醒语音。
步骤7，所述大屏及语音提示模块具体工作步骤为:当前方道路坡度信息等输入量进入T-BOX中的算法后，经计算出前方道路最佳挡位和最佳车速，如果最佳车速大于当前挡位在最经济工况下的车速范围，T-BOX装置便会按照指定通信协议输出信号到大屏端的语音提醒模块，语音提醒模块发出“距离前方“X路型”D米，请将挡位升高至上一挡，最佳车速为V km/h”的语音提示；如果最佳车速小于当前挡位在最经济工况下的车速范围时，T-BOX装置同样按照指定通信协议输出信号到大屏端的语音提醒模块，语音提醒模块发出“距离前方“X路型”D米，请将挡位降低至下一挡，最佳车速为V km/h”的语音提示，如果最佳车速属于当前挡位在最经济工况下的车速范围，T-BOX装置会按照指定通信协议输出信号到大屏端的语音提醒模块，语音提醒模块发出“最佳车速为V km/h”的语音提示。
例如:12挡手动驾驶汽车，不考虑倒挡即第12挡倒挡的情况。
加速情况下：当所述车辆在低速挡行驶时，如果最佳车速大于当前挡位在最经济工况下的车速范围，T-BOX装置按照指定通信协议输出电平信号到大屏端的语音提醒模块，语音提醒模块发出“距离前方“X路型”D米，请将挡位升高至上一挡，最佳车速为Vkm/h”的语音提示，提示语音设定在大屏端的语音提醒模块中。
减速情况下：当所述车辆在高速挡行驶时，如果最佳车速小于当前挡位在最经济工况下的车速范围时，T-BOX装置便会按照指定通信协议输出电平信号到大屏端的语音提醒模块，语音提醒模块发出“距离前方“X路型”D米，请将挡位降低至下一挡，最佳车速为Vkm/h”的语音提示。
若经判断最佳车速属于当前挡位在最经济工况下的车速范围，T-BOX装置同样按照指定通信协议输出电平信号到大屏端的语音提醒模块，语音提醒模块发出“最佳车速为Vkm/h”的语音提示。
本发明的有益效果为：通过地图信息获取前方路况和车辆实时载重的最佳挡位和最佳车速，基于预见性得到的节油算法在保证动力性的前提下，不仅降低了换挡期间的燃油消耗量，最重要的是更实现整段驾驶道路的经济驾驶，并且提高了驾驶安全性和司机的驾驶舒适体验程度，降低了司机的驾驶疲劳度。通过预判前方道路的换挡、车速，以语音提醒为主，以大屏显示为辅的人机交互方式，关于换挡与车速的节油逻辑算法中不仅考虑了发动机的燃油曲线，以及变速箱换挡特性，更是增加了地图中道路坡度数据的预见性功能，实现了更为精准的商用车节油算法逻辑。结合终端配置的外部环境道路地图信息得出前方道路的最优节油算法，有效提高燃油消耗率，通过车内大屏界面显示，同时通过以语音方式提示给当前驾驶员，由驾驶员完成精确换挡和车速控制，实现整个驾驶过程的预见性经济驾驶，最终实现符合国家大力提倡的节油驾驶和安全驾驶观念的绿色节能环保出行。
附图说明
图1为本发明装置工作示意图；
图2燃油消耗量与速度的关系曲线示意图，用于判断各挡位最经济车速范围，由发动机各挡位燃油消耗量与车速对应曲线图可以得到每一挡位下的最经济工况车速；
图3为本发明语音提示模块工作流程图，用于展示语音模块工作流程。
具体实施方式
一种基于前方道路信息的卡车经济驾驶提醒系统，包括依次相连的T-BOX模块、语音提示模块和大屏显示模块。
所述T-BOX模块为集成模块，用于集成预见性节油算法以及车辆实时载重算法。所述T-BOX模块包括GPS/BD模块、载重识别模块、ADASIS模块、动力学模型模块、发动机特性模块、换挡特性模块和节油算法模块。GPS/BD模块、载重识别模块、ADASIS模块、动力学模型模块、发动机特性模块和换挡特性模块均与节油算法模块相连。
所述载重识别模块用于识别车辆的模型和载重数据。
