CN1266457C - 车辆状态分析系统及其分析方法 - Google Patents

Abstract

分析装置1的计算单元3，基于由空气流量计14和空气-燃油比率传感器16检测的待分析的车辆的发动机吸入空气重量和空气燃油比率，计算由发动机10消耗的燃油重量，并基于此和行驶距离计算油耗率。油耗率的计算不需要喷射脉冲信号，于是即使对于没有喷射脉冲信号的车辆，诸如非-EGI车辆或柴油发动机车辆，也能精确地计算油耗率。

Description

车辆状态分析系统及其分析方法

本发明的领域

本发明涉及用于分析诸如油耗率等车辆状态的系统及其方法。

本发明的背景

由日本专利局在2000年发表的JP-A-2000-205925公开了一种用于分析诸如油耗率等车辆状态的装置。这一装置基于从发动机控制器输出的燃油喷射脉冲信号计算所消耗的燃油流率，基于从车辆速度传感器输出的车辆速度脉冲信号计算行驶距离，并通过把计算出的行驶距离除以所消耗的燃油流率而计算油耗率。

本发明的概述

然而，这一装置使用了燃油喷射脉冲信号计算油耗率，即假设车辆装有电子燃油喷射装置(EGI)，而不能用于非-EGI车辆或没有燃油喷射脉冲信号的柴油发动机车辆。

在能够与非-EGI车辆或柴油发动机车辆使用的方法中，通过查找发动机性能图(确定发动机运行状态和制动比油耗之间的关系图)计算制动比油耗，而油耗率是基于此计算的。然而，这种发动机性能图通常不存在，并即使存在也是难以获得的。

因而，本发明的目的是要允许不使用燃油喷射脉冲信号而能精确计算油耗率。本发明的进一步的目的是要通过向驾驶者或管理者显示包括油耗率在内的车辆状态，提供一种车辆状态的客观评价准则。

为了实现以上目目的，本发明提供了一种用于包括发动机的车辆的车辆状态分析系统，该系统包括一传感器，该传感器检测发动机废气的空气-燃油比率，及一个处理器，其作用是基于发动机吸入的空气量和空气-燃油比率计算由发动机消耗的燃油重量，并基于所计算的消耗的燃油重量和车辆的行驶距离计算车辆的油耗率。

根据本发明，由发动机消耗的燃油重量是基于被分析的车辆吸入的空气量和空气-燃油比率而计算的，且油耗率基于此及行驶距离而计算的。传统的油耗率计算方法使用燃油喷射脉冲信号，从而不能用于没有燃油喷射脉冲信号的车辆，但是作为根据本发明的分析系统不使用燃油喷射脉冲信号计算油耗率，即使对于诸如非-EGI车辆或柴油发动机车辆这种没有燃油喷射脉冲信号的车辆，也能精确进行油耗的计算。

检测吸入空气量的传感器和检测计算所需的空气-燃油比率的传感器，已经安装在车辆中，于是如果系统是使用这些组件组成的，则分析系统能够以低成本构成。吸入空气量一般是基于由空气流量计检测的吸入空气流率计算的。在另一方法中，吸入空气量可基于进气歧管中的绝对压力以及发动机的排量检测。

例如，可通过把消耗的燃油重量除以燃油密度转换为消耗的燃油流率，并使行驶的距离除以这一消耗的燃油流率，而计算出油耗率。当车辆静止时，燃油密度可能由于供油等而变化，于是当车辆静止时如果燃油密度被校正，则可更精确地计算油耗率。

如果通过安装在发动机排气通道中的传感器检测空气-燃油比率，则需要一些时间使发动机中燃烧的燃油达到传感器安装位置，并且排气通道中的气体还要扩散，于是检测到的空气-燃油比率相对于实际的空气-燃油比率有一个滞后。因而，通过考虑这一滞后计算所消耗的燃油重量可以进一步改进计算油耗率的精度。

如果计算的油耗率显示给驾驶者，则驾驶者能够借助于标称数字获得车辆状态的概念，这有助于改进他的驾驶技术。例如，驾驶者通过他自己的驾驶能够认识到有害于燃油成本-性能的驾驶方式以及改进燃油成本-性能的驾驶方式，于是他能够易于学会降低油耗的驾驶方式。用于显示油耗率的单位一般是[km/l]，但如果必要这可改为其它的单位(例如[kg/l]或[吨·km/l])。这样，当被分析的车辆是运输卡车并必须考虑负载的影响(车辆的总重)时，为了作出燃油成本-性能的正确估计，例如可使用[吨·km/l]。这单位可变为其它的单位，例如[MPG]，这一单位在使用这一制式的国家是通用的。

如果把过驱动力(＝当前驱动力-行驶阻力)显示给驾驶者，除了油耗率之外，并当对燃油成本-性能有很大作用时剧烈制动或加速期间警告驾驶者，则基于这一信息使驾驶者意识到对燃油成本-性能有不良影响的驾驶方式。如果把保留驱动力(＝最大驱动力-当前驱动力)显示给驾驶者，则使驾驶者意识到还有多少可使用的加速性能。

