基于驾驶行为的节能辅助系统研究

王宜海

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

基于驾驶行为的节能辅助系统研究

王宜海

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

驾驶行为直接影响车辆的油耗，利用电子技术，通过CAN总线获得车辆驾驶状态参数（包括加速踏板开度、车速、发动机转速、发动机瞬时油耗等信息），计算判断阈值和状态量，实时判断驾驶员当前操作行为与阈值的吻合程度，通过车载显示屏等人机交互接口，提示驾驶员当前操作行为，以及车辆的油耗状态优良与否，是否应采取适当措施、操作，降低车辆油耗，帮助驾驶员养成优良驾驶习惯。

油耗；驾驶行为；阀值

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

前言

我国目前已是汽车生产和消费大国，能源问题日益突出，因此，汽车节能降耗愈来愈重要。虽然新能源汽车发展迅速，但目前汽车市场仍以传统车辆为主导。因此，在当前形势下，对传统车辆进行节能降耗无疑显得更加重要。影响车辆油耗的因素主要有六个方面，包括：（1）车辆风阻系数；（2）车辆自重；（3）发动机技术；（4）变速箱技术；（5）车辆轮胎选取；（6）驾驶习惯。

前五点因素与汽车技术紧密相关，国内外诸多汽车领域的专家们已做了大量工作，并取得了显著成效。相对而言，驾驶习惯是驾驶员直接产生的，更加主观一些，具有较强的差异性，无法实现统一操作。随着技术发展，可以利用汽车电子技术，对驾驶员的车辆操控行为进行干预，帮助驾驶员养成利于节能降耗的优良驾驶习惯。

1、基于驾驶行为的节能辅助系统研究

1.1 国外研究现状

国外针对驾驶行为的研究起步较早，对影响机动车事故和节能降耗的驾驶行为有比较成熟的理论和实际应用。在理论上，他们拥有庞大的数据库系统，通过共享这些信息，相关研究机构对事故驾驶行为和节能降耗有比较深入的研究。目前已投入市场的基于驾驶行为的节能降耗技术有：

（1）Honda的Eco Assist（节能驾驶辅助系统）

Honda开发的“Eco Assist（节能驾驶辅助系统）”集“ECON智能化绿色节能辅助系统”、“Guidance Function节能驾驶引导反馈系统”、“Scoring Function节能驾驶辅助计分系统”于一身。在车辆行驶的过程中配合行驶状态对发动机及CVT进行控制，同时向驾驶员提供有助于车辆经济行驶的信息，帮助驾驶员掌握更加省油的驾驶习惯，实现更加经济实用的低油耗驾驶。ECON智能化绿色节能辅助系统。驾驶员希望控制油耗时，只要按下“Econ 模式”的按钮即可启动，通过协调控制发动机和CVT实现经济型驾驶。另外，“Econ 模式”还可对空调系统的工作进行节能控制，同时通过自动延长怠速停止的时间，以及增加减速时的动力回收充电量等方式，对低油耗驾驶进行辅助。Guidance Function节能驾驶引导反馈系统。驾驶员可随时了解车辆行驶的油耗，通过维持仪表盘背景的绿色显示，确保油耗的经济性。在混合动力车的情况下，电机在车辆加速时起到辅助功能，在车辆减速时则对动力进行回收再生，而驾驶员的刹车习惯也会影响到燃油经济性。Scoring Function节能驾驶辅助计分系统。在系统配置的多功能信息显示屏“eco向导”的画面中可看到驾驶油耗的实时分数，成绩以“leaf（树叶）”的数目显示出来。驾驶结束后，显示屏的上半部会显示出发动机从启动到停止过程中的最新油耗分数，下半部会显示出驾驶员的综合成绩（迄今为止的驾驶成绩的累计）。随着时间的推移，“leaf（树叶）”会逐渐成形，驾驶员在体验培育乐趣的同时也会逐渐掌握经济省油的驾驶习惯。

（2）SCANIA的驾驶员辅助系统

SCANIA的驾驶员辅助系统在R系车上标配，要求车辆上安装有SCANIA的智能换档系统、液力缓速器和EBS电子刹车系统等模块，我公司购买的G380没有该系统。该系统可为驾驶员提供四方面的评估，包括山路行车、制动应用、预知和判断以及挡位选择。驾驶员在行驶中不仅可以看到每一项的单独评分，得到系统的操作指导，还可以在驾驶结束后，获得四项评估的综合评分。从差的驾驶风格到优秀驾驶习惯，系统将驾驶员的操作表现分为11个等级，最低0分，最高5分，并用五星图案直观显示。制动应用主要考核驾驶员如何使用液力缓速器等辅助制动系统，对刹车方式做出评估，提倡平缓刹车，如下图：

预知和判断考察驾驶员在行驶过程中对路况的判断，通过分析加速与制动之间的时间差对驾驶员进行判断。

挡位选择是在行驶过程中，当驾驶员选择手动换挡，系统会根据车速和发动机转速对驾驶员的换挡时间和挡位选择进行评价，并给出最佳的建议实现最优操作，如下图：

（3）ACTROS的EcoSupport驾驶员辅助系统

该系统是对驾驶员的驾驶行为进行评价，如下：1）连续制动评价：使用发动机制动的频度

2）换挡评价：是否采取行车电脑建议档位

3）油门使用评价：踩油门的激烈程度

4）车辆检查评价：是否根据需要对车辆进行保养

1.2 国内发展现状及趋势

国内目前限于基础设施水平和经济实力，在该领域的研究与发达国家有很大差距。国内多数汽车厂家目前更多地还专注于整车的设计与开发，没有深入开展这方面的研究，而大多数研究机构又没有基础实验设备和大型数据采集整合系统，很难实现驾驶行为产业链的研究。目前国内有些企业拥有驾驶行为数据采集系统，他们往往从实际利益出发，进行局部、小范围数据采集实现，基本没有能力实现数据共享，也没有实力进行理论研究。而大部分高校和科研机构，只是对部分驾驶行为进行理论和算法上的研究，很难有实力将研究成果应用于实际。

