CN111483396A - 一种不合理油耗实时报警方法及其obd车载终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不合理油耗实时报警方法及其OBD车载终端，属于车辆电子技术领域。本发明通过油门开度、车速和发动机转速等实时数据，并根据柴油车运行原理，科学的判断得出车辆在行驶过程中是否具有不合理的油耗及其耗油原因，并通过语音提醒给驾驶员。本发明的OBD车载终端包含第一、第二CAN总线单元、包含不合理油耗实时报警程序在内的单片机、存储单元和报警提示单元。从柴油车OBD系统中接收行车参数并传输至单片机，实时判定行车过程中是否具有不合理油耗，并计算出百公里耗油量。此外，单片机从存储单元中调取相应的语音文件，通过报警提示单元告知驾驶员，提示驾驶员改变驾驶行为，避免不合理油耗。

Description

一种不合理油耗实时报警方法及其OBD车载终端
技术领域
本发明涉及车辆电子技术领域，特别是涉及一种不合理油耗实时报警方法及其OBD车载终端。
背景技术
根据《中国机动车环境管理年报2018》，2017年全国柴油车一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、颗粒物排放量分别占汽车排放总量的11.9％、22.9％、68.3％、99％，是环境污染的一大主要因素。2018年6月22日生态环境部发表《重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》(下简称国六标准)，提出了车辆需要安装OBD终端。2019年1月4日，生态环境部等多个部门共同印发《柴油货车污染治理攻坚战行动计划》，指出2019年7月1日全国重点区域提前实施国六排放标准，车辆出厂后必须安装OBD终端，并对之前的在用车也加大监管力度。然而，在具体实施国六排放标准过程中阻力巨大，最主要的原因是现有的OBD终端只是实时采集车辆运行参数并上报，并不能对这些车辆运行参数进行有效的分析利用；驾驶员无法从安装OBD终端中获得益处，也就没有了安装OBD终端的主观意愿。
事实上，OBD终端采集的车辆运行参数具有很大的价值，若能充分挖掘利用这些价值，并通过科学的判断得出车辆在行驶过程中是否具有不合理的油耗及其耗油原因，就可以通过语音提醒给驾驶员，若驾驶员在行车过程中能够通过语音提醒改善驾驶行为，就可以节省一部分由于不合理驾驶行为导致的经济损失；
此外，现有技术中并没有关于如何只利用OBD终端采集到的行车参数来判断不合理油耗情况的科学研究和报道，因此，研究一种基于OBD终端的不合理油耗报警方法，对车辆的油耗情况进行科学地实时判断和告警，能够间接帮助车主节省耗油量、延长发动机寿命，也能够增加车主主动安装OBD终端的意愿，减少污染排放。
发明内容
鉴于当前现有OBD设备不具备不合理油耗报警功能，且现有技术关于车辆油耗的判断不科学、不规范的问题，本发明公开了一种不合理油耗实时报警方法及其OBD车载终端，利用累计里程、累计油耗、车速、发动机转速及扭矩等实时运行参数，科学的判断出车辆在行驶过程中是否具有不合理的油耗，并及时报警提示驾驶员，驾驶员收到报警后，就可以依照提示，改变驾驶行为，从而达到间接帮助驾驶员节省耗油量、延长发动机寿命和减少污染排放的目的。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种不合理油耗实时报警方法，包括以下步骤：
步骤(1)：读取t时刻的车速vt、发动机转速nt和节气门开度at，并计算t时刻的判定参数Kt＝vt/nt；
步骤(2)：读取t+1时刻的车速vt+1、发动机转速nt+1和节气门开度at+1，并计算t+1时刻的判定参数Kt+1＝vt+1/nt+1；
步骤(3)：根据t时刻和t+1时刻的行车参数，计算速度变化量Δv＝vt+1-vt，节气门开度变化量Δa＝at+1-at，判定参数变化量ΔK＝Kt+1-Kt；
步骤(4)：判断是否ΔK小于0且K0小于Ks，若是进入步骤(5)；若否，进入步骤(10)；其中Ks为车辆的传动系数；
步骤(5)：判断Δv是否大于0，若是进入步骤(6)；若否，进入步骤(7)；
步骤(6)：判断Δa是否大于等于0，若是进入步骤(8)；若否，进入步骤(10)；
