一种船艇定速巡航控制方法及系统

1.本发明涉及高速船艇动力技术，更具体地说，它涉及一种船艇定速巡航控制方法及系统。


背景技术：

2.定速巡航是源自于车辆的一种速度控制系统，其基本功能是：进入定速巡航模式后，不需要驾驶员调节挡位和油门大小，车辆按照设定的车速自动稳定行驶。定速巡航功能可以减轻驾驶员的负担、减少了不必要的车速变化，节省能源。
3.由于定速巡航的种种优势，现有的大部分船艇也都配置有定速巡航系统，以实现船艇的定速巡航功能，方便人们的海上航行。但是，相比汽车，船艇在水面行驶，情况更为复杂，影响航行的因素更多。例如，水流的频繁变换对船艇航速及航向的影响，不同海域的环境对航行的影响等。
4.若船艇从平静的海域航行至环境恶劣的海域时，如果船艇依然以当前的定速巡航速度航行，这将会使得发动机出现输出功率波动峰值较大。发动机的油耗不仅增加，而且还会影响到发动机的使用寿命。因此，船艇在恶劣海域，若船艇依然以定速巡航模式航行，驾驶员不得不随时根据环境的变化对航速作出相应的调整，以确保发动机运行的平顺性。但这将大大增加了驾驶员的操作负担，不利于航行。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种船艇定速巡航控制方法及系统，避免了发动机出现输出功率波动峰值较大的问题，有效降低燃油消耗。
6.本发明所述的一种船艇定速巡航控制方法，当船艇进入定速巡航模式后，船艇以设定的航行速度进行定速巡航；实时获取所述船艇当前航行海域的海域环境参数，根据所述海域环境参数判断所述船艇当前航行海域的海域环境；若所述海域环境为恶劣海域环境，则所述船艇的控制模式由定速巡航模式转入恒功率模式；否则，判断是否满足定速巡航结束条件；
7.若满足定速巡航结束条件，则退出定速巡航；否则，船艇以当前速度进行定速巡航。
8.根据船艇当前的航行海域环境，使船艇的巡航模式运行在定速巡航模式或恒功率模式，可以避免发动机出现输出功率波动峰值较大的问题，有效降低燃油消耗。
9.所述恒功率模式具体为，所述船艇的发动机油门开度不变，以使所述发动机的输出功率为恒定值。
10.设定所述船艇在恒功率模式下的最低航行速度；若所述船艇运行在恒功率模式下、且所述船艇的当前航行速度小于最低行速度时，所述船艇的动力系统以设定的功率提升步进提升发动机的输出功率，以确保所述船艇的当前航行速度大于或等于最低航行速度。
11.判断所述船艇当前航行海域的海域环境，具体为，
12.预设环境阈值参数；实时比较所述环境阈值参数与海域环境参数之间的大小关系；若所述海域环境参数大于或等于环境阈值参数时，则判断所述海域环境为恶劣海域环境；否则，判断所述海域环境为平静海域环境。
13.预设最大波动时间；在所述海域环境参数大于或等于环境阈值参数时，再判断所述海域环境参数大于或等于环境阈值参数的持续时间与最大波动时间之间的关系；若所述持续时间大于最大波动时间，则判断所述海域环境为恶劣海域环境；否则判断为平静海域环境。
14.所述海域环境参数包括船艇相对于海域水流的相对水流流速、船艇的摆动幅值数据；所述预设环境阈值参数包括预设的相对水流流速、预设的摆动幅值数据。
15.所述相对水流流速由水流传流速传感器采集；所述摆动幅值数据由陀螺仪采集。
16.所述船艇进入定速巡航模式后，判断所述船艇是否为船艇启动后首次进入定速巡航模式；若是，则所述船艇以当前的航行速度进行定速巡航；否则，所述船艇以上一次定速巡航模式结束时的定速巡航航行速度进行定速巡航。
17.所述船艇以恒功率模式进行巡航的巡航退出条件与定速巡航模式的巡航退出条件一致。
18.一种船艇定速巡航控制系统，包括信息采集模块、ecu控制模块和发动机；所述ecu控制模块根据信息采集模块采集到的参数，应用所述的控制方法，使所述发动机输出相应的功率，以使船艇运行在定速巡航模式或恒功率模式。
19.有益效果
20.本发明的优点在于：
21.1、与现有技术相比，本发明的技术方案在进入定速巡航模式后，通过检测海域水流流速变化与船艇摆动幅值数据的变化判断船艇是否进入恶劣海域，进而判断是否需要进入恒功率模式。在恒功率模式下，船艇的油门开度锁定，航速相应变化，可以避免发动机出现输出功率波动峰值较大的问题，有效降低燃油消耗。
