基于駕駛行為的節能輔助系統研究

王宜海

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

基于駕駛行為的節能輔助系統研究

王宜海

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

駕駛行為直接影響車輛的油耗，利用電子技術，通過CAN總線獲得車輛駕駛狀態參數（包括加速踏板開度、車速、發動機轉速、發動機瞬時油耗等信息），計算判斷閾值和狀態量，實時判斷駕駛員當前操作行為與閾值的吻合程度，通過車載顯示屏等人機交互接口，提示駕駛員當前操作行為，以及車輛的油耗狀態優良與否，是否應采取適當措施、操作，降低車輛油耗，幫助駕駛員養成優良駕駛習慣。

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和消費大國，能源問題日益突出，因此，汽車節能降耗愈來愈重要。雖然新能源汽車發展迅速，但目前汽車市場仍以傳統車輛為主導。因此，在當前形勢下，對傳統車輛進行節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方面，包括：（1）車輛風阻系數；（2）車輛自重；（3）發動機技術；（4）變速箱技術；（5）車輛輪胎選取；（6）駕駛習慣。

前五點因素與汽車技術緊密相關，國內外諸多汽車領域的專家們已做了大量工作，并取得了顯著成效。相對而言，駕駛習慣是駕駛員直接產生的，更加主觀一些，具有較強的差異性，無法實現統一操作。隨著技術發展，可以利用汽車電子技術，對駕駛員的車輛操控行為進行干預，幫助駕駛員養成利于節能降耗的優良駕駛習慣。

1、基于駕駛行為的節能輔助系統研究

1.1 國外研究現狀

國外針對駕駛行為的研究起步較早，對影響機動車事故和節能降耗的駕駛行為有比較成熟的理論和實際應用。在理論上，他們擁有龐大的數據庫系統，通過共享這些信息，相關研究機構對事故駕駛行為和節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能降耗技術有：

（1）Honda的Eco Assist（節能駕駛輔助系統）

Honda開發的“Eco Assist（節能駕駛輔助系統）”集“ECON智能化綠色節能輔助系統”、“Guidance Function節能駕駛引導反饋系統”、“Scoring Function節能駕駛輔助計分系統”于一身。在車輛行駛的過程中配合行駛狀態對發動機及CVT進行控制，同時向駕駛員提供有助于車輛經濟行駛的信息，幫助駕駛員掌握更加省油的駕駛習慣，實現更加經濟實用的低油耗駕駛。ECON智能化綠色節能輔助系統。駕駛員希望控制油耗時，只要按下“Econ 模式”的按鈕即可啟動，通過協調控制發動機和CVT實現經濟型駕駛。另外，“Econ 模式”還可對空調系統的工作進行節能控制，同時通過自動延長怠速停止的時間，以及增加減速時的動力回收充電量等方式，對低油耗駕駛進行輔助。Guidance Function節能駕駛引導反饋系統。駕駛員可隨時了解車輛行駛的油耗，通過維持儀表盤背景的綠色顯示，確保油耗的經濟性。在混合動力車的情況下，電機在車輛加速時起到輔助功能，在車輛減速時則對動力進行回收再生，而駕駛員的剎車習慣也會影響到燃油經濟性。Scoring Function節能駕駛輔助計分系統。在系統配置的多功能信息顯示屏“eco向導”的畫面中可看到駕駛油耗的實時分數，成績以“leaf（樹葉）”的數目顯示出來。駕駛結束后，顯示屏的上半部會顯示出發動機從啟動到停止過程中的最新油耗分數，下半部會顯示出駕駛員的綜合成績（迄今為止的駕駛成績的累計）。隨著時間的推移，“leaf（樹葉）”會逐漸成形，駕駛員在體驗培育樂趣的同時也會逐漸掌握經濟省油的駕駛習慣。

（2）SCANIA的駕駛員輔助系統

SCANIA的駕駛員輔助系統在R系車上標配，要求車輛上安裝有SCANIA的智能換檔系統、液力緩速器和EBS電子剎車系統等模塊，我公司購買的G380沒有該系統。該系統可為駕駛員提供四方面的評估，包括山路行車、制動應用、預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的單獨評分，得到系統的操作指導，還可以在駕駛結束后，獲得四項評估的綜合評分。從差的駕駛風格到優秀駕駛習慣，系統將駕駛員的操作表現分為11個等級，最低0分，最高5分，并用五星圖案直觀顯示。制動應用主要考核駕駛員如何使用液力緩速器等輔助制動系統，對剎車方式做出評估，提倡平緩剎車，如下圖：

預知和判斷考察駕駛員在行駛過程中對路況的判斷，通過分析加速與制動之間的時間差對駕駛員進行判斷。

擋位選擇是在行駛過程中，當駕駛員選擇手動換擋，系統會根據車速和發動機轉速對駕駛員的換擋時間和擋位選擇進行評價，并給出最佳的建議實現最優操作，如下圖：

（3）ACTROS的EcoSupport駕駛員輔助系統

該系統是對駕駛員的駕駛行為進行評價，如下：1）連續制動評價：使用發動機制動的頻度

2）換擋評價：是否采取行車電腦建議檔位

3）油門使用評價：踩油門的激烈程度

4）車輛檢查評價：是否根據需要對車輛進行保養

1.2 國內發展現狀及趨勢

國內目前限于基礎設施水平和經濟實力，在該領域的研究與發達國家有很大差距。國內多數汽車廠家目前更多地還專注于整車的設計與開發，沒有深入開展這方面的研究，而大多數研究機構又沒有基礎實驗設備和大型數據采集整合系統，很難實現駕駛行為產業鏈的研究。目前國內有些企業擁有駕駛行為數據采集系統，他們往往從實際利益出發，進行局部、小范圍數據采集實現，基本沒有能力實現數據共享，也沒有實力進行理論研究。而大部分高校和科研機構，只是對部分駕駛行為進行理論和算法上的研究，很難有實力將研究成果應用于實際。

