CN201472171U - 汽车辅助驾驶仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种汽车辅助驾驶仪，包括：多个传感器、控制器、油门伺服器和挡位伺服器。控制器用于接收传感器的信号并计算出发动机的实时输出功率，根据发动机的实时输出功率和转速向油门伺服器输出控制信号用于增减油门或者向提示装置输出提示信号以提示用户控制油门，使发动机工作在最佳效率区。控制器还用于比较汽车当前速度与预设的限速参数，并向油门伺服器输出控制信号，使汽车行驶在设定的限速内。控制器还用于检查挡位状态，并向挡位伺服器输出控制信号，控制挡位在空挡与前进挡之间切换。本实用新型帮助驾驶员完成加速-滑行式驾驶方法，既省油又方便和安全。

Description

汽车辅助驾驶仪

技术领域

本实用新型涉及汽车设计和汽车改装技术领域，尤其涉及一种汽车辅助驾驶技术领域。

背景技术

促使汽车节能的动机有很多。对原油资源将耗尽的恐慌，其价格的猛涨，越来越多的人会选择节能车来降低开销。还有环保的考量，耗油的车排出的温室气体也多，而且汽车还远不完美，有很多要改进的地方，如节能方面。

一辆中型轿车的最大功率约有200马力。它维持100公里/小时的匀速行驶只需要大约30马力就足够了，也就是其满负荷的15％，而在市区行驶时所需的功率就更低。一般汽车只在快速起步和超车时需要较大功率，绝大部分时间处于低负荷运行状态。而根据内燃机的特性，其最佳效率区间一般在其最大功率的40％以上，并且转速要在2000-3000转/分钟之间。也就是说大部分情况下汽车是运行在低效率，即费油状态下。

解决低效运行的方法之一是采用较小容量的发动机。如最大功率为70马力的车子，在100公里/小时的匀速行驶时所需的功率约30马力，正好运行在它的高效率区，可以省油。然而由于功率储备不足，其加速性能和运载能力不能令人满意。

混合动力车是一种更好的方案。它可以有一个较小的发动机，却比一般小动力车有更好的性能。这是由于有电动机的帮助，在需要的时候，电动机与内燃机一起工作提供额外的动力，而且在制动或减速时电机还可发电储存能量，因而更省油。但因为有两套动力系统，增加了成本和复杂性。

还有的生产厂家制造出一种可关闭发动机部分气缸的汽车。如6缸的发动机平时只用3个缸，相当于小发动机，3缸平均承担的负荷要更高，处于更高效率状态。而在需要高功率的情况下，就转为6缸同时工作，因而提高了效率和节省燃油。不过，目前这类车还不算普及。

此外，人们通过改装车辆或改变驾驶方法来省油。有一种加速-滑行式驾驶方法可取得可观的省油效果。其方法是将汽车加速到所需的速度，然后让车滑行，在滑行期间尽量不让发动机工作。在网上论坛人们讨论了这种驾驶方法，大部分认为此法行之有效，特别是在滑行期在空挡上，甚至关闭发动机。这样可用同量的油料行驶更远的距离。它的缺点是操作不便，在加速期和滑行期要反复切换挡位，容易分散驾驶员的注意力而导致车祸，并且在加速期很难保证汽车处在最佳效率状态。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种辅助汽车驾驶员方便完成加速-滑行式驾驶而节约燃油的装置，它能引导驾驶员操作或自动操作，尽量让发动机工作在最佳效率状态，从而达到即省油，又操作方便的目的。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种汽车辅助驾驶仪，包括车速传感器、转速传感器、控制器、油门状态传感器和油门伺服器，其中，所述车速传感器，获得汽车速度并输出给所述控制器；所述转速传感器，获得汽车发动机转速并输出给所述控制器；所述油门状态传感器，获得油门的当前状态并输出给所述控制器；所述控制器，根据所述车速传感器输出的汽车速度以及已知的汽车质量和总阻力计算出发动机的实时输出功率，并根据发动机的实时输出功率和所述转速传感器输出的发动机转速向所述油门伺服器输出控制信号；所述油门伺服器，根据所述控制器输出的控制信号增减油门，使发动机工作在最佳效率区；所述最佳效率区是指当发动机实时功率和转速都处于该特定的区间内时耗油率最低。