22.2、本发明通过最低航行速度的设置，使得船艇在恒功率模式下，避免了船艇的航行速度受水流、风阻等因素影响导致其航速过低甚至无法前行的问题，保证了船艇在恶劣海域的航行效率。
附图说明
23.图1为本发明的控制方法整体控制流程示意图；
24.图2为本发明的定速巡航控制过程流程示意图；
25.图3为本发明的恒功率模式的控制流程示意图。
具体实施方式
26.下面结合实施例，对本发明作进一步的描述，但不构成对本发明的任何限制，任何人在本发明权利要求范围所做的有限次的修改，仍在本发明的权利要求范围内。
27.参阅图1和图3，本发明的一种船艇定速巡航控制方法，具体包括以下步骤：
28.步骤一、船艇在航行时，驾驶员选择进入到定数巡航模式后，定速巡航控制系统首
先自检各部件是否能正常工作。若检查结果显示各部件正常，则进入到定速巡航模式；否则报错。
29.需要说明的是，巡航控制系统自检属于目前安装有定速巡航控制系统的船艇的原有功能，本发明并不对其实现方式进行改进。
30.船艇进入定速巡航模式后，首先判断船艇是否为船艇启动后首次进入定速巡航模式。若是，则船艇以当前的航行速度进行定速巡航。否则，船艇以上一次定速巡航模式结束时的定速巡航航行速度进行定速巡航。这样设置的好处在于定速巡航控制系统能根据每个驾驶员的驾驶习惯，使船艇自动航行符合驾驶员要求的定速巡航速度，方便驾驶员的驾驶，使得系统的智能化得以大大提高。
31.例如，当某一驾驶员设定的定速巡航速度在60km/h。而驾驶途中遇到突发状况进行了制动使得船艇减速行驶，同时退出了定速巡航模式。当突发状况解决后，其可直接启动定速巡航模式，此时的船艇将会自动将速度提升并定速在60km/h，而无需驾驶员对油门的操作，十分智能方便。
32.步骤二、当船艇进入定速巡航模式后，船艇以设定的航行速度进行定速巡航。此时，船艇以当前的航行速度进行定速巡航。
33.定速巡航的具体控制过程为：船艇在定速巡航的过程中，驾驶员可通过船艇制动用的控制手柄、巡航开关控制组调节航速，方向盘调节航向。其中，巡航开关控制组包括巡航调整开关加、巡航调整开关减。按下其中任一巡航调整开关即可实现增加或减少巡航速度1km/h，长按巡航调整开关则可实现巡航速度持续缓慢增加或减少，直至到达合适速度再松开按键。ecu根据设定的航速、航向控制油门开度及转向，以使发动机输出动力，船艇在额定的航行速度下进行航行。
34.由于风阻、水流、波浪的因素的影响，船艇所获得的实际航速及航向不等于设定航速及航向。因此，船艇的定速巡航系统中加入有pid控制模块。pid控制模块对船艇的控制流程图如图2所示。pid控制模块分为速度控制模块与航向控制模块。其中速度控制模块采用pid控制，航向控制模块采用pi控制。以理论航速、航向与实际航速航向的差值作为控制器的输入，以获得输出，补偿航速与航向的变化。在无驾驶员操作时，通过pid闭环控制保持航速与航向的稳定。
35.上述关于定速巡航的控制过程为现有具有定速巡航功能的船艇中的技术。上述的记载是为了方便本领域理解本发明所基于的技术基础，本发明并不对定速巡航的控制过程进行改进。
36.步骤三、实时获取船艇当前航行海域的海域环境参数，根据海域环境参数判断船艇当前航行海域的海域环境。
37.本实施例中，判断船艇当前航行海域的海域环境，具体为，
38.预设环境阈值参数。实时比较环境阈值参数与海域环境参数之间的大小关系。若海域环境参数大于或等于环境阈值参数时，则判断海域环境为恶劣海域环境；否则，判断海域环境为平静海域环境。
39.其中，海域环境参数包括船艇相对于海域水流的相对水流流速、船艇的摆动幅值数据。预设环境阈值参数包括预设的相对水流流速、预设的摆动幅值数据。而相对水流流速由水流传流速传感器采集；摆动幅值数据由陀螺仪采集。
40.船艇航行在海域中，海域中的风速、水流速以及波浪的大小均对船艇的航行有较大的影响。而风速与水流速、波浪均有直接关联，比如，风速较大时，海水的流速以及波浪均较大，海域环境较为恶劣；反之，则均较小，海面表现较为平静。