要认识到，要精确地计算过驱动力，对于计算所使用的车辆总重或滚动阻力系数必须精确。如果考虑当车辆静止时，由于载荷的变化可能发生的车辆总重的改变，而对车辆总重进行校正，并如果在加速器断开且变速器的离合器分离的定时，对滚动阻力系数进行校正，则能够精确计算过驱动力。

可以基于发动机轴扭矩计算被分析的车辆驱动力，发动机轴扭矩是通过查找一个预定的图根据加速器踏压量和发动机转速而计算出的。当这种图不存在时，也可通过基于制动平均有效压力算出的发动机轴扭矩而计算之，制动平均有效压力是通过从每循环吸入空气量和空气-燃油比率计算指示的平均有效压力中，减去根据发动机转速摩擦平均有效压力而获得的。

用来计算保留驱动力的最大驱动力可从轴扭矩的最大值计算，该最大值可从产品目录等获得。当不清楚轴扭矩的最大值时，通过从对于最大加速器踏压计算求得的指示的平均有效压力，减去根据发动机转速的摩擦平均有效压力，而计算出对于最大加速器踏压的制动平均有效压力，基于此以及发动机排量计算出对于最大加速器踏压的轴扭矩，并然后基于对最大加速器踏压的这一轴扭矩可计算出最大驱动力。

计算出的车辆状态(油耗率，过驱动力，保留驱动力)，或选择的档位可记录在记录介质上，并且记录在记录介质上的数据可在行驶之后被显示(例如，在诸如管理者计算机显示器上显示)。这样，管理者能够获得车辆状态的客观评估，适当地管理车辆，根据负载选择适当的车辆，并对驾驶者适当地指令。

本发明详细的以及其它特点和优点在说明书的其余部分陈述，并表示在附图中。

附图的简要说明

图1是根据本发明的车辆状态分析系统以及被分析的车辆发动机的示意图。

图2是表示空气-燃油比率传感器输出特性的曲线图。

图3是表示空气-燃油比率传感器输出相对于吸入空气量的变化如何滞后的时序图。

图4是表示分析装置的显示器详细结构的图示。

图5是表示车辆状态分析过程的示意图。

图6类似于图1，但表示的是本发明的第二实施例。

图7类似于图1，但表示的是本发明的第三实施例。

图8类似于图1，但表示的是本发明的第四实施例。

图9是一表，规定了燃油喷射脉冲宽度与每脉冲燃油喷射量之间的关系。

图10是一流程图，表示计算发动机轴扭矩和驱动力的程序的细节。

图11是一表，给定发动机转速与充气效率之间的关系。

图12是一表，给定当充气效率为100％时空气-燃油比率与指示的平均有效压力之间的关系。

图13是表示如何通过一线性计算法而计算指示的平均有效压力的图示。

图14是一表，规定发动机转速与摩擦平均有效压力之间的关系。

优选实施例的说明

参见附图的图1，根据本发明的车辆分析系统包括安装在待分析的车辆上的分析装置1，以及用于管理车辆的管理者的计算机2。

待分析的车辆的发动机10是通常的柴油发动机。发动机10通过空气滤清器11和进气歧管12吸入空气进入汽缸，并通过排气歧管13排出废气。检测吸入空气的流率的热导线空气流量计14安装在进气歧管12中。检测吸入空气温度的吸入空气温度传感器15安装在空气流量计14附近。

检测废气的空气-燃油比率的空气-燃油比率传感器16安装在排气歧管13中。检测的空气-燃油比率用于发动机10的空气-燃油比率反馈控制，并通过计算由发动机10消耗的燃油的重量，用于计算待分析的车辆的油耗率，这将在以下说明。此外，检测发动机转速的曲轴角度传感器17，和检测冷却水温度的冷却水温度传感器18附加在发动机10。

分析装置1包括计算单元3，显示器4，存储卡读/写器5以及内部加速传感器6。该装置安装在待分析的车辆中，使得至少是显示器4易于由驾驶者看见。

计算单元3包括一个，两个或更多的微处理器，RAM，ROM以及输入/输出接口。用于规定相对于加速器踏压量的发动机10的轴扭矩与发动机转速之间的关系的扭矩图，以及计算以下要说明的车辆状态所需的各种数据，存储在ROM中。

信号从上述附加在发动机10上的各传感器及以下各传感器输入到计算单元3，后者是车速传感器19，该传感器从变速器输出轴转速检测待分析的车辆的车速，加速器踏压量传感器20，检测驾驶者对加速器踏板的踏压量，燃油温度传感器21，检测提供给发动机10的燃油温度，以及档位传感器22，检测车辆当前行驶的档位。计算单元3基于这一输入数据计算待分析的车辆的车辆状态，例如油耗率，过驱动力以及保留驱动力。计算的车辆状态显示在显示器4上，并由存储卡读/写器5记录到存储卡7。行驶期间所选择的各个档位的次数，以及每一档位的行驶距离也记录在存储卡7上。

管理软件安装在管理者的计算机2中。管理者计算机2从作为读/写器记录介质的存储卡7接收车辆行驶时所记录的对于车辆状态的计算结果，并使用它们分析并显示记录在存储卡7上的数据。

