Оценка стиля вождения автомобилей, ориентированного на экономию топлива - RU2616487C2

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к оценке стиля вождения автомобилей, в частности для дорожного транспортного средства, применяемого для транспортировки людей, например, легкового автомобиля, автобуса, туристского жилого автомобиля-фургона и т.п., или товаров, например транспортной машины промышленного назначения (грузового автомобиля, автопоезда, тягача с прицепом и т.п.), или легкого или среднего транспортного средства для коммерческих перевозок (автофургона, автофургона с крытым кузовом, грузового такси и т.п.), ориентированного, в общем, на энергосберегающее использование топлива и, в частности, на экономию топлива.

СУЩЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Повышение уровня информированности общественности об изменении климата и введение в действие законодательства по выбросам CO₂ легковыми автомобилями и транспортными средствами для коммерческих перевозок во многих странах вынуждают основных изготовителей оборудования (OEM) и поставщиков повышать эффективность транспортных средств с помощью сложных и дорогих систем и компонентов.

К сожалению, даже самое эффективное транспортное средство будет вырабатывать большие количества CO₂, если упомянутое средство используют «агрессивные водители» и/или в неблагоприятных условиях дорожного движения. По существу, меры или технологии, которые оценивают характер водителя и информируют водителя о наиболее эффективном маршруте, могут обеспечить значительное снижение расхода топлива и выброса CO₂.

Вышеизложенные соображения означают, что следует ожидать, что усовершенствованные навигационные (эконавигационные) системы, системы, предоставляющие автомобилям возможность обмена информацией с другими транспортными средствами и/или специализированными инфраструктурами, и системы, предлагающие наиболее эффективный метод вождения (эковождения), каждая и в совокупности, будут важны для будущего снижения выбросов благодаря заложенному в них благоприятному соотношению затраты - полезный результат.

В 2008 г. на рынок выпущена система для оценки манеры вождения водителем дорожного транспортного средства под названием eco:Drive™, с целью снижения расхода топлива и выбросов CO₂; упомянутая система является бортовой технологией анализа характера водителя, разработанной, чтобы поддерживать природоохранительный характер водителя. Система eco:Drive™ позволяет потребителям собирать телеметрические данные о вождении из своих бортовых компьютеров транспортного средства через USB-порт приборной панели. Затем упомянутые данные анализируются программным приложением персонального компьютера, которое использует алгоритмы, разработанные для обеспечения индивидуальных ответных реакций на то, как изменять стиль вождения для достижения максимальной топливной экономичности автомобиля. При следовании рекомендациям системы eco:Drive™ потребитель может количественно определять показатели снижения расхода топлива и выбросов CO₂, которые обусловлены изменением стиля вождения. В частности, программное приложение системы eco:Drive™ оценивает манеру вождения водителя путем анализа по четырем категориям манеры вождения: использование передач, ускорение (использование педали газа), торможение (использованию тормозной педали и режима отсечки моторного топлива) и характер изменения скорости.

Данные о вождении, отбираемые из бортовых компьютеров транспортного средства, затем сохраняются на веб-сервере основного изготовителя оборудования, которому принадлежит система eco:Drive™, и позволяют последнему выполнять обширный статистический анализ продолжительности поездки, протяженности, средней скорости транспортного средства, средней частоты вращения двигателя, времени торможения и многих других параметров, а также контроль за тем, как водители используют свои автомобили в реальных условиях, что позволяет проверять внутренние испытательные процедуры или предлагать изменения. Для отдельных (анонимных) пользователей можно отслеживать расход топлива и выбросы CO₂ в реальных условиях, что допускает идентифицировать экономию, которую достигают, путем следования рекомендации программного приложения системы eco:Drive™.

В документе EP 2320387 A1 раскрыт способ оценки эффективности расхода топлива транспортным средством, управляемым водителем. Способ содержит этап сбора данных, относящихся к выполнению водителем действий по вождению из множества датчиков, содержащихся в транспортном средстве, этап идентификации множества событий вождения на основании собранных данных, этап оценки выполнения действий водителем во время, по меньшей мере, одного события вождения из идентифицированного множества событий вождения, при этом, по меньшей мере, одно событие, при неудовлетворительном выполнении, ставится в соответствие увеличенному расходу топлива, и этап, на основании оценки выполнения водителем действий, по меньшей мере, одного события вождения, оценки эффективности расхода топлива транспортным средством, управляемым водителем.

В документе США 2005/288850 A1 раскрыт способ оценки вождения для оценки уровня расхода топлива в результате вождения транспортного средства в некотором интервале вождения на основе данных о вождении, собранных во время вождения в упомянутом интервале вождения. Способ содержит этап вычисления эффективности расхода энергии в интервале вождения, этап вычисления переменного параметра среды вождения, характеризующего фактор среды, который оказывает влияние на расход энергии при вождении в интервале вождения, этап выбора функции плотности вероятности или интегральной функции распределения, соответствующей вычисленному переменному параметру среды вождения, из множества функций плотности вероятности или интегральных функций распределения, содержащих эффективность расхода энергии в качестве переменного параметра вероятности, и этап вычисления оценочного значения для оценки уровня расхода топлива при вождении в интервале вождения посредством использования выбранной функции плотности вероятности или выбранной интегральной функции распределения и вычисленной эффективности расхода энергии.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является создание системы оценки стиля вождения автомобиля, которая дополнительно совершенствует уже общепризнанные функциональные возможности вышеописанной системы eco:Drive™.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается система оценки стиля вождения автомобиля, определяемая в прилагаемой формуле изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - блок-схема системы оценки стиля вождения автомобиля в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.2 - функциональная блок-схема программного обеспечения для оценки стиля вождения автомобиля;

Фиг.3-4 и 6-10 - графики физических величин, используемых при оценке стиля вождения автомобиля;

Фиг.5 - функциональная блок-схема имитационной математической модели, с помощью которой можно вычислять кривую естественного торможения автомобиля;

Фиг.11 - функциональная блок-схема упрощенной математической модели автомобиля, которая позволяет количественно определять разность между фактическим расходом топлива автомобилем и номинальным расходом топлива автомобилем.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже приведено подробное описание настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые фигуры, чтобы специалист в данной области техники получил возможность осуществления и применения настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники немедленно станут очевидными различные модификации описанных вариантов осуществления и общие принципы, изложенные в настоящей заявке, можно применить к другим вариантам осуществления и применения, не выходящим за пределы объема охраны настоящего изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения. Поэтому, настоящее изобретение нельзя считать ограниченным вариантами осуществления, описанными и проиллюстрированными в настоящей заявке, а следует допускать расширенный объем охраны, соответствующий характеристикам, описанным и заявленным в настоящей заявке.

