本发明涉及到一种道路车辆驾驶控制系统的驾驶参数的判断或计算装置及方法，特别是涉及到基于空气阻力制定汽车行驶经济时速的装置和方法。
背景技术：
汽车行驶消耗的能量主要用于克服轮胎滚动阻力做功、风阻力做功、重力势能的变化和散热器与尾气排放到大气中的热能。对于一个固定的车型，由于其轮胎型号与发动机效率相对不变，汽车的截面积a和风阻系数cw不变，因此行驶不同速度下克服风阻力做功对车辆油耗影响较为明显。汽车空气阻力指空气作用力在行驶反方向上的分力，大小跟速度平方成正比，速度增加1倍，汽车受到的阻力会增加3倍，因此高速行车空气阻力影响油耗非常明显。换句话讲，空气阻力小不仅能节约燃油，在发动机功率相同的条件下，还能达到更高的车速。实际行驶的路况风向有顺风、逆风、侧风等不同情况；风力等级也各不相同，即使按厂家建议的固定经济时速行驶，实际油耗也有很大变化。
绝大多数车辆有发动机转速表、车辆时速表，行车时，驾驶员对行车速度较为关注。有行车电脑的车型，所显示的平均油耗能作为事后参考，瞬时油耗与加速急、缓、上岗、下坡因素影响较大，不方便及时反映风阻力引起的油耗多少；无行车电脑的车型，不能时时显示风变化影响汽车油耗高低。因此，因为风阻产生的油耗多少不易及时控制，不同驾驶员驾驶同一款车型，即使按厂家建议的经济时速行驶，实际油耗也有很大变化，驾驶员很难把车辆速度及时准确控制在最佳可变相对经济时速范围内来控制油耗。
技术实现要素：
本发明旨在于克服现有技术的不足，提供了一种基于空气阻力制定汽车行驶经济时速的装置和方法。
本发明的基于空气阻力制定汽车行驶经济时速的装置，包括控制模块、提示模块和检测模块，所述的检测模块为风速传感器，安装于车辆前侧；风速传感器与控制模块电路连接，控制模块的输出端与提示模块电路连接。
作为本发明的进一步改进，所述的提示模块包括车速仪表盘和蜂鸣器。
作为本发明的进一步改进，在车速仪表盘内设有变色发光二极管与表盘上的时速值相对应。
作为本发明的进一步改进，在车速仪表盘上设有经济时速区a、中等耗油时速区b、较高耗油的时速区c。
作为本发明的进一步改进，所述的控制模块由原车载电源供电，并在控制模块上设有输入模块。
作为本发明的进一步改进，在控制模块上设有信号采集模块，信号采集模块包括车速传感器接口或obd接口，obd接口与车速信号连接。
本发明的基于空气阻力制定汽车行驶经济时速的方法，是将风速传感器测得的相对风速信号和车速度信号输送到控制模块，控制模块对风速传感器信号及车速信号进行运算处理，运算结果显示在车速仪表盘上，并按需要同时发出提示音。
作为本发明的进一步改进，通过输入模块对常量参数进行设定。
本发明的基于空气阻力制定汽车行驶经济时速的装置和方法，具有下列优点：
（1）显示直观：经济时速相对变化提示、状态直观，绿色、蓝色、红色速度区间随相对风速自动变化，驾驶员可及时掌握风阻力引起的油耗大小，一目了然；
（2）高效节能：在行车时间充足的前提下行驶一定路程，驾驶员可按提示器的绿色经济时速驾驶，减小油耗，保守测算节约能源约8-14%；
（3）通用性强：本装置可以独立工作单独使用，安装在不同车型上；也可与众多车型仪表盘结合配套替换原车仪表，成为车辆原仪表的升级版本；
（4）调整方便：可根据不同车型厂家标定的经济时速，对大、中、小型等不同车型设定不同的绿色、蓝色、红色的速度分区点。
附图说明
图1为本装置的结构示意图；
图2为本装置的结构原理图；
图3为控制装置结构示意图；
图4～图6为车速、风速恒定时不同风向3种油耗区域显示状况；
图7～图9为当风速恒定，不同风向时应该显示的绿色经济时速区间状况。
具体实施方式
实施例1
本发明的基于空气阻力制定汽车行驶经济时速的装置，如图1、图2所示，是由风速传感器、控制模块、提示模块、电源及相关线路构成，风速传感器与控制模块电路连接，所述的控制模块由原车载电源供电，并在控制模块上设有输入模块和信号采集模块。所述的输入模块包括控制程序输入接口、车速v信号设定调整输入接口和k1、k2分区点设定调整输入接口；所述的信号采集模块包括车速传感器接口或obd接口，obd接口与车速信号数据连接；控制模块的输出端与提示模块电路连接，所述的提示模块包括车速仪表盘和蜂鸣器。所述的风速传感器，安装于车辆前侧，用于检测车辆行驶时相对风速信号，安装位置依车型而定；控制模块，为制定汽车行驶经济时速的装置核心部件，由微控制器采集风速信号及车速信号并进行运算处理，运算结果通过车速仪表盘或者蜂鸣器给出声光指示。