现在将说明该系统的特点。

1.传感器的初始化和发动机扭矩图的校正

当通过这一系统分析车辆状态时，首先初始化加速器踏压量传感器20和内部加速传感器6。加速器踏压量传感器20的初始化，是通过检测当加速器踏板完全释放并当加速器踏板完全被踏压时的传感器的输出而进行的。使用附加在装置上的酒精水准仪进行内部加速传感器6的初始化。

当传感器初始化完成时，这时校正发动机10的扭矩图。校正发动机扭矩图的原因是因为，扭矩图与实际的发动机性能之间由于年龄退化而出现不一致。为了精确计算车辆状态，必须校正这种不一致。这一校正是基于当车辆起动行驶时所测量的数据进行的。

具体来说，当车辆行驶在第一迹条件(加速器踏压量大于70％)下时，计算对于完全加速器踏压的扭矩数据，当车辆行驶在第二迹条件(加速器踏压量在30％与70％之间)下时，测量预定扭矩下的加速器踏压量和发动机转速。两种迹条件是对于零道路梯度，水温度标称值，加速状态和空车状态设定的。发动机扭矩是通过以下方程式(1)计算的：

$\mathrm{Te}=\frac{R\·r}{\mathrm{it}\·\mathrm{if}\·\mathrm{\η}}---\left(1\right)$

R是使用以下将说明的方程式(2)到方程式(7)计算的行驶阻力[N]，r是轮胎[m]的动态加载半径，it是该时刻档位的速比，if是最终减速比，而η是变速器效率。

扭矩图是基于这一测量数据被校正的。通过基于车辆在全负载和部分负载行驶时的行驶数据而进行的校正，扭矩图能够被校正到相当精确。

2.基于行驶数据的车辆状态的计算

当如上所述已经获得精确的扭矩图时，开始用于分析的车辆状态的计算。这里，作为车辆状态的指标，要计算过驱动力，保留驱动力和油耗率(平均油耗率，瞬时油耗率)，并还要确定对油耗有很大影响的剧烈制动/加速。具体来说，首先计算基本数据，并然后使用对于基本数据的计算结果进行车辆状态的计算。

2.1基本数据的计算

作为用于车辆状态计算的基本数据要计算滚动阻力系数μr，行驶阻力R以及驱动力F。

滚动阻力系数μr是用于计算稍后将说明的滚动阻力Rr的数据，并按路面条件(干燥，潮湿，凝结或有雪)，及轮胎类型与磨损程度而变化。用于计算滚动阻力系数μr的数据的测量是在加速器踏压量为0％且变速器的离合器分离时进行的。例如，如果设置数据的测量在换档的瞬间(一个短暂的时间，但满足上述条件)进行，则能够测量计算滚动阻力系数μr所需的数据，而不需要驾驶者为了数据测量的目的以任何特定的方式驾驶车辆。具体来说，通过以下方程式(2)计算滚动阻力系数μr：

$\mathrm{\μr}=\frac{1}{g}\·\frac{v1-v2}{\mathrm{\Δt}}---\left(2\right)$

这是基于当开始减速时的速度v1[m/s]以及经过预定的时间Δt之后的速度v2[m/s]。方程式(2)中的g是由于重力加速度(＝9.8[m/s²])(其它方程式中同)而引起的加速度。

然后，通过计算爬坡阻力Rs[N]，加速阻力Ra[N]，空气阻力Rl[N]以及滚动阻力Rr[N]，按以下方程式(3)计算行驶阻力R[N]：

R＝Rr+Rl+Rs+Ra                          ……(3)

这里，爬坡阻力Rs是按以下方程式(4)计算的：

Rs＝W·g·sinθ                         ……(4)其中从包括由内部加速传感器6检测的垂直方向的加速度，与基于车速信号计算的车辆前进/后退加速度al[m/s²]之间的差，计算梯度角θ。W[kg]是车辆的总重。

加速阻力Ra是由于当车辆加速或减速时的惯性作用的阻力。加速阻力Ra通过以下方程式(5)计算：

Ra＝al·(W+Wr)                           ……(5)这是基于根据车速信号计算的车辆前进/后退的加速度al[m/s²]，车辆总重W[kg]，以及旋转部件等效重量Wr[kg]。旋转部件等效重量Wr是诸如发动机，动力变速器系统及车轮的等效质量。

空气阻力Rl是由于在车辆行驶时车辆与空气之间的碰撞引起的阻力。空气阻力Rl是通过以下方程式(6)计算的：

$R1=\frac{1}{2}\·\mathrm{\ρ}\·\mathrm{Cd}\·A\·V^2---\left(6\right)$

这是基于空气密度ρ[kg/m³]，空气阻力系数Cd，正面投影面积A[m²]以及车速V[m/s]计算的。

滚动阻力Rr是轮胎与道路表面之间的阻力。滚动阻力Rr通过以下方程式(7)计算：

Rr＝μr·W·g                           ……(7)这是基于滚动阻力系数μr和车辆总重W[kg]计算的。

驱动力F[N]是由于来自发动机的输出而驱动车辆的力。驱动力F是通过以下方程式(8)计算的：

$F=\frac{\mathrm{Te}\·\mathrm{it}\·\mathrm{if}\·\mathrm{\η}}{r}---\left(8\right)$

