一种基于道路场景和驾驶意图的节油系统和控制方法与流程

1.本发明涉及汽车的控制方法技术领域，具体地指一种基于道路场景和驾驶意图的节油方法和系统。


背景技术：

2.随着汽车的普及，车辆对于环境的影响也越来越明显，而对于能源的消耗也越来越大。因此降低车辆油耗，一直是各大汽车企业的重要目标。当前行业内，对于汽车油耗做了大量的工作，但大多是对车辆结构(风阻、滚阻等)、发动机技术等方面的优化。对于车辆行驶场景和驾驶员的需要考虑相对薄弱。
3.当前行业常见的一种技术方案是通过驾驶员主动选择车辆行驶模式，例如：运动模式、经济模式等方式，对发动机工作参数进行调整(通常是对发动机特性曲线进行限制，即经济模式下，选择较低的发动机特性曲线)，以减少高功率区的使用时间，实现油耗降低。牺牲了车辆的动力性。由于对扭矩进行了直接限制，加速性能会受到较大影响。模式切换需要驾驶员主动操作完成，不便根据场景实时调整节油策略，节油效果有限。
4.目前也有专利提出可以通过制定出合适的控制逻辑对车辆进行控制调节达到提高发动机燃油经济性的目的，如专利号为“cn202010037951.1”的名为“一种提高发动机燃油经济性的方法与装置”的中国发明专利，该专利介绍的提高发动机燃油经济性的方法适用于车辆自由行驶模式和阈值预设模式两种不同场景，每种场景下有一套专用的控制逻辑进行控制调节，其目标是在不违背驾驶员驾驶意愿的前提下，使车辆的油门踏板输出信号始终为最小值，达到提高燃油经济性的目的。该装置在发动机与传动系统之间通过电子控制单元建立反馈，将油门踏板输入信号p1、行驶速度信号s、曲轴位置信号e、发动机曲柄位置信号x、发动机转速r等参数随时输入电子控制单元，采用所述方法处理上述信号，燃油调控单元计算当前状态下符合燃油经济性的最终油门踏板输出信号p2，并将当前的控制参数同步调节到上述的优化解，使发动机工作在更加经济的水平上，确保系统的燃油经济性。因此，该方案将带来在不违背驾驶员意愿的前提下，尽可能提升燃油经济性、降低废气排放的技术效果。
5.但是，该方案考虑的问题比较简单，仅仅只考虑到了不违背驾驶意图的情况维持油门开度在最小值，实际上是通过控制油门踏板的开度来进行燃油经济性控制的，而影响燃油经济性的因素是多方面的，不仅仅是驾驶员层面，还有诸如道路场景等因素，虽然这些因素的影响最后多可以反馈到驾驶意图层面，但如果仅凭驾驶意图去控制，那不同的驾驶员可能会产生很大的区别。因此，该方案考虑到的层面比较片面，只能一定程度上提高燃油经济性，并不能真正的提高发动机节油功能。


技术实现要素：

6.本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种基于道路场景和驾驶意图的节油方法和系统，本发明充分结合了道路场景和驾驶意图进行车辆动力需求的判断识
别，针对动力需求对动力总成进行控制调节，确保发动机按照燃油经济性最好的经济区域内运行，达到了节油的技术效果。
7.本发明的技术方案为：一种基于道路场景和驾驶意图的节油系统，其特征在于：包括，道路场景识别模块，用于获取车辆前方设定距离内的道路情况和前方车辆情况；
8.节油条件判断模块，根据道路情况和前方车辆情况判断是否开启节油控制；
9.速度控制方法获取模块，在节油控制开启情况下根据道路情况和前方车辆情况获取车辆的速度控制方法；
10.驾驶意图识别模块，通过采集油门开度和油门踏板位置变化率识别驾驶意图；
11.动力需求识别模块，基于速度控制方法和驾驶意图获取车辆当前动力需求；
12.控制模块，根据车辆当前动力需求控制动力总成使发动机运行在经济区域内；
13.所述道路场景识别模块、节油条件判断模块、速度控制方法获取模块、驾驶意图识别模块、动力需求识别模块和控制模块相互之间数据连通。