Система оценки стиля вождения автомобиля, в частности дорожного транспортного средства, в соответствии с настоящим изобретением показана на фиг.1 и обозначена, в целом, позицией 1.

Система 1 оценки стиля вождения, как правило, содержит:

- бортовое электронное оборудование 3 транспортного средства, пригодное для установки на каждом из автомобилей 2, для которого абонирована услуга по оценке стилей вождения соответствующих водителей, чтобы выполнять «бортовую» оценку стиля вождения водителя автомобиля, и содержащее:

- регистратор 4 данных, способный к сопряжению с локальной сетью 5 контроллеров (CAN) автомобиля 2, для загрузки и сохранения данных выполняемого задания автомобиля 2, необходимых для оценки стиля вождения водителя автомобиля, выборки различных каналов сети CAN с подходящей частотой выборки, например, по меньшей мере, 1 Гц;

- устройство 6 обработки данных, способное к сопряжению с регистратором 4 данных, для сбора и обработки данных выполняемого задания, собранных регистратором 4 данных, чтобы анализировать выполняемое задание автомобиля 2 и оценивать стиль вождения водителя автомобиля; и

- радиопередающее устройство 7, способное к сопряжению с регистратором 4 данных, для сбора данных выполняемого задания, собранных упомянутым регистратором, и передачи упомянутых данных по радио; и

- наземную станцию 8, выполненную с возможностью взаимодействия с бортовым электронным оборудованием 3 транспортного средства, для которого абонирована услуга по оценке стилей вождения водителей соответствующих автомобилей, чтобы выполнять «внешнюю» оценку стиля вождения водителя автомобиля, и содержащую:

- радиоприемное устройство 9, способное к приему данных выполняемого задания (временной диаграммы), передаваемых по радио радиопередающими устройствами 7 бортового электронного оборудования 3 транспортного средства; и

- сервер 10 обработки данных, способный к сопряжению с радиопередающим устройством 9, для сбора и обработки данных выполняемого задания, принятых упомянутым устройством, аналогично тому, как сбор и обработка данных выполняются устройством 6 обработки данных.

В частности, регистратор 4 данных сконфигурирован с возможностью сбора и записи следующих данных выполняемого задания автомобиля из сети CAN:

- Скорость

- Расход топлива

- Включенная передача

- Скорость передних левого и правого колес

- Включение основного тормоза, образованного обычными дисковыми тормозами, передним и задним, и управляемого тормозной педалью;

- Включение вспомогательных тормозных устройств, образованных моторным тормозом и замедлителем;

- Включение стеклоочистителей

- Температура наружного воздуха

- Положение педали газа

- Включенная передача

- Момент трения двигателя

- Крутящий момент двигателя

- Положение рычага замедлителя

- Включение системы автоматического оптимального регулирования скорости

- Масса автомобиля

Число спутников, включенных в спутниковую систему глобального местоопределения (GPS), фактор снижения точности при определении положения точек в вертикальной плоскости, фактор снижения точности при определении положения точек в горизонтальной плоскости, широта и долгота.

Данные выполняемого задания, загруженные регистратором 4 данных, подлежат такому форматированию, чтобы упомянутые данные могли считываться устройством 6 обработки данных для последующего анализа выполняемого задания и стиля вождения.

Устройство 6 обработки данных и сервер 10 обработки данных выполнены с возможностью хранения и выполнения программного обеспечения для оценки стиля вождения и содержат секцию, предназначенную для правильного считывания данных выполняемого задания, соответственно записанных в регистраторе 4 данных и принятых по радио из радиоприемного устройства 9, и секцию, предназначенную для обработки упомянутых данных, чтобы анализировать, для каждого автомобиля, выполняемое задание автомобиля и оценивать стиль вождения водителя автомобиля, и, в частности, чтобы обеспечивать следующую информацию:

- Информационные сводки о выполняемом задании автомобиля от запуска двигателя до того, как его впоследствии останавливают; и

- Информационные сводки о выполняемом задании автомобиля с момента, когда бортовой компьютер сброшен водителем.

Кроме того, программное обеспечение для оценки стиля вождения, выполняемое устройством 6 обработки данных, дополнительно предназначено также, чтобы обеспечивать:

- Квалификационные отметки по отдельным событиям, состоящим из конкретных маневров, выполненных водителем автомобиля: когда событие идентифицировано из серии предполагаемых событий, оно обрабатывается, и выполненному маневру присваивается квалификационная отметка, с присвоением водителю квалификационной отметки по экономии топлива, как подробно поясняется в дальнейшем.

Кроме того, сервер 10 обработки данных запрограммирован с возможностью сохранения данных выполняемого задания, собранных из бортового электронного оборудования 3 транспортного средства в соответствующем порядке, вместе с результатами обработки данных, выполняемой программным обеспечением для оценки стиля вождения автомобиля, чтобы допускать прямой запрос из удаленного положения.

