TWI411545B - 節能駕駛系統與方法 - Google Patents

Description

節能駕駛系統與方法

本發明係有關於節能駕駛(eco-driving)系統與方法。

隨著能源問題日趨嚴重，各大車廠都投入極大的資源在開發節能轎車，以取代傳統的燃油轎車。電動車與油電混合車即常見的兩種節能方案。

然而，受限於電池特性，儲存於電池內的電能不易被完全利用。因此，在電動車與油電混合車設計中，如何使每一分能量都達到最高效用為極重要的一個課題。

根據本發明一種實施方式實現一節能駕駛系統，其中包括一行車資料庫、一路徑規劃模組、一路況資訊接收模組、一車輛資訊感測模組以及一節能自動駕駛模組。該行車資料庫儲存有車廠提供的試車紀錄以及歷來上路經驗所累積的駕駛紀錄；上述試車與駕駛紀錄包括耗能資訊。該路徑規劃模組乃根據駕駛人的輸入進行路徑規劃。該路況資訊接收模組用於根據上述路徑規劃取得路況資訊。該車輛資訊感測模組負責感測車輛資訊。該節能自動駕駛模組耦接上述行車資料庫、路況資訊接收模組以及車輛資訊感測模組，以根據上述試車與駕駛紀錄、路況資訊以及車輛資訊發展一節能自動駕駛方式自動駕駛一車輛。

另外，關於本發明另一種實施方式所實現的一節能駕駛方法，包括以下步驟。首先，提供一行車資料庫儲存車廠提供的試車紀錄以及歷來上路經驗所累積的駕駛紀錄；上述試車與駕駛紀錄包括耗能資訊。該方法更包括：根據駕駛人輸入進行路徑規劃；根據上述路徑規劃取得路況資訊；即時感測車輛資訊；以及根據上述試車與駕駛紀錄、路況資訊以及車輛資訊發展一節能自動駕駛方式自動駕駛一車輛。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，詳細說明如下：

第1圖圖解根據本案節能駕駛系統的一種實施方式所實現的一車輛100。車輛100除了具有煞車系統102、電池104、電力轉換電路106、變速器108、馬達110以及車輪結構112此類裝置與機械結構外，更包括有一行車電腦114、一路況資訊接收模組116、一車輛資訊感測模組118以及一使用者介面120。

電池104的電力會由電力轉換電路106根據行車電腦114的控制轉換為能量，驅動變速器108與馬達110以控制車輪結構112。

行車電腦114內包括有一行車資料庫122、一路徑規劃模組124、一行車狀態收集模組126、一節能自動駕駛模組128、一駕駛人操控模組130、一操控切換132以及有關於機械能轉換控制的一方塊134。

以下詳細討論所揭露的節能駕駛技術。

首先，討論行車資料庫122，其中儲存有車廠提供的試車紀錄以及歷來上路經驗所累積的駕駛紀錄；上述試車紀錄以及駕駛紀錄包括有耗能資訊。

至於路徑規劃模組124則是負責根據駕駛人輸入(例如，駕駛人可利用使用者介面120設定行車電腦114內的模組或參數)進行路徑規劃。駕駛人可藉使用者介面120輸入「目的地」等資訊，交由路徑規劃模組124規劃路徑。

關於路況資訊接收模組116，則是用來根據上述路徑規劃取得路況資訊。路況資訊接收模組116可以全球定位系統(Global Positioning System，GPS)、無線網路、第三代行動通訊技術(3G)、或全球互通微波存取(WiMAX)等技術實現。例如，全球定位系統可提供規劃路徑的高度、位置、速限、路面種類…等資訊，而無線網路、第三代行動通訊技術或全球互通微波存取等技術則可提供規劃路徑之坡度、紅綠燈、收費站、歷史平均車速、目前車流均速、交通路況…等資訊。

關於車輛資訊感測模組118，是用於感測車輛資訊。車輛資訊感測模組118可包括耗電量感測單元、馬達轉速感測單元、車速感測單元、馬達功率感測單元、電池儲能感測單元、煞車踏板感測單元…等感測裝置，以分別供應即時耗能、馬達轉速、車速、馬達功率、電池儲能、煞車感測…等資料。