14.节油条件判断模块判断当前情况符合节油控制或是不符合节油控制，不符合节油控制，则不对车辆动力总成进行任何的控制调节；速度控制方法获取模块获取车辆的速度控制方法，符合节油控制的速度控制方法为维持当前车速、降低车速且减速度小于设定减速度、增加车速且加速度小于设定加速度三种速度控制措施，若出现降低车速且减速度大于等于设定减速度、增加车速且加速度大于等于设定加速度的情况，则立即解除对动力总成的控制；驾驶意图识别模块识别驾驶员的驾驶意图，驾驶意图包括动力合适、动力不足、动力过大、动力严重不足或是动力严重过大，其中一旦动力严重不足或是动力严重过大，则立即解除对动力总成的控制；动力需求识别模块根据速度控制方法和驾驶意图判断动力需求，动力需求分为维持当前动力、增加动力或是减小动力三种情况。
15.进一步的所述道路场景识别模块包括用于识别道路类型和最高限速的第一道路识别模块、用于获取车辆前方设定距离内的其他车辆平均车速的第二道路识别模块以及用于获取车辆前方设定距离内道路的坡度和弯道信息的第三道路识别模块。
16.进一步的所述节油条件判断模块获取道路场景识别模块采集的道路情况和前方车辆情况，判断道路情况是否符合前方道路为高速路、快速路或是城市道路且道路的最高限速超过设定限速的节油控制条件和判断前方车辆情况是否符合前方设定距离内的其他车辆平均车速超过设定车速的节油控制条件。
17.进一步的所述速度控制方法获取模块获取道路场景识别模块采集的道路情况和前方车辆情况，根据道路情况中的前方设定距离内的道路坡度和弯道信息以及前方车辆情况中的前方设定距离内的其他车辆平均车速预测车辆的速度控制措施是否为维持当前车速、降低车速且减速度小于设定减速度、增加车速且加速度小于设定加速度三种速度控制措施中的一种。
18.进一步的所述驾驶意图识别模块或油门开度、油门踏板位置变化率以及辅助驾驶系统的指令信息，判断驾驶意图是动力合适、动力不足、动力过大、动力严重不足或是动力严重过大中的一种。
19.进一步的所述动力需求识别模块获取速度控制方法和驾驶意图，判断车辆当前动力是否属于维持当前动力、增加动力或是减小动力三种节油动力需求中的一种。
20.一种基于道路场景和驾驶意图的节油系统的控制方法，获取车辆前方设定距离内
的道路情况和前方车辆情况，判断是否符合节油控制条件，若符合节油控制条件，根据道路情况和前方车辆情况获取车辆的速度控制方法，若车辆的速度控制方法属于设定控制措施，则对车辆驾驶员的驾驶意图进行识别，若驾驶意图属于设定意图，则结合速度控制方法和驾驶意图获取车辆的动力需求，根据动力需求控制动力总成使发动机运行在经济区域内。
21.进一步的所述根据动力需求控制动力总成使发动机运行在经济区域内的方法包括：若动力需求为维持当前动力，则判断当前转速和扭矩是否处于经济区域内，若不处于经济区域内，则计算在维持当前功率不变的情况下最接近经济区域的最优变速箱速比，向tcu发送档位需求，同时同步向发动机发送对应最优变速箱速比的转速和扭矩需求。
22.进一步的所述根据动力需求控制动力总成使发动机运行在经济区域内的方法包括：若当前动力需求为增加动力，根据油门踏板位置变化率获取车辆的预期增加车速，基于预期增加车速获取基于当前变速箱速比的第一目标转速，计算基于预期增加车速获取在当前变速箱速比基础上进行升档后的第二目标转速，选取第一目标转速和第二目标转速中最接近经济区域的转速作为最优转速，对发动机和变速箱发出相应的调节指令。
