CN100567915C - 崎岖道路检测系统 - Google Patents

Abstract

一种崎岖道路检测系统包括：采集模块、统计模块以及比较模块。采集模块从振动敏感信号采集采样值。统计模块从采样值去除周期性异常并利用具有基于发动机速度信号的滤波系数的滤波器从采样值去除随机异常。此外，统计模块基于采样值计算统计信号。该崎岖道路检测系统还包括基于速率或时间计算一阶和二阶导数的微分模块。该微分模块在相对速率计算导数时去除负导数，而当相对时间计算导数时去除正导数。该比较模块基于统计信号或一阶和二阶导数确定是否存在崎岖路况。

Description

崎岖道路检测系统

技术领域

本发明涉及车辆，并且更具体涉及一种检测车辆何时穿越崎岖道路的方法和设备。

背景技术

车辆包括产生驱动扭矩的内燃机。更具体的，发动机吸入空气并将空气与燃料混和以形成燃烧混合物。该燃烧混合物在气缸内压缩并燃烧以便驱动以可滑动方式设置在气缸内的活塞。活塞旋转驱动将驱动扭矩传递到传动系统以及车轮的曲轴。当发动机断火时，气缸的燃烧混合物根本不燃烧或仅部分燃烧，并且可能产生发动机振动以及传动线振荡。

发动机控制系统有时包括确定发动机何时断火的断火检测系统。该发动机控制系统能够调整发动机操作以便降低发动机断火情况，由此改善发动机性能以及车辆的可驱动性。有些路况能够使发动机控制系统在没有实际出现断火时不正确地登记断火事件。例如，崎岖道路能够在车轮上导致影响曲轴转动的反馈扭矩。异常曲轴转动是发动机断火事件的一个特征。

某些断火检测系统基于发动机速度相对参照物的变化识别断火事件。该参照物代表在类似情况下操作的正常发动机的速度的预期变化，并且可以通过在没有断火的不同操作情况下运行车辆来以实验方式获得。当断火出现时，发动机扭矩的下降产生发动机速度的相应下降。这种速度变化有时比参照物的变化更大。

崎岖道路也产生发动机速度的变化，其大小与发动机断火事件所产生的速度变化类似。这种情况对依赖发动机速度变化检测发动机断火事件的发动机断火检测系统造成了问题。为了防止该系统由于崎岖道路产生错误的断火事件，断火检测系统可以在检测到崎岖道路时禁用。

发明内容

根据本发明的崎岖道路检测系统包括采集模块、统计模块以及比较模块。采集模块从振动敏感信号采集采样值。统计模块从采样值中去除周期性异常并利用具有基于发动机速度信号的滤波系数的滤波器从采样值中去除随机异常。此外，统计模块基于采样值计算统计信号。比较模块基于统计信号确定是否存在崎岖路况。

在其他特征中，比较模块在统计数据超过统计阈值时确定存在崎岖路况。当崎岖路况存在时，发动机断火系统禁用。

在又一些其他特征中，崎岖道路检测系统包括微分模块。该微分模块计算采样值相对采集模块采集采样值的速率或相对时间的导数。该微分模块在相对速率计算导数时去除负导数，并且当相对时间计算导数时去除正导数。当导数超过导数阈值时，比较模块确定存在崎岖路况。

通过下文提供的详细描述，本发明适用性的其他方面显而易见。应该理解到，尽管表明了本发明的优选实施例，但详细描述和特定实施例倾向于仅出于说明性目的并且不倾向于限制本发明的范围。

附图说明

通过详细描述和附图将更全面地理解本发明，其中：

图1是具有根据本发明的崎岖道路检测系统的示范性车辆的功能性框图；

图2是根据本发明的崎岖道路检测系统的功能性框图；

图3是作为发动机曲轴速度的函数的滤波系数的示范性图表；

图4是显示由本发明的崎岖道路检测系统所执行示范性步骤的流程图；以及

图5是曲轴时间戳的示范性图表。

具体实施方式

优选实施例的后续描述本质上仅是示范性的，并且决不倾向于限制本发明、其应用或使用。出于清晰的目的，在附图中使用相同的附图标记标识类似的元件。如本申请所使用的，术语“模块”是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、运行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或群组)以及内存、组合逻辑电路和/或提供所描述功能的其他适当部件。