这基于查找扭矩图而获得的发动机10的轴扭矩Te[N·m]，在当前选择的档位的速率it，最终减速比if，变速器效率η以及轮胎动态加载半径r[m]。

2.2车辆状态的计算

如上所述，一旦计算出基本数据，则作为车辆状态的指标，进行过驱动力，保留驱动力和油耗率的计算，以及剧烈制动/剧烈加速的确定。

过驱动力是从由发动机10传动的驱动力F减去行驶阻力R(除了加速阻力Ra之外)而获得的值。如果过驱动力的值为负的，则车辆在减速，而如果为正的，则车辆在加速。计算过驱动力是因为，如果过驱动力过大，则可以认为过大的驱动力正作用于车辆，并能够确定必须立即进行升档操作，或降低加速器踏压量为适当的量。

这里，为了精确计算过驱动力，还要同时进行过驱动力的校正。具体来说，当车辆以不变的加速器踏压量行驶，而发动机转速不变时，则过驱动力为零，于是如果当车辆处于这种状态下过驱动力的计算值不是零，那么如果使用扭矩图则扭矩图要被修改，或者如果不是使用图，则用于驱动力的计算方程式(8)要被修改，使过驱动力的计算值为零。

保留驱动力是在当时发动机转速下加速器踏压量为最大时(当发动机10的轴扭矩为最大时)，从发动机10传动的驱动力Fm减去当前驱动力F所获得的值。保留驱动力指出驱动力能够从当前行驶状态增加的程度，即指出还有多大的加速性能有待发掘。驱动力Fm是通过查找扭矩图计算当前发动机转速下轴扭矩的最大值而计算的，并在方程式(8)中减去这一值。

为了计算油耗率，由空气流量计14检测的吸入空气流率V[m/s]乘以空气流量计14安装部位的空气通道的横截面积S[m²]，以便计算出单位时间空气通过的体积流率[m³/s]。进而，如果由吸入空气温度传感器15检测的空气温度为Tair[℃]，则在吸入空气温度Tair[℃]之下的空气密度为273/(273+Tair)乘以ρ_a0，于是每单位时间吸入空气的重量Qa[kg/s]可通过以下方程式(9)计算：

Qa＝S×v×ρ_a0×273/(273+Tair)                   ……(9)

安装在排气歧管13中的空气-燃油比率传感器16的输出特性示于图2，并可从空气-燃油比率传感器16的输出计算出空气-燃油比率A/F。空气-燃油比率A/F是吸入空气的重量Qa对提供的燃油重量Qf的比率，于是通过以下方程式(10)，基于由方程式(9)计算出的吸入空气重量Qa[kg/s]和燃油比率A/F，可以计算出单位时间提供的燃油重量Qf[kg/s]。

Qf＝Qa/(A/F)                                   ……(10)例如，如果Qa是0.075[kg/s]，这时的A/F是25，则可以计算出单位时间消耗的燃油重量Qf为0.075/25＝3×10^-3[kg/s]。

如果这除以燃油密度ρf[kg/l]，就给出单位时间消耗的燃油的体积流率Vf[I/s]，而如果再乘以行驶时间Tr[s]，则如以下方程式(11)所示可计算出消耗的燃油流率Lf[l]：

$\mathrm{Lf}\left(1\right)=\frac{\mathrm{Qf}(\mathrm{kg}/s)\·\mathrm{Tr}\left(s\right)}{\mathrm{\ρf}(\mathrm{kg}/1)}---\left(11\right)$

进而，如果通过基于车辆速度信号对车速积分而获得的行驶距离D[km]除以消耗的燃油流率Lf，则如以下方程式(12)所示可计算油耗率rf[km/l]：

$\mathrm{rf}(\mathrm{km}/1)=\frac{D\left(\mathrm{km}\right)}{\mathrm{Lf}\left(1\right)}---\left(12\right)$

例如，可作为当前瞬时油耗率和过去10分钟平均油耗率，计算油耗率。如果瞬时油耗率在过去的油耗率数据中具有最高值，则它作为最大油耗率被存储。

这里，油耗率rf的单位是作为[km/l]给出的，这表示每1[l]燃油行驶的距离[km]，但是也可以作为表示每1[kg]燃油行驶的距离[km/kg]给出，或者作为考虑车辆总重的[吨·km/l]给出。另外，它也可以作为表示预定行驶距离(100km，1英里)内消耗的燃油流率[1/100kg]给出，或MPG(每加仑英里)给出。进而，必要时可作出安排从这些选择适当的单位。