Как для бортового применения, так и для внебортового применения программное обеспечение для оценки стиля вождения нуждается в получении следующих данных о двигателе и автомобиле:

- Многомерная характеристика двигателя;

- Карта трения двигателя;

- Холостые обороты двигателя и соответствующий расход топлива;

- Частота вращения двигателя выше допустимой;

- Инерционные свойства двигателя, коробки передач, трансмиссии и колес;

- Замедление по инерции;

- Передаточные числа и КПД передачи;

- Размеры шин;

- Колея автомобиля.

На фиг.2 представлена функциональная блок-схема обработки различных типов, выполняемой программным обеспечением для оценки стиля вождения в отношении расхода топлива или его характеристического параметра, например выбросов CO₂ автомобиля.

По существу, стиль вождения оценивают показателем, называемым, в дальнейшем, показателем оценки стиля вождения (DSEI), который вычисляют на основании следующего суммарного показателя:

1. Показатель экономии топлива (FEI), который характеризует стиль вождения водителя автомобиля с точки зрения экономии топлива;

и, по желанию, на основании одного из или обоих следующих дополнительных суммарных показателей:

2. Показатель использования вспомогательных тормозов (ABUI), который характеризует использование вспомогательных тормозных систем, а именно моторного тормоза и замедлителя, в сравнении с основным тормозом; и

3. Показатель степени сложности (DoDI), который характеризует общую сложность выполняемого задания автомобиля.

В частности, показатель оценки стиля вождения (DSEI) вычисляют как линейную сумму трех вышеупомянутых суммарных показателей из зависимости вида:

DSEI = c₀·FEI+c₁·ABUI+c₂·DoDI,

где три коэффициента c₀, c₁ и c₂, представляют весовые значения суммарных показателей, вычисляются методами статистического анализа и характеризуют влияние, которое физические величины, на основании которых вычисляют суммарные показатели, влияют на снижение общего расхода топлива.

В частности, с учетом того, что стиль вождения оценивают с точки зрения экономии топлива, показатель экономии топлива (FEI) является очевидным суммарным показателем, который, наряду с тремя вышеупомянутыми показателями, является основным, и поэтому его весовое значение заметно выше, чем весовые значения других двух суммарных показателей при вычислении показателя оценки стиля вождения (DSEI).

Кроме того, каждый из показателя экономии топлива (FEI) и показателя степени сложности (DoDI) вычисляют на основании соответствующих составляющих показателей, называемых в дальнейшем предварительными суммарными показателями, которые, в свою очередь, вычисляют на основании соответствующих составляющих показателей, называемых в дальнейшем частными показателями, которые, в конечном счете, вычисляют на основании строго определенных физических величин.

Кроме того, предварительные суммарные и частные показатели, относящиеся к показателю экономии топлива (FEI), взвешивают с помощью соответствующих динамических весовых коэффициентов, каждый из которых вычисляют на основании соответствующего весового значения, которое характеризует влияние, которое физические величины, на основании которых вычисляют соответствующий показатель, оказывают на снижение общего расхода топлива, а также на основании соответствующего полезного результата, который представляет оценку полезного результата, который соответствующий показатель обеспечивает при оценке стиля вождения во время выполняемого задания автомобиля, т.е. положительного влияния, которое физические величины, представленные показателем, оказывают на расход топлива.

Кроме того, предварительные суммарные и частные показатели, относящиеся к показателю экономии топлива (FEI), имеют разную значимость, зависящую от выполняемого задания автомобиля, и поэтому соответствующее взвешивание является динамичным в том смысле, что, хотя соответствующие весовые значения не зависят от выполняемого задания и, следовательно, являются постоянными, когда изменяется выполняемое задание, и сохраняются в форме таблицы, соответствующие полезные результаты, напротив, зависят от выполняемого задания и, следовательно, изменяются, когда изменяется выполняемое задание, и вычисляются в реальном времени. Таким образом, значимость каждого предварительного суммарного и частного показателя при данном выполняемом задании зависит от постоянной части (весового значения) и от переменной части (полезного результата) и их произведение, в результате, обеспечивает изменчивость взвешивания разных (составляющих) показателей.

Например, если автомобиль двигается по участку шоссе, отличающегося, как известно, длинными расстояниями и, обычно, высокими и постоянными скоростями при верхней передаче, то полезный результат, связанный с использованием коробки передач, будет очень небольшим. В предположении, что водитель автомобиля ошибочно переключает передачу в некотором месте, например, из-за того, что встречается сужение полосы, назначаемая балльная оценка будет «взвешиваться» полезным результатом, небольшим в рассмотренном примере и, поэтому, не будет чрезмерно отрицательной. И, наоборот, при городском вождении, отличающемся, как известно, бесчисленными остановками и рывками («с частыми остановками»), неправильное использование коробки передач будет подвергаться наказанию, высокому в рассматриваемом примере, потому что в данном контексте событие значимо с точки зрения снижения расхода топлива.

В отличие от показателя экономии топлива (FEI) предварительные суммарные и частные показатели, относящиеся к показателю степени сложности (DoDI), взвешивают с использованием соответствующих статических весовых коэффициентов, которые вычисляют только на основании соответствующих весовых значений, которые являются постоянными, когда изменяется выполняемое задание автомобиля, и поэтому не учитывают соответствующие полезные результаты, из-за чего взвешивание упомянутых предварительных суммарных и частных показателей является не динамическим, а статическим.