优选的，上述的汽车辅助驾驶仪还包括：所述控制器比较所述车速传感器输出的汽车当前速度与已知限速参数，并向所述油门伺服器输出控制信号，使汽车行驶在设定的限速内。

优选的，上述的汽车辅助驾驶仪还包括：空挡状态传感器、前进挡状态传感器和挡位伺服器；所述空挡状态传感器，与所述控制器电连接，测量变速器是否在空挡上并输出给所述控制器；所述前进挡状态传感器，与所述控制器电连接，测量变速器是否在前进挡上并输出给所述控制器；所述控制器，根据所述空挡状态传感器和前进挡状态传感器输出的挡位状态，向所述挡位伺服器输出控制信号；所述挡位伺服器，与所述控制器电连接，根据所述控制器输出的控制信号，控制挡位在空挡与前进挡之间切换。

进一步优选的，上述的汽车辅助驾驶仪还包括：所述挡位伺服器包括伺服电机和旋臂，所述旋臂位于汽车变速操纵杆的一侧，所述伺服电机的输出轴连接到所述旋臂中部。

优选的，上述的汽车辅助驾驶仪还包括：提示装置，所述控制器将发动机的效率状态输出到所述提示装置，用户根据所述提示装置的提示手动在空挡与前进挡之间切换。

进一步优选的，上述的汽车辅助驾驶仪还包括：所述提示装置为显示屏，其输出的提示为视频信号，或LED彩色灯光信号。

进一步优选的，上述的汽车辅助驾驶仪还包括：所述提示装置为扬声器，其输出的提示为声音信号。

优选的，上述的汽车辅助驾驶仪还包括：刹车状态传感器，与所述控制器电连接，所述刹车状态传感器检测汽车刹车状态并输出给所述控制器。

本实用新型的另一种技术方案是：一种汽车辅助驾驶仪，包括车速传感器、转速传感器、控制器和提示装置，其中，所述车速传感器，获得汽车速度并输出给所述控制器；所述转速传感器，获得汽车发动机转速并输出给所述控制器；所述控制器，根据所述车速传感器输出的汽车速度计算出发动机的实时输出功率，并根据发动机的实时输出功率和所述转速传感器输出的发动机转速向提示装置输出提示信号；所述提示装置根据所述控制器输出的提示信号提示用户控制油门，使发动机工作在最佳效率区。

优选的，上述的汽车辅助驾驶仪还包括：还包括空挡状态传感器、前进挡状态传感器和挡位伺服器；所述空挡状态传感器，与所述控制器电连接，测量变速器是否在空挡上并输出给所述控制器；所述前进挡状态传感器，与所述控制器电连接，测量变速器是否在前进挡上并输出给所述控制器；所述控制器，根据所述空挡状态传感器和前进挡状态传感器输出的挡位状态，向所述挡位伺服器输出控制信号；所述挡位伺服器，与所述控制器电连接，根据所述控制器输出的控制信号，控制挡位在空挡与前进挡之间切换。

根据以上技术方案，本实用新型可以有以下几种模式的使用方法：

1、人工操纵油门模式：在加速期，驾驶员控制油门到合适的大小(可由提示装置以声频或视频的方式提醒驾驶员)，使得发动机工作在最佳效率区，然后驾驶员松开油门，挡位伺服器将挡位从前进挡切换到空挡进入滑行期；滑行期结束时，驾驶员再控制油门，挡位伺服器将挡位从空挡切换到前进挡进入下一个加速度。

2、半自动操纵油门模式：在加速期，驾驶员轻踩油门，油门状态传感器将信号传给控制器，控制器操纵伺服器控制油门到合适的程度，自动使发动机工作在最佳效率区，然后驾驶员松开油门，油门状态传感器通知控制器操纵伺服器松开油门，挡位伺服器将挡位从前进挡切换到空挡进入滑行期；滑行期结束时，驾驶员又轻踩油门进入到下一个加速期。与第一种模式不同的是，驾驶员不需借助提示装置的反馈将油门控制到合适的程度，只要轻踩轻放油门这两个动作。