空气-燃油比率传感器16的输出是滞后于实际空气-燃油比率的，于是还可考虑这一滞后来计算油耗率。

如图3所示，当在时刻t1踏压加速器踏板并加速车辆直到时刻t2时，在加速器踏压量增加时实际的燃油-空气比率变得更浓，但直到这一燃油在汽缸中燃烧，并且废气到达安装在排气歧管13中的空气-燃油比率传感器16之前需要一些时间。而且，由于气体在排气管中有某些扩散，由空气-燃油比率传感器16检测出的空气-燃油比率相对于实际空气-燃油比率被滞后达Δt量。从发动机10的排气阀到空气-燃油比率传感器16的管道容积越大，这一滞后越增加，并且发动机10的转速越高，则滞后降低。例如，如果当发动机10的转速为2000[rpm]时，滞后时间为60[ms]，则当发动机转速为3000[rps]时，它将是40[ms]。

为了考虑这一检测滞后，可以提供一个表，规定各种转速下滞后时间，通过查找存储的表获得的当前时间之前滞后时间Δt处的吸入空气量，以及这一结果除以由空气-燃油比率传感器16检测的空气-燃油比率。这样，可以相当精确地计算出当前时间之前在时刻Δt处消耗的燃油瞬时重量。如果这时对消耗的燃油这一瞬时重量求积分，则能够计算出在这一时间内消耗的燃油重量，并且如果这时把这一重量除以燃油密度，则能够计算出所消耗的燃油体积。

剧烈制动/剧烈加速的确定是通过基于由车速传感器19检测的车速变化量计算向前/向后加速而进行的。例如，如果车辆向前/向后加速超过±0.78[m/s²]，则确定进行了剧烈的制动或剧烈的加速。

2.3当车辆静止时的数据校正

已如上述进行了车辆状态的计算。为了精确计算行驶状态，当然用于计算的数据必须是精确的。然而，当车辆静止时，燃油的密度/黏滞性由于燃油温度的改变或由于提供的燃油类型的改变而可能变化，并且车辆的总重W和滚动阻力系数μr也可能由于负载的变动而变化。因而，如果车辆处于静止大于预定的时间(例如，10分钟)，则要对数据进行校正。

具体来说，当车辆已经静止之后重新开始运动时，基于当满足一定的条件时，即加速器踏压量为70％或更大，梯度为零且水温为规定值时所测量的行驶数据，通过以下方程式(13)计算车辆的总重：

$W=\frac{F-R1}{g\·\mathrm{\μr}+\frac{v2-v1}{\mathrm{\Δt}}}-\mathrm{Wr}\·\frac{v2-v1}{\mathrm{\Δt}}---\left(13\right)$

V1是加速开始时的速度，v2是预定时间Δt秒之后的速度，F[N]是驱动力，而R/[N]是空气阻力。由于计算结果不能小于车辆空载时的总重，因而当车辆总重W小于空载时车辆总重时，车辆总重不正确。

燃油的密度/黏滞性基于在其已受到燃油温度影响之后所检测的燃油温度进行校正，并通过方程式(2)基于如“2.1：基本数据的计算”中所述换档期间测量的行驶数据计算滚动阻力系数μr。

3.车辆状态的显示/记录

当已经如上所述计算出车辆状态时，计算结果将实时显示在显示器4上。

图4示出显示器4的详细结构。显示器4包括过驱动力计41，保留驱动力计42，平均油耗率计43，当前油耗率计44，剧烈制动/剧烈加速警告灯45，以及电源灯46。

过驱动力计41以条带图的形式显示所计算的过驱动力。在过驱动力增加时颜色按绿色、黄色、红色的顺序变化。而绿色是在推荐的行驶范围中，在该范围的过驱动力不大于目标值。保留驱动力计42以条带图的形式显示所计算的保留驱动力，保留驱动力增加越多，条带变得越长。

平均油耗率计43显示过去10分钟期间平均油耗率。当前油耗率计44显示当前瞬时油耗率。最大燃油也能够作为一个闪耀显示被显示，且显示单位也可根据计算的油耗率单位改变。

当在计算单元3中确定进行了剧烈制动或剧烈加速(例如，车辆向前/向后加速超过±0.78[m/s²])时，剧烈制动/剧烈加速警告灯45点亮并警告驾驶者。警告剧烈制动/加速的方法也可以是其它方法，例如，鸣响警告蜂鸣器或显示警告信息。

通过装设显示器4以显示车辆状态，驾驶者能够实时获知车辆状态，且驾驶者能够使用这一信息以改进其驾驶技术。

4.车辆状态的分析

在车辆已被驱动之后，记录在存储卡7中与车辆状态有关的各种数据由管理者的计算机2读取，并执行了各种分析之后，显示在管理者计算机2的显示器2a上。

显示在显示器2a上的信息是“A.行驶数据图”，“B.与低油耗驾驶有关的直方图”，“C.驾驶特征的三维图示”以及“D.油耗量管理数据”。管理者能够自由选择要被显示的信息。图5示出这时所进行的分析过程。

“A.行驶数据图”包括“加速器踏压量”，“发动机转速”，“向前/向后加速度”，“档位”，以及“路面梯度”。这一显示器显示出这些参数如何随水平轴的时间而变化。

“B.与低油耗驾驶有关的直方图”包括“过驱动力”，“怠速停止”，“空转”，“因惯性而减速”，“剧烈制动/剧烈加速”，“匀速行驶”，“速度分布”，“波形运行分析”以及“档位”。

