王宜海

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

基于駕駛行為的節(jié)能輔助系統(tǒng)研究

王宜海

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

駕駛行為直接影響車輛的油耗，利用電子技術(shù)，通過CAN總線獲得車輛駕駛狀態(tài)參數(shù)（包括加速踏板開度、車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)油耗等信息），計(jì)算判斷閾值和狀態(tài)量，實(shí)時(shí)判斷駕駛員當(dāng)前操作行為與閾值的吻合程度，通過車載顯示屏等人機(jī)交互接口，提示駕駛員當(dāng)前操作行為，以及車輛的油耗狀態(tài)優(yōu)良與否，是否應(yīng)采取適當(dāng)措施、操作，降低車輛油耗，幫助駕駛員養(yǎng)成優(yōu)良駕駛習(xí)慣。

油耗；駕駛行為；閥值

CLC NO.: U468.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)07-09-04

前言

我國目前已是汽車生產(chǎn)和消費(fèi)大國，能源問題日益突出，因此，汽車節(jié)能降耗愈來愈重要。雖然新能源汽車發(fā)展迅速，但目前汽車市場仍以傳統(tǒng)車輛為主導(dǎo)。因此，在當(dāng)前形勢下，對(duì)傳統(tǒng)車輛進(jìn)行節(jié)能降耗無疑顯得更加重要。影響車輛油耗的因素主要有六個(gè)方面，包括：（1）車輛風(fēng)阻系數(shù)；（2）車輛自重；（3）發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)；（4）變速箱技術(shù)；（5）車輛輪胎選?。唬?）駕駛習(xí)慣。

前五點(diǎn)因素與汽車技術(shù)緊密相關(guān)，國內(nèi)外諸多汽車領(lǐng)域的專家們已做了大量工作，并取得了顯著成效。相對(duì)而言，駕駛習(xí)慣是駕駛員直接產(chǎn)生的，更加主觀一些，具有較強(qiáng)的差異性，無法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一操作。隨著技術(shù)發(fā)展，可以利用汽車電子技術(shù)，對(duì)駕駛員的車輛操控行為進(jìn)行干預(yù)，幫助駕駛員養(yǎng)成利于節(jié)能降耗的優(yōu)良駕駛習(xí)慣。

1、基于駕駛行為的節(jié)能輔助系統(tǒng)研究

1.1 國外研究現(xiàn)狀

國外針對(duì)駕駛行為的研究起步較早，對(duì)影響機(jī)動(dòng)車事故和節(jié)能降耗的駕駛行為有比較成熟的理論和實(shí)際應(yīng)用。在理論上，他們擁有龐大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，通過共享這些信息，相關(guān)研究機(jī)構(gòu)對(duì)事故駕駛行為和節(jié)能降耗有比較深入的研究。目前已投入市場的基于駕駛行為的節(jié)能降耗技術(shù)有：

（1）Honda的Eco Assist（節(jié)能駕駛輔助系統(tǒng)）

Honda開發(fā)的“Eco Assist（節(jié)能駕駛輔助系統(tǒng)）”集“ECON智能化綠色節(jié)能輔助系統(tǒng)”、“Guidance Function節(jié)能駕駛引導(dǎo)反饋系統(tǒng)”、“Scoring Function節(jié)能駕駛輔助計(jì)分系統(tǒng)”于一身。在車輛行駛的過程中配合行駛狀態(tài)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及CVT進(jìn)行控制，同時(shí)向駕駛員提供有助于車輛經(jīng)濟(jì)行駛的信息，幫助駕駛員掌握更加省油的駕駛習(xí)慣，實(shí)現(xiàn)更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用的低油耗駕駛。ECON智能化綠色節(jié)能輔助系統(tǒng)。駕駛員希望控制油耗時(shí)，只要按下“Econ 模式”的按鈕即可啟動(dòng)，通過協(xié)調(diào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)和CVT實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)型駕駛。另外，“Econ 模式”還可對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的工作進(jìn)行節(jié)能控制，同時(shí)通過自動(dòng)延長怠速停止的時(shí)間，以及增加減速時(shí)的動(dòng)力回收充電量等方式，對(duì)低油耗駕駛進(jìn)行輔助。Guidance Function節(jié)能駕駛引導(dǎo)反饋系統(tǒng)。駕駛員可隨時(shí)了解車輛行駛的油耗，通過維持儀表盤背景的綠色顯示，確保油耗的經(jīng)濟(jì)性。在混合動(dòng)力車的情況下，電機(jī)在車輛加速時(shí)起到輔助功能，在車輛減速時(shí)則對(duì)動(dòng)力進(jìn)行回收再生，而駕駛員的剎車習(xí)慣也會(huì)影響到燃油經(jīng)濟(jì)性。Scoring Function節(jié)能駕駛輔助計(jì)分系統(tǒng)。在系統(tǒng)配置的多功能信息顯示屏“eco向?qū)А钡漠嬅嬷锌煽吹今{駛油耗的實(shí)時(shí)分?jǐn)?shù)，成績以“l(fā)eaf（樹葉）”的數(shù)目顯示出來。駕駛結(jié)束后，顯示屏的上半部會(huì)顯示出發(fā)動(dòng)機(jī)從啟動(dòng)到停止過程中的最新油耗分?jǐn)?shù)，下半部會(huì)顯示出駕駛員的綜合成績（迄今為止的駕駛成績的累計(jì)）。隨著時(shí)間的推移，“l(fā)eaf（樹葉）”會(huì)逐漸成形，駕駛員在體驗(yàn)培育樂趣的同時(shí)也會(huì)逐漸掌握經(jīng)濟(jì)省油的駕駛習(xí)慣。