23.进一步的所述根据动力需求控制动力总成使发动机运行在经济区域内的方法包括：若当前动力需求为减小动力，根据油门踏板位置变化率获取车辆的预期减小车速，基于预期减小车速获取基于当前变速箱速比的第三目标转速，计算基于预期减小车速获取在当前变速箱速比基础上进行降档后的第四目标转速，选取第三目标转速和第四目标转速中最接近经济区域的转速作为最优转速，对发动机和变速箱发出相应的调节指令。
24.进一步的所述对车辆驾驶员的驾驶意图进行识别的方法包括：获取油门踏板位置变化率；若油门增大时的油门踏板位置变化率＜第一设定变化率、油门减小时的油门踏板位置变化率＜第三设定变化率，或辅助驾驶系统未请求加速/减速，则判断当前驾驶员的驾驶意图为动力合适；
25.若油门开度增大且油门踏板位置变化率≥第一设定变化率但＜第二设定变化率或辅助驾驶系统请求加速度＜第一设定加速度的加速请求，则判断当前驾驶员的驾驶意图为动力不足；
26.若油门开度增大且油门踏板位置变化率≥第二设定变化率或辅助驾驶系统有请求加速度≥第一设定加速度的加速请求，则判断当前驾驶员的驾驶意图为动力严重不足；
27.若油门开度减小且油门踏板位置变化率≥第三设定变化率但＜第四设定变化率或辅助驾驶系统请求减速度＜第一设定减速度的减速请求，则判断当前驾驶员的驾驶意图为动力过大；
28.若油门开度减小且油门踏板位置变化率≥第四设定变化率或辅助驾驶系统有请求减速度≥第一设定减速度的减速请求，则判断当前驾驶员的驾驶意图为动力严重过大。
29.进一步的所述获取车辆的速度控制方法的方法包括：通过导航获取车辆前方设定距离内道路的坡度、弯道和车辆情况，结合当前车速判断车辆的车速控制方法是否属于维持当前车速、降低车速且减速度小于设定减速度、增加车速且加速度小于设定加速度三种速度控制措施中的一种，若属于则判断车辆的速度控制方法属于设定控制措施，否则就不属于。
30.进一步的所述结合速度控制方法和驾驶意图获取车辆的动力需求的方法包括：当
驾驶意图判定为动力适当时，若速度控制方式判断为维持当前车速，则动力需求为维持当前动力；若速度控制方式判断为降低车速且减速度小于设定减速度，则动力需求为减小动力；若速度控制方式判断为增加车速且加速度小于设定加速度，则动力需求为增加动力；
31.当驾驶意图判定为动力不足时，若速度控制方式判断为维持当前车速，则动力需求为增加动力；若速度控制方式判断为降低车速且减速度小于设定减速度，则动力需求为维持当前动力；若速度控制方式判断为增加车速且加速度小于设定加速度，则动力需求为增加动力；
32.当驾驶意图判定为动力过大时，若速度控制方式判断为维持当前车速，则动力需求为减小动力；若速度控制方式判断为降低车速且减速度小于设定减速度，则动力需求为减小动力；若速度控制方式判断为增加车速且加速度小于设定加速度，则动力需求为维持当前动力；
33.当驾驶意图判定为动力严重不足或是动力严重过大时，解除对动力总成的控制。
34.当出现急剧改变动力时，退出节油控制，所述急剧改变动力的情况包括油门踏板位置变化率大于第二设定变化率或是大于第四设定变化率的情况。
35.本发明的优点有：1、本发明通过导航识别车辆前方道路场景，判断前方道路的速度控制模式，然后结合驾驶意图判断车辆的动力需求情况，根据动力需求情况对动力总成进行相应的控制调节，确保发动机在燃油经济性最好的经济区域内运行，以达到最大程度的节油功能；
36.2、本发明针对动力需求为维持当前动力的情况，在保证功率不变的情况下，计算最优的变速箱速比，即获取燃烧经济性最好的也是最接近经济区域的档位，然后根据档位调节发动机的转速和扭矩，调节方式简单；
37.3、本发明针对动力需求为增加动力的情况，是根据油门踏板位置变化率获取车辆的预期增加车速，然后基于预期增加车速比较在当前档位和升档后的档位的燃烧经济性，确定最佳方案后再进行调节，调节的工序简单，流程步骤少，能够快速得到增加动力后的最经济性的转速和扭矩，确保在动力增加的情况下提高发动机的燃烧经济性；