Вышеперечисленные показатели вычисляют на основании физических величин, измеренных и/или вычисленных во время выполняемых заданий автомобилей, посредством процесса преобразования из физических величин в показатели, содержащего следующие этапы:

- Выполнение очень обширных испытательных операций с опытными и неопытными водителями в различных условиях транспортного средства/выполняемого задания/стиля вождения, с просьбой к опытным водителям имитировать как умелое вождение, так и неумелое вождение с точки зрения расхода топлива;

- Измерение и/или вычисление физических величин в ходе всех выполняемых заданий автомобиля и использование подходящих статистических методов для идентификации наиболее важных физических величин, которые затем становятся выбранными объективными физическими величинами, которые считаются наиболее подходящими для представления рассматриваемого аспекта;

- Анализ диапазонов изменения выбранных объективных физических величин в качестве функции характеристик автомобиля, например массы, наличия прицеп и т.п., и выполняемого задания автомобиля, например средней скорости во время движения, процентной составляющей времени в неподвижном состоянии, изменения высоты и т.п.; и

- Задание в соответствующих диапазонах изменения удовлетворительных значений и неудовлетворительных значений для выбранной объективной физической величины, в соответствие с которыми ставят соответствующие максимальные полезные результаты и минимальные полезные результаты. Как указано в предыдущем пункте, следует отметить, что удовлетворительные и неудовлетворительные значения для выбранной объективной физической величины не фиксируются, а осуществляется функция характеристик автомобиля и выполняемого задания.

Вычисление каждого из вышеперечисленных показателей и соответствующих весовых значений и полезных результатов подробно описано ниже.

1. Показатель экономии топлива (FEI)

Данный суммарный показатель вычисляют как линейную сумму двух следующих предварительных суммарных показателей:

- показателя превентивного вождения (PDI), и

- показателя переключения передач (GSI),

в соответствии с выражением следующего типа:

FEI = k₀·PDI + k₁·GSI,

где каждый из двух коэффициентов k₀ и k₁ равен произведению весового значения w и полезного результата b, относящихся к соответствующему предварительному суммарному показателю, а именно:

k_i = W_i·b_i.

В частности, полезные результаты, связанные с двумя предварительными суммарными показателями PDI и GSI, определяют методом статистического анализа, основанного на частоте появления значительных событий во время исследуемого выполняемого задания в отношении к выполняемым заданиям, используемым для регулировки предварительных суммарных показателей, т.е. полезный результат значителен, если событие происходит относительно часто, и полезный результат незначителен, если событие является редким. Вместо этого, весовые значения, относящиеся к двум предварительным суммарным показателям PDI и GSI, определяют методом статистического анализа, учитывающего значимость анализируемого параметра в общем снижении расхода топлива.

Упомянутые два предварительных суммарных показателя определяют нижеописанным образом.

1.1. Показатель превентивного вождения (PDI)

Данный предварительный суммарный показатель обеспечивает информацию о действиях, выполняемых водителем для обеспечения превентивного стиля вождения и, следовательно, снижения расхода топлива и вычисляется как линейная сумма следующих частных показателей:

- показателя стиля ускорения (ASI),

- показателя задержки действия газ-тормоз (DGBI),

- показателя частоты торможения (BFI),

- показателя потери энергии на торможение (BWEI) и

- показателя метода останова (SAI),

в соответствии с выражением следующего типа:

PDI = k₂·ASI + k₃·DGBI + k₄·BFI + k₅·BWEI + k₆·SAI.

Приведенные частные показатели вычисляют нижеописанным образом.

1.1.1. Показатель стиля ускорения (ASI)

Данный частный показатель предназначен для повышения оценки за способность водителя выдерживать стиль вождения, свободный от беспрестанного ускорения и замедления на типичных загородных и шоссейных отрезках дороги. Отрезки дороги, проезжаемые без флуктуаций частоты вращения и крутящего момента двигателя, повышают оценку стиля вождения водителя автомобиля.

Данный показатель вычисляют в точках выполняемого задания, в которых:

- отсутствовало переключение передачи в течение некоторого интервала времени, например нескольких секунд или нескольких десятков секунд, или, иначе говоря, текущая включенная передача оставалась включенной в течение упомянутого интервала времени; и

- система автоматического оптимального регулирования скорости не включена.

В частности, в каждой из точек, которая удовлетворяет упомянутым требованиям, вычисляют разность расхода топлива между расходом топлива, вычисленным на основе мгновенных значений доступных крутящего момента двигателя и частоты вращения двигателя во время выполняемого задания, и расходом топлива, вычисленным на основе средних значений доступных частоты вращения и крутящего момента в пределах интервала времени конкретной продолжительности, например нескольких десятков секунд, с центром в рассматриваемой точке (фильтрованных значений).

Разность, вычисленная таким образом, представляет экономию топлива, выраженную в [л/км], вычисленную в отношении применимых отрезков дороги или, точнее, таких отрезков, на которых переключение передачи происходит достаточно редко, которую нормируют относительно массы автомобиля (полученной из сети CAN и сохраненной в регистраторе 4 данных) и средней скорости автомобиля во время движения, что дает, в результате, показатель стиля ускорения (ASI).

Коэффициент k₂, относящийся к данному частному показателю, равен произведению соответствующего полезного результата, который вычисляют на основе процентной составляющей расстояния, пройденного автомобилем во время выполняемого задания, на котором вычисляют экономию топлива, и соответствующего весового значения, которое определяют методом статистического анализа, учитывающего значимость данного частного показателя для общего снижения расхода топлива.

1.1.2. Показатель задержки действия газ-тормоз (DGBI)

Данный частный показатель обеспечивает информацию о правильной работе с педалью газа перед приведением в действие любого из тормозных устройств автомобиля, чтобы правильно использовать отсечку топлива двигателя внутреннего сгорания автомобиля в фазах замедления автомобиля и, следовательно, экономить топливо.

В частности, каждый раз, когда педаль газа отпускают, и любое из тормозных устройств приводят в действие в течение калибруемого интервала времени, например нескольких секунд, вычисляется задержка между двумя воздействиями на первичные элементы управления. Небольшие задержки указывают на далеко не превентивный стиль вождения и потому подвергаются наказанию. Таким образом, соответствующий показатель задержки действия газ-тормоз (DGBI) вычисляется для каждого события, с нормированием индивидуальной задержки относительно массы автомобиля (полученной из сети CAN и сохраненной в регистраторе 4 данных) и мгновенной скорости автомобиля в момент отпускания педали газа.