因此，國內自主知識產權的、可實際操作的、產品化駕駛行為監測產品基本處于空白。但隨著我國經濟的發展及汽車消費的大眾化，汽車節能降耗問題將會越來越受到重視，駕駛行為研究的相關裝備與應用將迅猛發展，由于其具有提高車輛環保性能、降低燃油消耗的潛力，必將具有廣闊的發展空間。

1.3 系統開發方案

方案概述：開發一種基于駕駛員行為的節能駕駛系統，通過CAN 獲得車輛駕駛狀態（包括加速踏板開度、車速、發動機轉速、制動踏板狀態、水溫、檔位信號、發動機扭矩、發動機瞬時油耗等信息），判斷車輛駕駛模式，計算判斷閾值和狀態量，實時判斷駕駛員當前操作行為與閾值的吻合程度，通過車載顯示屏等人機交互接口，提示駕駛員當前操作行為，以及車輛的油耗狀態優良與否，是否應采取適當措施、操作，降低車輛油耗，幫助駕駛員養成優良駕駛習慣。如前所述，基于駕駛員行為的節能駕駛系統，國外已具備了較強的數據與技術儲備，相關產品已上市應用，并取得了不錯的節能降耗效果；而國內對該系統涉及的數據與技術儲備還較薄弱，正處于起步階段。系統的功能框圖如圖1所示：

圖1 系統功能框圖

系統主要由數據采集系統、駕駛行為數據庫和駕駛行為提示模塊構成。數據采集系統實時采集車輛當前各狀態參數；并將數據輸入駕駛行為數據庫，判斷當前參數值是否處于車輛低油耗行駛的最優范圍，然后將判定結果發送至駕駛行為提示模塊；駕駛行為提示模塊作為系統的人機交互接口，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，糾正非優駕駛習慣。

該系統總體開發計劃如下：

（1）對標車分析。對標分析具有節能輔助駕駛系統的先進車輛，了解節能輔助系統的總體框架，包括系統的工作方式、所采集的數據類型、數據通信協議、評價結果以及反饋方式等。對標過程中，需重點進行數據解析，通過數據類型分析，掌握系統功能實現所必需的各項數據；根據系統功能實現的條件，把數據按照觸發、范圍等方式進行分類；并通過實車試驗，對其算法進行初步分析，確定激活節能輔助系統時的各數據參數值或閾值的上下限，為后續的智能綠色節油輔助系統開發提供數據支持。

（2）數據采集系統開發。為系統開發具有高精確度、高分辨率的嵌入式多通道數據采集系統，采集與車輛油耗相關的駕駛員駕駛行為信息以及車輛狀態信息，如離合踏板、制動踏板、油門踏板開度信息，發動機外特性曲線，車速，車輛加速度、車輛檔位等信息，為構建駕駛行為數據庫提供采集工具與技術支持。

基于駕駛員行為的節能駕駛系統，參考標桿車分析結果，開發一套汽車車載電子部件，主要包括車載終端硬件開發、軟件和算法策略開發，以及車載終端功能測試。

車載終端硬件開發：

基于駕駛員行為的智能駕駛系統車載終端是實現駕駛行為數據采集和分析的汽車嵌入試電子部件，通過開發一套硬件和嵌入式軟件來實現此功能。其整體功能框圖如圖5：

圖2 數據采集系統框圖

主要硬件技術內容有：

駕駛行為數據采集電路設計、數據結構和儲存、USB數據交換、GPRS技術、CAN網關和預警顯示模塊。CAN網關需要兩路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。實現車輛上低速CAN總線和高速CAN總線的數據交換功能。增加語音關閉開關，可關閉語音提示功能。預警顯示模塊是系統的人機交互接口，通過該模塊，駕駛員根據提示信息糾正駕駛行為，使車輛處于低油耗狀態。預警方式有多種，本方案采用斯堪尼亞R系列的五星評價和百分比的顯示模式（奔馳ACTROS采用百分比的形式），如下圖：

駕駛員評級暫定采用五星級的評價方式，各星級的指標如下：

★★★★★：沒有任何不良駕駛習慣，完全符合經濟性駕駛模式；

★★★★☆：偶爾有不良駕駛習慣，對燃油消耗的影響小于2%；

★★★☆☆：有不良駕駛習慣，對燃油消耗的影響小于5%；

★★☆☆☆：有較多的不良駕駛習慣，對燃油消耗的影響小于10%；

★☆☆☆☆：有很多不良駕駛習慣，對燃油消耗的影響小于20%；

☆☆☆☆☆：不良駕駛傾向嚴重，對燃油消耗的影響大于20%。

3、結束語

該技術方案參照斯堪尼亞R系列車駕駛員行為評價系統，并結合ACTROS對駕駛行為的評價方法。該方案國內商用車尚未使用，屬國內領先。

[1] 蘇明.汽車節油輔助駕駛系統研究. 吉林大學,2015.

[2] 李世武. 駕駛行為對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.河北工業大學, 2015.

[4] 孫健聰.停走交通環境下基于車間通信的協作式綠色駕駛策略研究.湖南大學,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，高級工程師，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.07.005