步骤(7)：判断Δa的绝对值是否等于0，若是，进入步骤(9)；若否，进入步骤(10)；
步骤(8)：调取告警提示音“节气门可能开度过大”，并进入步骤(10)；
步骤(9)：调取告警提示音“档位可能不正确”，并进入步骤(10)；
步骤(10)：返回步骤(1)，准备进行下一时刻的判断，直至行车结束。
进一步的，读取车辆当前总里程数和耗油量，当累计行驶里程每达到100公里时，调取提示音，提示当前百公里总耗油量。
本发明还公开了一种具有不合理油耗报警功能的OBD车载终端，包括：
STM32F105单片机：用于采集行车参数信息，并存储有不合理油耗报警程序，所述的不合理油耗报警程序被STM32F105单片机中的处理器执行时，用于实现上述的不合理油耗实时报警方法；
CAN总线单元：用于实现STM32F105单片机与柴油车OBD接口的通信；
存储单元：用于存储报警提示音、以及历史行车参数信息；
报警提示单元：用于不合理油耗的语音报警；
所述的STM32F105单片机分别与CAN总线单元、存储单元和报警提示单元相连，所述的CAN总线单元与柴油车OBD接口相连，所述的STM32F105单片机通过CAN总线协议与CAN总线单元进行通信。
本发明通过OBD车载终端接收CAN总线的油门开度、车速和发动机转速等实时数据，并根据柴油车运行原理，在任何档位下，合理的运行模式为车速(v)与发动机转速(n)比为一恒定值K(数值上与总传动比相等),即K＝v/n。总传动比与柴油车使用的档位有关，当柴油车在某一档位下稳定运行时，K会趋于一个定值，但在车辆加速或减速的过程中，由于发动机-车轮传动系统中采用的不是刚性连接，发动机输出的功率并不能全部用于带动车轮转动(传动系统中可能出现“打滑”的现象)，因此K在一定范围内不断变化。在某一档位下，加大或减少油门开度，v和n也随之增加或减少，K值基本不变，说明发动机输出的功率得到了有效的利用，运行合理。当油门开度加大，v有所增加，n有所增加或不增加，K值减少，说明相比于最佳运行状态，发动机输出的功率没有得到有效的利用，柴油车运行不合理，油门开度过大，需进行报警(声光提示)。当油门开度不变，v减少的同时n增加导致K值减少，亦说明发动机输出的功率没有得到有效的利用，运行不合理，亦需进行报警(声光提示)，但相比于前一种情况，这种情况下的主要原因在于柴油车档位不对。此外，通过OBD车载终端接收CAN总线的累计里程和累计油耗的实时数据计算出每百公里油耗，通过语音告知驾驶员，便于驾驶员对驾驶行为进行调整和总结。
本发明将OBD车载终端与帮助柴油车驾驶员节省燃油费的思想结合在了一起，该终端装置可通过车速、发动机转速等相关行车参数推理出在驾驶过程中不合理的油耗，通过声光报警告知驾驶员改变驾驶行为，从而达到间接帮助车主节省耗油量、延长发动机寿命和减少污染排放，并增加车主安装OBD终端意愿的目的。
附图说明
图1为本发明的不合理油耗实时报警方法流程示意图；
图2为百公里油耗统计子程序流程示意图；
图3为本发明的OBD车载终端结构示意图；
图4为第一CAN总线收发单元的结构组成示意图；
图5为第二CAN总线收发单元的结构组成示意图；
图6为存储单元的结构示意图；
图7为语音提示单元的结构示意图；
图8为STM32F105单片机管脚连接图。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明创造中的附图，本发明中的技术方案进行清楚完整的描述，但不作为本发明的限定。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
一种具有不合理油耗报警功能的车载终端装置，如图3所示，包含TM32F105单片机、第一CAN总线单元、第二CAN总线单元、存储单元、报警提示单元五个部分。
STM32F105单片机：用于采集行车参数信息，并存储有不合理油耗报警程序；
CAN总线单元：用于实现STM32F105单片机与柴油车OBD接口的通信；
存储单元：用于存储报警提示音、以及历史行车参数信息；
报警提示单元：用于不合理油耗的语音报警；
所述的STM32F105单片机分别与CAN总线单元、存储单元和报警提示单元相连，所述的CAN总线单元与柴油车OBD接口相连，所述的STM32F105单片机通过CAN总线协议与CAN总线单元进行通信。