節能自動駕駛模組128耦接上述行車資料庫122、路況資訊接收模組116、以及車輛資訊感測模組118，以根據儲存於行車資料庫122內的試車與駕駛紀錄、路況資訊接收模組116所接收的路況資訊、以及車輛資訊感測模組118所感測到的車輛資訊發展出一節能自動駕駛方式控制該煞車系統102以及該電力轉換模組106，以自動駕駛該車輛100。

此段特別說明第1圖所示實施方式之行車狀態收集模組126。行車狀態收集模組126用於溝通上述行車資料庫122、路徑規劃模組124、路況資訊接收模組116以及車輛資訊感測模組118，或甚至更耦接後續將介紹之機械能轉換控制方塊134。或者，在其他實施方式中，也可以行車電腦114內的傳統電腦架構實現各模組間的溝通，而無需特別設計該行車狀態收集模組126。另外，在某些實施方式中，行車狀態收集模組126更在車輛100行駛時，整理該路況資訊接收模組116以及車輛資訊感測模組118所供應的路況資訊以及車輛資訊，將之作為上述駕駛紀錄儲存於該行車資料庫122中。

關於上述試車紀錄以及駕駛紀錄，更有以下實施方式。所述試車紀錄可包括複數種特定路況下，車輛100的複數個特定車速能量消耗。所述駕駛紀錄可包括歷來上路經驗中各種上述特定路況下該車輛100曾經歷的車速範圍與平均能量消耗。舉例說明之，上述特定路況可包括爬坡路況、低速路況以及高速路況中至少一者。所述爬坡路況可為一特定長度內坡度維持一特定角度以上之路況。所述低速路況可為具有一低速速限的道路。所述高速路況可為具有一高速速限的道路。參閱第2圖，其中針對高速路況圖解相關之試車紀錄與駕駛紀錄資訊。圖上的複數個資料點即試車紀錄中對應高速路況的複數個特定車速能量消耗，可聯合形成曲線202。圖上的最低操作車速Vmin以及最高操作車速Vmax界定的就是駕駛紀錄中對應高速路況所經歷過的車速範圍(Vmin~Vmax)。至於準位204標示的是駕駛紀錄中對應高速路況所經歷過的平均能量消耗。

對應上一段所揭露之試車紀錄與駕駛紀錄實施方式，節能自動駕駛模組128可做以下動作。根據路況資訊接收模組116所接收到的路況資訊，節能自動駕駛模組128查詢該行車資料庫122內的上述駕駛紀錄與試車紀錄，取得上述複數個特定路況中對應上述路況資訊者的該平均能量消耗以及於該車速範圍內的該等特定車速能量消耗、並比較之，以該等特定車速能量消耗中最優於該平均能量消耗者所對應的一特定車速設定上述節能自動駕駛方式。以下舉例說明之。假設路況資訊接收模組116顯示目前的路況資訊為高速路況。參考第2圖所示之高速路況的試車紀錄以及駕駛紀錄─其中包含相關的平均能量消耗204、以及車速範圍Vmin~Vmax內的該等特定車速能量消耗(聯合形成曲線202)─節能自動駕駛模組128會將曲線202所示的該等特定車速能量消耗與該平均能量消耗204比較，並以最優於該平均能量消耗204的該個特定車速能量消耗所對應的一特定車速Vinitial設定上述節能自動駕駛方式。該節能自動駕駛方式可以該特定車速Vinitial為初始目標，致動該煞車系統102以及該電力轉換電路106實現自動駕駛。

然而，上述特定車速(例如第2圖之車速Vinitial)於實際應用上可能不是最佳選擇。節能自動駕駛模組128更提供根據車輛資訊感測模組118所感測到的車輛資訊微調該節能自動駕駛方式的技術。舉例說明之，節能自動駕駛模組128可更根據上述車輛資訊內的即時耗能資料微調上述節能自動駕駛方式─例如，以略高於該特定車速Vinitial之方式駕駛車輛，或以略低於該特定車速Vinitial之方式駕駛車輛─使節能效果最佳化。

