CN111456876A - 一种汽车发动机智能怠速启停系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种汽车发动机智能怠速启停系统，包括：电源端；以及发动机检测端，其与电源端相连接；汽车发动机ECU，其与所述电源端和发动机检测端相连接；单片机，其与所述电源端电线连接，与所述汽车发动机ECU通过CAN通信线连接；图像处理模块，其与所述单片机相连接；采集装置，其与所述电源端和图像处理模块相连接，所述采集装置固定在前挡风玻璃内侧上方朝外放置；启停系统开关，其与所述电源端和单片机相连接。本发明还公开了一种汽车发动机智能怠速启停控制方法，通过采集装置获取交通信号灯秒数和车流路况信息，以实现发动机智能和宜人的启停控制，最大化发动机怠速启停系统的节油能力的同时，延缓发动机寿命，减少起步加速迟缓、顿挫的问题。

Description

一种汽车发动机智能怠速启停系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及汽车发动机启停控制技术领域，更具体的是，本发明涉及一种汽车发动机智能怠速启停系统及其控制方法。
背景技术
目前，在路况拥挤、交通信号灯密集的大型城市，汽车发动机长时间处于怠速工况，带来了大量不必要的燃油消耗和严重的空气污染。针对此问题，少部分驾驶员会主动关闭发动机来消除怠速、节省油耗，但是大部分驾驶员依旧选择原地怠速等待红灯，造成不必要的空气污染和额外燃油消耗。考虑严重塞车的拥堵路况，通过驾驶员手动关闭发动机以期消除怠速的做法显然非常不可取，不仅不利于道路交通安全，还增加驾驶员负担。
发动机怠速启停系统作为当今环保压力下普及的发动机管理技术，逐渐成为目前上市销售新车的主流配置。发动机怠速启停系统可以根据车辆是否停止、驾驶员是否制动停车以及发动机当前的工作状态，自动为驾驶员在停车时关闭发动机、节省油耗。现今较为成熟的发动机怠速启停系统有以下几种：
1.采用皮带传动的集成起动机/发电机启停系统(BSG/BMG)：在发动机正常运转时，BSG电机作为发电机，给蓄电池充电；在发动机停机需要重新再次起动时，BSG电机又可以作为电动机，通过皮带带动发动机运转，达到预定转速时发动机点火而实现发动机迅速启动。
BSG系统适用于各种发动机，但不足之处在于，BSG系统需要对电力系统以及带传动系统布置都重新设计，一般需要增加直流电压数值，改造成本较高；对皮带传动的张紧器要求较高，要求皮带初始张力较大，而且拖拽发动机启动过程中张力波动较大。
2.分离式强化起动机方案(SMG)。由增强型起动机、大功率蓄电池及相应的控制电路组成，通过增强型起动机提供发动机的启动功率，发电机工作后为蓄电池充电以保证起动机再次使用时的电能需求。
该方案可在原有基础上提高1％左右的节油率，但是相比BSG方案，平顺性稍差、噪声较大；飞轮齿圈及驱动齿轮磨损较快，对起动机的材料和工艺水平要求较高。
3.马自达公司研发的智能怠速启停系统(SISS/i-Stop)。通过对处于压缩冲程特定位置的气缸进行燃油直喷，靠燃油燃烧产生的膨胀做功来重启发动机。但是仅局限于装备直喷发动机的车辆。另外发动机在怠速停机时缸内气体需要密封、停机启动时喷油量需要控制、启动时有明显的振动等，都是i-Stop系统需要解决的问题。
发动机怠速启停系统发展到今天，在应对节能减排这一问题上已经取得了良好的成效，但依然存在如下亟待解决的问题：发动机停机后再次启动存在明显滞后、且因发动机熄火无法驱动油泵导致自动变速器换挡迟滞现象，从而导致驾驶员起步加速迟缓、顿挫；拥堵路段跟车时发动机频繁启停一方面影响跟车效率、导致安全隐患、并增加油耗，另一方面，频繁启停带来的噪音和动力冲击，也影响了驾驶员的驾驶体验；现有发动机启停系统往往是通过驾驶员操纵制动踏板的开度来控制发动机的停与否，无法完全根据路况和准确根据驾驶员意图智能控制启停系统的关闭与开启，这大大增加了驾驶员控制的难度。
发明内容
本发明的目的是设计开发了一种汽车发动机智能怠速启停系统，通过单片机与视觉图像识别技术相结合的方式，获取交通路况信息，以实现发动机智能的启停控制，并且通过单片机与汽车原有的发动机ECU相连接，改善传统发动机启停系统的不足。
本发明的另一个目的是设计开发了一种汽车发动机智能怠速启停系统的控制方法，通过视觉图像识别技术与怠速启停装置的结合，识别交通信号灯秒数及车流路况信息，实现发动机智能的启停控制，大幅度提高发动机的寿命，减少了车辆的油耗。