В конце выполняемого задания показатель задержки действия газ-тормоз (DGBI) вычисляется как среднее арифметическое значение показателей отдельных значений.

Коэффициент k₃, относящийся к данному частному показателю, равен произведению соответствующего полезного результата, который вычисляют на основе числа задержек (между отпусканием педали газа и приведением в действие любого тормозного устройства) на один километр, и соответствующего весового значения, которое, напротив, определяют методом статистического анализа, учитывающего значимость упомянутого частного показателя в общем снижении расхода топлива.

Поэтому, низкие скорости приравнивают к высоким полезным эффектам, так как они указывают на большое число событий торможения.

1.1.3. Показатель частоты торможения (BFI)

Данный частный показатель вычисляют при определении приведения в действие любого из тормозных устройств автомобиля в виде процентной составляющей времени от выполняемого задания автомобиля, использованного на торможение. Затем упомянутое процентное значение нормируют относительно средней скорости автомобиля во время поездки.

Коэффициент k₄, относящийся к данному частному показателю, равен произведению соответствующего полезного результата, который задают как колебание нормированного процентного значения относительно удовлетворительного и неудовлетворительного значений показателя, и соответствующего весового значения, которое, напротив, определяют методом статистического анализа, учитывающего значимость упомянутого частного показателя в общем снижении расхода топлива.

Количественная оценка упомянутого колебания графически поясняется на фиг.3; другими словами, данную оценку выполняют на основании положения, принимаемого частным показателем на плоскости, заданной вышеупомянутой средней скоростью автомобиля в движении и процентной составляющей времени выполняемого задания автомобиля, израсходованного на торможение, относительно линии удовлетворительного и линии неудовлетворительного приведения в действие тормозных устройств, соответственно заданных соответствующими наборами удовлетворительных и неудовлетворительных значений показателя частоты торможения (BFI).

1.1.4. Показатель потери энергии на торможение (BWEI)

Данный частный показатель количественно оценивает процентную составляющую энергии, рассеянной в любом из тормозных устройств автомобиля, относительно общей энергии выполняемого задания.

Если задать EnA как энергию, соответствующую выполняемому заданию и вычисленную на основе данных о крутящем моменте двигателя и частоте вращения двигателя, сохраняемых в регистраторе 4 данных, и dEC как энергию, рассеянную при торможении, содержащую кинетическую энергию, гравитационную потенциальную энергию и мощность, потерянную при замедлении по инерции во время каждого события торможения, то упомянутый показатель вычисляют по следующей формуле:

Затем упомянутое значение нормируют относительно:

- массы автомобиля (сохраненной в регистраторе 4 данных); и

- средней скорости автомобиля в движении во время выполняемого задания.

Коэффициент k₅, относящийся к данному частному показателю, равен произведению соответствующего полезного результата, который задают как колебание частного показателя относительно удовлетворительного и неудовлетворительного значений данного частного показателя, и соответствующего весового значения, которое, напротив, определяют методом статистического анализа, учитывающего значимость анализируемого показателя в общем снижении расхода топлива.

Количественная оценка упомянутого колебания графически поясняется на фиг.4; другими словами, на основании положения, принимаемого частным показателем на плоскости, заданной средней скоростью автомобиля в движении и процентной составляющей и нормированными значениями частного показателя, относительно линии удовлетворительного и линии неудовлетворительного приведения в действия, заданных соответствующими наборами удовлетворительных и неудовлетворительных значений данного частного показателя.

1.1.5. Показатель метода останова (SAI)

Данный частный показатель предназначен для наказания за метод останова автомобиля, выполняемого несовместимо с экономией топлива.

Фактически, если автомобиль готовиться к вынужденному останову из-за условий дорожного движения или состояния дороги или в связи с выбором или необходимостью водителя, то наиболее удобный метод для экономии топлива заключается в том, чтобы сочетать отпускание педали газа (выключение двигателя) с переходом на более высокую передачу, с использованием пониженного передаточного числа, совместимого со снижением частоты вращения двигателя (работой двигателя по инерции до останова), и использованием только одного из тормозных устройств автомобиля в последней части маневра. С другой стороны, водитель, который, несмотря на необходимость остановить автомобиль, держит педаль газа нажатой почти до точки останова, непременно должен тормозить жестко, что является методом останова, не совместимым с экономией топлива.

Поэтому данный частный показатель принимает большое значение в случае, когда водитель широко использует первый метод останова, низкое значение в другом случае.

При более глубоком рассмотрении вычисление данного частного показателя основано на кривой естественного (самопроизвольного) торможения автомобиля, которая, начиная с максимальной скорости, которую может развить автомобиль, описывает снижение скорости во времени в случае, когда водитель переводит двигатель в режим отсечки топлива и включает высшую передачу, допустимую при текущей частоте вращения двигателя.

Упомянутую кривую сохраняют в электронном блоке управления автомобиля и получают моделированием, выполняемым с помощью вычислительной модели, имеющей структуру, показанную на фиг.5.

Пример кривой естественного торможения автомобиля представлен графиками, показанными на фиг.6a и 6b.

Вычисление данного частного показателя, основанного на упомянутой кривой, выполняется каждый раз, когда автомобиль останавливается (скорость автомобиля, обеспечиваемая сетью CAN, падает ниже очень низкого порога). Как показано на фиг.7, кривую, относящуюся к расстоянию, фактически пройденному до наступления останова, используют, начиная с неподвижного состояния автомобиля («Tc»), «в обратном направлении» для идентификации точки, обозначенной на фиг.7 как «Пересечение 2» («Cut 2»). В частности, начиная с точки «Tc», определяются все точки пересечения между кривой, представляющей фактически пройденное расстояние, и кривой, представляющей расстояние, пройденное при замедлении, (вынуждающим вторую кривую проходить над первой): в таком случае, точка «Пересечение 2» задается как точка, ниже которой промежуток для останова при замедлении меньше, чем фактически проходимый промежуток. Если данная точка существует, то автомобиль мог пройти участок дороги между точкой «Пересечение 2» и точкой «Tc» в режиме отсечки топлива. В соответствии с вышеизложенным задается интервал времени, в течение которого автомобиль мог двигаться в режиме отсечки топлива.