如图4-5所示，STM32F105单片机的PB7、PB8和PB9管脚分别与第一CAN总线单元中TJA1051T/3芯片的S管脚、RXD和TXD管脚相连；STM32F105芯片的PB14、PB12和PB13管脚分别与第二CAN总线单元TJA1051T/3芯片中的S管脚、RXD和TXD管脚相连。此种接法下，STM32F105单片机可通过CAN总线协议与第一、第二CAN总线单元进行通信，采集车速、发动机转速等相关行车参数。
如图6所示，STM32F105单片机与存储单元(核心为W25Q128FVS芯片)相连。其中，STM32F105单片机的PC9、PC10、PC11、PC12分别与存储单元中W25Q128FVS芯片的/CS、SCK、MISO、MOSI管脚相连。此种接法下，STM32F105单片机与存储单元用SPI协议进行通信，可以从存储单元中读取、储存数据。
如图7所示，STM32F105单片机控制声光单元发声提示驾驶员等功能，STM32F105单片机与报警提示单元(核心为WM8960芯片)相连。其中，STM32F105单片机中的PE8、PE9管脚与声光提示单元中WM8960芯片的SDIN和SCLK管脚相连。此种接法下，STM32F105单片机通过I2C协议对WM8960芯片进行控制。
如图8所示，STM32F105单片机中的PC7、PB3、PA15和PB5管脚分别与WM8960芯片的MCLK、BCLK、DACLRC和DACDAT管脚相连。此种接法下，STM32F105单片机通过I2S协议向WM8960芯片传输语音数据。收到语音数据后，WM8960芯片控制声光提示单元中的喇叭播放相应的语音。
当车辆启动后，STM32F105单片可以根据内设的不合理油耗报警程序，根据OBD终端采集到的行车参数，对车辆运行过程中是否有不合理的油耗进行判断，并通过报警提示单元告知驾驶员。如图1所示，所述的不合理油耗实时报警程序被STM32F105单片机中的处理器执行时，能够实现下述步骤：
步骤(1)：进行初始化，从第一、第二CAN总线单元中读取当前车速、发动机转速、节气门开度，分别记为v0,n0和a0，并计算K0＝v0/n0。
步骤(2)：从第一、第二CAN总线单元读取当前车速v1、发动机转速n1和节气门开度a1，并计算当前判定参数K1＝v1/n1。
总传动比与柴油车使用的档位有关，当柴油车在某一档位下稳定运行时，K会趋于一个定值Ks(Ks由车辆的传动系统配置决定，出厂时已固定)，即在某一档位下，加大或减少油门开度，v和n也随之增加或减少，K值基本不变(趋近于Ks)，说明发动机输出的功率得到了有效的利用，运行合理。
在车辆加速或减速的过程中，由于发动机-车轮传动系统中采用的不是刚性连接，若K值在行车过程中减小，并且K始终低于Ks，说明发动机输出的功率并不能全部用于带动车轮转动(传动系统中可能出现“打滑”的现象)，那么可能存在不合理油耗行为，分为两种情况：第一种，当油门开度加大，v有所增加，且n有所增加或不增加，导致K值减小，说明相比于最佳运行状态，发动机输出的功率没有得到有效的利用，柴油车运行不合理，可能存在油门开度过大的问题；当油门开度增大或不变，v有所减少，且n有所增加或不增加，导致K值减小，亦说明发动机输出的功率没有得到有效的利用，运行不合理，柴油车档位不对或制动不够。
若K值在行车过程中增大，说明发动机输出的功率正有效带动车辆运行(如发动机输出扭矩，带动车轮提速)，发动机输出的功率得到了有效利用。
综上所述，为了判断，车辆运行过程中是否存在不合理的油耗，需要对v,a,K的变化，及K与Ks的关系进行分析，并作出判断。
步骤(3)：计算Δv＝v1-v0；Δa＝a1-a0；ΔK＝K1-K0。
步骤(4)：判断ΔK是否小于0，且K0是否小于Ks(如果ΔK小于0，那么K1小于K0，如果K0小于Ks，那么K1与K0都小于Ks)，若是，说明在某一档位下，可能存在着五种原因：
第一种是v增大(Δv大于0)，Δa大于0的情况。此时可能存在油门开度过大等不合理行为(如驾驶员希望通过提高节气门开度的办法来提高车辆加速度，但是发动机输出的扭矩超过一定值以后，驾驶员已经没有办法通过提高节气门开度来车辆加速度，继续提高节气门开度只会导致发动机无意义的能量消耗)，需要发出报警提示；