38.4、本发明针对动力需求为减小动力的情况，是根据油门踏板位置变化率获取车辆的预期减小车速，然后基于预期减小车速比较在当前档位和降档后的档位的燃烧经济性，确定最佳方案后再进行调节，调节的工序简单，流程步骤少，能够快速得到减小动力后的最经济性的转速和扭矩，确保在动力减小的情况下提高发动机的燃烧经济性；
39.5、本发明对车辆驾驶员的驾驶意图的识别是通过油门踏板位置变化率来进行识别的，通过设定限值，将实时采集到的油门踏板位置变化率与限值进行比对，即可快速获得驾驶员的驾驶意图，方法简单高效；
40.6、本发明通过导航识别车辆前方道路的坡度、弯道和车辆情况，实际上即通过导航判断前方车辆的坡度、弯道好拥堵情况，以得出前方道路的速度控制方法，本发明的方法极为简单，且无须引入其他硬件设备，成本极为低廉；
41.7、本发明的动力需求识别方案都是通过结合速度控制方法与驾驶意图来进行的，其中以驾驶意图为主要识别因素，速度控制方法为次要识别模式，结合两者，能够准确判断车辆当前的动力需求，为节油控制提高良好的基础；
42.8、本发明的节油控制是针对高速、快速道或是城市道路这类道路结构，且对于限
速和道路拥堵情况有要求，排除掉复杂的、需要频繁操作的道路，可以降低节油控制的难度；
43.9、本发明针对于急剧改变动力的情况作出了限定，一旦车辆出现急剧改变动力的情况，则立马解除节油控制策略，避免干扰驾驶员的驾驶操作；
44.10、本发明的控制系统极为简单，无需增加其他的硬件设备成本，控制方法极为简单，能够大幅度提高车辆的燃油经济性，具有极大的推广价值。
45.本发明的控制方法极为简单，结合了道路场景和驾驶意图对车辆的动力总成进行控制，确保在设定情况下，动力总成能够运行在燃油经济区域内，提升车辆动力总成的节油效果，具有极大的推广价值。
附图说明
46.图1：本发明的系统架构示意图；
47.图2：本发明的节油控制策略示意图；
48.图3：本发明的发动机万有特性曲线示意图。
具体实施方式
49.下面详细描述本发明的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
50.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
51.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
52.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
53.如图1～3，本实施例是一种基于道路场景和驾驶意图的智能节油方法以及包含该节油控制方法的系统。本实施例的节油控制方法首先需要判断车辆当前的情况是否符合节油控制条件，具体的判断措施是通过导航采集车辆前方设定距离(设定距离是人为设定的距离参数，一般为100m，若有其他需求也可以进行相应的调整，并不限于这一数据)内的道路场景，本实施例的节油控制主要是用于在车辆处于高速、快速路或是道路情况不复杂的城市道路，即车辆具有一定的车速，而且无需频繁操作的道路的情况，参照下表可以获得车辆是否符合节油控制条件：
54.表1：节油控制条件判断表
[0055][0056]
实际上符合节油控制条件即车辆能够以不小于设定车速(设定车速是通过标定获得的，本实施例为40km/h，实际应用不限于这一车速)行驶在道路上，即道路的最高限速超过设定车速，即40km/h，车辆前方设定距离内的其他车辆的平均车速超过设定车速，即前方设定距离内的车辆不拥堵，不会阻拦本车的正常行驶。排除掉以上干扰车辆行驶的因素，即可判断车辆当前情况符合节油控制条件。