3、自动巡航操纵模式：只要设置好速度，控制器操纵伺服器可自动控制加放油门和挡位的切换，以加速-滑行方式维持某一平均速度驾驶。

以上半自动和自动各种模式，驾驶员可随时通过踩刹车或按按钮解除，实际上是帮助驾驶员自动或半自动地完成加速-滑行式驾驶方法，减轻了驾驶员操作负担，既省油又方便和安全。

附图说明

图1为内燃机的油耗率分布图，显示耗油率随其输出功率和转速变化的规律。

图2为本实用新型一个具体实施例的组成。

图3为图2具体实施例的工作流程图。

图4为图2具体实施例的控制器控制挡位伺服器工作流程图。

图5、图6和图7为本实用新型挡位伺服器的一个具体实施例在不同工作状态的示意图，显示如何将挡位从前进挡和空挡之间来回切换。

具体实施方式

以下将参考附图来详细描述本实用新型的具体实施。

本实用新型的原理：如图1显示的是一个典型内燃机的耗油率分布图，耗油率随其输出功率和转速的不同而变化。图中的等位线显示的是发动机做单位的功所消耗多少克的油，所以越小的数字区域表示越高的效率。对于做同样的功，发动机工作在区域a就比运行在区域b或区域c所耗的燃油要低。该耗油率最低的区域a，称为最佳效率区，其位于某特定的转速范围和某特定输出功率范围或特定的功率与最大功率的百分比范围之间，此时我们称这一特定功率为理想功率。发动机工作在最佳效率区的区间很有限，过大或过小的发动机负荷(或输出功率)都使他的运行状态会偏离最佳效率区而增加耗油率，过低或过高的发动机转速也一样会使发动机的耗油率增加。那么为什么不让发动机持续地运行在最佳效率区呢？如果这样的话，发动机的输出功率较高，超过了一般维持匀速行驶的功率，汽车会持续加速，很快会达到并超过限速。当达到速度限制时，驾驶员自然地会松开油门，让车速回降。当完全松开油门而不刹车，这时车子的运行状态叫做滑行。速度降到一定程度后，然后会要求再加速，这就必然导致这种交替加速和滑行的方式开车，我们叫这种驾驶方法为加速-滑行式驾驶方法，或脉冲式驾驶法。而人工不易实现加速-滑行式驾驶方法，操作繁杂且不安全。本实用新型可以方便地帮助驾驶员完成加速-滑行式驾驶方法，分别通过加速期和滑行期(汽车达到预定速度后松开油门就进入滑行期)两个环节来省油，实现节能的目的。在加速期，本实用新型应用汽车的动态信息计算出发动机的实时输出功率并结合发动机的转速，引导驾驶员或伺服器控制油门使发动机工作在最佳效率区而省油。在滑行期，汽车释放加速期储存的动能，为了减少阻力，本实用新型自动将变速器放在空挡，增加滑行距离，进一步节省了燃油。

如图2所示，有6个传感器作为控制器的输入：车速传感器测量汽车的速度及其变化、转速传感器测量发动机的转速、油门状态传感器反映油门的状态、刹车状态传感器反映刹车的状态、空挡状态传感器显示变速器是否在空挡上、前进挡状态传感器显示变速器是否在前进挡上。车上的OBD II(on BoardDiagnositics II，即II型车载诊断系统)接口可提供部分传感器的信息，但较老的车不具备此接口。控制器接受这些输入信息，对这些信息进行计算处理，并产生输出信号给提示装置和挡位伺服器及油门伺服器。提示装置产生视觉或听觉反馈信息。视觉反馈信息的灯光可让驾驶员的视线不必离开路面状况就可感觉到，以不同颜色提示不同的状态。例如灯不亮时是表示油门踩得不够，需多推进一点；绿灯亮时表示油门踩得合适，需保持；红灯亮时表示油门踩得过多，需放回一点。反馈信息也可用声音，相对应地，没音响表示油门不够，第一个音调表示合适，第二个音调表示太多等。挡位伺服器进行挂挡操作，自动完成变速器在空挡和前进挡之间的切换。油门伺服器负责控制油门。