在作为显示条目之一的“过驱动力”中，过驱动力的大小被分为三级(对应于过驱动力计41上的显示)，显示器示出每一级相对于总的行驶时间占有多少时间。例如在“怠速停止”中，当发动机转速为零达120秒或更多的静止时间时，确定是怠速停止，并当车辆停止时显示这一怠速停止时间。由于这一怠速停止而节省的燃油量也同时被显示。例如在“空转”中，当发动机转速为1000[rps]或更高而车速为零时，确定为空转，并显示车辆已经空转的时间数。进而，还显示出因此而使用的燃油量。

在“因惯性减速”中，当车辆的向前/向后加速在基准值之内时，确定减速是因惯性，并显示减速总数中因惯性减速的比例。在“剧烈制动/剧烈加速”中，当减速度等于或大于基准值时认为该减速为剧烈制动，而当加速度在基准值之上时认为该加速度为剧烈加速(对应于计算单元3的确定)。剧烈制动在车辆制动次数中的比例，以及剧烈加速在车辆加速次数中的比例被显示出来。在“匀速行驶”中，当车速保持不变达10秒钟或更长时，确定车辆以匀速行驶。这里，显示出在总的行驶时间中匀速行驶时间的比例，以及在总的行驶距离中匀速行驶距离的比例。在“速度分布”中，显示出相对于总的行驶时间用在每一速度范围(例如，每20[km/h])中的行驶时间的比例。

在“波形运行”中，通过比较这一车速与实际车速之间的差同阈值，计算当车辆以不变车速行驶且这一车速保持不变时的车速变化方式，并显示这一比例。在“档位”中，显示行驶期间选择档位的频率(以行驶时间或行驶距离表示的频率)。还显示每一档位的行驶距离，以及每一档位的行驶距离相对于总的行驶距离的比例。

在“C.驾驶特征的三维图示”中，在Z轴上显示时间，在X轴和Y轴上显示加速器踏压量，发动机转速，车速及档位诸项中的两项。在“D.油耗量管理数据”中，显示行驶距离，油耗，油耗率，车辆总重，以及供油量。

这样，在控制计算机2的显示器2a上以没有修改的形式，或被修改/处理的形式显示出车辆状态，于是管理者能够获得对车辆状态更为详细的理解，并能够将其用于评价车辆状态时的客观评估。进而，由于车辆状态是以标称数字显示的，因而能够精确设置用于改进车辆状态的目标值或管理标准。此外，驾驶者能够将显示的分析结果用于改进其自身的驾驶技术，并且有经验的驾驶者通过使之观察有经验驾驶者的车辆状态，而能够指导没有经验的驾驶者。

以上的数据只是管理者计算机显示器2a上可以显示的数据的一例，但是根据管理者的需要，与这里所显示的数据不同其它数据也可以显示。

以下将说明本发明的第二实施例。

在这一实施例中，如图6所示，待分析的车辆的发动机31装有增压器，诸如废气涡轮增压器。在计算单元3中计算消耗的燃油重量Qf的方法不同于前一个实施例。与前一实施例等效的部件标以相同的标号(同其它实施例)。

在发动机31中，空气由滤清器11过滤，并由废气涡轮增压器32中的压缩机压缩。其温度在中间冷却器3中降低之后，通过进气歧管12由发动机31吸入。进气歧管12中的空气的绝对压力P[hPaabs]由绝对压力传感器34检测。

如果由曲轴角度传感器17检测的发动机转速为N[rps]，且发动机31的排量为Vh[m³]，由于在四冲程发动机的情形下两个循环的进气量是Vh，在四冲程发动机的情形下吸入空气的重量Qa由以下方程式(14)给出：

Qa＝(Vh/2)×(N/60)×(P/1013)×ρ_a0×273/(273+Tair)

                                                 ……(14)

这里，正常状态下空气的压力是1013[hPa]。如果Qa除以由空气-燃油比率传感器16检测的空气-燃油比率A/F，则可以计算出单位时间向发动机31供油的重量Qf。处理过程其余的特点，诸如油耗率的计算等，与前一实施例相同。

消耗的燃油重量Qf也可通过这样的方法计算。这方法不必修改也能够用于标准吸气发动机，但是在带有诸如废气涡轮增压器这样的增压器的发动机的情形下，这方法特别有效。

如图7所示，在带有诸如废气涡轮增压器这样的增压器的发动机的情形下，空气流量计14可以安装在通向涡轮增压器32的入口处，基于由空气流量计14检测的空气流率，以及由安装在空气流量14计附近的吸入空气温度传感器15检测的空气温度，通过与第一实施例相同的计算而计算出吸入空气的重量Qa，并通过把这除以由安装在排气歧管13中的空气-燃油比率传感器16检测的空气-燃油比率，计算出消耗的燃油重量Qf(第三实施例)。

在图8所示的第四实施例中，待分析的车辆装有通用轨道柴油发动机。这种情形下，不是从吸入的空气重量和空气-燃油比率计算消耗的燃油重量，而是可以从燃油喷射脉冲宽度计算消耗的燃油体积。图中的36是燃油分配器管道，而37是燃油喷射脉冲信号抽取线。

