CN101264736B - 用于限制车辆速度的系统、方法和动力系 - Google Patents

Abstract

一种用于限制车辆速度的系统，包括：基于车辆速度产生第一转矩信号的第一模块；第二模块，其基于预定的车辆速度限值和车辆速度之间的差产生第二转矩信号；和基于第一和第二转矩信号产生输出转矩信号的第三模块。输出转矩信号适于控制原动机的输出转矩。

Description

用于限制车辆速度的系统、方法和动力系

本申请要求2007年3月16日提交的美国临时申请号60/918,613的优先权。上述申请的公开文本在此作为参考引入。 

技术领域

本公开涉及限制车辆的最大速度。 

背景技术

在该段中的陈述仅提供涉及本公开的背景信息且可能不构成现有技术。 

现代公路车辆总体上骑在充气轮胎上，充气轮胎具有最大额定速 度。最大额定速度能够编程到车辆的发动机控制器内。当车辆速度达到轮胎的最大额定速度时，于是发动机控制器切断到发动机的燃料。这种布置对于保持车辆不超过其轮胎的最大额定速度是足够的，但发动机动力切断和再接合引起驾驶不舒适的反常的发动机操作。限制车辆速度的其它方法包括当车辆达到最大额定速度时减少发动机的输出转矩；然而该方法是经验性的且难以校准特定的车辆和动力系组合。 

发明内容

用于限制车辆速度的系统包括：基于车辆速度产生第一转矩信号的第一模块；第二模块，其基于预定的车辆速度限值和车辆速度之间的差产生第二转矩信号；和基于第一和第二转矩信号产生输出转矩信号的第三模块。输出转矩信号适于控制原动机的输出转矩。 

在其它特征中，第一和第二模块的至少一个包括查询表。第三模块求和第一和第二转矩信号以形成输出转矩信号。当车辆速度大于车辆速度限值时，第二转矩信号为负。当车辆速度小于车辆速度限值时，第二转矩信号为正。 

在其它特征中，该系统包括原动机。原动机是内燃机和电动机中的至少一个。 

用于限制车辆速度的方法包括：基于车辆速度产生第一转矩信号； 基于预定的车辆速度限值和车辆速度之间的差产生第二转矩信号；和基于第一和第二转矩信号产生输出转矩信号。输出转矩信号适于控制原动机的输出转矩。 

在其它特征中，产生第一转矩信号和产生第二转矩信号的至少一个包括采用查询表。产生输出转矩信号包括求和第一和第二转矩信号以形成输出转矩信号。当车辆速度大于车辆速度限值时，第二转矩信号为负。当车辆速度小于车辆速度限值时，第二转矩信号为正。原动机是内燃机和电动机中的至少一个。 

用于车辆的速度受限的动力系包括：产生转矩以推进车辆的原动机；基于车辆速度产生速度信号的速度传感器；和控制模块，其基于速度信号、预定最大速度和车辆的车轴转矩产生转矩控制信号。转矩控制信号适于控制原动机的输出转矩，且原动机的输出转矩通过传动比与车轴转矩相关。 

在其它特征中，原动机是内燃机。动力系包括电子节气门体，电子节气门体基于转矩控制信号计量到内燃机的燃烧空气。控制模块基于转矩控制信号改变燃料流率、燃料喷射正时和内燃机的点火正时中的至少一个。 

在其它特征中，原动机是电动机。控制模块基于转矩控制信号改变输送到内燃机的电功率量。 

在其它特征中，控制器还包括：基于车辆速度和车辆的空气动力学阻力系数产生第一转矩信号的第一模块；第二模块，其基于预定的最大速度和车辆速度信号之间的差产生第二转矩信号；和基于第一和第二转矩信号的和产生转矩控制信号的第三模块。 

进一步的应用领域从在此提供的说明书显而易见。应当理解的是，说明书和具体的示例仅用于说明的目的而不打算限制本公开的范围。 

附图说明

在此所述的附图仅用于说明的目的而绝不打算限制本公开的范围。 

图1是车辆的速度限制系统的功能方块图； 

图2是有轮车辆的自由体受力图； 

图3是显示能够用于图2的控制系统中的预定值的曲线图；和 

图4是显示能够用于图2的控制系统中的预定值的曲线图。 

具体实施方式

以下说明性质上仅为示范性的且绝不打算限制本公开及其应用或用途。为了清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记标识相同的元件。如在此所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当理解为意味着一种逻辑(A或B或C)，使用非排他的逻辑“或”。应当理解的是，方法内的步骤可以以不同的顺序执行而不改变本公开的原理。 

如在此所使用的，术语“模块”指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更多软件或固件程序的处理器(共享、专用、或群组)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其它合适的部件。 