第二种是v增大(Δv大于0)，Δa小于0的情况，这种情况下，很可能驾驶员经提示后，已经做出了相应调整，或是驾驶员想让车辆减速，但此时路况突然变成下坡，因此Δv仍然增大。此时虽然可能出现了K值减小的情况，但是不能判定存在不合理的油耗。
第三种是v不变或减小(Δv不大于0)，Δa等于0的情况，此时可能存在档位不正确等不合理行为(如此时车辆遇到的坡度较大，即便节气门开度已经达到最大，但发动机产生的扭矩也不足以带动车轮加速，此时需要换挡)；
第四种是v不变或减小(Δv不大于0)，Δa大于0的情况此时有可能路面坡度变大，需要加大发动机扭矩。但此时节气门开度还没有加到最大，驾驶员也正在试图通过加大节气门开度的方法，提升发动机扭矩，克服阻力(并且驾驶员采取的操作很可能是有效的)，因此并不能直接判定档位不正确。
第五种是v不变或减小(Δv不大于0)，Δa小于0的情况此时有可能是驾驶员刹车，想让车辆减速，该种情况下虽然可能出现了K值减小的情况，但是不能判定存在不合理的油耗。
综上所述，若步骤(4)的判断为“是”(出现了ΔK小于0，且K0小于Ks的情况)，仍需要先根据v的变化情况(Δv)，判断是否出现不合理油耗，因此进入步骤(5)；若否，则说明在某一档位下，K1不变或者增大，或虽然减小，但仍大于Ks(此时可能是出现了一些测量上的误差)。那么根据上述分析可知，此时不能判定存在不合理油耗，需要重新进行判断，因此直接进入步骤(10)。
步骤(5)：判断Δv是否大于0，若是，说明v有所增加，可能出现了上述(步骤(4)中所述，下同)导致K值减小的第一种原因或第二种原因，但是为了确认是第一种原因还是第二种原因，仍然需要进一步确认节气门开度的变化情况，因此进入步骤(6)；若否，说明v有所减小或不变，可能出现了上述导致K值减小的第三种原因至第五种原因，但是为了确认具体是哪种原因，亦仍然需要进一步确认节气门开度变化情况，因此进入步骤(7)。
步骤(6)：判断Δa是否大于等于0，若是，说明节气门开度有所增大或不变，可能出现了上述导致K值减小的第一种原因，是不合理的，因此进入步骤(8)；若否，说明节气门开度有所减小，可能出现了上述导致K值减小的第二种原因，不能判定存在不合理油耗，因此进入步骤(10)。
步骤(7)：判断Δa的绝对值是否等于0，若是，说明节气门开度不变，可能出现了上述导致K值减小的第三种原因，是不合理的，因此进入步骤(9)；若否，说明节气门开度有所增大或减小，可能出现了上述导致K值减小的第四种或第五种原因，这两种情况下不能判定存在不合理油耗情况，进入步骤(10)。
步骤(8)：从存储单元中调取相关的提示音，发出报警提示(通过声光提示单元提示驾驶员“节气门可能开度过大”)，并进入步骤(10)。
步骤(9)：从存储单元中调取相关的提示音，发出报警提示(通过声光提示单元提示驾驶员“档位可能不正确”)，并进入步骤(10)。
步骤(10)：v0＝v1；a0＝a1；K0＝K1。并重复执行步骤(2)。
除此之外，所述的STM32F105单片机通过CAN总线单元读取车辆当前总里程数和耗油量，当累计行驶里程每达到100公里时，STM32F105单片机从存储单元中调取提示音，控制报警提示单元提示当前百公里总耗油量，如图2所示，具体实现方法如下：
步骤(1)：从第一、第二CAN总线单元中读取车速当前值v。
步骤(2)：判定v是否大于0，若是进入步骤(3)；若否，重新执行步骤(1)。
步骤(3)：初始化：从第一、第二CAN总线单元中读取车辆当前总里程数s0，耗油量h0。并从存储单元中调取历史数据S，H(第一次使用时，S，H均为0)。
步骤(4)：从第一、第二CAN总线单元中读取车辆当前总里程数s1，耗油量h1。
步骤(5)：计算Δs＝s1-s0；Δh＝h1-h0。
步骤(6)：计算S＝S+Δs；H＝H+Δh。
步骤(6)：判定S是否大于100，若是进入步骤(7)；若否进入步骤(9)。
步骤(7)：从存储单元中调取相关的提示音，通过声光提示单元提示驾驶员当前百公里的耗油量为H。
步骤(8)：S＝0；H＝0。
步骤(9):s0＝s1；h0＝h1。
步骤(10)：从第一、第二CAN总线单元中读取车速当前值v。