此外，第1圖所揭露的節能駕駛系統更包括一種終止所述節能自動駕駛方式的技術。舉例說明之，車輛資訊感測模組118所感測到的車輛資訊之煞車感測資料顯示有緊急煞車動作發生時，該節能自動駕駛模組128會關閉，以交由駕駛人操控該車輛100。駕駛人操控模組130即是設計來接收駕駛人操作(例如，踩油門、踩煞車、轉方向盤…等)、且據以控制煞車系統102以及電力轉換電路106的。至於節能自動駕駛模組128之除能與駕駛人操控模組130之致能、或節能自動駕駛模組128之致能與駕駛人操控模組130之除能，則是由操控切換132來控制。以圖中實施方式為例，車輛資訊感測模組118所感測到的車輛資訊可經由行車狀態收集模組126傳送給該操控切換132進行收集與分析，以用於切換該節能自動駕駛模組128與該駕駛人操控模組130。舉例說明之，緊急煞車動作發生時，該操控切換132除能該節能自動駕駛模組128且致能該駕駛人操控模組130，使煞車系統102與電力轉換電路106之控制改由駕駛人主導，讓車輛100得以安全煞住。此為一項重要的安全性設計。

第1圖實施方式更顯示使用者介面120與操控切換132之間的一連結。如此一來，駕駛人可藉該使用者介面120設定採用該節能自動駕駛模組128或該駕駛人操控模組130駕駛該車輛100。

第1圖實施方式更介紹有一能量再生技術。與電池104連結的一機械能-電能轉換器136以及行車電腦114內所供應的機械能轉換控制方塊134可組成一機械能轉換模組。當上述車輛資訊內的上述煞車感測資料顯示車輛100有減速操作時，機械能轉換控制方塊134將控制該機械能-電能轉換器136，將車輛100的機械能轉換為電能儲存至電池104，以再生利用之。如此一來，交通擁塞、或下坡路況之減速操作所產生的機械能皆可被有效回收利用。

整理之，以特定路況包括爬坡路況、高速路況以及低速路況之設計為例子，節能自動駕駛啟動時，節能駕駛系統可切換為一最佳坡度車速模式、一最佳高速車速模式或一最佳低速車速模式之。或者，也可選擇以駕駛人操控車輛取代節能自動駕駛，此時，節能駕駛系統所提供的為一駕駛人操控模式。此外，所揭露的節能駕駛系統更提供能量再生功能，用於回收減速所造成的機械能。

以上所揭露的各個模組皆可視設計者需求以軟體或硬體或軟硬體共同設計方式實現。根據第1圖所揭露之節能駕駛系統，也可另外發展一套節能駕駛方法，以完成以上所揭露之節能功效。

第3圖為一流程圖，圖解根據本發明一種實施方式所實現的節能駕駛之流程。發動車輛後，首先，步驟S302會被實施，以根據使用者輸入進行路徑規劃。接著，步驟S304會根據上述路徑規劃收集路況資訊，並配合本案所揭露之駕駛紀錄以及試車紀錄發展出節能自動駕駛的初始設定。步驟S306供駕駛人決定是否啟動節能自動駕駛。若駕駛人決定不實施節能自動駕駛，則流程進入步驟S308，維持由駕駛人操控車輛。若駕駛人決定要實施節能自動駕駛，則流程進入步驟S310，進行節能自動駕駛，並根據車輛資訊(或甚至更根據路況資訊─例如，面對路況變換成另外一個特定路況的狀態)微調所施行的節能自動駕駛。為了安全起見，第3圖流程圖包括有一確認步驟S312，隨時偵測是否有緊急煞車事件發生。若有緊急煞車事件發生，則流程進入步驟S314，改由駕駛人操控取代節能自動駕駛。反之，若沒有偵測到緊急煞車事件，則維持步驟S310操作，持續施行節能自動駕駛。另外，於步驟S314切換成駕駛人操控車輛後，可更回到步驟S306確認是否重回節能自動駕駛，此選擇設定可藉第1圖之使用者介面120完成之。

