汽車經(jīng)濟(jì)性巡航控制策略研究＊

苑風(fēng)云，謝建新，劉超

（青島黃海學(xué)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(lái)的能源消費(fèi)和環(huán)境惡化也越來(lái)越嚴(yán)重，政府把節(jié)能減排列為重點(diǎn)解決的問(wèn)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(hào)行駛等方面入手。其中自適應(yīng)巡航系統(tǒng)因?yàn)榭山档婉{駛員的的疲勞程度，其經(jīng)濟(jì)性的提高成為各研究機(jī)構(gòu)的研究目標(biāo)[2-3]。本文擬基于燃油消耗量較低的車速值對(duì)汽車進(jìn)行操縱，從而降低汽車油耗。

2 經(jīng)濟(jì)性巡航方案設(shè)計(jì)

為保證汽車以經(jīng)濟(jì)車速行駛，需要預(yù)知各種工況下的經(jīng)濟(jì)車速，同時(shí)對(duì)于路況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。車速的調(diào)控可有節(jié)氣門的開度大小來(lái)控制，對(duì)于路況的監(jiān)控本系統(tǒng)通過(guò)GPS 定位系統(tǒng)及GIS 地理信息系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖1 經(jīng)濟(jì)性巡航方案

涉及到的經(jīng)濟(jì)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(kù)，然后根據(jù)路況信息得到相應(yīng)位置的經(jīng)濟(jì)車速，期間還要考慮安全車距，最后通過(guò)調(diào)控節(jié)氣門開度來(lái)控制車輛行駛速度，具體經(jīng)濟(jì)性巡航方案如圖1 所示。

為驗(yàn)證所提出經(jīng)濟(jì)性巡航方案的可行性及有效性，分別設(shè)計(jì)以經(jīng)濟(jì)車速行駛的巡航和以固定車速進(jìn)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(jì)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(jì)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(shí)，磁鐵的運(yùn)動(dòng)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(hào)，傳給電控單元。

（2）車速傳感器

考慮到實(shí)際行車時(shí)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(hào)，容易被電腦分析。

（3）雷達(dá)測(cè)距傳感器[4]

選用24GHz 雷達(dá)測(cè)距傳感器，它可以通過(guò)發(fā)射與接收24.125GHz 左右的微波來(lái)感知車輛的存在、運(yùn)動(dòng)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(diǎn)，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(duì)車輛行駛方位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，它能夠在任意地點(diǎn)、任意時(shí)間收集到車輛所處位置的確切信息，以便實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、定位、授時(shí)等功能。

（5）GIS 地理信息系統(tǒng)

選用GIS 對(duì)所處位置的空間路況進(jìn)行顯示，它可借助電腦硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)，對(duì)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(jìn)行獲取及顯示。

（6）油耗測(cè)試儀

選用上海神舟汽車開發(fā)設(shè)計(jì)有限公司生產(chǎn)的油耗測(cè)試儀。此種油耗測(cè)試儀可對(duì)不同路況進(jìn)行油耗數(shù)據(jù)分析，并可累計(jì)測(cè)量不同區(qū)段耗油量，便于成本掌控，同時(shí)提醒車主對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油泵和噴油嘴進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)。

3.2 經(jīng)濟(jì)車速獲取

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

通過(guò)GPS 全球定位系統(tǒng)及GIS 地理信息系統(tǒng)，獲悉車輛當(dāng)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(cè)得的當(dāng)前車速，進(jìn)而求得汽車行駛中所受阻力。

收集盡量多的車型的萬(wàn)有特性曲線圖，得到表征汽車行駛過(guò)程中所受阻力大小與燃油消耗量關(guān)系的數(shù)據(jù)庫(kù)，并運(yùn)用Matlab 中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施訓(xùn)練，最終確定表征行駛阻力與經(jīng)濟(jì)車速關(guān)系的數(shù)據(jù)庫(kù)。

4 經(jīng)濟(jì)性巡航試驗(yàn)

為驗(yàn)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(kù)，對(duì)比以經(jīng)濟(jì)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(jì)車速巡航時(shí)的油耗

圖5 固定車速巡航時(shí)的油耗

5 結(jié)論

通過(guò)GPS 和GIS 獲悉了行車過(guò)程中車輛所受阻力的變化情況，并利用萬(wàn)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(kù)，最后通過(guò)采集各硬件信息，調(diào)用 所建立的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)經(jīng)濟(jì)車速巡航和固定車速巡航進(jìn)行了仿真對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)可得基于本方案所得到的經(jīng)濟(jì)車速駕駛可使車輛油耗大大降低，提高其燃油經(jīng)濟(jì)性。