本发明提供的技术方案为：
一种汽车发动机智能怠速启停系统，包括：
电源端；以及
发动机检测端，其与所述电源端相连接；
汽车发动机ECU，其与所述电源端和发动机检测端相连接，所述汽车发动机ECU包括第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚、第七引脚、第八引脚和第九引脚；
单片机，其与所述电源端相连接，所述单片机包括第十引脚、第十一引脚和第十二引脚；
其中，第一引脚和第十引脚相连接将信号从所述单片机输出到所述汽车发动机ECU，第九引脚和第十一引脚相连接将信号从所述汽车发动机ECU输出到所述单片机；
图像处理模块，其与所述单片机相连接，所述图像处理模块包括第十三引脚和第十四引脚；
采集装置，其与所述电源端相连接，所述采集装置包括第十五引脚和第十六引脚；
其中，所述第十五引脚与第十三引脚相连接，所述第十六引脚与第十四引脚相连接；
启停系统开关，其与所述电源端和第十二引脚相连接。
优选的是，所述发动机检测端包括：
水温传感器，其设置在汽车发动机机体侧面，所述水温传感器与所述第二引脚相连接；
进气压力传感器，其设置在汽车发动机进气管节气门后方，所述进气压力传感器与所述第三引脚相连接；
车速传感器，其设置在汽车变速箱壳体内输出轴上或者底盘车轮处，所述车速传感器与所述第四引脚相连接；
车载空调开关，其设置在汽车中控台控制面板上，所述车载空调开关与所述第五引脚相连接；
刹车踏板开度检测模块，其设置在刹车踏板总成上，所述刹车踏板开度检测模块与所述第六引脚相连接；
油门踏板开度检测模块，其设置在油门踏板总成上，所述油门踏板开度检测模块与所述第七引脚相连接；
电压传感器，其与所述第八引脚相连接。
一种汽车发动机智能怠速启停系统的控制方法，使用汽车发动机智能怠速启停系统，包括如下步骤：
步骤一、采集汽车的发动机工作温度、空调开闭状态和电源端电压；
步骤二、若发动机工作温度大于发动机最低正常工作水温、空调处于关闭状态，开始判断是否识别到红灯；
若发动机工作温度大于发动机最低正常工作水温、空调处于开启状态且汽车电源端电压满足11.0-12.8V时，开始判断是否识别到红灯；
步骤三、当识别到红灯，且满足第一条件或者第二条件时，则关闭发动机，同时开始采集红灯等待时间和油门踏板开度；
其中，第一条件为：V＝0，tr≥tt，β≥β0；
第二条件为：V＝0，β＞β1；
若α＞α0，则启动发动机；若α≤α0，且tr≤2时，启动发动机；
若α≤α0，且tr＞2，则继续检测油门踏板开度和红灯等待时间，直至满足α＞α0或α≤α0，且tr≤2，启动发动机；
其中，V为车速，tr为红灯等待时间，tt为发动机启动阈值时间，α为油门踏板开度，α0为油门踏板开度下限，β为刹车踏板开度，β0为刹车踏板开度下限，β1为刹车踏板开度上限；
当未识别到红灯，且满足第三条件或者第四条件时，则关闭发动机，同时开始采集离本车最近的前车在间隔时间为0.1s-1s的两次采集中的相对位置变化和油门踏板开度；
其中，第三条件为：V＝0，2(τ-1)≥tt，β＞β0；
第四条件为：V＝0，β＞β1；
若α＞α0，则启动发动机；若α≤α0，且ΔXξ1！＝0时，启动发动机；
若α≤α0，且ΔXξ1＝0，则继续检测油门踏板开度和离本车最近的前车在间隔时间为0.1s-1s的两次采集中的相对位置变化，直至满足α＞α0或α≤α0，且ΔXξ1！＝0，启动发动机；
其中，τ为前方堵车的车辆总数，ΔXξ1为离本车最近的前车在间隔时间为0.1s-1s的两次采集中的相对位置变化。
优选的是，在所述步骤一之前将所述图像处理模块的数据寄存器中的数据清零，将所述单片机与汽车发动机ECU通信的CAN数据寄存器中的数据清零。
优选的是，所述发动机停机阈值时间满足：
tt＝t+t0；
式中，tt为发动机启动阈值时间，t为最小怠速停机时长，t0为增补红灯等待时长。
优选的是，所述最小怠速停机时长满足：
t＝Vfs/Vfi；
式中，t为最小怠速停机时长，Vfs为启动油耗，Vfi为单位时间怠速油耗。
优选的是，所述单位时间怠速油耗满足：
Vfi＝0.55×10-6Vhnidle；
式中，Vh为发动机排量，nidle为怠速条件下发动机的转速。
优选的是，车辆在临近两次采集中的相对位置变化：
ΔXξi＝Xξi－Xξi′；