运算过程中的常量参数可通过输入模块进行设定调整；车速仪表盘单独安装于仪表台上或与原车仪表整合为一体，用于显示经济时速相对变化结果；蜂鸣器按需要发出提示信息；相关线路，用于与原车电源、仪表、车速传感器或obd接口相连共同工作。
在车速仪表盘内设有变色发光二极管与表盘上的时速值相对应，所述变色发光二极管为三色发光二极管，即绿色、蓝色、红色，同时在车速仪表盘的盘面上设有经济时速区a、中等耗油时速区b、较高耗油的时速区c与其显示的颜色相对应，绿色代表经济时速区a，蓝色代表中等耗油时速区b，红色代表较高耗油的时速区c。车速仪表盘的指针批示在绿色速度区间内，为节油的经济时速；蓝色速度区间内为中等耗油时速；红色速度区间内为较高耗油的时速。同时，绿色、蓝色、红色速度区间范围可随风阻力大小而改变。实现驾驶员在行车时间允许的前提下，根据仪表盘指示的绿色、蓝色、红色速度区间，把车速尽量控制在绿色区域行驶，实现对“顺风时快点不费油”、“逆风时慢点不费油”的“快、慢”程度提供直观、准确的量化参考，达到既保证运输时效，又尽可能降低油耗。
车速仪表盘形式与原车仪速度表一样，车速表的数字上对应位置安装20个（或更多）可分别发出绿、蓝、红色的发光管，可显示不同车速和风速下对应的经济时速相对变化区域。绿颜色部分为汽车经济速度区域；随速度的增加，超过绿色区域显示的蓝色部分为中等耗油速度区域；再随速度的增加，超过蓝色区域显示红色部分为较高耗油速度区域。发光管发出绿、蓝、红色的区域范围随风速、车速变化受控制模块的调整动态显示，以此来直观提醒驾驶尽量控制车速在绿色速度指示区域，以降低油耗。本装置可以独立工作单独使用，安装在不同车型上；也可与众多车型仪表盘结合配套替换原车仪表，成为车辆原仪表的升级版本。
而提示模块，当车速由绿色的经济速度变为蓝色中等油耗速度区；由蓝色中等耗油速度区变为红色高等油耗速度区时，可按需要发出短暂的提示音。
实施例2
本发明的基于空气阻力制定汽车行驶经济时速的方法，信号采集模块将风速传感器测得的风速信号和车速度信号输送到控制模块，控制模块对风速传感器信号及车速信号进行运算处理，运算结果显示在车速仪表盘上，并按需要同时给出提示音；并可通过输入模块调整常量参数进行设定。如图3所示，风速传感信号f和车速度信号v经运算放大电路放大后、通过比较电路、经a/d转换器输入微控制器，微控制器将计算出的结果输入至恒流驱动器至车速仪表盘进行显示或蜂鸣器提示。微控制器内设有存储器和时钟电路。微控制器上设有控制程序输入接口、及车速v信号设定调整输入和k1、k2分区点设定调整输入接口对相关参数进行设定。所述的控制程序是该装置的运行程序，k1、k2分区点，其k1是指绿色、蓝色分界点，k2是蓝色和红色分界点，车速v信号设定微调整是指针对同一品牌不同车型发动机排量、功率变速箱传动比的变化范围来小幅度调整参数。
本发明的基于空气阻力制定汽车行驶经济时速的装置，是由微控制器模块依据输入模块设定好的参数自动控制，根据不同风向、风速、车速下的情况，点亮车速仪表盘上1～20个（或更多）发光管的数量与颜色，也可以设置为点亮个数只限于车辆速度表指针以下的数量，指针以上的暂不发光。实现显示直观、准确、动态可变的效果。同时，可根据不同车型灵活设置：v绿车速、v蓝车速、v红车速的速度分区点k1、k2整定值，以适应不同车型的使用范围；通过车速信号v的小范围设定调整，可以适应同一车型不同发动机功率配置不同变速箱传动比的变化范围。该装置可以独立工作自成一体单独使用，也可进一步改进，与原车仪表结合，成为车辆原仪表的升级版本替换原车仪表。驾驶员在行车时间允许的前提下，把车速尽量控制在绿色区域行驶，实现对“顺风时快点不费油”、“逆风时慢点不费油”的“快、慢”程度提供直观、准确的量化参考，达到既保证运输时效，又尽可能降低油耗。
例如：某轿车出厂说明书规定风速：v风=0km/小时
经济时速：90km/小时；综合时速：120km/小时；最高时速：200km/小时，可设定:
车辆行驶经济油耗速度区间a：v绿车速=00～90km/小时；
车辆行驶中等油耗速度区间b：v蓝车速=90～120km/小时；
车辆行驶高等油耗速度区间c：v红车速=120～200km/小时；
（一）、当风速4级(v风=20km/小时)，车辆始终以90km/小时的行驶在正侧风、正逆风、正顺风状态，仪表显示状态分别为：