第4圖為一流程圖，圖解上述節能自動駕駛方式的一種發展步驟。首先，執行步驟S402，確認路面種類。圖中實施方式僅對高速公路/快速道路、與市區/鄉間/一般道路提供對應的節能自動駕駛方式。若步驟S402判斷路面屬於其他道路，則沒有對應的節能自動駕駛解決方案，此流程結束。若步驟S402判斷路面為高速公路/快速道路，則進入步驟S404對路況作更進一步的判斷。步驟S404可根據步驟S406─擷取路況即時資訊─所取得的坡度、平均車速、高度資訊判斷接下來的路況是否坡度為+10度以上且高度持續增加達5秒以上。若是，則進入步驟S408，設定該節能自動駕駛方式使節能駕駛系統切換為上述最佳坡度車速模式。若否，則進入步驟S410，設定該節能自動駕駛方式使節能駕駛系統切換為上述最佳高速車速模式。倘若步驟S402判斷路面為市區/鄉間/一般道路，則進入步驟S414對路況作更進一步的判斷。步驟S414可根據步驟S416─擷取路況即時資訊─所取得的坡度、平均車速、高度資訊判斷接下來的路況是否坡度為+10度以上且高度持續增加達5秒以上。若是，則進入步驟S408，設定該節能自動駕駛方式使節能駕駛系統切換為上述最佳坡度車速模式。若否，則進入步驟S418，設定該節能自動駕駛方式使節能駕駛系統切換為上述最佳低速車速模式。步驟S412負責擷取試車、駕駛紀錄，以及收集車輛資訊，以供應給步驟S408、S410、S418微調所設定之節能自動駕駛方式。

上述實施方式雖將坡度條件設定為+10度、且將時間判斷條件設定為5秒鐘，但僅用於幫助了解發明內容，並非意圖限定發明範圍。上述坡度、以及時間判斷條件也可設定為其他數值。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．車輛

102．．．煞車系統

104．．．電池

106．．．電力轉換電路

108．．．變速器

110．．．馬達

112．．．車輪結構

114．．．行車電腦

116．．．路況資訊接收模組

118．．．車輛資訊感測模組

120．．．使用者介面

122．．．行車資料庫

124．．．路徑規劃模組

126．．．行車狀態收集模組

128．．．節能自動駕駛模組

130．．．駕駛人操控模組

132．．．操控切換

134．．．機械能轉換控制

136．．．機械能-電能轉換器

202．．．由複數個特定車速能量消耗所形成的一曲線

204．．．平均能量消耗

Vinitial．．．用於設定節能自動駕駛方式的一特定車速

及

Vmax、Vmin．．．駕駛紀錄中關於某類路況曾採用過的最高、最低車速，定義所揭露之車速範圍

第1圖圖解根據本發明一種實施方式所實現的一車輛；

第2圖針對高速路況圖解試車紀錄中對應的複數個特定車速能量消耗(聯合形成曲線202)、以及駕駛紀錄中對應的車速範圍(Vmin~Vmax)以及平均能量消耗204；

第3圖為一流程圖，圖解根據本發明一種實施方式所實現的節能駕駛之流程；以及

第4圖為一流程圖，圖解上述節能自動駕駛方式的一種發展步驟。

100．．．車輛

102．．．煞車系統

104．．．電池

106．．．電力轉換電路

108．．．變速器

110．．．馬達

112．．．車輪結構

114．．．行車電腦

116．．．路況資訊接收模組

118．．．車輛資訊感測模組

120．．．使用者介面

122．．．行車資料庫

124．．．路徑規劃模組

126．．．行車狀態收集模組

128．．．節能自動駕駛模組

130．．．駕駛人操控模組

132．．．操控切換

134．．．機械能轉換控制方塊

136．．．機械能-電能轉換器

Claims (12)