式中，ΔXξi为车辆在间隔时间为0.1s-1s的两次采集中的相对位置变化，Xξi为与本车行驶方向相同的本车前方第i辆车的位置，Xξi＇为间隔时间为0.1s-1s后第i辆车的位置；
其中，i＝1…n，i为循环变量，n为采集系统中采集到的车的数量。
优选的是，所述发动机最低正常工作水温为80℃，所述油门踏板开度下限为10％，所述刹车踏板开度下限为10％，所述刹车踏板开度上限为90％。
本发明所述的有益效果：
本发明设计的汽车发动机智能怠速启停系统，可以同现有发动机怠速启停系统一样根据驾驶员操作情况和发动机附件工作情况在汽车停车怠速时停止发动机运转，达到节省燃油、减少排放的环保目的。
本发明设计的汽车发动机智能怠速启停系统的控制方法，通过与驾驶辅助系统的视觉图像识别技术相结合的方式获取交通信号灯读秒信息，根据汽车制动停车时读取到的红灯倒计时信息，通过对比该时长下发动机怠速停机节省的燃油与停机后再次启动发动机增加的油耗，从而智能判定是否此时需要怠速停机，最大化发动机怠速启停系统的节油能力。
本发明设计的汽车发动机智能怠速启停系统的控制方法，通过与视觉图像识别技术相结合的方式获取前方车辆流起步情况，在队列中距离自己较近的前方车辆开始起步后便提前启动本车发动机，为驾驶员后续踩踏油门踏板起步提前做好加速准备，降低驾驶员控制难度的同时，减小了连续发动机瞬态工况变化对发动机寿命的影响，也解决了现有发动机怠速启停系统起步发动机刚启动便需要急加速时整车的加速迟缓、顿挫的动力平顺性问题，并减少因频繁启停带来的噪音和振动对驾驶员驾驶体验的影响。
附图说明
图1为本发明所述汽车发动机智能怠速启停系统的电路原理框图。
图2为本发明所述汽车发动机智能怠速启停系统的控制主程序流程示意图。
图3为本发明所述初始化程序的流程示意图。
图4为本发明所述使能判断程序的流程示意图。
图5为本发明所述第一数据处理程序的流程示意图。
图6为本发明所述第二数据处理程序的流程示意图。
图7为本发明所述第一启停控制程序的流程示意图。
图8为本发明所述第二启停控制程序的流程示意图。
图9为本发明所述采集装置在汽车上的的安装示意图。
具体实施方式
下面结合对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供一种汽车发动机智能怠速启停系统包括：电源端110、发动机检测端(图中未标出)、汽车发动机ECU120、单片机130、图像处理模块141、采集装置142和启停系统开关150，其中，电源端110为本发明所述装置供电，作为优选的，电源端110为12V车载蓄电池；发动机检测端与所述电源端110相连接；汽车发动机ECU120，其与所述电源端110和发动机检测端相连接，所述汽车发动机ECU120包括第一引脚Din1、第二引脚Din2、第三引脚Din3、第四引脚Din4、第五引脚Din5、第六引脚Din6、第七引脚Din7、第八引脚Din8和第九引脚Dout9；单片机130，其与所述电源端110相连接，所述单片机130包括第十引脚Dout10、第十一引脚Din11和第十二引脚Din12；其中，第一引脚Din1和第十引脚Dout10相连接将信号从所述单片机130输出到所述汽车发动机ECU120，第九引脚Dout9和第十一引脚Din11相连接将信号从所述汽车发动机ECU120输出到所述单片机130；图像处理模块141，其与所述单片机130相连接，所述图像处理模块141包括第十三引脚Din13和第十四引脚Din14；采集装置142，其与所述电源端110相连接，所述采集装置142包括第十五引脚Dout15和第十六引脚Dout16；其中，所述第十五引脚Dout15与第十三引脚Din13相连接，所述第十六引脚Dout16与第十四引脚Din14相连接；启停系统开关150，其与所述电源端110相连接，所述启停系统开关150的Dout2引脚和单片机130的第十二引脚Din12相连接；如果启停系统开关被按下则本发明所述发动机智能怠速启停系统被关闭，如果启停系统开关未被按下则本发明所述发动机智能怠速启停系统被使能开启。