现在参考图1，显示车辆速度限制系统10的几个实施例之一。速度限制系统10采用基于转矩的控制，当车辆接近预定的最大速度时，限制原动机转矩。预定的最大速度大体上小于或等于车辆轮胎的最大额定速度。本领域技术人员应当理解的是，预定的最大速度也可以与其它因素有关，例如车辆稳定性、道路和/或天气状况、驾驶员的条件等。由于当车辆达到预定的最大速度时，速度限制系统10不突然切断到发动机的燃料，速度限制系统10比现有技术的系统驾驶更舒适。 

速度限制系统10包括控制原动机14的输出转矩的控制模块12。控制模块12可以包含在发动机或动力系控制模块内，其包括处理器和存储器且是本领域技术人员所熟悉的。原动机14能够实施为内燃机、电动机、或其组合，例如混合电力动力系。通过将希望的节气门位置信号传递给发动机的电子节气门体，改变燃料喷射数量和/或正时，且/或改变发动机的点火正时，控制模块12能够控制汽油内燃机的输出转矩。通过控制燃料流率和/或输送到发动机的燃料喷射正时，控制模块12能够控制柴油内燃机的输出转矩。通过控制输送到原动机的电功率量，控制模块12能够控制电动机的输出转矩。 

控制模块12接收车辆速度信号16。车辆速度信号16可以由车辆速度传感器产生，车辆速度传感器根据车轮、车轴和/或车辆的推进轴的旋转产生电脉冲。车辆速度信号16也可以使用本领域已知的其它方法产生，例如分析来自全球定位系统(GPS)、多普勒雷达和/或声波定位仪等的数据。 

控制模块12包括第一模块24，第一模块24基于差或偏差信号25 产生第一转矩值。偏差信号25基于预定的车辆速度限值22和由车辆速度信号16表示的车辆速度之间的差。第一转矩值表示可得到以将车辆从其当前速度加速到车辆速度限值22的转矩量。第一模块24能够实施为查询表。在一些实施例中，在偏差信号25传递到第一模块24的输入之前，偏差信号25通过比例、积分和/或微分滤波器。 

控制模块12包括第二模块26，第二模块26基于车辆常数20和由车辆速度信号16表示的车辆速度产生第二转矩值。车辆常数20表示车辆的属性，例如空气动力学阻力、滚动阻力、驱动轮的滚动半径等。第二转矩值表示将车辆运动保持在它的当前速度而不加速所需要的转矩。第二模块26能够实施为查询表。 

求和模块27将第一转矩值和第二转矩值求和以得到原动机14的希望的转矩。求和模块27产生转矩指令信号28，转矩指令信号28将希望的转矩传递给原动机14。转矩指令信号28能够实施为一个或更多的信号，其适于控制到原动机14的ETC、燃料喷射流率和/或正时、点火正时、电功率等，以便原动机14实现希望的转矩。原动机14的输出转矩根据转矩指令信号28变化。改变原动机14的输出转矩也引起车辆速度，且因而引起车辆速度信号16相应地调整。 

现在参考图2，显示有轮车辆的自由体受力图50。受力图50可用于推导查询表和/或由第一和第二模块24、26采用的等价的传递函数。 

块52表示车辆质量块。角θ表示车辆行驶的道路坡度或斜率，相对于水平面。如果道路坡度未知，θ可以表示车辆预期行驶的典型或最大斜率。变量r表示车辆驱动轮的滚动半径。变量T_axle表示驱动轮的车轴转矩。本领域技术人员应当理解的是，T_axle通过在原动机14的输出轴和车轴之间引导转矩的变矩器、变速器和/或差速齿轮的传动比和/或效率与原动机14的输出转矩相关。变量F_Drag表示车辆上的空气动力学阻力。变量F_{RollingResistance}表示由车辆的车轮体现的滚动阻力。XY坐标系54参照该车辆。方向N正交于平行于X轴的车辆行进方向。W表示车辆的重力。 

应用牛顿定律求解X方向的力，得到以下方程： 

∑F_x，Block＝W·sin(θ)+F_{Wheel_Block}-F_Drag＝ma_x       (1) 

其中F_x，Block表示块52上沿X轴线的合力，F_{Wheel_Block}表示由车轮56施加在块52上的驱动力，m表示块52的质量，a_x表示平行于X轴的块 52的加速度。 

假设传动系统中没有滑动， 

$\mathrm{\Σ}{F}_{x,\mathrm{Contact}\_\mathrm{Patch}}=\frac{T_{\mathrm{Axle}}}{r}-F_{\mathrm{Rolling}\_\mathrm{Resis}\tan \mathrm{ce}}-F_{\mathrm{Wheel}\_\mathrm{Block}}=m{a}_x---\left(2\right)$