（2）SCANIA的駕駛員輔助系統(tǒng)

SCANIA的駕駛員輔助系統(tǒng)在R系車上標(biāo)配，要求車輛上安裝有SCANIA的智能換檔系統(tǒng)、液力緩速器和EBS電子剎車系統(tǒng)等模塊，我公司購買的G380沒有該系統(tǒng)。該系統(tǒng)可為駕駛員提供四方面的評(píng)估，包括山路行車、制動(dòng)應(yīng)用、預(yù)知和判斷以及擋位選擇。駕駛員在行駛中不僅可以看到每一項(xiàng)的單獨(dú)評(píng)分，得到系統(tǒng)的操作指導(dǎo)，還可以在駕駛結(jié)束后，獲得四項(xiàng)評(píng)估的綜合評(píng)分。從差的駕駛風(fēng)格到優(yōu)秀駕駛習(xí)慣，系統(tǒng)將駕駛員的操作表現(xiàn)分為11個(gè)等級(jí)，最低0分，最高5分，并用五星圖案直觀顯示。制動(dòng)應(yīng)用主要考核駕駛員如何使用液力緩速器等輔助制動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)剎車方式做出評(píng)估，提倡平緩剎車，如下圖：

預(yù)知和判斷考察駕駛員在行駛過程中對(duì)路況的判斷，通過分析加速與制動(dòng)之間的時(shí)間差對(duì)駕駛員進(jìn)行判斷。

擋位選擇是在行駛過程中，當(dāng)駕駛員選擇手動(dòng)換擋，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)車速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)駕駛員的換擋時(shí)間和擋位選擇進(jìn)行評(píng)價(jià)，并給出最佳的建議實(shí)現(xiàn)最優(yōu)操作，如下圖：

（3）ACTROS的EcoSupport駕駛員輔助系統(tǒng)

該系統(tǒng)是對(duì)駕駛員的駕駛行為進(jìn)行評(píng)價(jià)，如下：1）連續(xù)制動(dòng)評(píng)價(jià)：使用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的頻度

2）換擋評(píng)價(jià)：是否采取行車電腦建議檔位

3）油門使用評(píng)價(jià)：踩油門的激烈程度

4）車輛檢查評(píng)價(jià)：是否根據(jù)需要對(duì)車輛進(jìn)行保養(yǎng)

1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

國內(nèi)目前限于基礎(chǔ)設(shè)施水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力，在該領(lǐng)域的研究與發(fā)達(dá)國家有很大差距。國內(nèi)多數(shù)汽車廠家目前更多地還專注于整車的設(shè)計(jì)與開發(fā)，沒有深入開展這方面的研究，而大多數(shù)研究機(jī)構(gòu)又沒有基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和大型數(shù)據(jù)采集整合系統(tǒng)，很難實(shí)現(xiàn)駕駛行為產(chǎn)業(yè)鏈的研究。目前國內(nèi)有些企業(yè)擁有駕駛行為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，他們往往從實(shí)際利益出發(fā)，進(jìn)行局部、小范圍數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)，基本沒有能力實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，也沒有實(shí)力進(jìn)行理論研究。而大部分高校和科研機(jī)構(gòu)，只是對(duì)部分駕駛行為進(jìn)行理論和算法上的研究，很難有實(shí)力將研究成果應(yīng)用于實(shí)際。