В примере, показанном на фиг.7, экономия FSes топлива, которая могла быть получена, равна:

(где taglio2 означает Пересечение 2 и fuel_rate означает расход топлива).

Поскольку данное выражение относится к одному останову автомобиля во время выполняемого задания, то экономия топлива, вычисленная в соответствии с вышеуказанной формулой, будет, в дальнейшем, обозначаться термином «экономия топлива за одно событие».

Точку «Пересечение 1» исследуют в обратном направлении на максимальный промежуток, называемый «опережающим промежутком», который зависит от скорости автомобиля; в таком случае существует соответствующее «опережающее время», как показано на фиг.8a и 8b. Если точка «Пересечение 2» отсутствует, то расстояние, равное опережающему промежутку, считается равным расстоянию, которое может быть пройдено в режиме отсечки топлива.

Экономия FSes топлива за одно событие вычисляется для каждого распознанного останова относительно точки «Пересечение 2», кроме случаев, в которых:

- во время выполнения метода останова и для расстояния, не превышающего «опережающий промежуток», автомобиль входит в поворот с радиусом меньше некоторого значения, при этом данная ситуация определяется на основании скорости поворота в горизонтальной плоскости, как подробно поясняется ниже: в данном случае поиск «в переднем направлении» точки «Пересечение 2» прерывается, когда встречается поворот с вышеупомянутыми характеристиками, так как обзорность водителя ухудшается поворотом дороги; в данном случае, интервал времени, рассматриваемый при вычислении, равен интервалу между остановом и идентификацией присутствия поворота; и

- расстояние, равное «опережающему промежутку», проходят в обратном направлении: в данном случае, поиск точки «Пересечение 2» прерывается и время, полагаемое достоверным для вычисления, является соответствующим «опережающим временем».

Поэтому, если T* задано как время начала интегрирования экономии топлива в соответствии с вышеприведенной формулой, то данное время может быть равно времени, соответствующему точке «Пересечение 2», или времени, соответствующему входу в присутствующий поворот с вышеупомянутыми характеристиками или опережающему времени.

Экономия топлива, вычисленная для всего выполняемого задания автомобиля, задается формулой:

где i означает участки дороги, на которых автомобиль делает остановку во время выполняемого задания.

Показатель метода останова (SAI) основан на экономии топлива, вычисленной для всего выполняемого задания автомобиля, которую надлежащим образом калибруют для учета поправочного коэффициента, зависящего от дороги, и нормируют для интервала времени, в течение которого выполняли вычисление экономии топлива.

Подробнее, показатель метода останова (SAI) вычисляют следующим образом:

где index_i означает показатель для i-го останова, член benefit_i означает полезный результат при i-м останове, задаваемый как расстояние точки на плоскости на фиг.9, которая представляет i-й останов, т.е. точки, которая, как указано, представляет экономию топлива, соответствующую i-му останову, относительно удовлетворительной и неудовлетворительной линий, установленных экспериментально, которые представляют удовлетворительное и неудовлетворительное значения экономии топлива: при этом, чем ближе точка, представляющая i-й останов, располагается к удовлетворительной линии, тем больше его полезный результат.

Коэффициент k₆, относящийся к данному частному показателю, равен произведению соответствующего полезного результата, вычисляемого как:

где p_st представляет опорное значение, определяемое методом статистического анализа, для оценки влияния составляющей number_stop_app_per_km (число_методов_останова_на один км) при вычислении полезного результата (Benefit), benefit_m означает средний полезный результат выполняемого задания и член B₀ представляет экспериментально определяемое опорное значение, на соответствующее весовое значение, которое, напротив, определяют методом статистического анализа, учитывающего значимость данного частного показателя в общем снижении расхода топлива.

1.2. Показатель переключения передач (GSI)

Данный предварительный суммарный показатель обеспечивает информацию о маневрах с переключением передач, выполняемых водителем автомобиля, чтобы обеспечивать правильное использование передач для снижения расхода топлива, и вычисляется как линейная сумма следующих частных показателей:

- показателя экономии топлива по указателю переключения передач (GSIFSI), и

- показателя ошибочных переключений передач (EGSI),

в соответствии с зависимостью следующего типа:

GSI = k₇·GSIFSI + k₈·EGSI.

Приведенные частные показатели вычисляют нижеописанным образом.

1.2.1. Показатель экономии топлива по указателю переключения передач (GSIFSI)

Данный частный показатель количественно оценивает экономию топлива, которую получали бы, если бы водитель переключал передачу так, как предлагается указателем переключения передач, который работает в соответствии с логикой, в которой включение следующей более высокой передачи предлагается, когда мощность двигателя, подаваемая текущей передачей, больше чем или равна мощности двигателя, которая подавалась бы, если бы была включена более высокая передача, иначе, предлагается сохранять текущую передачу.

Следовательно, для вычисления данного частного показателя, сначала, все данные, относящиеся к переключениям передач, выполненным во время выполняемого задания автомобиля, подвергаются повторной обработке для вычисления, тем самым, новой серии данных (временной диаграммы) о переключения передач и соответствующих частотах вращения двигателя.

После этого вычисляется расход топлива, который был бы получен с предлагаемыми переключениями передач (расход топлива, соответствующий GSI (указателю переключения передач)).

И, наконец, данный частный показатель вычисляют на основе разности между фактически полученным расходом топлива (установленным по данным, обеспеченным из сети CAN) и расходом топлива, который был бы получен с предложенными переключениями передач.