[0057]
当车辆符合节油控制条件后，获取车辆的动力需求，动力需求的获得从两个方向来进行，一是车辆的速度控制方法，另外一个是车辆驾驶员的驾驶意图。
[0058]
车辆的速度控制方法是通过导航来获取的，基于导航获取车辆前方设定距离内的坡度、弯道和车辆情况(车辆情况包括本车前方其他车辆的车速以及与本车的相对车速，简单来说就是本车的前方是否有车)，道路坡度分为上坡、下坡和无坡，当坡度大于设定上坡坡度(本实施例的设定上坡坡度为3％)即判断前方道路为上坡，当坡度小于设定下坡坡度(本实施例的设定下坡坡度为
‑
3％)即判断前方道路为下坡，当前方道路的坡度≥设定下坡坡度≤设定上坡坡度时，判断前方道路为无坡道路。道路弯道为有弯，即前方道路的曲率大于设定曲率(本实施例的设定曲率为0.002m
‑1)，若前方道路的曲率小于等于设定曲率，则判断前方道路为无弯。然后结合车辆前方是否有车以及辅助驾驶是否开启来进行速度控制方式的识别，见下表：
[0059]
表2：速度控制方法判断控制表
[0060][0061][0062]
表2中的适当减速是指降低车速且减速度小于设定减速度，适当加速是指增加车速且加速度小于设定加速度，表2排除了对速度控制较大的情况，即需要快速改变车速的情况，因为此类情况不属于节油控制的范畴，如果一旦出现降低车速且减速度大于等于设定减速度、增加车速且加速度大于等于设定加速度的情况，则立即解除节油控制模式。另外，若当前车辆的车速已经处于所处道路的最高限速时，系统就不会作出适当加速的速度控制指令，转变为维持当前车速。
[0063]
驾驶员的驾驶意图主要是通过采集油门开度和油门踏板位置变化率来进行识别的，具体的判断方案如下：
[0064]
若油门增大时的油门踏板位置变化率＜第一设定变化率(本实施例第一设定变化率为标定获得的，本实施例为5％/s、油门减小时的油门踏板位置变化率＜第三设定变化率绝对值(本实施例第三设定变化率为标定获得的，本实施例为
‑
5％/s)，或辅助驾驶系统未请求加速/减速(本实施例为加速度/减速度请求的绝对值<0.2m/s2)，则判断当前驾驶员的驾驶意图为动力合适；
[0065]
若油门开度增大且油门踏板位置变化率≥第一设定变化率但＜第二设定变化率
(本实施例第二设定变化率为标定获得的，本实施例为15％/s)或辅助驾驶系统请求加速度＜第一设定加速度(本实施例第一设定加速度为标定获得的，本实施例为1m/s2)的加速请求，则判断当前驾驶员的驾驶意图为动力不足；
[0066]
若油门开度增大且油门踏板位置变化率≥第二设定变化率或辅助驾驶系统有请求加速度≥第一设定加速度的加速请求，则判断当前驾驶员的驾驶意图为动力严重不足；
[0067]
若油门开度减小且油门踏板位置变化率绝对值≥第三设定变化率绝对值但＜第四设定变化率绝对值(本实施例第四设定变化率为标定获得的，本实施例为
‑
15％/s)或辅助驾驶系统请求减速度绝对值＜第一设定减速度(本实施例第一设定减速度为标定获得的，本实施例为
‑
1m/s2)的减速请求，则判断当前驾驶员的驾驶意图为动力过大；
[0068]
若油门开度减小且油门踏板位置变化率绝对值≥第四设定变化率绝对值或辅助驾驶系统有请求减速度绝对值≥第一设定减速度的减速请求，则判断当前驾驶员的驾驶意图为动力严重过大。
[0069]
结合速度控制方法对当前车辆的动力需求进行判断，具体判断见下表：
[0070]
表3：动力需求判断表
[0071][0072]