因此，國內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、可實(shí)際操作的、產(chǎn)品化駕駛行為監(jiān)測產(chǎn)品基本處于空白。但隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及汽車消費(fèi)的大眾化，汽車節(jié)能降耗問題將會(huì)越來越受到重視，駕駛行為研究的相關(guān)裝備與應(yīng)用將迅猛發(fā)展，由于其具有提高車輛環(huán)保性能、降低燃油消耗的潛力，必將具有廣闊的發(fā)展空間。

1.3 系統(tǒng)開發(fā)方案

方案概述：開發(fā)一種基于駕駛員行為的節(jié)能駕駛系統(tǒng)，通過CAN 獲得車輛駕駛狀態(tài)（包括加速踏板開度、車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、制動(dòng)踏板狀態(tài)、水溫、檔位信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)油耗等信息），判斷車輛駕駛模式，計(jì)算判斷閾值和狀態(tài)量，實(shí)時(shí)判斷駕駛員當(dāng)前操作行為與閾值的吻合程度，通過車載顯示屏等人機(jī)交互接口，提示駕駛員當(dāng)前操作行為，以及車輛的油耗狀態(tài)優(yōu)良與否，是否應(yīng)采取適當(dāng)措施、操作，降低車輛油耗，幫助駕駛員養(yǎng)成優(yōu)良駕駛習(xí)慣。如前所述，基于駕駛員行為的節(jié)能駕駛系統(tǒng)，國外已具備了較強(qiáng)的數(shù)據(jù)與技術(shù)儲(chǔ)備，相關(guān)產(chǎn)品已上市應(yīng)用，并取得了不錯(cuò)的節(jié)能降耗效果；而國內(nèi)對(duì)該系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)與技術(shù)儲(chǔ)備還較薄弱，正處于起步階段。系統(tǒng)的功能框圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)功能框圖

系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、駕駛行為數(shù)據(jù)庫和駕駛行為提示模塊構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集車輛當(dāng)前各狀態(tài)參數(shù)；并將數(shù)據(jù)輸入駕駛行為數(shù)據(jù)庫，判斷當(dāng)前參數(shù)值是否處于車輛低油耗行駛的最優(yōu)范圍，然后將判定結(jié)果發(fā)送至駕駛行為提示模塊；駕駛行為提示模塊作為系統(tǒng)的人機(jī)交互接口，向駕駛員提供信息反饋，告知駕駛員車輛是否處于低油耗狀態(tài)，糾正非優(yōu)駕駛習(xí)慣。

該系統(tǒng)總體開發(fā)計(jì)劃如下：

（1）對(duì)標(biāo)車分析。對(duì)標(biāo)分析具有節(jié)能輔助駕駛系統(tǒng)的先進(jìn)車輛，了解節(jié)能輔助系統(tǒng)的總體框架，包括系統(tǒng)的工作方式、所采集的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)通信協(xié)議、評(píng)價(jià)結(jié)果以及反饋方式等。對(duì)標(biāo)過程中，需重點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，通過數(shù)據(jù)類型分析，掌握系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)所必需的各項(xiàng)數(shù)據(jù)；根據(jù)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的條件，把數(shù)據(jù)按照觸發(fā)、范圍等方式進(jìn)行分類；并通過實(shí)車試驗(yàn)，對(duì)其算法進(jìn)行初步分析，確定激活節(jié)能輔助系統(tǒng)時(shí)的各數(shù)據(jù)參數(shù)值或閾值的上下限，為后續(xù)的智能綠色節(jié)油輔助系統(tǒng)開發(fā)提供數(shù)據(jù)支持。

（2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)。為系統(tǒng)開發(fā)具有高精確度、高分辨率的嵌入式多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集與車輛油耗相關(guān)的駕駛員駕駛行為信息以及車輛狀態(tài)信息，如離合踏板、制動(dòng)踏板、油門踏板開度信息，發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線，車速，車輛加速度、車輛檔位等信息，為構(gòu)建駕駛行為數(shù)據(jù)庫提供采集工具與技術(shù)支持。