内置的ADASIS模块地图提供准确的前方道路坡度数据，ADASIS模块车载终端中集成地图路网的道路数据覆盖了国内绝大多数的高速公路，以及国道和省道。通过结合车辆前方道路地图坡道坡度值为输入变量，根据终端内部集成的车辆实时载重识别算法，计算出当前车辆质量值m；结合道路坡度值和当前载重经计算得出前方道路车辆行驶最佳挡位N和最佳车速V。
所述语音提示模块及大屏显示模块为10寸显示屏集成导航语音播报功能APP组成，适配UI开发设计实现人机友好交互，大屏端以语音播报和文字显示形式提示给驾驶员经T-BOX模块计算得出的前方道路车辆行驶的最佳挡位N和最佳车速V。
发动机特性模块根据柴油机各种转速下的负荷特性曲线，用作图法可以得到速度特性。最后的速度特性修改为万有特性。
动力学模型模块采用万有特性曲线来确定燃油消耗量，将各个档位的万有特性曲线转换成了各个档位下车速(由各个档位的合理转速区间确定)所对应的燃油消耗量与车速曲线，根据汽车动力经济学知识绘制发动机各挡位燃油消耗量与车速对应曲线图，从而得出发动机在每一挡位下的最经济工况车速范围。
动力学模型模块将各挡位不同转速的负荷特性转换以车速Ua为横坐标、燃油消耗量Qs为纵坐标，将各个档位万有特性曲线转换成了各个档位下车速(由各个档位的合理转速区间确定)所对应的燃油经济性曲线，得到图2发动机各挡位燃油消耗量与车速对应曲线图。
根据T-BOX内置ADASIS地图获取的前方道路坡度信息以及内置载重算法计算的车辆载重通过T-BOX内集成的节油算法求出适应前方道路情况的最佳挡位和最佳车速，若求得的最佳车速不属于当前挡位的最小经济工况速度范围，则需要进行相应的判断进行升降挡。
汽车燃油消耗量与发动机经济性、汽车结构参数及环境条件间的关系式为：
Qs＝CFb/ηt (1)
F＝Gfcosα+Gsinα+δmdu/dt+(Cd Au2)/21.15 (2)
其中：Qs为燃油消耗量，单位kg/h；F行驶阻力，单位N；C为常数，C＝1/3672ρg，ρ燃油密度，单位kg/L；G为汽车重量，单位N；g为重力加速度，取9.8m/s2；f为滚动阻力系数；α为道路坡度；Cd为空气阻力系数；A为迎风面积，单位m2；δ为汽车旋转质量换算系数；ηt为传动效率；b为燃油消耗率；u为汽车行驶速度。
式中取坡度α＝0,从而(2)式得到简化。
F＝Gf+δmdu/dt+(Cd Au2)/21.15 (3)
工作过程:检测当前车辆的车速和挡位，通过T-BOX内部的ADASIS地图获取前方道路坡度值以及内部车辆载重算法得到当前车辆质量m，T-BOX内集成的基于预见性巡航的节油算法根据前方道路坡度值得到通过前方路段的最佳挡位N和最佳车速V，通过将当前车速和挡位与最佳车速和挡位进行比较，比较结果按照T-BOX与大屏端的指定通信协议发送相应的电平信号给语音提醒模块和大屏显示输入端口，产生相应的换挡语音提醒以及大屏显示提醒。
本发明所提供提醒系统工作流程如下:
步骤1，基于车辆发动机和变速箱配置，发动机特性、换挡特性、滑行特性曲线形成车型的车辆动力学模型，结合车辆前方道路地图坡道坡度信息以及当前车辆载重为输入变量，以当前车辆行驶最佳燃油经济性为目标，生成预见性节油算法。
步骤2，结合车辆前方道路地图坡道坡度值为输入变量。
步骤3，根据终端内部集成的车辆实时载重识别算法，计算出当前车辆质量值m。
步骤4，算法结合道路坡度值和当前质量m经计算得出当前车辆行驶最佳挡位N和最佳车速V km/h。
步骤5，最佳挡位N和最佳车速V值，上传给车载大屏，车载大屏通过导航APP语音播报以及文字显示的形式告知驾驶员。
步骤6，驾驶员对比当前挡位和车速，手动调整到最佳挡位和车速上，特殊情况下，驾驶员也可以关闭或打开提醒语音。