步骤(11)；判断当前车速是否大于0.若是，重新进入步骤(4)；若否，进入步骤(12)。
步骤(12)：将S，H存入存储单元。并重新执行步骤(1)。
本发明中，可通过以上两种算法对车辆运行过程中是否有不合理的油耗进行判断，并通过报警提示单元告知驾驶员，从而达到间接帮助车主节省耗油量、延长发动机寿命和减少污染排放的，增加车主安装OBD终端主观意愿的目的。
以上仅为本发明的实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种不合理油耗实时报警方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：读取t时刻的车速vt、发动机转速nt和节气门开度at，并计算t时刻的判定参数Kt＝vt/nt；
步骤(2)：读取t+1时刻的车速vt+1、发动机转速nt+1和节气门开度at+1，并计算t+1时刻的判定参数Kt+1＝vt+1/nt+1；
步骤(3)：根据t时刻和t+1时刻的行车参数，计算速度变化量Δv＝vt+1-vt，节气门开度变化量Δa＝at+1-at，判定参数变化量ΔK＝Kt+1-Kt；
步骤(4)：判断是否ΔK小于0且K0小于Ks，若是进入步骤(5)；若否，进入步骤(10)；其中Ks为车辆的传动系数；
步骤(5)：判断Δv是否大于0，若是进入步骤(6)；若否，进入步骤(7)；
步骤(6)：判断Δa是否大于等于0，若是进入步骤(8)；若否，进入步骤(10)；
步骤(7)：判断Δa的绝对值是否等于0，若是，进入步骤(9)；若否，进入步骤(10)；
步骤(8)：调取告警提示音“节气门可能开度过大”，并进入步骤(10)；
步骤(9)：调取告警提示音“档位可能不正确”，并进入步骤(10)；
步骤(10)：返回步骤(1)，准备进行下一时刻的判断，直至行车结束。
2.如权利要求1所述的一种不合理油耗实时报警方法，其特征在于，还包括：读取车辆当前总里程数和耗油量，当累计行驶里程每达到100公里时，调取提示音，提示当前百公里总耗油量。
3.一种具有不合理油耗报警功能的OBD车载终端，其特征在于，包括：
STM32F105单片机：用于采集行车参数信息，并存储有不合理油耗报警程序，所述的不合理油耗报警程序被STM32F105单片机中的处理器执行时，用于实现如权利要求1-2任一项所述的不合理油耗实时报警方法；
CAN总线单元：用于实现STM32F105单片机与柴油车OBD接口的通信；
存储单元：用于存储报警提示音、以及历史行车参数信息；
报警提示单元：用于不合理油耗的语音报警；
所述的STM32F105单片机分别与CAN总线单元、存储单元和报警提示单元相连，所述的CAN总线单元与柴油车OBD接口相连，所述的STM32F105单片机通过CAN总线协议与CAN总线单元进行通信。
4.如权利要求3所述的一种具有不合理油耗报警功能的OBD车载终端，其特征在于，所述的CAN总线单元包括第一CAN总线单元、第二CAN总线单元；所述的STM32F105单片机的PB7、PB8和PB9管脚分别与第一CAN总线单元中TJA1051T/3芯片的S管脚、RXD和TXD管脚相连；STM32F105芯片的PB14、PB12和PB13管脚分别与第二CAN总线单元TJA1051T/3芯片中的S管脚、RXD和TXD管脚相连。
5.如权利要求3所述的一种具有不合理油耗报警功能的OBD车载终端，其特征在于，所述的STM32F105单片机的PC9、PC10、PC11、PC12管脚分别与存储单元中W25Q128FVS芯片的/CS、SCK、MISO、MOSI管脚相连，STM32F105单片机与存储单元采用SPI协议进行通信。
6.如权利要求3所述的一种具有不合理油耗报警功能的OBD车载终端，其特征在于，所述的STM32F105单片机中的PE8、PE9管脚与报警提示单元中W M8960芯片的SDIN和SCLK管脚相连，通过I2C协议对WM8960芯片进行控制；STM32F105单片机中的PC7、PB3、PA15和PB5管脚分别与WM8960芯片的MCLK、BCLK、DACLRC和DACDAT管脚相连，通过I2S协议向WM8960芯片传输语音数据。
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