如图1所示，发动机检测端包括：电压传感器210、油门踏板开度检测模块220、刹车踏板开度检测模块230、车载空调开关240、车速传感器250、进气压力传感器260和水温传感器270，水温传感器270，其设置在汽车发动机机体侧面，所述水温传感器240与所述第二引脚Din2相连接；进气压力传感器260，其设置在汽车发动机进气管节气门后方，所述进气压力传感器260与所述第三引脚Din3相连接；车速传感器260，其设置在汽车变速箱壳体内输出轴上或者底盘车轮处，所述车速传感器260与所述第四引脚Din4相连接；车载空调开关240，其设置在汽车中控台控制面板上，所述车载空调开关240与所述第五引脚Din5相连接；刹车踏板开度检测模块230，其设置在刹车探班总成(图中未示出)上，所述刹车踏板开度检测模块230与所述第六引脚Din6相连接；油门踏板开度检测模块220，其设置在油门踏板总成(图中未示出)上，所述油门踏板开度检测模块220与所述第七引脚Din7相连接；电压传感器210，其与所述第八引脚Din8相连接；其中，所述图像处理模块141和单片机130集成在一起组成智能怠速启停控制单元，所述智能怠速启停控制单元设置在汽车中控台控制面板下方。
本发明所述装置的具体信号传输方式为：汽车发动机智能怠速启停系统单片机130从汽车发动机ECU120通过CAN网络通信线获取发动机分别通过水温传感器270、进气压力传感器260、车速传感器250、刹车踏板开度检测模块230、油门踏板开度检测模块220和车载空调开关240读取的发动机工作状态信号，包括水温信号、发动机进气歧管压力信号、车速信号、刹车踏板开度信号、油门踏板开度信号以及空调是否开启的信号；采集装置142和图像处理模块141组成图像识别单元，采集装置142获取前方交通路况图像，并传输给图像处理模块141进行图像处理，处理后的图像数据再传递给单片机130，使单片机130从图像识别单元获取外界红灯秒数信号及前方车流状况的信号；单片机130从车内设置的启停系统开关150(驾驶员可通过该按钮选择开启或关闭本智能怠速启停系统)获取本系统是否被强制关闭或正常使能运行的信号；单片机130通过汽车发动机ECU120从电压传感器210获取当前电压信号；单片机130根据上述信号通过其内部存储的汽车发动机智能怠速启停控制程序判断当前是否启动本系统和是否关停发动机或是否起动发动机，并将此使能和发动机启停指令通过信号线传输给汽车发动机ECU120，由汽车发动机ECU120最终根据指令控制发动机启停系统的具体动作：停止给发动机供燃油、点火或者控制起动机拖拽发动机再次启动等。
如图2所示，本发明所述的一种汽车发动机智能怠速启停系统的单片机130内部存储有控制发动机智能怠速启停的控制程序，该控制程序能够控制汽车发动机智能怠速启停系统完成发动机智能怠速启停。该控制程序中的控制方法具体包括如下步骤：
步骤一、检测汽车发动机智能怠速启停控制装置的数据传输是否正常：
若数据传输正常，调用初始化程序，对所述发动机检测端和采集装置进行配置和初始化；
若数据传输不正常，存储故障码后退出检修；
步骤二、调用使能判定程序检测当前车的状态(蓄电池电压，启停系统关闭按钮情况，发动机工作温度、空调开闭状态等)判断是否允许执行本系统，得到系统使能变量；
步骤三、若系统使能变量不为1，重复步骤二直至所述系统使能变量为1，调用第一数据处理程序，单片机通过CAN总线从发动机ECU中对车辆和发动机的一些重要状态参数进行读取，并结合采集装置和图像处理模块获取交通状况视觉信息并进行数据处理，然后把结果保存在寄存器中，并得到识别变量：
若K＝1，为能识别到红灯；若K＝0，为不能识别到红灯；
其中，K为识别变量；
步骤四、若能识别到红灯，调用第一启停控制程序，结合驾驶员意图，以及通过图像识别单元获取的红灯秒数控制发动机的熄火或再次启动；
若不能识别到红灯，调用第二数据处理程序，对车流状况进行识别，获取前方堵车的车辆总数，并调用第二启停控制程序，控制发动机的熄火或再次启动；
在汽车驾驶过程中，反复循环上述步骤。
如图3所示，所述初始化程序其软件功能为开启采集装置、并初始化其内部数据寄存器，并初始化通信数据寄存器和单片机内的控制程序的状态变量和控制变量，具体包括如下步骤：
步骤一、开启采集装置进行图像采集，初始化清零图像处理模块数据寄存器；
步骤二、初始化单片机与发动机ECU通信的CAN数据寄存器；
步骤三、初始化状态变量，包括：
最小怠速停机时长t＝0(单位为秒)；
红灯等待时间tr＝0(单位为秒)；
发动机停机阈值时间tt＝0(单位为秒)；
前方堵车的车辆总数τ＝0；
第i辆车在0.1s内的位移ΔXξi＝0；
增补红灯等待时长t0(单位为秒)，作为一种实施例，设t0＝5；