基于駕駛員行為的節(jié)能駕駛系統(tǒng)，參考標(biāo)桿車分析結(jié)果，開發(fā)一套汽車車載電子部件，主要包括車載終端硬件開發(fā)、軟件和算法策略開發(fā)，以及車載終端功能測試。

車載終端硬件開發(fā)：

基于駕駛員行為的智能駕駛系統(tǒng)車載終端是實(shí)現(xiàn)駕駛行為數(shù)據(jù)采集和分析的汽車嵌入試電子部件，通過開發(fā)一套硬件和嵌入式軟件來實(shí)現(xiàn)此功能。其整體功能框圖如圖5：

圖2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖

主要硬件技術(shù)內(nèi)容有：

駕駛行為數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)存、USB數(shù)據(jù)交換、GPRS技術(shù)、CAN網(wǎng)關(guān)和預(yù)警顯示模塊。CAN網(wǎng)關(guān)需要兩路CAN接口，可以配置成低速或高速CAN功能。其中，一路配置成低速CAN，連接車輛低速CAN總線；另一路配置成高速CAN，連接車輛高速CAN總線。實(shí)現(xiàn)車輛上低速CAN總線和高速CAN總線的數(shù)據(jù)交換功能。增加語音關(guān)閉開關(guān)，可關(guān)閉語音提示功能。預(yù)警顯示模塊是系統(tǒng)的人機(jī)交互接口，通過該模塊，駕駛員根據(jù)提示信息糾正駕駛行為，使車輛處于低油耗狀態(tài)。預(yù)警方式有多種，本方案采用斯堪尼亞R系列的五星評(píng)價(jià)和百分比的顯示模式（奔馳ACTROS采用百分比的形式），如下圖：

駕駛員評(píng)級(jí)暫定采用五星級(jí)的評(píng)價(jià)方式，各星級(jí)的指標(biāo)如下：

★★★★★：沒有任何不良駕駛習(xí)慣，完全符合經(jīng)濟(jì)性駕駛模式；

★★★★☆：偶爾有不良駕駛習(xí)慣，對(duì)燃油消耗的影響小于2%；

★★★☆☆：有不良駕駛習(xí)慣，對(duì)燃油消耗的影響小于5%；

★★☆☆☆：有較多的不良駕駛習(xí)慣，對(duì)燃油消耗的影響小于10%；

★☆☆☆☆：有很多不良駕駛習(xí)慣，對(duì)燃油消耗的影響小于20%；

☆☆☆☆☆：不良駕駛傾向嚴(yán)重，對(duì)燃油消耗的影響大于20%。

3、結(jié)束語

該技術(shù)方案參照斯堪尼亞R系列車駕駛員行為評(píng)價(jià)系統(tǒng)，并結(jié)合ACTROS對(duì)駕駛行為的評(píng)價(jià)方法。該方案國內(nèi)商用車尚未使用，屬國內(nèi)領(lǐng)先。

[1] 蘇明.汽車節(jié)油輔助駕駛系統(tǒng)研究. 吉林大學(xué),2015.

[2] 李世武. 駕駛行為對(duì)車輛燃料消耗和污染物排放的影響研究綜述. 公路交通科技. 2003, 20(1)：155-158.

[3] 鮑宇.基于駕駛行為的綠色駕駛算法模型的研究.河北工業(yè)大學(xué), 2015.

[4] 孫健聰.停走交通環(huán)境下基于車間通信的協(xié)作式綠色駕駛策略研究.湖南大學(xué),2015.

Research on energy saving assistant system based on driving behavior

Wang Yihai
( Technique center, Anhui Jianghuai Automobile CO., LTD, Anhui Hefei 230601 )

Driving behavior directly affects the vehicle's fuel consumption, the use of electronic technology, the vehicle driving state parameters are obtained via the CAN bus (including the accelerator pedal opening, vehicle speed, engine speed, instantaneous fuel consumption and other information), calculate the threshold and state the amount of agreement to determine the extent of the current operation behavior and the real-time threshold, the vehicle display and other humancomputer interaction interface, prompt the driver to the current operating state of the vehicle fuel consumption behavior, and fine or not, whether should take appropriate measures to reduce vehicle fuel consumption and operation, and help the driver to develop good driving habits.

fuel consumption; driving behavior; threshold

U468.3

：A

：：1671-7988 (2017)07-09-04

王宜海，男，高級(jí)工程師，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.07.005