汽車經(jīng)濟性巡航控制策略研究＊

苑風云，謝建新，劉超

（青島黃海學院，山東 青島 266427）

1 前言

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，汽車產(chǎn)量與日俱增，伴隨而來的能源消費和環(huán)境惡化也越來越嚴重，政府把節(jié)能減排列為重點解決的問題[1]。目前解決方法多是從可再生能源的開發(fā)使用、排放法規(guī)的約束、限號行駛等方面入手。其中自適應(yīng)巡航系統(tǒng)因為可降低駕駛員的的疲勞程度，其經(jīng)濟性的提高成為各研究機構(gòu)的研究目標[2-3]。本文擬基于燃油消耗量較低的車速值對汽車進行操縱，從而降低汽車油耗。

2 經(jīng)濟性巡航方案設(shè)計

為保證汽車以經(jīng)濟車速行駛，需要預知各種工況下的經(jīng)濟車速，同時對于路況進行實時監(jiān)測。車速的調(diào)控可有節(jié)氣門的開度大小來控制，對于路況的監(jiān)控本系統(tǒng)通過GPS 定位系統(tǒng)及GIS 地理信息系統(tǒng)來實現(xiàn)。

圖1 經(jīng)濟性巡航方案

涉及到的經(jīng)濟性巡航方案為：首先由GPS 及GIS 獲取路況信息，建立路況數(shù)據(jù)庫，然后根據(jù)路況信息得到相應(yīng)位置的經(jīng)濟車速，期間還要考慮安全車距，最后通過調(diào)控節(jié)氣門開度來控制車輛行駛速度，具體經(jīng)濟性巡航方案如圖1 所示。

為驗證所提出經(jīng)濟性巡航方案的可行性及有效性，分別設(shè)計以經(jīng)濟車速行駛的巡航和以固定車速進行的巡航兩種方案，控制流程如圖2、圖3 所示。

圖2 以經(jīng)濟車速行駛的巡航控制流程圖

圖3 以固定車速行駛的巡航控制流程圖

3 經(jīng)濟性巡航控制策略研究

3.1 硬件選擇

（1）節(jié)氣門位置傳感器

選用霍爾式節(jié)氣門位置傳感器，在改變節(jié)氣門開度大小時，磁鐵的運動可使其與霍爾元件的位置發(fā)生相應(yīng)改變，從而將磁通量的變化程度轉(zhuǎn)化為電信號，傳給電控單元。

（2）車速傳感器

考慮到實際行車時存在低速、中速、高速、怠速等多種速度情況，選用可靠性及靈敏性受速度干擾最小的霍爾式車速傳感器。另外其所發(fā)出的是頻率數(shù)字信號，容易被電腦分析。

（3）雷達測距傳感器[4]

選用24GHz 雷達測距傳感器，它可以通過發(fā)射與接收24.125GHz 左右的微波來感知車輛的存在、運動速度、靜止距離、所處角度等，采用平面微帶天線技術(shù)，具有體積小、集成化程度高、感應(yīng)靈敏等特點，且在汽車輔助駕駛可以有效的防止交通碰撞事故。

（4）GPS 全球定位系統(tǒng)

選用GPS 全球定位系統(tǒng)對車輛行駛方位進行監(jiān)測，它能夠在任意地點、任意時間收集到車輛所處位置的確切信息，以便實現(xiàn)導航、定位、授時等功能。

（5）GIS 地理信息系統(tǒng)

選用GIS 對所處位置的空間路況進行顯示，它可借助電腦硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)，對車輛所處位置空間中的道路阻力系數(shù)、路面不平度、道路坡度角的大小等數(shù)據(jù)進行獲取及顯示。

（6）油耗測試儀

選用上海神舟汽車開發(fā)設(shè)計有限公司生產(chǎn)的油耗測試儀。此種油耗測試儀可對不同路況進行油耗數(shù)據(jù)分析，并可累計測量不同區(qū)段耗油量，便于成本掌控，同時提醒車主對發(fā)動機油泵和噴油嘴進行保養(yǎng)維護。

3.2 經(jīng)濟車速獲取

汽車路上行駛時受到的阻力F 包括滾動阻力Ff、空氣阻力Fw、加速阻力Fj和坡度阻力Fi，各阻力的計算公式[5]為：

通過GPS 全球定位系統(tǒng)及GIS 地理信息系統(tǒng)，獲悉車輛當前所在位置、道路阻力系數(shù)、道路坡度，結(jié)合霍爾式車速傳感器測得的當前車速，進而求得汽車行駛中所受阻力。

收集盡量多的車型的萬有特性曲線圖，得到表征汽車行駛過程中所受阻力大小與燃油消耗量關(guān)系的數(shù)據(jù)庫，并運用Matlab 中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱對數(shù)據(jù)庫實施訓練，最終確定表征行駛阻力與經(jīng)濟車速關(guān)系的數(shù)據(jù)庫。

4 經(jīng)濟性巡航試驗

為驗證所提出方案的有效性，在Matlab 軟件中調(diào)用位置、道路參數(shù)及阻力大小與燃油消耗量的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，對比以經(jīng)濟車速行駛與固定車速行駛的油耗值，其結(jié)果如圖4、圖5 所示。

圖4 經(jīng)濟車速巡航時的油耗

圖5 固定車速巡航時的油耗

5 結(jié)論

通過GPS 和GIS 獲悉了行車過程中車輛所受阻力的變化情況，并利用萬有特性曲線和Matlab 軟件得到了行駛阻力與燃油消耗量的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，最后通過采集各硬件信息，調(diào)用 所建立的數(shù)據(jù)庫，對經(jīng)濟車速巡航和固定車速巡航進行了仿真對比試驗，通過試驗可得基于本方案所得到的經(jīng)濟車速駕駛可使車輛油耗大大降低，提高其燃油經(jīng)濟性。