具体来说，在这种通用轨道柴油发动机中，如同在电子控制汽油喷射式发动机的情形那样，如图9所示，在每脉冲的脉冲宽度[ms]与喷射量[mm³]之间有唯一的关系，于是能够基于由曲轴角度传感器17检测的发动机转速所计算的喷射数来计算消耗的燃油体积。

在上述实施例中，发动机的轴扭矩是通过查找扭矩图计算的，但是当这种扭矩图不存在时，如下所述，能够从吸入的空气量和空气-燃油比率计算指示平均有效压力，并基于此计算出发动机的轴扭矩。

图10是为了计算发动机的轴扭矩和驱动力所进行的处理过程的流程图。

根据这一处理过程，每循环吸入空气的重量和空气-燃油比率是通过上述处理过程计算的，首先，通过查找预定的表计算指示的平均有效压力Pmi[Pa](步骤S1)。然后，通过查找预定的表，基于由曲轴角度传感器17检测的发动机转速，计算摩擦平均有效压力Pmf[Pa](步骤S2)。摩擦平均有效压力Pmf正比于大约1.5倍发动机转速。然后通过从指示的平均有效压力Pmi减去摩擦平均有效压力Pmf而计算出制动平均有效压力Pme[Pa](步骤S3)。

Pmi，Pmf，Pme是不考虑发动机的排量用来评估发动机特性的指标(物理量)。由此以及发动机排量Vh[m³]，通过以下方程式(15)能够计算发动机轴扭矩Te[N·m](步骤S4)：

$\mathrm{Te}=\frac{\mathrm{Pme}\·\mathrm{Vh}}{4\mathrm{\π}}---\left(15\right)$

方程式(15)是作为四冲程发动机的方程式，但是在两冲程发动机情形下，则可代之以使用方程式(16)：

$\mathrm{Te}=\frac{\mathrm{Pme}\·\mathrm{Vh}}{2\mathrm{\π}}---\left(16\right)$

各个档位下的速率it，最终减速比if，变速器效率η，以及轮胎的动态加载半径r是已知的，于是通过方程式(8)可以计算对于对应的加速器踏压量的驱动力(步骤S5)。可以通过从基于当前发动机转速的最大轴扭矩计算出的最大驱动力，减去对应于上述加速器踏压量的驱动力而计算出保留驱动力，其中最大扭矩可从目录等材料中获得(步骤S6)。

进而，当不知道当前发动机转速下的最大轴扭矩，或甚至如果知道最大轴扭矩而由于与时间相关的退化等而发生变化时，也可以通过以下计算过程计算之。

为了通过算法而计算出最大轴扭矩，当加速器踏压量为最大时的充气效率或每循环吸入空气的重量，可以从搜索文献或类似的发动机预测，并准备出如图11所示的表示发动机转速与充气效率之间的关系的表。而且，基于常识值或搜索文献发表的值等，可以准备出如图12所示的表示空气-燃油比率和Pmi100(在充气效率100％下的Pmi)之间关系的表。

然后，通过查找如图11和图12所示的表，计算出在由曲轴角度传感器17检测的发动机转速下的充气效率ηc，以及由空气-燃油比率传感器16检测出的空气燃油比率下的Pmi100。如果求出这些值，由于对于相同空气-燃油比率，指示的平均有效压力Pmi实际上正比于充气效率ηc，于是可以通过如图13所示的线性算法计算出当前发动机转速下的Pmi。进而，可以把相对于发动机转速的摩擦平均有效压力Pmf作为如图14所示表准备，并通过查找这一表计算在对应的发动机转速下的Pmf。

如果按这一方法找到Pmi和Pmf，当加速踏压量为最大时，这两者之间的差就是制动平均有效压力Pme，并如果将Pme和发动机排量代入方程式(14)或方程式(15)，则能够计算出当前发动机转速下加速器踏压量最大时的发动机轴扭矩。

以上结构只是使用本发明的系统的例子，而并不是要以任何方式限制本发明的范围。本发明还可用于除了这里所讨论的例子之外的结构，例如，被记录的行驶状态的分析/显示也可以由车载装置进行。

而且，车辆安装装置与控制计算机之间数据的交换，可通过存储卡之外的其它方法进行，例如传送给磁盘，或通过无线通信手段传送。

虽然以上通过参照本发明一定的实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述实施方式。根据以上技术，对于业内专业人员可以出现以上实施例的各种修改和变形。本发明的范围是参照以下权利要求定义的。

Claims (22)