图3为图2具体实施例的工作流程图，它使汽车能高效地以加速-滑行的方式行驶。步骤102-108属于加速期，步骤109-112构成滑行期。首先是步骤101发动发动机，接着是步骤102挂前进挡，然后是步骤103踩油门加速。根据速度传感器或OBD II得到的速度的变化信息，步骤104控制器不停地计算出发动机的实时输出功率。具体计算步骤是：

功率P＝FV，

而F＝Fa+Fr，

Fa是产生加速度所需要的力，Fr是克服其他阻力所需要的力，V是汽车当前速度。

Fa＝M(dVp/dt)，

M是汽车的总重量，是已知的，dVp是加速期采样间隔内的速度变化，dt是采样间隔时间。显然Fa也是可知的。

再看Fr，它是各种摩擦力、气动阻力、坡度和风产生的阻力的总合。在滑行期是Fr作用汽车上使其减速，所以

Fr＝M(dVg/dt)，

dVg是滑行期采样间隔内的速度变化，同样dt是时间间隔。因此Fr也是可以算出来的，它也是变量，不同的速度区间有不同的值，可通过实验将数据做成列表事先存入控制器，也可在滑行期实际计算出来，用在下一个加速期算出实时输出功率，

P＝(Fa+Fr)V。

也可以利用OBD II接口中直接查出发动机的负荷信息而免去以上的计算。步骤105是控制器将实时输出功率与理想输出功率(使发动机运行在最佳效率区的对应输出功率)比较，以及查看发动机的转速是否在理想的范围，此时控制器可以指令提示装置产生相应的视觉或听觉反馈信息，图中省略了这部分。如不够返回到步骤103踩油门增加功率，如果达到理想功率则维持油门，也就是步骤106维持油门，当然如果功率或发动机转速过高，须松一点油门，图中省略了这部分。然后步骤107控制器查看车速是否达到预设的上限值，如果没有就回到步骤106继续保持油门，步骤108车速达到预设的上限值，步骤109松开油门，进入滑行期，步骤110将变速器放到空挡，以延长滑行期。车速开始下降后，步骤111控制器检查速度是否降到预设的下限值，步骤112如果达到预设的下限值，结束滑行期，回到步骤102将变速器挂到前进挡准备加速而进入下一个加速期。以上对油门的操作也可以由控制器指令油门伺服器控制。

图4为图2具体实施例的控制器控制挡位伺服器工作流程图。步骤201车子启动后，步骤202控制器检测变速器是否被放在前进挡上，如果没有，则不进行任何进一步的处理，例如在倒挡或停车挡上，控制器处于等待状态。挂上前进挡后，步骤203控制器再检测油门是否被踩下，如果是，这时进入加速期，汽车开始加速。然后步骤204控制器持续查看油门是否松开。步骤205如果油门被松开则命令相应的挡位伺服器把变速器从前进挡切换到空挡而进入滑行期。步骤206控制器再连续观测油门是否被踩下，如果是，步骤207则控制器通知挡位伺服器将变速器从空挡换到前进挡而回到步骤204，从而进入下一个加速期。在油门放开的期间，步骤208同时还要观测是否有刹车发生，如果没有再回去继续观察油门。如果有刹车发生，步骤209控制器也要命令挡位伺服器把变速器从空挡换到前进挡，保证刹车安全，然后回到步骤203，等待下次踩油门而进入加速期。所有以上这些换挡操作都是自动完成，能减轻驾驶员的负担和保证安全。

图5、图6和图7为本实用新型挡位伺服器的一个具体实施例，可适合某些自动挡的汽车。然而本发明并不限于自动挡的车辆，也不限于这一种设置方案。图6中的1是换挡操作杆，2是伺服电机，3是其旋臂。4为变速器前进挡的位置，5是其空挡位置。伺服器由其伺服电机和旋臂组成。

图5所示的挡位伺服器的旋臂的初始位置，在这个位置等待控制器发出的操作命令，而且在完成每个操作后也回到这个位置。在此，挡位伺服器不跟操作杆1有接触，也不妨碍驾驶员对操作杆的操作。现在操作杆1的位置是在前进挡4上。

图6显示伺服电机2带动旋臂3转动把操作杆1从前进挡位置4推向空挡位置5。这个操作是在油门松开时，进入滑行期的时候发生。可帮助延长车辆的滑行时间。

图7显示伺服电机2带动旋臂3转动把操作杆1从空挡位置5推回前进挡位置4。这个操作是在加油门时或刹车的时候发生。此时汽车进入加速期，使发动机能传递动力，或刹车时更安全。