现在参照图1，示范性车辆10显示为包括具有气缸16的发动机12，气缸16具有相关联的燃料喷射器18和火花塞20。尽管显示了单个气缸16，但是应该知道，发动机12可以包括具有相关联的燃料喷射器18和火花塞20的多个气缸16。例如，发动机12可以包括4、5、6、8、10或12个气缸16。空气经过入口23吸入到发动机12的进气歧管22。节气门24调节进入进气歧管22的空气流。燃料和空气在气缸16内结合并且由火花塞20点燃。尽管采用火花塞20导致空气/燃料混合物的燃烧，但是发动机12可以是压燃型发动机，其中在没有火花塞的情况下导致空气/燃料混合物的燃烧。

包括存储器28的控制器26调节包括本发明崎岖道路检测系统的车辆10的操作。控制器26与产生曲柄位置信号的曲轴位置传感器30通信。控制器26还与分别产生MAF、TPS以及MAP信号的质量空气流(MAF)传感器32、节气门位置传感器(TPS)33以及歧管绝对压力(MAP)传感器34通信。

曲轴位置传感器30可以响应随曲轴(未图示)旋转的齿缘轮(未图示)。齿缘轮包括从其放射状延伸的多个等间距齿。可以缺少至少一个齿以便限定间隙。例如，齿缘轮可以包括充分限定尺寸并间隔的齿，以便容纳60个齿。然而，对于绕齿缘轮设置的实际总数为58个齿，缺少了两个齿。缺少的齿限定了该间隙。在本实例中，各齿对应于曲轴的6°的旋转(即，360°/60齿)。该间隙对应于曲轴相对气缸内的活塞位置的旋转位置。例如，该间隙的端部可以指示特定活塞处于其气缸内的上止点(TDC)。

随着各齿旋转通过曲轴位置传感器30，脉冲串产生。脉冲串内的各脉冲对应于齿缘轮的一个齿。对于上述示范性的齿缘轮，每个脉冲指示6°的曲轴旋转。基于该脉冲串确定发动机速度信号(RPM)。尽管描述了特定的方法，但熟练技术人员应知道，可以使用其他用于感应发动机速度的系统和方法。

控制器26基于曲柄位置信号确定车辆10是否正经历崎岖路况(即，行进在崎岖道路上)。尽管在本实例中使用曲柄位置信号，但是应该意识到根据本发明可以使用任何振动敏感信号。控制器26可以采集时间戳，时间戳定义为曲轴旋转通过特定角度(例如，30°、60°、90°、120°)所需的时间量。例如，如果使用30°的角度，控制器26确定5个脉冲所需的时间量(即，5个脉冲×6°/脉冲＝30°)。控制器26计算时间戳相对时间或曲柄速度的一阶和二阶导数，并且基于该一阶和二阶导数确定是否存在崎岖路况。如果车辆10正经历崎岖路况，则控制器26禁用发动机断火检测系统。通过这种方式，减少了由于崎岖路况产生的错误发动机断火事件。

作为备选方案，控制器26基于振动敏感信号计算统计信号并且基于统计信号确定是否存在崎岖路况。统计信号可以是方差、标准误差、四分位数间距或者可以代表采样数据偏差的任何其他统计计算。

现在参照图2，崎岖道路检测系统100包括采集模块102、微分模块104、统计模块106以及比较模块108。

采集模块102以特定速率从曲轴位置传感器30采集采样值并且将采样值传达到微分模块104和统计模块106。作为备选方案，采集模块102可以从对车辆振动敏感的任何信号中采集采样值。

微分模块104计算各采样值相对代表曲柄速度的特定速率的一阶和二阶导数，并去除任何负导数。在这种情况下，负导数代表发动机断火并进行消除以便防止崎岖道路的错误诊断。作为备选方案，微分模块104可以计算各采样值相对时间的一阶和二阶导数，并且去除任何正导数。微分模块104与比较模块108通信并且发送结果导数到比较模块108。作为备选方案，微分模块104可以与由虚线所指示的统计模块106通信。

统计模块106基于来自采集模块102的振动敏感采样值计算统计信号并且将统计信号发送到比较模块108。作为备选方案，统计模块106可以从一阶和二阶导数计算统计信号。此外，由车辆振动所影响的任何信号可以用于计算统计信号。该统计信号代表例如(但不限于)振动敏感数据的方差、标准误差、四分位数间距(inter-quartilerange)的统计计算。