步骤7，所述大屏及语音提示模块具体工作步骤为:当前方道路坡度信息等输入量进入T-BOX中的算法后，经计算出前方道路最佳挡位和最佳车速，如果最佳车速大于当前挡位在最经济工况下的车速范围，T-BOX装置便会按照指定通信协议输出信号到大屏端的语音提醒模块，语音提醒模块发出“距离前方“X路型”D米，请将挡位升高至上一挡，最佳车速为V km/h”的语音提示；如果最佳车速小于当前挡位在最经济工况下的车速范围时，T-BOX装置同样按照指定通信协议输出信号到大屏端的语音提醒模块，语音提醒模块发出“距离前方“X路型”D米，请将挡位降低至下一挡，最佳车速为V km/h”的语音提示，如果最佳车速属于当前挡位在最经济工况下的车速范围，T-BOX装置会按照指定通信协议输出信号到大屏端的语音提醒模块，语音提醒模块发出“最佳车速为V km/h”的语音提示。
例如:12挡手动驾驶汽车，不考虑倒挡即第12挡倒挡的情况。
加速情况下：当所述车辆在低速挡行驶时，如果最佳车速大于当前挡位在最经济工况下的车速范围，T-BOX装置按照指定通信协议输出电平信号到大屏端的语音提醒模块，语音提醒模块发出“距离前方“X路型”D米，请将挡位升高至上一挡，最佳车速为Vkm/h”的语音提示，提示语音设定在大屏端的语音提醒模块中。
减速情况下：当所述车辆在高速挡行驶时，如果最佳车速小于当前挡位在最经济工况下的车速范围时，T-BOX装置便会按照指定通信协议输出电平信号到大屏端的语音提醒模块，语音提醒模块发出“距离前方“X路型”D米，请将挡位降低至下一挡，最佳车速为Vkm/h”的语音提示。
若经判断最佳车速属于当前挡位在最经济工况下的车速范围，T-BOX装置同样按照指定通信协议输出电平信号到大屏端的语音提醒模块，语音提醒模块发出“最佳车速为Vkm/h”的语音提示。

Claims (8)

1.一种基于前方道路信息的卡车经济驾驶提醒系统，包括依次相连的T-BOX模块、语音提示模块和大屏显示模块，所述T-BOX模块为集成模块，所述T-BOX模块包括GPS/BD模块、载重识别模块、ADASIS模块、动力学模型模块、发动机特性模块、换挡特性模块和节油算法模块，所述GPS/BD模块、载重识别模块、ADASIS模块、动力学模型模块、发动机特性模块和换挡特性模块均与节油算法模块相连；
ADASIS模块地图提供准确的前方道路坡度数据，ADASIS模块车载终端中集成地图路网的道路数据覆盖了国内绝大多数的高速公路，以及国道和省道，通过结合车辆前方道路地图坡道坡度值为输入变量，根据终端内部集成的车辆实时载重识别算法，计算出当前车辆质量值m，结合道路坡度值和当前载重经计算得出前方道路车辆行驶最佳挡位N和最佳车速V，通过将当前车速和挡位与最佳车速和挡位进行比较；所述语音提示模块及大屏显示模块为显示屏集成导航语音播报功能APP组成，适配UI开发设计实现人机交互，大屏端以语音播报和文字显示形式提示给驾驶员经T-BOX模块计算得出的前方道路车辆行驶的最佳挡位N和最佳车速V；根据T-BOX内置ADASIS地图获取的前方道路坡度信息以及内置载重算法计算的车辆载重通过T-BOX内集成的节油算法求出适应前方道路情况的最佳挡位和最佳车速，若求得的最佳车速不属于当前挡位的最佳经济工况速度范围，则需要进行相应的判断进行升降挡。
2.根据权利要求1所述的基于前方道路信息的卡车经济驾驶提醒系统，其特征在于：所述语音提示模块及大屏显示模块为显示屏集成导航语音播报功能APP组成，适配UI开发设计实现人机交互。
3.根据权利要求2所述的基于前方道路信息的卡车经济驾驶提醒系统，其特征在于：发动机特性模块根据柴油机各种转速下的负荷特性曲线，用作图法可以得到速度特性，并将最后的速度特性修改为万有特性。