因此，国内自主知识产权的、可实际操作的、产品化驾驶行为监测产品基本处于空白。但随着我国经济的发展及汽车消费的大众化，汽车节能降耗问题将会越来越受到重视，驾驶行为研究的相关装备与应用将迅猛发展，由于其具有提高车辆环保性能、降低燃油消耗的潜力，必将具有广阔的发展空间。

1.3 系统开发方案

方案概述：开发一种基于驾驶员行为的节能驾驶系统，通过CAN 获得车辆驾驶状态（包括加速踏板开度、车速、发动机转速、制动踏板状态、水温、档位信号、发动机扭矩、发动机瞬时油耗等信息），判断车辆驾驶模式，计算判断阈值和状态量，实时判断驾驶员当前操作行为与阈值的吻合程度，通过车载显示屏等人机交互接口，提示驾驶员当前操作行为，以及车辆的油耗状态优良与否，是否应采取适当措施、操作，降低车辆油耗，帮助驾驶员养成优良驾驶习惯。如前所述，基于驾驶员行为的节能驾驶系统，国外已具备了较强的数据与技术储备，相关产品已上市应用，并取得了不错的节能降耗效果；而国内对该系统涉及的数据与技术储备还较薄弱，正处于起步阶段。系统的功能框图如图1所示：

图1 系统功能框图

系统主要由数据采集系统、驾驶行为数据库和驾驶行为提示模块构成。数据采集系统实时采集车辆当前各状态参数；并将数据输入驾驶行为数据库，判断当前参数值是否处于车辆低油耗行驶的最优范围，然后将判定结果发送至驾驶行为提示模块；驾驶行为提示模块作为系统的人机交互接口，向驾驶员提供信息反馈，告知驾驶员车辆是否处于低油耗状态，纠正非优驾驶习惯。

该系统总体开发计划如下：

（1）对标车分析。对标分析具有节能辅助驾驶系统的先进车辆，了解节能辅助系统的总体框架，包括系统的工作方式、所采集的数据类型、数据通信协议、评价结果以及反馈方式等。对标过程中，需重点进行数据解析，通过数据类型分析，掌握系统功能实现所必需的各项数据；根据系统功能实现的条件，把数据按照触发、范围等方式进行分类；并通过实车试验，对其算法进行初步分析，确定激活节能辅助系统时的各数据参数值或阈值的上下限，为后续的智能绿色节油辅助系统开发提供数据支持。

（2）数据采集系统开发。为系统开发具有高精确度、高分辨率的嵌入式多通道数据采集系统，采集与车辆油耗相关的驾驶员驾驶行为信息以及车辆状态信息，如离合踏板、制动踏板、油门踏板开度信息，发动机外特性曲线，车速，车辆加速度、车辆档位等信息，为构建驾驶行为数据库提供采集工具与技术支持。

基于驾驶员行为的节能驾驶系统，参考标杆车分析结果，开发一套汽车车载电子部件，主要包括车载终端硬件开发、软件和算法策略开发，以及车载终端功能测试。

车载终端硬件开发：

基于驾驶员行为的智能驾驶系统车载终端是实现驾驶行为数据采集和分析的汽车嵌入试电子部件，通过开发一套硬件和嵌入式软件来实现此功能。其整体功能框图如图5：

图2 数据采集系统框图

主要硬件技术内容有：

驾驶行为数据采集电路设计、数据结构和储存、USB数据交换、GPRS技术、CAN网关和预警显示模块。CAN网关需要两路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，连接车辆低速CAN总线；另一路配置成高速CAN，连接车辆高速CAN总线。实现车辆上低速CAN总线和高速CAN总线的数据交换功能。增加语音关闭开关，可关闭语音提示功能。预警显示模块是系统的人机交互接口，通过该模块，驾驶员根据提示信息纠正驾驶行为，使车辆处于低油耗状态。预警方式有多种，本方案采用斯堪尼亚R系列的五星评价和百分比的显示模式（奔驰ACTROS采用百分比的形式），如下图：

驾驶员评级暂定采用五星级的评价方式，各星级的指标如下：

★★★★★：没有任何不良驾驶习惯，完全符合经济性驾驶模式；

★★★★☆：偶尔有不良驾驶习惯，对燃油消耗的影响小于2%；

★★★☆☆：有不良驾驶习惯，对燃油消耗的影响小于5%；

★★☆☆☆：有较多的不良驾驶习惯，对燃油消耗的影响小于10%；

★☆☆☆☆：有很多不良驾驶习惯，对燃油消耗的影响小于20%；

☆☆☆☆☆：不良驾驶倾向严重，对燃油消耗的影响大于20%。

3、结束语

该技术方案参照斯堪尼亚R系列车驾驶员行为评价系统，并结合ACTROS对驾驶行为的评价方法。该方案国内商用车尚未使用，属国内领先。

[1] 苏明.汽车节油辅助驾驶系统研究. 吉林大学,2015.

[2] 李世武. 驾驶行为对车辆燃料消耗和污染物排放的影响研究综述. 公路交通科技. 2003, 20(1)：155-158.

[3] 鲍宇.基于驾驶行为的绿色驾驶算法模型的研究.河北工业大学, 2015.

[4] 孙健聪.停走交通环境下基于车间通信的协作式绿色驾驶策略研究.湖南大学,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，高级工程师，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.07.005