统计模块106还从统计信号去除周期性和随机性异常。该统计信号可以在单个气缸上进行计算以便去除由于齿缘轮内的齿对齿误差、曲轴上的扭转效应、从气缸到气缸的燃烧振动或者持续发动机断火所产生的周期性异常。结合多个发动机周期的相同气缸数据倾向于最小化在统计信号中所出现的周期性异常。在这种情况下，跨越整个发动机周期计算各气缸的绝对标准误差，并随后与发动机内的其他气缸进行平均，形成发动机运转的振动类估计系数。在发动机周期上对绝对标准误差进行平均倾向于产生从气缸到气缸的更小振动。作为备选方案，可以使用本领域公知的傅立叶级数或其他周期性近似从振动敏感信号滤除周期性异常。在共同转让的美国专利No.5,668,725中进一步详细描述了这种周期性近似，本申请通过参考明确结合了该专利的全部内容。

随机异常可以利用滞后滤波器去除，以便忽略统计信号内的不规则变化。去除随机异常防止统计信号包含不代表崎岖道路的数据。滞后滤波器的特征在于后续方程：

L[n]＝k·(u[n]-L[n-1]+L[n-1])

其中，u[n]是采样值n的给定输入，而k是滞后系数。

滞后系数k基于发动机速度并且其特征在于后续方程：

k＝1-e^-ω·t

其中，ω是滤波器带宽而t是采样时间。滤波器带宽ω对应于发动机周期频率。例如，如果发动机速度为每分钟1200转，滤波器系数可以是0.1175。在图3中显示了各种发动机速度的示范性滤波器系数k。

还可以通过将采样数据限制到发动机断火不出现的范围去除随机异常。当车辆10经历冲击性驱动手法时，通过去除预定数量的发动机周期内的采样数据的中心平均值可以从统计信号去除瞬态值。

参照回图2，比较模块108将由微分模块104所计算的一阶和二阶导数分别与一阶和二阶导数阈值进行比较。任何大于相应导数阈值的导数认为是在正常发动机操作情况外。比较模块108还将由统计模块106所计算的统计信号与统计阈值进行比较。以实验方式确定的统计阈值类似于导数阈值并且代表在正常发动机操作情况之外的统计计算。如果微分模块104所计算的导数超过相应导数阈值或者统计信号超过统计阈值，则比较模块108在存储器28内设定崎岖道路标记110。如果阈值没有被超过，则比较模块108清除该崎岖道路标记110。崎岖道路标记110与发动机断火系统112通信。当设立崎岖道路标记110时，发动机断火系统112禁用。

现在参照图4，崎岖道路检测系统100实现了通常由200所标识的检测崎岖道路的方法。该方法在车辆10启动时开始于步骤202。在步骤204，采集模块102采集振动敏感采样值。在步骤206中，微分模块104计算采样值的一阶导数。在步骤208中，微分模块104计算采样值的二阶导数。在步骤210中，微分模块104去除在步骤206和步骤208中计算的代表发动机断火的任何导数。更具体的，如果相对时间计算一阶和二阶导数，则微分模块104去除正导数。如果相对曲柄速度计算一阶和二阶导数，则微分模块104去除负导数。

在步骤212中，比较模块108确定所计算的一阶和二阶导数是否分别超过一阶和二阶导数阈值。如先前所讨论的，当发动机12在正常操作情况外操作时，导数阈值被超过。如果一阶和二阶导数超过相应阈值，比较模块108则在步骤214中设立崎岖道路标记110，而该方法在步骤216结束。如果一阶和二阶导数没有超过相应阈值，统计模块106在步骤218中去除任何异常。在步骤219中，统计模块106计算统计信号。在步骤220中，比较模块108确定统计信号是否超过统计阈值。如先前所讨论的，当发动机12在正常操作情况以外操作时，统计阈值被超过。比较模块108在步骤214设立崎岖道路标记110并且该方法在步骤216结束。如果统计信号没有超过统计阈值，比较模块108在步骤222清除崎岖道路标记110并且该方法在步骤216结束。