1、正侧风（含无风）时，如图4所示，其行进车速90km/小时，指针所在区间a为经济时速区，此时，90km/小时为经济时速；
2、正逆风时，如图5所示，其行进车速90km/小时，指针所在区间b为中等耗油时速区，此时，90km/小时为中等耗油时速；
3、正顺风时，如图6所示，其行进车速90km/小时，指针所在区间a为经济时速区，此时，90km/小时为经济时速。
（二）、当风速4级(v风=20km/小时)，在正侧风、正逆风、正顺风情况下经济时速相对变化区间为下列五种情况：
1、正侧风（含无风）行驶时，如图7所示，根据车速仪表盘上绿、蓝、红的显示区间可知：0～90km/小时为经济时速，90～120km/小时为中等油耗速度、120～200km/小时为高等油耗速度；
2、正逆风行驶时，如图8所示，根据车速仪表盘上绿、蓝、红的显示区间可知：0～70km/小时为经济时速，70～100km/小时为中等油耗速度、100～200km/小时为高等油耗速度；
3、正顺风行驶时，如图9所示，根据车速仪表盘上绿、蓝、红的显示区间可知：0～110km/小时为经济时速，110～140km/小时为中等油耗速度、140～200km/小时为高等油耗速度；
4、侧逆风行驶时：
经济时速a为0～90km/小时，此时表盘上0～70为常绿灯，随着道路风向的变化，70～90在绿、蓝色间转换；如，行进方向与风向夹角为45度时经济时速为0～80，此时表盘上0～80均为绿色；当夹角变小时，其经济时速趋于0～70，些时表盘上0～70为绿色、70～90为蓝色；即随着车身与风速间夹角的变化其经济时速在变化；
中等耗油时速b为90～120km/小时，此时表盘上0～70为常绿灯，随着道路风向的变化，70～90在绿、蓝色间转换；100～120在蓝色和红色间转换；
高等油耗速度c为120～200km/小时，此时表盘上0～70为常绿灯，随着道路风向的变化，70～90在绿、蓝色间转换；100～120在蓝色和红色间转换；120～200为红色。
5、侧顺风行驶时：
经济时速区a为0～110km/小时，此时表盘0～90为常绿灯；随着道路风向的变化，100～110在绿、蓝色间转换；
中等耗油时速b为110～140km/小时，此时表盘0～90亮绿灯；随着道路风向的变化，100～110在绿、蓝色间转换，120～140在蓝色和红色间转换；
高等油耗速度c为140～200km/小时，此时表盘0～90亮绿灯；随着道路风向的变化，100～110在绿、蓝色间转换；120～140在蓝色和红色间转换；150～200为红色。
依据该装置建议驾驶员，某轿车在正逆风时车速控制在70km/小时以下；正侧风时车速控制在90km/小时以下；侧逆风时车速控制在90-70km/小时以下；侧顺风时车速控制在90-110km/小时以下；正顺风时车速控制在110km/小时以下。车辆速度表指针经常在绿色的经济时速区间，车辆的实际油耗与无风状态下，车辆出厂时的经济速度：90km/小时的油耗相近。可为驾驶员随时、准确控制车速降低风阻力油耗提供直观参考。
1.基于空气阻力制定汽车行驶经济时速的装置，其特征在于包括控制模块、提示模块和检测模块，所述的检测模块为风速传感器，安装于车辆前侧；风速传感器与控制模块电路连接，控制模块的输出端与提示模块电路连接。
2.如权利要求1所述的基于空气阻力制定汽车行驶经济时速的装置，其特征在于所述的提示模块包括车速仪表盘和蜂鸣器。
3.如权利要求2所述的基于空气阻力制定汽车行驶经济时速的装置，其特征是在车速仪表盘内设有变色发光二极管与表盘上的时速值相对应。
4.如权利要求3所述的基于空气阻力制定汽车行驶经济时速的装置，其特征是在车速仪表盘上设有经济时速区a、中等耗油时速区b、较高耗油的时速区c。
5.如权利要求1所述的基于空气阻力制定汽车行驶经济时速的装置，其特征在于所述的控制模块由原车载电源供电，并在控制模块上设有输入模块。
6.如权利要求1所述的基于空气阻力制定汽车行驶经济时速的装置，其特征是在控制模块上设有信号采集模块，信号采集模块包括车速传感器接口或obd接口，obd接口与车速信号连接。
7.基于空气阻力制定汽车行驶经济时速的方法，是将风速传感器测得的相对风速信号和原车速度信号输送到控制模块，控制模块对风速传感器信号及车速信号进行运算处理，运算结果显示在车速仪表盘上，并按需要同时发出提示音。
8.如权利要求7所述的基于空气阻力制定汽车行驶经济时速的方法，其特征在于通过输入模块对常量参数进行设定。
技术总结