其中，t0为考虑系统频繁启停对发动机寿命影响下的增补红灯等待时长；作为一种实施例，增补红灯等待时长可以取t0＝5；(需要补充说明的是，理论上当红灯等待时间大于最小怠速停机时长即为可以节省燃油，即无需设置增补红灯等待时长，但由于本发明中发动机的最小怠速停机时长本身为经验公式估算值，且考虑到频繁关闭发动机会缩短发动机寿命并带来一些不可控的负面影响，故本发明中定义增补红灯等待时长，且设为5秒作为一种可行实施例。但需说明的是，该增补红灯等待时长数值可根据实际情况做调整，是否设置此增补红灯等待时长以及选取不同的发动机增补红灯等待时长，都不构成有别于本发明技术特征的新技术特征。)
发动机最低正常工作水温T0(单位为℃)，作为一种实施例，设T0＝80；
步骤四、初始化控制变量：使能控制变量ε(用于判定本系统是否使能)，识别变量K(用于判定是否识别到红灯信号)，图片中车的总数n，循环变量i(i大于等于1，且最大值等于n)；
其中，将控制变量i赋初值1，其余控制变量均赋初值0；
步骤五、输出所有初始化的状态变量和控制变量，程序结束。
如图4所示，所述使能判定程序的软件功能为接受来自启停系统关闭按钮、发动机水温传感器、空调开关型号、电源端电压等电信号，综合依据驾驶员是否有意启动此系统，发动机是否工作在合适温度，电源端是否能满足发动机停机后对空调系统供能需求来判定本发明所述智能怠速启停系统是否正常使能。具体包括如下步骤：
步骤一、通过读取启停系统关闭按钮开关状态，判断启停系统关闭按钮是否被驾驶员按下：
若被按下表明启停系统开关状态为关，说明驾驶员意图人为关闭该系统，则令ε＝0；
若未被按下，则进行下一步；
步骤二、通过读取发动机水温传感器获取发动机工作温度值T，判定其是否大于发动机最低正常工作水温T0＝80：
若不大于则表示发动机水温偏低，此时不适合发动机智能怠速启停系统工作，原因是此时如果发动机停机，再次启动属于冷启动，油耗消耗会增加，故此时不适合关闭发动机，则令ε＝0；
若发动机水温大于发动机最低正常工作水温，则进行下一步；
步骤三、通过读取空调开关信号获取汽车空调开启状态：
若空调属于关闭状态，此时综合上述条件，智能怠速启停系统可以正常使能工作，则令ε＝1；
若空调被驾驶员开启，说明驾驶员有制冷需求，此时需要同时读取电源端(蓄电池)电压传感器采集的蓄电池端电压是否能够满足空调压缩机持续供电制冷电能需求：
若电压不在正常范围内(作为一种实施例，制定范围为：11.0V-12.8V)，则表明需要保持发动机起动以供电给空调系统，所以此时智能怠速启停系统不予使能，则令ε＝0；
若电压在正常值范围内，则综合上述条件，智能怠速启停系统可以正常使能工作，则令ε＝1；
步骤四、输出系统使能变量，程序结束。
如图5所示，所述第一数据处理程序的软件功能为：在能够识别到红灯秒数的情况下对数据进行处理并存储在寄存器中，为下一步第一启停控制程序的运行做准备；本流程能够在获取红灯等待秒数和能够实质减少油耗的最小怠速停机时长等数据的基础上，为主程序判定是否满足关闭发动机的条件，避免长时间等待红灯而产生不必要的油耗，包括如下步骤：
步骤一、读取从汽车发动机ECU经CAN通信线传入单片机通信数据缓存器中的发动机排量、怠速条件下发动机的转速、启动油耗、刹车踏板开度和油门踏板开度；
步骤二、计算发动机停机阈值时间：
tt＝t+t0；
式中，tt为发动机停机阈值时间，t为最小怠速停机时长，t0为考虑系统频繁启停对发动机寿命影响下的增补红灯等待时长；正如前面所述，作为一种实施例，增补红灯等待时长可以取t0＝5；
其中，最小怠速停机时长由下式计算得到：
t＝Vfs/Vfi；
式中，t为最小怠速停机时长，Vfs为发动机正常工作时完成一次启动的油耗(单位为毫升)，Vfi为单位时间怠速油耗(单位为毫升/秒)；
需要补充说明的是，单位时间怠速油耗的数值一方面可以通过前期发动机台架试验或者后期实车上通过油耗仪，测得各个怠速下的油耗数据表存储在单片机内部存储器中，在实际应用时通过插值查表方法获得；也可以根据上述数据台架和实车实验数据拟合成经验公式存储在单片机内部存储器中，在实际应用时通过实时怠速信号带入经验公式计算得到；无论采用上述哪种技术方案获取单位时间怠速油耗不构成有别于本发明的技术创新；
此处选用如下经验公式作为一种实施例进行计算单位时间怠速油耗：
Vfi＝0.55×10-6Vhnidle；
式中，Vfi为单位时间怠速油耗，Vh为发动机排量，nidle为怠速条件下发动机的转速；
步骤三、通过图像识别单元判断是否能识别红灯信息：
若能识别到红灯则令K＝1后进入步骤四；