1.一种用于包括发动机的车辆的车辆状态分析系统，该系统包括：

传感器，该传感器检测发动机废气的空气-燃油比率，以及

处理器，该处理器功能是：

根据废气的空气-燃油比率获得发动机的空气-燃油比率，

基于发动机吸入的空气量和发动机的空气-燃油比率，计算由发动机消耗的燃油重量，以及

基于所计算的消耗的燃油重量和车辆行驶距离，计算车辆的油耗率。

2.如权利要求1所定义的分析系统，其中：

吸入空气量由发动机的空气流量计检测。

3.如权利要求1所定义的分析系统，还包括：

传感器，检测发动机进气歧管中绝对压力，且其中

处理器进一步的功能是，基于发动机进气歧管中的绝对压力以及发动机的排量，计算吸入空气量。

4.如权利要求1所定义的分析系统，其中：

处理器进一步的功能是

把计算出的消耗的燃油重量，通过除以燃油密度，转换为消耗的燃油流率，以及

通过使车辆行驶距离除以消耗的燃油流率，计算出油耗率。

5.要求4所定义的分析系统，其中

处理器进一步的功能是当车辆静止时校正燃油密度。

6.如权利要求1所定义的分析系统，其中

处理器进一步的功能是

计算获得的空气-燃油比率相对于实际空气-燃油比率的滞后时间，并且

通过使滞后时间之前吸入的空气重量除以获得的空气-燃油比率，计算由发动机在滞后时间之前消耗的燃油重量。

7.权利要求1所定义的分析系统，还包括

显示装置，显示计算的油耗率。

8.如权利要求7所定义的分析系统，其中

处理器进一步的功能是修改计算的油耗率单位。

9.如权利要求7所定义的分析系统，其中

处理器进一步的功能是

计算车辆的驱动力，

基于车辆总重、滚动阻力系数和车速计算行驶阻力，以及

通过从驱动力减去行驶阻力计算过驱动力，以及

显示装置还显示计算的过驱动力。

10.如权利要求9所定义的分析系统，其中

处理器进一步的功能是当车辆为静止时校正车辆总重。

11.如权利要求9所定义的分析系统，

处理器进一步的功能是，当加速器断开且离合器分离时，校正来自车辆减速状态的滚动阻力系数。

12.如权利要求7所定义的分析系统，其中

处理器进一步的功能是

计算车辆的驱动力，

计算对于最大加速器踏压的驱动力，以及

通过从对于最大加速器踏压的驱动力减去驱动力，计算保留驱动力，以及

显示装置还显示计算的保留驱动力。

13.如权利要求9所定义的分析系统，其中

处理器进一步的功能是

基于加速器踏压量和发动机转速通过查找预定的图，计算发动机轴扭矩，以及

基于发动机轴扭矩计算驱动力。

14.如权利要求12所定义的分析系统，其中

处理器进一步的功能是

基于加速器踏压量和发动机转速通过查找预定的图，计算发动机轴扭矩，以及

基于发动机轴扭矩计算驱动力。

15.如权利要求9所定义的分析系统，其中

处理器进一步的功能是

通过从基于发动机每个循环吸入的空气量和空气-燃油比率计算的指示的平均有效压力，减去根据发动机转速的摩擦平均有效压力，计算出制动平均有效压力，

基于制动平均有效压力和发动机排量计算发动机轴扭矩，以及

基于发动机轴扭矩计算驱动力。

16.如权利要求12所定义的分析系统，其中

处理器进一步的功能是

通过从基于发动机每个循环吸入的空气量和空气-燃油比率计算的指示的平均有效压力，减去根据发动机转速的摩擦平均有效压力，计算出制动平均有效压力，

基于制动平均有效压力和发动机排量计算发动机轴扭矩，以及

基于发动机轴扭矩计算驱动力。

17.如权利要求12所定义的分析系统，其中

处理器进一步的功能是

基于当加速器踏压量最大时发动机每个循环吸入空气量和空气-燃油比率，计算对于最大加速器踏压的指示的平均有效压力，

通过从对于最大加速器踏压的指示的平均有效压力，减去根据发动机转速的摩擦平均有效压力，计算对于最大加速器踏压的制动平均有效压力，

基于对于最大加速器踏压的制动平均有效压力和发动机排量，计算当加速器踏压量最大时发动机轴扭矩，以及

基于当加速器踏压量最大时发动机轴扭矩，计算对于最大加速器踏压的驱动力。

18.如权利要求7所定义的分析系统，其中

处理器进一步的功能是

基于向前/向后加速的程度，确定剧烈制动或剧烈加速，以及

当确定有剧烈制动或剧烈加速时，向驾驶者发出警告。

19.如权利要求1所定义的分析系统，还包括：

记录装置，在记录介质上记录处理器计算的结果，以及

第二显示装置，在车辆被驱动之后显示记录在记录介质上的计算结果。

20.如权利要求19所定义的分析系统，其中

记录装置在记录介质上记录行驶期间选择的档位，以及

第二显示装置显示每一档位被选择的频率。

21.如权利要求20所定义的分析系统，其中

记录装置在记录介质上记录行驶期间选择的档位，以及

第二显示装置显示每一档位下行驶的距离，或相对于总行驶距离每一档位下的行驶距离的比例。

22.一种用于分析包括发动机的车辆状态的分析方法，包括：

检测发动机废气的空气-燃油比率，

根据废气的空气-燃油比率获得发动机的空气-燃油比率，

基于发动机吸入空气量和发动机的空气-燃油比率，计算由发动机消耗的燃油重量，以及

基于计算的消耗的燃油重量和车辆行驶距离，计算车辆的油耗率。

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