Claims (9)

1.一种汽车辅助驾驶仪，其特征在于，包括车速传感器、转速传感器、控制器、油门状态传感器和油门伺服器，其中，

所述车速传感器，与所述控制器电连接，测量汽车速度并输出给所述控制器；

所述转速传感器，与所述控制器电连接，测量汽车发动机转速并输出给所述控制器；

所述油门状态传感器，与所述控制器电连接，测量油门的当前状态并输出给所述控制器；

所述控制器，根据所述车速传感器输出的汽车速度以及已知的汽车质量和总阻力计算出发动机的实时输出功率，并根据发动机的实时输出功率和所述转速传感器输出的发动机转速向所述油门伺服器输出控制信号；

所述油门伺服器，与所述控制器电连接，根据所述控制器输出的控制信号增减油门，使发动机工作在最佳效率区；

所述最佳效率区是指当发动机实时功率和转速都处于该特定的区间内时耗油率最低。

2.根据权利要求1所述的汽车辅助驾驶仪，其特征在于，还包括：空挡状态传感器、前进挡状态传感器和挡位伺服器；

所述空挡状态传感器，与所述控制器电连接，测量变速器是否在空挡上并输出给所述控制器；

所述前进挡状态传感器，与所述控制器电连接，测量变速器是否在前进挡上并输出给所述控制器；所述控制器，根据所述空挡状态传感器和前进挡状态传感器输出的挡位状态，向所述挡位伺服器输出控制信号；

所述挡位伺服器，与所述控制器电连接，根据所述控制器输出的控制信号，控制挡位在空挡与前进挡之间切换。

3.根据权利要求2所述的汽车辅助驾驶仪，其特征在于，所述挡位伺服器包括伺服电机和旋臂，所述旋臂位于汽车变速操纵杆的一侧，所述伺服电机的输出轴连接到所述旋臂中部。

4.根据权利要求1所述的汽车辅助驾驶仪，其特征在于，还包括提示装置，与所述控制器电连接，所述控制器将发动机的效率状态输出到所述提示装置，用户根据所述提示装置的提示手动在空挡与前进挡之伺切换。

5.根据权利要求4所述的汽车辅助驾驶仪，其特征在于，所述提示装置为显示屏，其输出的提示为视频信号，或LED彩色灯光信号。

6.根据权利要求4所述的汽车辅助驾驶仪，其特征在于，所述提示装置为扬声器，其输出的提示为声音信号。

7.根据权利要求1所述的汽车辅助驾驶仪，其特征在于，还包括刹车状态传感器，与所述控制器电连接，所述刹车状态传感器检测汽车刹车状态并输出给所述控制器。

8.一种汽车辅助驾驶仪，其特征在于，包括车速传感器、转速传感器、控制器和提示装置，其中，

所述车速传感器，获得汽车速度并输出给所述控制器；

所述转速传感器，获得汽车发动机转速并输出给所述控制器；

所述控制器，根据所述车速传感器输出的汽车速度计算出发动机的实时输出功率，并根据发动机的实时输出功率和所述转速传感器输出的发动机转速向所述提示装置输出提示信号；

所述提示装置，与所述控制器电连接，根据所述控制器输出的提示信号提示用户控制油门，使发动机工作在最佳效率区；

所述最佳效率区是指当发动机实时功率和转速都处于该特定的区间内时耗油率最低。

9.根据权利要求8所述的汽车辅助驾驶仪，其特征在于，还包括空挡状态传感器、前进挡状态传感器和挡位伺服器；

所述空挡状态传感器，与所述控制器电连接，测量变速器是否在空挡上并输出给所述控制器；

所述前进挡状态传感器，与所述控制器电连接，测量变速器是否在前进挡上并输出给所述控制器；

所述控制器，根据所述空挡状态传感器和前进挡状态传感器输出的挡位状态，向所述挡位伺服器输出控制信号；

所述挡位伺服器，与所述控制器电连接，根据所述控制器输出的控制信号，控制挡位在空挡与前进挡之间切换。

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