1. 一種節能駕駛系統，包括：一行車資料庫，儲存車廠提供的試車紀錄以及歷來上路經驗所累積的駕駛紀錄，上述試車與駕駛紀錄包括耗能資訊；一路徑規劃模組，根據駕駛人之輸入進行路徑規劃；一路況資訊接收模組，根據上述路徑規劃取得路況資訊；一車輛資訊感測模組，感測車輛資訊；以及一節能自動駕駛模組，耦接上述行車資料庫、路況資訊接收模組以及車輛資訊感測模組，以根據上述試車與駕駛紀錄、路況資訊以及車輛資訊發展一節能自動駕駛方式自動駕駛一車輛，其中：上述試車紀錄包括複數種特定路況下，該車輛的複數個特定車速能量消耗；上述駕駛紀錄包括歷來上路經驗中各種上述特定路況下該車輛曾經歷的車速範圍與平均能量消耗；該節能自動駕駛模組乃根據上述路況資訊查詢該行車資料庫內的上述駕駛紀錄與試車紀錄，取得上述複數個特定路況中對應上述路況資訊者的該平均能量消耗以及於該車速範圍內的該等特定車速能量消耗、並比較之，以該等特定車速能量消耗中最優於該平均能量消耗者所對應的一特定車速設定上述節能自動駕駛方式；且該節能自動駕駛模組更根據上述車輛資訊內的即時耗 能資料微調上述節能自動駕駛方式。
2. 如申請專利範圍第1項所述之節能駕駛系統，其中，上述車輛資訊更包括煞車感測資料，且該節能自動駕駛模組於該煞車感測資料顯示有緊急煞車動作時關閉，以交由駕駛人操控該車輛。
3. 如申請專利範圍第1項所述之節能駕駛系統，其中，更包括一使用者界面，供駕駛人決定是否致能該節能自動駕駛模組。
4. 如申請專利範圍第1項所述之節能駕駛系統，其中上述特定路況包括一爬坡路況、一低速路況以及一高速路況中至少一者，其中：該爬坡路況為一特定長度內坡度維持一特定角度以上之路況；該低速路況指的是由一低速速限規範的道路；且該高速路況指的是由一高速速限規範的道路。
5. 如申請專利範圍第4項所述之節能駕駛系統，其中更包括一機械能轉換模組，於上述車輛資訊所供應之煞車感測資料顯示有減速操作時轉換一機械能為電能，以再生利用該機械能。
6. 如申請專利範圍第1項所述之節能駕駛系統，其中更包括一行車狀態收集模組，用以溝通上述行車資料庫、路徑規劃模組、路況資訊接收模組、車輛資訊感測模組以及節能自動駕駛模組。
7. 如申請專利範圍第6項所述之節能駕駛系統，其中該 行車狀態收集模組更用於產生上述駕駛紀錄儲存於該行車資料庫中。
8. 一種節能駕駛方法，包括：提供一行車資料庫儲存車廠提供的試車紀錄以及歷來上路經驗所累積的駕駛紀錄，上述試車與駕駛紀錄包括耗能資訊；根據駕駛人輸入進行路徑規劃；根據上述路徑規劃取得路況資訊；感測車輛資訊；以及根據上述試車與駕駛紀錄、路況資訊以及車輛資訊發展一節能自動駕駛方式自動駕駛一車輛，其中：上述試車紀錄包括複數種特定路況下，該車輛的複數個特定車速能量消耗；上述駕駛紀錄包括歷來上路經驗中各種上述特定路況下該車輛曾經歷的車速範圍與平均能量消耗；上述發展該節能自動駕駛方式之步驟包括根據上述路況資訊查詢該行車資料庫內的上述駕駛紀錄與試車紀錄，取得上述複數個特定路況中對應上述路況資訊者的該平均能量消耗以及於該車速範圍內的該等特定車速能量消耗、並比較之，並且，以該等特定車速能量消耗中最優於該平均能量消耗者所對應的一特定車速設定上述節能自動駕駛方式；且上述發展該節能自動駕駛方式之步驟更包括更根據上 述車輛資訊內的即時耗能資料微調上述節能自動駕駛方式。
9. 如申請專利範圍第8項所述之節能駕駛方法，其中，更包括：於上述車輛資訊內的煞車感測資料顯示有緊急煞車動作時離開該節能自動駕駛方式，以交由駕駛人操控該車輛。
10. 如申請專利範圍第8項所述之節能駕駛方法，更包括：提供一使用者界面，供駕駛人決定是否允許該節能自動駕駛方式自動駕駛該車輛。
11. 如申請專利範圍第8項所述之節能駕駛方法，其中上述特定路況包括一爬坡路況、一低速路況以及一高速路況中至少一者，其中：該爬坡路況為一特定長度內坡度維持一特定角度以上之路況；該低速路況指的是由一低速速限規範的道路；且該高速路況指的是由一高速速限規範的道路。
12. 如申請專利範圍第11項所述之節能駕駛方法，其中，更包括於上述車輛資訊所供應之煞車感測資料顯示有減速操作時轉換一機械能成電能，以再生利用該機械能。