若当前红绿灯状态不为红灯或识别不到红绿灯，则令K＝0后结束程序；
其中，K为识别变量；
步骤四、通过图像识别单元实时读取红灯等待时间；
步骤五、读取车速传感器测得的车速信号，并判断车辆是否已经停止，即是否车速为零：
若V＝0，则输出所有变量后程序结束；
若V≠0，则将红灯等待时间赋值为零后输出所有变量并结束程序；
其中，V为车速，所有输出变量包括刹车踏板开度、油门踏板开度、识别变量、红灯等待时间和发动机停机阈值时间。
如图6所示，所述第二数据处理程序的软件功能为：在当前红绿灯状态不为红灯或识别不到红绿灯的情况中，对数据进行处理并存储在单片机寄存器中为下一步第二启停控制程序的运行做准备，该流程能够通过本车车速为零时的前方车流状况来判断是否满足关闭发动机的条件，避免道路严重堵塞时驾驶员怠速等待而产生不必要的油耗。包括如下步骤：
步骤一、读取车速传感器测得的车速信号，并判断车辆是否已经停止，即是否车速是否为零：
若V＝0，则访问图像识别单元获取前方车流图片信息；
若V≠0，则结束程序；
步骤二、对当前图片信息中与本车行驶方向相同的前方车辆的数量和位置信息进行统计，获取图片中采集到的车的总数量，并对前方车辆由近及远依次命名为ξ1、ξ2、...ξi、...ξn，并将上述车辆在图片中的位置信息分别赋值给Xξ1、Xξ2、...Xξi、...Xξn；
步骤三、间隔0.5s(该时间间隔可根据实际需要在0.1秒至1秒之间进行调整)后再次访问图像识别单元获取新的时间下前方车流图片信息，对与本车行驶方向相同前方车辆在图片中的新的位置信息分别赋值给Xξ1＇、Xξ2＇、...Xξi＇、...Xξn＇；
步骤四、按下式计算两幅图像下每个车辆的位置变化值：
ΔXξi＝Xξi－Xξi＇；
式中，ΔXξi为两幅图像下每个车辆的位置变化值；
若两幅图像下每个车辆的位置变化值基本等于0，则认为车流没有变化，车队列并未起步，此时循环变量自增，前方堵车的车辆总数也自增，获得前方堵车的车辆总数；
若两幅图像下每个车辆的位置变化值不等于0，则认为该位次的前方车辆已经开始起步，此时循环变量自增，前方堵车的车辆总数不增加，直至循环变量等于前方堵车的车辆总数，获得前方堵车的车辆总数；
步骤五、输出前方堵车的车辆总数，程序结束。
如图7所示，所述第一启停控制程序的软件功能为判断是否符合关闭发动机的条件，并在关闭发动机后能够在红灯即将结束时提前启动发动机，提高行车车速和跟车效率，包括如下步骤：
步骤一、读取车速信号并判断当前车速是否为零：
若V＝0，进入下一步；
若V≠0，程序结束；
步骤二、判断第一条件或第二条件是否满足；
其中第一条件为：红灯等待时间是否超过发动机停机阈值时间且同时刹车踏板开度是否大于刹车踏板开度下限，即判断是否tr≥tt且β＞β0；
其中，β0为刹车踏板开度下限，代表判定驾驶员是否踩下刹车踏板的最小开度阈值，作为一个实施例，β0＝10％；
其中第二条件为：刹车踏板开度是否大于刹车踏板开度上限，即判断是否β＞β1；
其中，β1为刹车踏板开度上限，代表判定驾驶员是否大幅度踩下刹车踏板的阈值，作为一个实施例，β1＝90％，此阈值代表驾驶员想人为向本发明所述的智能怠速启停系统表明自己有人为关停熄火发动机的意图；此处给驾驶员保留此控制渠道，旨在提高系统的人机友好性，在安全的条件下，把最终决定权留给驾驶员；
若满足条件，表明此时如果关停发动机再次启动来消除怠速更加省油或驾驶员想认为关停发动机，故此时通过CAN通信线发给发动机ECU关停发动机的控制指令，然后进入下一步；
若不满足条件，表明此时如果关停发动机会很快再次要求启动发动机，反而会增加油耗，故所述发动机智能怠速启停系统不应该熄火关停发动机，然后进入下一步；
步骤三、读取油门踏板开度信号α，并判断是否α大于油门踏板开度下限，即判断是否α≥α0；
其中，α0为油门踏板开度下限，代表判定驾驶员是否踩下油门踏板、意图起步加速的最小开度阈值，作为一个实施例，α0＝10％；
若是，代表驾驶员有意人为起步加速车辆，此时应尊重驾驶员意图，通过CAN通信线给发动机ECU发送重启发动机指令；
若否，则从图像识别单元读取最新的红灯等待时间，并判断是否红灯等待时间已经小于等于2秒：
若是，则马上通过CAN通信线给发动机ECU发送重启发动机指令，重启发动机为起步做好准备；
若否，则循环执行步骤三直至红灯等待时间小于等于2秒时重启发动机。
步骤四、程序结束。