Коэффициент k₇, относящийся к данному частному показателю, равен произведению соответствующего полезного результата, который определяют подобно тому, как выполняют определения для показателя метода останова (SAI) и показателя потери энергии на торможение (BWEI), а именно, на основании отклонения частного показателя от наборов удовлетворительных и неудовлетворительных значений данного показателя, и соответствующего весового значения, которое, напротив, определяют методом статистического анализа, учитывающего значимость анализируемого показателя в общем снижении расхода топлива.

1.2.2. Показатель ошибочных переключений передач (EGSI)

Вычисление данного показателя основано на числе ошибочных переключений передач на 100 км. В частности, каждый раз, когда переключают передачу и, в течение калибруемого интервала времени, например нескольких секунд, выполняют другое переключение передачи, значение счетчика наращивается.

В конце выполняемого задания автомобиля значение счетчика нормируется к расстоянию 100 км, с учетом также числа передаточных чисел.

Коэффициент k₈, относящийся к данному частному показателю, равен произведению соответствующего полезного результата, который определяют подобно тому, как выполняют определения для показателя экономии топлива по указателю переключения передач (GSIFSI) (где GSI означает указатель переключения передач), а именно на основании отклонения показателя от наборов удовлетворительных и неудовлетворительных значений данного частного показателя, и соответствующего весового значения, которое, напротив, определяют методом статистического анализа, учитывающего значимость анализируемого показателя в общем снижении расхода топлива.

2. Показатель использования вспомогательных тормозов (ABUI)

Данный суммарный показатель обеспечивает накопленную информацию о правильном использовании или ином использовании вспомогательных тормозных устройств автомобиля с точки зрения рационального использования основного тормоза.

Получаемых каналов сети CAN достаточно, чтобы различать тормоза всех типов: как использование тормозной педали, так и использование моторного тормоза и замедлителя идентифицируется по соответствующим каналам, получаемым на шине сети CAN. Предполагается, что в нормальных условиях вождения правильной является следующая последовательность использования трех типов тормозов:

Моторный тормоз -> Замедлитель -> Тормозная педаль

Алгоритм оценки использования тормозных устройств предназначен для поощрения водителя в случае, когда применяется вышеприведенная последовательность, и поэтому присваивает более высокую бальную оценку данной последовательности и низкую бальную оценку в ином случае.

Алгоритм действует следующим образом:

- указывает число N событий торможения, выполненных при начальной скорости автомобиля, превышающей пороговую скорость V₀;

- анализирует первое событие торможения, при этом, если последовательность используемых тормозов отличается от вышеприведенной последовательности, то счет NUM счетчика, начинающего счет с нуля, наращивается на одну единицу;

- повторяет вышеописанный этап для всех N событий торможения в выполняемом задании;

- затем вычисляет показатель использования вспомогательных тормозов следующим образом:

3. Показатель степени сложности (DoDI)

Данный суммарный показатель обеспечивает показания степени тяжести выполняемого задания, возложенного на автомобиль, чтобы можно было взвешивать стиль вождения водителя автомобиля на основании следуемого пути. При условии, что стиль вождения водителя автомобиля оценивают комплексно, посредством трех вышеупомянутых суммарных показателей, данный подход обеспечивает оценку уровня тяжести следуемого маршрута, совместно с оценкой макроусловий применения автомобиля (нагрузка и сопротивление); фактически, очень часто невозможность применить стиль вождения, который позволяет экономить топливо, обусловлена конкретной сложностью следуемого маршрута и/или неудовлетворительным состоянием используемого автомобиля.

Чем больше сложность выполняемого задания, тем больше значение данного суммарного показателя.

Данный суммарный показатель вычисляют как линейную сумму следующих предварительных суммарных показателей:

- показателя тяжести выполняемого задания (MSI), и

- показателя нагрузки и сопротивления транспортному средству (VLDI),

в соответствии с зависимостью следующего типа:

DoDI = k₉·MSI + k₁₀·VLDI,

где коэффициенты k₉ и k₁₀ представляют весовые значения предварительных суммарных показателей и определяются методом статистического анализа, учитывающего значимость предварительных суммарных показателей в общем снижении расхода топлива.

3.1 Показатель тяжести выполняемого задания (MSI)

Данный предварительный суммарный показатель обеспечивает информацию о степени тяжести маршрута, следуемого автомобилем во время выполняемого задания, с точки зрения изгибов и поворотов, погодных условий, выдерживаемого профиля скорости и высотных характеристик. Чем выше сложность выполняемого задания, тем больше значение показателя тяжести выполняемого задания.

Данный предварительный суммарный показатель вычисляют как линейную сумму следующих частных показателей:

- показателя профиля скорости (SPI),

- высотного показателя (AI),

- показателя изгибов (TI),

- метеорологического показателя (MI),

в соответствии с зависимостью следующего типа:

MSI = k₁₁·SPI + k₁₂·AI + k₁₃·TI + k₁₄·MI,

где коэффициенты k₁₁ - k₁₄ представляют весовые значения частных показателей, определяемые методом статистического анализа, учитывающего значимость частных показателей в общем снижении расхода топлива.

3.1.1. Показатель профиля скорости (SPI)

Данный частный показатель устанавливает различие между движением по шоссе, городским и загородным дорогам. Чем больше проезжаемое расстояние приближается к городскому типу, тем больше значение показателя.

Если V означает среднюю скорость автомобиля в движении и %StopTime означает процентную составляющую времени от выполняемого задания, в течение которого автомобиль неподвижен, то данный частный показатель вычисляют следующим образом:

где другие параметры являются скалярными величинами, устанавливаемыми на основании данных временных диаграмм таким образом, чтобы показатель имел значение от 0 до 100%.

3.1.2. Высотный показатель (AI)

Данный частный показатель характеризует высотные характеристики маршрута автомобиля и основан на высотных данных, обеспечиваемых бортовой спутниковой системой глобального местоопределения (GPS) по сети CAN.