41.基于此，本发明通过预设的阈值参数对恶劣海域与平静海域进行区分；船艇在航行时，直接采集相对水流流速以及船艇摆动幅值数据，即可反映海域的情况。而且，由于采集的参数仅为两个，在保证可正确反映海域情况的前提下，还大大降低了系统的运算负荷，提高了系统的运行效率以及运行速度。
42.由于海域环境的变化是不固定的。若系统采集到的参数在预设的阈值参数之间来回波动时，船艇将会出现在定速巡航模式以及恒功率模式下来回切换，不仅增加了系统的负担，模式之间的来回切换还会影响到船艇的航行速度，容易出现突快突慢的现象，给乘客带来非常不好的体验。为解决这一问题，本实施作出了进一步的改进。
43.具体的改进为，预设最大波动时间。在海域环境参数大于或等于环境阈值参数时，再判断海域环境参数大于或等于环境阈值参数的持续时间与最大波动时间之间的关系。若持续时间大于最大波动时间，则判断海域环境为恶劣海域环境；否则判断为平静海域环境。
44.通过最大波动时间的设置，能使系统更好的判断船艇所处海域的环境状况，从而达到船艇稳定航行的目的。若采集到的参数在来回波动时，如果其一直不满足最大波动时间要求，根据上述的记载可知，此时的海域将被判断为平静海域环境，船艇依然以定速巡航模式航行，从而解决了船艇的航行模式不断切换的问题。
45.步骤四、若海域环境为恶劣海域环境，则船艇的控制模式由定速巡航模式转入恒功率模式；否则，判断是否满足定速巡航结束条件。若满足定速巡航结束条件，则退出定速巡航；否则，船艇以当前速度进行定速巡航。
46.其中，恒功率模式具体为，船艇的发动机油门开度不变，以使发动机的输出功率为恒定值。即在恒功率模式下，船艇的航行速度将会受到外界因素的影响而发生变化。当风速、水流速以及摆动幅值数据中的任一参数变化时，船艇在恒功率模式下，其速度也将发生改变。总的来说，当船艇受到的阻力增大时，其速度将降低；而受到的阻力减小时，其速度将增加。
47.在恶劣海域中，风速、水流速以及摆动幅值数据这些影响因素都是在不断变化的，船艇受到的阻力以及波浪导致船艇的摆动均十分大。若船艇在恶劣海域采用定速巡航模式，会造成发动机的输出波动大。而本发明设置了恒功率模式，船艇通过恒功率模式航行在环境恶劣的海域，可以避免发动机出现输出功率波动峰值较大的问题，有效降低燃油消耗。而且恒功率模式以及定速巡航模式的切换无需人工操作，有效提高了系统的智能化程度。
48.在恒功率模式下，船艇的航行速度受水流、风阻等因素影响，可能过低甚至无法前行。为解决该问题，本发明设定了船艇在恒功率模式下的最低航行速度。若船艇运行在恒功率模式下、且船艇的当前航行速度小于最低行速度时，船艇的动力系统以设定的功率提升步进提升发动机的输出功率，以确保船艇的当前航行速度大于或等于最低航行速度，保证船艇在恶劣海域的航行效率。
49.船艇以恒功率模式航行时，也实时判断船艇航行的海域环境。若船艇进入到平静海域后，则ecu退出恒功率模式，同时判断是否满足结束定速巡航条件。若满足定速巡航退出条件，则退出巡航；否则，船艇以当前的速度继续进行定速巡航。
50.船艇以恒功率模式进行巡航的巡航退出条件与定速巡航模式的巡航退出条件一致。如驾驶员通过进入定速巡航模式的按钮、船艇的油门或船艇制动用的控制手柄等方式退出恒功率模式。
51.此外，本实施例的恒功率模式还设置了最大航速限制值。主要是为了避免船艇航行在恶劣海域时，其航行方向与风向、水流方向一致导致其速度过快容易出现失控，甚至翻船的问题，以确保船艇航行的安全性。
52.恒功率模式以及定时巡航模式的退出条件均不包括驾驶员手动调节方向盘以改变航行。
53.一种船艇定速巡航控制系统，包括信息采集模块、ecu控制模块和发动机。其中，信息采集模块包括巡航启动开关、巡航停止开关巡航调整开关加、巡航调整开关减、船艇制动用的控制手柄、gps测速仪、水流速度传感器、陀螺仪。ecu控制模块根据信息采集模块采集到的参数，应用上述的控制方法，使发动机输出相应的功率，以使船艇运行在定速巡航模式或恒功率模式。
54.以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。