如图8所示，第二启停控制程序的软件功能为在识别不到红灯的情况下，判断是否符合拥堵路况关闭发动机的条件，并在关闭发动机后能够根据车流状况变化及时启动发动机，提高行车车速和跟车效率，包括如下步骤：
步骤一、读取车速信号并判断当前车速是否为零：
若V＝0，进入下一步；
若V≠0，程序结束；
步骤二、判断第三条件或第二条件是否满足；
其中第三条件为：除前车以外的前方堵车的车辆总数τ-1台车辆起步需要用时是否超过发动机停机阈值时间且同时刹车踏板开度是否大于刹车踏板开度下限，即判断是否2(τ-1)＞tt且β＞β0；
其中，数字2代表平均每台车起步用时，作为一个实施例，此处选取2秒作为平均起步用时；刹车踏板开度下限β0代表判定驾驶员是否踩下刹车踏板的最小开度阈值，作为一个实施例，β0＝10％；
其中第二条件同前面所述第二条件，此处也是给交通拥堵路况时的本车驾驶员保留人为关闭发动机的控制渠道，旨在提高系统的人机友好性，在安全的条件下，把最终决定权留给驾驶员；
若满足条件，表明此时在当前前方堵车车流情况下，如果关停发动机再次启动来消除怠速更加省油或驾驶员想认为关停发动机，故此时通过CAN通信线发给发动机ECU关停发动机的控制指令，然后进入下一步；
若不满足条件，表明此时拥堵情况并不严重或车辆处在频繁的走走停停，此时如果关停发动机会很快再次要求启动发动机，反而会增加油耗，故此时所述发动机智能怠速启停系统不应该熄火关停发动机，然后进入下一步；
步骤三、读取油门踏板开度信号α，并判断是否α大于油门踏板开度下限，即判断是否α≥α0；
其中，α0为油门踏板开度下限，代表判定驾驶员是否踩下油门踏板、意图起步加速的最小开度阈值，作为一个实施例，α0＝10％；
若是，代表驾驶员有意人为起步加速车辆，此时应尊重驾驶员意图，通过CAN通信线给发动机ECU发送重启发动机指令；
若否，则从图像识别单元读取最新的从图像识别单元读取并计算临近两次拍摄图像中前车位置变化量ΔXξ1，并判断前车位置是否发生变化，即ΔXξ1！＝0：
若是，则表明汽车也已起步，则马上通过CAN通信线给发动机ECU发送重启发动机指令，重启发动机为起步做好准备；
若否，则表明前车尚未起步，则循环执行步骤三直至前车起步时重启发动机；
步骤四、程序结束。
如图9所示，为本发明所述的采集装置142的布置位置，作为优选的，采集装置142为摄像头，在驾驶舱前部，挡风玻璃内侧上方中间偏两侧各布置一个摄像头，通过彩色成像识别等技术手段实现对红绿灯秒数和车流的识别，具有充分扩大视野角度和识别距离、识别精准等优点。摄像头无需单独增设，可以采用目前普遍使用的基于机器视觉的驾驶辅助系统中常用的单目或双目摄像头，优以双目摄像头为佳，以扩大视野，确保对交通信号灯或前方车流的拍摄。
本发明设计的一种汽车发动机智能怠速启停系统及其控制方法，通过与视觉图像识别技术相结合的方式获取前方车辆流起步情况，在队列中距离自己较近的前方车辆开始起步后便提前启动本车发动机，为驾驶员后续踩踏油门踏板起步提前做好加速准备，降低驾驶员控制难度的同时，减小了连续发动机瞬态工况变化对发动机寿命的影响，也解决了现有发动机怠速启停系统起步发动机刚启动便需要急加速时整车的加速迟缓、顿挫的动力平顺性问题，并减少因频繁启停带来的噪音和振动对驾驶员驾驶体验的影响。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (9)

1.一种汽车发动机智能怠速启停系统，其特征在于，包括：
电源端；以及
发动机检测端，其与所述电源端相连接；
汽车发动机ECU，其与所述电源端和发动机检测端相连接，所述汽车发动机ECU包括第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚、第七引脚、第八引脚和第九引脚；
单片机，其与所述电源端相连接，所述单片机包括第十引脚、第十一引脚和第十二引脚；
其中，第一引脚和第十引脚相连接将信号从所述单片机输出到所述汽车发动机ECU，第九引脚和第十一引脚相连接将信号从所述汽车发动机ECU输出到所述单片机；
图像处理模块，其与所述单片机相连接，所述图像处理模块包括第十三引脚和第十四引脚；
采集装置，其与所述电源端相连接，所述采集装置包括第十五引脚和第十六引脚；
其中，所述第十五引脚与第十三引脚相连接，所述第十六引脚与第十四引脚相连接；
启停系统开关，其与所述电源端和第十二引脚相连接。
2.如权利要求1所述的汽车发动机智能怠速启停系统，其特征在于，所述发动机检测端包括：