Чем больше следуемый маршрут отличается длительными подъемами и спусками, тем больше значение показателя. В частности, если:

- mainly_uphill означает процентную составляющую времени от выполняемого задания, проведенную в движении в подъем; и

- ups_and_downs означает время выполняемого задания, проведенное в движении с неравномерными изменениями высоты (и поэтому, направленными не только все в спуск или все в подъем);

то высотный показатель (AI) вычисляют следующим образом:

где A, B и C являются экспериментально заданными весовыми коэффициентами.

3.1.3. Показатель изгибов (TI)

Данный частный показатель указывают на характеристики изгибов и поворотов маршрута автомобиля.

Чем больше следуемый маршрут отличается поворотами с предварительно заданной кривизной, тем больше значение показателя.

Скорость поворота в горизонтальной плоскости вычисляют на основании скоростей колес на одной оси, обеспечиваемых сетью CAN, с использованием основной кинематической зависимости, которая связывает скорость движения вперед со скорость поворота в горизонтальной плоскости с использованием колеи автомобиля.

На основании скорости поворота в горизонтальной плоскости маршрут автомобиля разбивается на:

- прямолинейный маршрут;

- маршрут, отличающийся крутыми поворотами (с вычисленным радиусом кривизны меньше, чем порог, например 40 м); и

- маршрут, отличающийся широкими поворотами (с вычисленным радиусом кривизны больше, чем порог, например 300 м).

И, наконец, показатель изгибов (TI) вычисляют как преобладание крутых поворотов над широкими поворотами.

3.1.4. Метеорологический показатель (MI)

Данный частный показатель характеризует метеорологические условия на следуемом маршруте автомобиля, установленные посредством анализа средней температуры окружающего воздуха и процентной составляющей времени, в течение которого работали стеклоочистители, по отношению к полному времени выполняемого задания.

Чем ниже средняя температура окружающего воздуха и продолжительнее время, в течение которого работали стеклоочистители, тем больше значение показателя.

На основании средней температуры T_AV окружающего воздуха и процентной составляющей %WW времени работы стеклоочистителей в течение выполняемого задания автомобиля метеорологический показатель (MI) вычисляют следующим образом:

MI = V - e₀·T_AV + e₁·%WW,

где V, e₀ и e₁ определяют экспериментально.

3.2. Показатель нагрузки и сопротивления транспортному средству (VLDI)

Данный предварительный суммарный показатель обеспечивает оценку макроусловий автомобиля, применяемого в ходе выполняемого задания, с точки зрения нагрузки и сопротивления.

Чем больше нагрузка на автомобиль и/или больше сопротивление, тем больше значение показателя.

Показатель вычисляют как линейную сумму следующих частных показателей:

- показателя нагрузки транспортного средства (VLI) и

- показателя сопротивления движению по инерции (CRI),

в соответствии с выражением следующего типа:

VLDI = k₁₅·VLI + k₁₆·CRI,

где коэффициенты k₁₅ и k₁₆ представляют весовые значения частичных показателей, устанавливаемые методом статистического анализа, учитывающего значимость частных показателей в общем снижении расхода топлива.

3.2.1. Показатель нагрузки транспортного средства (VLI)

Данный частный показатель обеспечивает оценку условий нагрузки транспортного средства в том смысле, что, чем больше нагрузка на борту, тем больше потребность в топливе, необходимом для движения. Поэтому, чем больше нагрузка, тем больше значение индекса.

Фактически, масса автомобиля, в частности, когда автомобиль является средним или тяжелым транспортным средством для коммерческих перевозок, представляет важный критерий распознавания условий применения транспортного средства: ненагруженного, нагруженного наполовину, полностью нагруженного и, возможно, перегруженного.

Поэтому, показатель нагрузки транспортного средства (VLI) вычисляют на основании массы автомобиля, обеспечиваемой сетью CAN и соответственно калиброванной таблицы такого типа, который показан на фиг.10, в которой сохраняются значения показателя нагрузки транспортного средства (VLI), экспериментально найденные в виде функции от массы M автомобиля.

3.2.2. Показатель сопротивления движению по инерции (CRI)

Данный частный показатель количественно оценивает разность между фактическим расходом топлива автомобилем и номинальным расходом топлива автомобилем, с использованием упрощенной математической модели автомобиля (функциональная блок-схема которой показана на фиг.11), которая задает, с одной стороны, зависимость, существующую между расходом топлива автомобилем и энергией, необходимой для выполнения автомобилем задания, и, с другой стороны, профилем скорости автомобиля во время выполняемого задания, массой автомобиля и уклоном дороги, проезжаемой во время выполняемого задания, в виде функции сопротивления движению автомобиля, многомерной характеристики двигателя и передаточных чисел и автомобильной трансмиссии.

В частности, если:

- ΔC означает разность между фактическим расходом топлива автомобилем и расходом топлива автомобилем, вычисленным с помощью упрощенной математической модели;

- ΔΕ означает разность между энергией, измеренной в течение выполняемого задания автомобиля, и энергией, вычисленной для того же выполняемого задания с помощью упрощенной математической модели;

- ΔΜ означает среднее AC и ΔΕ;

то показатель сопротивления движению по инерции (CRI) вычисляют следующим образом:

CRI = h₀ + h₁ + ΔM^2,

где h₀ и h₁ являются двумя скалярными коэффициентами настройки, установленными на основе данных временной диаграммы.

Реферат

Предложена система (1) оценки стиля вождения автомобиля (2), сконфигурированная с возможностью вычисления показателя оценки стиля вождения (DSEI) на основании следующего суммарного показателя: показателя экономии топлива (FEI), который характеризует стиль вождения водителя автомобиля с точки зрения экономии топлива и вычисляется на основании предварительных суммарных показателей, вычисляемых на основании соответствующих частных показателей, в свою очередь вычисляемых на основании комбинации физических величин. При этом предварительные суммарные и частные показатели взвешиваются посредством соответствующих динамических весовых коэффициентов. Достигается экономия топлива. 11 з.п. ф-лы, 11 ил.

Формула