现在参照图5，显示了在特定时间间隔内曲轴运转的示范性状态空间。各数据点代表与曲轴转动通过特定角度所需的时间量相对应的发动机速度。示范性角度包括30°、60°、90°和120°。各采样值的一阶和二阶导数彼此相对的绘制以便产生状态空间。数据点的特定图案是发动机操作的指示。高铺展数据点倾向于指示崎岖道路。当一阶和二阶导数为负时，指示发动机断火以及发动机减速。为了防止错误诊断，崎岖道路检测系统100仅使用正的一阶和二阶导数(假设，该导数是相对曲柄速度)，以便确定车辆10是否穿越崎岖道路。

现在本领域技术人员通过上面的描述可以知道，本发明的广泛教导可以通过各种形式实现。因而，尽管结合特定实例对本发明进行了描述，但本发明的真实范围不应受此限制，因为在研究了附图、说明书以及后续权利要求后，对于本领域技术人员来书其他修改是显而易见的。

Claims (16)

1.一种崎岖道路检测系统，包括：

从振动敏感信号采集采样值的采集模块；

统计模块，所述统计模块从所述采样值去除周期性异常，利用具有基于发动机速度信号的滤波系数的滤波器从所述采样值去除随机异常，并且基于所述采样值计算统计信号；

计算所述采样值相对所述采集模块采集所述采样值的速率以及时间的至少一个的导数的微分模块，

其中当相对所述速率计算所述导数时所述微分模块去除负导数，并且其中当相对时间计算所述导数时所述微分模块去除正导数；以及

与所述统计模块通信并且基于所述统计信号和所述导数确定是否存在崎岖路况的比较模块。

2.根据权利要求1所述的崎岖道路检测系统，其特征在于：当所述比较模块确定所述统计信号超过统计阈值时存在所述崎岖路况。

3.根据权利要求2所述的崎岖道路检测系统，其特征在于：当存在所述崎岖路况时禁用发动机断火系统。

4.根据权利要求1所述的崎岖道路检测系统，其特征在于：当所述比较模块确定所述导数超过导数阈值时所述崎岖路况存在。

5.根据权利要求4所述的崎岖道路检测系统，其特征在于：所述统计信号基于所述导数。

6.一种崎岖道路检测系统，包括：

从振动敏感信号采集采样值的采集模块；

计算所述采样值的一阶和二阶导数的微分模块；以及

与所述微分模块通信并且确定是否存在崎岖路况的比较模块；

所述采集模块以特定速率采集所述采样值；

所述微分模块相对所述特定速率和时间中的至少一个计算所述一阶和二阶导数；

当相对所述特定速率计算所述一阶和二阶导数时所述微分模块去除负导数；并且

当相对时间计算所述一阶和二阶导数时所述微分模块去除正导数。

7.根据权利要求6所述的崎岖道路检测系统，其特征在于：当所述比较模块确定所述一阶导数超过一阶导数阈值并且所述二阶导数超过二阶导数阈值时，所述崎岖路况存在。

8.根据权利要求7所述的崎岖道路检测系统，其特征在于：当存在所述崎岖路况时禁用发动机断火系统。

9.一种崎岖道路检测方法，包括：

采集振动敏感信号的采样值；

从所述采样值去除周期性异常；

利用具有基于发动机速度信号的滤波系数的滤波器从所述采样值去除随机异常；

基于所述采样值计算统计信号；以及

基于所述统计信号确定是否存在崎岖路况；

以特定速率采集所述采样值；

相对所述特定速率以及时间中的至少一个计算所述采样值的导数；

当相对所述特定速率计算所述导数时去除负导数；

当相对时间计算所述导数时去除正导数；以及

基于所述统计信号和所述导数确定是否存在崎岖路况。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：当所述统计信号超过统计阈值时存在所述崎岖路况。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：进一步包括当存在所述崎岖路况时禁用发动机断火系统。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：当所述导数超过导数阈值时所述崎岖路况存在。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述统计信号基于所述导数。

14.一种检测崎岖道路的方法，包括：

从振动敏感信号采集采样值；

计算所述采样值的一阶和二阶导数；以及

基于所述一阶和二阶导数确定是否存在崎岖路况；

以特定速率采集所述采样值；

相对所述特定速率和时间中的至少一个计算所述一阶和二阶导数；

当相对所述特定速率计算所述一阶和二阶导数时去除负导数；以及

当相对时间计算所述一阶和二阶导数时去除正导数。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：当所述一阶导数超过一阶导数阈值并且所述二阶导数超过二阶导数阈值时，所述崎岖路况存在。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：当存在所述崎岖路况时禁用发动机断火系统。

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