水温传感器，其设置在汽车发动机机体侧面，所述水温传感器与所述第二引脚相连接；
进气压力传感器，其设置在汽车发动机进气管节气门后方，所述进气压力传感器与所述第三引脚相连接；
车速传感器，其设置在汽车变速箱壳体内输出轴上或者底盘车轮处，所述车速传感器与所述第四引脚相连接；
车载空调开关，其设置在汽车中控台控制面板上，所述车载空调开关与所述第五引脚相连接；
刹车踏板开度检测模块，其设置在刹车踏板总成上，所述刹车踏板开度检测模块与所述第六引脚相连接；
油门踏板开度检测模块，其设置在油门踏板总成上，所述油门踏板开度检测模块与所述第七引脚相连接；
电压传感器，其与所述第八引脚相连接。
3.一种汽车发动机智能怠速启停系统的控制方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的汽车发动机智能怠速启停系统，包括如下步骤：
步骤一、采集汽车的发动机工作温度、空调开闭状态和电源端电压；
步骤二、若发动机工作温度大于发动机最低正常工作水温、空调处于关闭状态，开始判断是否识别到红灯；
若发动机工作温度大于发动机最低正常工作水温、空调处于开启状态且汽车电源端电压满足11.0-12.8V时，开始判断是否识别到红灯；
步骤三、当识别到红灯，且满足第一条件或者第二条件时，则关闭发动机，同时开始采集红灯等待时间和油门踏板开度；
其中，第一条件为：V＝0，tr≥tt，β≥β0；
第二条件为：V＝0，β＞β1；
若α＞α0，则启动发动机；若α≤α0，且tr≤2时，启动发动机；
若α≤α0，且tr＞2，则继续检测油门踏板开度和红灯等待时间，直至满足α＞α0或α≤α0，且tr≤2，启动发动机；
其中，V为车速，tr为红灯等待时间，tt为发动机启动阈值时间，α为油门踏板开度，α0为油门踏板开度下限，β为刹车踏板开度，β0为刹车踏板开度下限，β1为刹车踏板开度上限；
当未识别到红灯，且满足第三条件或者第四条件时，则关闭发动机，同时开始采集离本车最近的前车在间隔时间为0.1s-1s的两次采集中的相对位置变化和油门踏板开度；
其中，第三条件为：V＝0，2(τ-1)≥tt，β＞β0；
第四条件为：V＝0，β＞β1；
若α＞α0，则启动发动机；若α≤α0，且ΔXξ1！＝0时，启动发动机；
若α≤α0，且ΔXξ1＝0，则继续检测油门踏板开度和离本车最近的前车在间隔时间为0.1s-1s的两次采集中的相对位置变化，直至满足α＞α0或α≤α0，且ΔXξ1！＝0，启动发动机；
其中，τ为前方堵车的车辆总数，ΔXξ1为离本车最近的前车在间隔时间为0.1s-1s的两次采集中的相对位置变化。
4.如权利要求3所述的汽车发动机智能怠速启停系统的控制方法，其特征在于，在所述步骤一之前将所述图像处理模块的数据寄存器中的数据清零，将所述单片机与汽车发动机ECU通信的CAN数据寄存器中的数据清零。
5.如权利要求3所述的汽车发动机智能怠速启停系统的控制方法，其特征在于，所述发动机停机阈值时间满足：
tt＝t+t0；
式中，tt为发动机启动阈值时间，t为最小怠速停机时长，t0为增补红灯等待时长。
6.如权利要求5所述的汽车发动机智能怠速启停系统的控制方法，其特征在于，所述最小怠速停机时长满足：
t＝Vfs/Vfi；
式中，t为最小怠速停机时长，Vfs为启动油耗，Vfi为单位时间怠速油耗。
7.如权利要求6所述的汽车发动机智能怠速启停系统的控制方法，其特征在于，所述单位时间怠速油耗满足：
Vfi＝0.55×10-6Vhnidle；
式中，Vh为发动机排量，nidle为怠速条件下发动机的转速。
8.如权利要求3所述的汽车发动机智能怠速启停系统的控制方法，其特征在于，车辆在临近两次采集中的相对位置变化：
ΔXξi＝Xξi－Xξi′；
式中，ΔXξi为车辆在间隔时间为0.1s-1s的两次采集中的相对位置变化，Xξi为与本车行驶方向相同的本车前方第i辆车的位置，Xξi＇为间隔时间为0.1s-1s后第i辆车的位置；
其中，i＝1…n，i为循环变量，n为采集系统中采集到的车的数量。
9.如权利要求3所述的汽车发动机智能怠速启停系统的控制方法，其特征在于，所述发动机最低正常工作水温为80℃，所述油门踏板开度下限为10％，所述刹车踏板开度下限为10％，所述刹车踏板开度上限为90％。
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