结合驾驶意图和预判的速度控制方法能够得出车辆的动力需求，排除掉解除动力控制的情况，节油控制针对三种情况进行控制调节，分别是维持当前动力、减小动力和增加动力。本实施例的控制策略是通过控制动力总成的转速或/和变速箱速比或/和发动机速比使转速和扭矩处于经济区域内，或者是通过控制动力总成的转速或/和变速箱速比或/和发动机速比使转速和扭矩使发动机的燃油特性最大程度的接近经济区域。本实施例的经济区域是指发动机万有特性曲线中燃油经济性最好的区域，可以通过发动机万有特性曲线获得，如图3中的a区域。
[0073]
具体的控制措施是：若当前动力需求为维持当前动力，则判断当前转速和扭矩是
否处于经济区域内，若不处于经济区域内，则计算在维持当前功率不变的情况下最接近经济区域的最优变速箱速比，向tcu发送档位需求，同时同步向发动机发送对应最优变速箱速比的转速和扭矩需求；若处于经济区域内，则维持当前状态不作调整；
[0074]
若当前动力需求为增加动力，根据油门踏板位置变化率获取车辆的预期增加车速，基于预期增加车速获取基于当前变速箱速比的第一目标转速，计算基于预期增加车速获取在当前变速箱速比基础上进行升档后的第二目标转速，选取第一目标转速和第二目标转速中最接近经济区域的转速作为最优转速，对发动机和变速箱发出相应的调节指令；
[0075]
若当前动力需求为减小动力，根据油门踏板位置变化率获取车辆的预期减小车速，基于预期减小车速获取基于当前变速箱速比的第三目标转速，计算基于预期减小车速获取在当前变速箱速比基础上进行降档后的第四目标转速，选取第三目标转速和第四目标转速中最接近经济区域的转速作为最优转速，对发动机和变速箱发出相应的调节指令。
[0076]
本实施例在动力总成的调节控制中，通过标定获得一条扭矩曲线，如图3中的虚线所示，扭矩曲线对发动机扭矩进行限制，该曲线的目的是屏蔽一部分发动机经济效率较低的高扭矩高转速区域。该扭矩曲线的设置需要进行实车测试标定，确保不会影响车辆的常规驾驶。实际调节控制中，尽量将转速和扭矩控制在扭矩曲线以下，这样燃烧经济性更好(因为可能无法确保每次调整，刚好将转速和扭矩控制在经济区域以内，如果转速和扭矩超出经济区域，则控制转速和扭矩位于扭矩曲线以下，这样能够确保燃油经济性。)
[0077]
当出现油门开度急剧变化时，如上文所述的出现降低车速且减速度大于等于设定减速度、增加车速且加速度大于等于设定加速度的情况，则立即解除对动力总成的控制。
[0078]
本实施例的控制方法为闭环控制，通过实时监测驾驶意图、车辆行驶状态，并作为反馈进行车速的控制。同时驾驶员是系统动力控制的最终主导者。例如，当系统识别到“增加动力”需求时，系统会缓慢增大动力，而加大过程中，系统会实时关注油门状态，一旦驾驶员松开油门或快速踩下油门，系统会退出，保证驾驶员减速或急加速需求。
[0079]
本实施例的控制方法对车辆加速度进行限制，通常本系统提供的加速度或减速的绝对值不会超过1m/s2，详细设置需要根据实车进行调试标定。做出此类限制的目的是防止过大加、减速造成驾驶员不适或惊慌，宗旨是在驾驶员不易察觉的情况下实现油耗降低。
[0080]
本实施例的控制系统包括以下模块，包括，道路场景识别模块，用于获取车辆前方设定距离内的道路情况和前方车辆情况；
[0081]
节油条件判断模块，根据道路情况和前方车辆情况判断是否开启节油控制；
[0082]
速度控制方法获取模块，在节油控制开启情况下根据道路情况和前方车辆情况获取车辆的速度控制方法；
[0083]
驾驶意图识别模块，通过采集油门开度和油门踏板位置变化率识别驾驶意图；
[0084]
动力需求识别模块，基于速度控制方法和驾驶意图获取车辆当前动力需求；
[0085]
控制模块，根据车辆当前动力需求控制动力总成使发动机运行在经济区域内。
[0086]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。