4.根据权利要求3所述的基于前方道路信息的卡车经济驾驶提醒系统，其特征在于：动力学模型模块采用万有特性曲线来确定燃油消耗率，将各个档位的万有特性曲线转换成了各个档位下车速所对应的燃油消耗率与车速曲线，根据汽车动力经济学知识绘制发动机各挡位燃油消耗量与车速对应曲线图，从而得出发动机在每一挡位下的最经济工况车速范围。
5.根据权利要求4所述的基于前方道路信息的卡车经济驾驶提醒系统，其特征在于：动力学模型模块将各挡位不同转速的负荷特性转换以车速Ua为横坐标、燃油消耗量Qs为纵坐标，将各个档位万有特性曲线转换成了各个档位下车速所对应的燃油经济性曲线，得到发动机各挡位燃油消耗量与车速对应曲线图。
6.根据权利要求5所述的基于前方道路信息的卡车经济驾驶提醒系统，其特征在于：汽车燃油消耗量与发动机经济性、汽车结构参数及环境条件间的关系式为：
Qs＝CFb/ηt (1)
F＝Gfcosα+Gsinα+δmdu/dt+(Cd Au2)/21.15 (2)
其中：Qs为燃油消耗量，单位kg/h；F行驶阻力，单位N；C为常数，C＝1/3672ρg，ρ燃油密度，单位kg/L；G为汽车重量，单位N；g为重力加速度，取9.8m/s2；f为滚动阻力系数；α为道路坡度；Cd为空气阻力系数；A为迎风面积，单位m2；δ为汽车旋转质量换算系数；ηt为传动效率；b为燃油消耗率；u为汽车行驶速度。
7.根据权利要求6所述的基于前方道路信息的卡车经济驾驶提醒系统，其特征在于：(2)式中取坡度α＝0，从而(2)式可简化为(3)式：
F＝Gf+δmdu/dt+(Cd Au2)/21.15 (3)。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的基于前方道路信息的卡车经济驾驶提醒系统，其特征在于，所提供提醒系统工作流程如下:
步骤1，基于车辆发动机和变速箱配置，发动机特性、换挡特性、滑行特性曲线形成车型的车辆动力学模型，结合车辆前方道路地图坡道坡度信息以及当前车辆载重为输入变量，以当前车辆行驶最佳燃油经济性为目标，生成预见性节油算法；
步骤2，结合车辆前方道路地图坡道坡度值为输入变量；
步骤3，根据终端内部集成的车辆实时载重识别算法，计算出当前车辆质量值m；
步骤4，算法结合道路坡度值和当前质量m经计算得出当前车辆行驶最佳挡位N和最佳车速V km/h；
步骤5，最佳挡位N和最佳车速V值，上传给车载大屏，车载大屏通过导航APP语音播报以及文字显示的形式告知驾驶员；
步骤6，驾驶员对比当前挡位和车速，手动调整到最佳挡位和车速上；
步骤7，所述大屏及语音提示模块发出语音提示，具体工作步骤为:当前方道路坡度信息输入量进入T-BOX中算法后，经计算出前方道路最佳挡位和最佳车速，如果最佳车速大于当前挡位在最经济工况下的车速范围，T-BOX装置便会按照指定通信协议输出信号到大屏端的语音提醒模块，语音提醒模块发出“距离前方“X路型”D米，请将挡位升高至上一挡，最佳车速为V km/h”的语音提示；如果最佳车速小于当前挡位在最经济工况下的车速范围时，T-BOX装置同样按照指定通信协议输出信号到大屏端的语音提醒模块，语音提醒模块发出“距离前方“X路型”D米，请将挡位降低至下一挡，最佳车速为V km/h”的语音提示；如果最佳车速属于当前挡位在最经济工况下的车速范围，T-BOX装置会按照指定通信协议输出信号到大屏端的语音提醒模块，语音提醒模块发出“最佳车速为V km/h”的语音提示。
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