其中F_{x，Contact_Patch}表示车轮56和道路表面之间的摩擦力。 

在稳态车辆速度时，加速度为0，合并方程(1)和(2)得到： 

T_Axle＝(F_Drag+F_{Rolling_Resistance}-W·sin(θ))·r    (3) 

其中F_Drag＝0.0386·ρ_air·C_Drag·Area_Front·Vel²，且 

F_{Rolling_Resistance}＝W·cos(θ)·C_{Rolling_Resistance}

合并方程(1)、(2)和(3)，作为车辆速度(由Velocity表示)的函数给出T_Axle： 

T_Axle＝(0.0386·ρ_air·C_{Drag_coeffcient}·Area_Front·Velocity²  (4) 

+W·cos(θ)·C_{Rolling_Resistance}-W·sin(θ))·r 

其中C_{Drag_coeffient}表示车辆的阻力系数，ρ_air表示空气密度，且Area_Front表示车辆的正面面积。 

现在参考图3，曲线图70显示能够由第二模块26使用的查询表的示例。曲线图70显示转矩为例如由方程(3)表示的稳态车辆速度的函数。垂直轴72表示来自原动机14的转矩。来自原动机14的转矩通过车辆传动系统的总传动比与T_Axle相关。水平轴74表示稳态车辆速度。曲线76表示方程(4)对各个速度的结果。 

现在参考图4，曲线图90显示能够由第一模块24使用的查询表的示例。曲线图90显示加速转矩为实际车辆速度和车辆速度限值22之间的差的函数。加速转矩能够增加到来自曲线图70的稳态转矩，以达到原动机14的转矩限值。 

垂直轴92表示来自原动机14的转矩的加速部分。来自原动机14的转矩的加速部分也通过车辆传动系统的总传动比与T_Axle相关。水平轴94表示实际车辆速度和车辆速度限值22之间的差。曲线96表示在各个相应的正的(即车辆行驶快于车辆速度限值22)和负的速度偏差时的加速转矩。曲线96显示，当车辆速度偏差为正时，加速转矩为负以减少来自原动机14的总转矩输出并减速车辆。曲线96也显示，当车辆速度偏差为负时，加速转矩为正以增加来自原动机14的总转矩输出并加速车辆。 

现在，本领域技术人员从前述说明书能够理解到，本公开的广泛的教导能够以多种形式实施。因此，虽然本公开包括特定的示例，由于本领域技术人员在学习附图、说明书和以下权利要求书以后，其它变型将显而易见，本公开的真实范围不应当如此限制。 

Claims (17)

1.一种用于限制车辆速度的系统，包括：

基于车辆速度产生第一转矩信号的第一模块；

第二模块，其基于预定的车辆速度限值和车辆速度之间的差产生第二转矩信号；和

基于第一和第二转矩信号的和产生输出转矩信号的第三模块，其中输出转矩信号适于控制原动机的输出转矩。

2.根据权利要求1所述的系统，其中第一和第二模块中的至少一个包括查询表。

3.根据权利要求1所述的系统，其中当车辆速度大于车辆速度限值时，第二转矩信号为负。

4.根据权利要求1所述的系统，其中当车辆速度小于车辆速度限值时，第二转矩信号为正。

5.根据权利要求1所述的系统，还包括所述原动机。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述原动机是内燃机和电动机中的至少一个。

7.一种用于限制车辆速度的方法，包括：

基于车辆速度产生第一转矩信号；

基于预定的车辆速度限值和车辆速度之间的差产生第二转矩信号；和

基于第一和第二转矩信号的和产生输出转矩信号，其中输出转矩信号适于控制原动机的输出转矩。

8.根据权利要求7所述的方法，其中产生第一转矩信号和产生第二转矩信号中的至少一个包括采用查询表。

9.根据权利要求7所述的方法，其中当车辆速度大于车辆速度限值时，第二转矩信号为负。

10.根据权利要求7所述的方法，其中当车辆速度小于车辆速度限值时，第二转矩信号为正。

11.根据权利要求7所述的方法，其中原动机是内燃机和电动机中的至少一个。

12.一种用于车辆的速度受限的动力系，包括：

产生转矩以推进车辆的原动机；

基于车辆速度产生速度信号的速度传感器；和

控制模块，其基于速度信号、预定最大速度和车辆的车轴转矩产生转矩控制信号，其中转矩控制信号适于控制原动机的输出转矩，且原动机的输出转矩通过传动比与车轴转矩相关，所述控制模块包括：

第一模块，其基于车辆速度和车辆的空气动力学阻力系数产生第一转矩信号；

第二模块，其基于预定的最大速度和车辆速度信号之间的差产生第二转矩信号；和

第三模块，其基于第一和第二转矩信号的和产生转矩控制信号。

13.根据权利要求12所述的动力系，其中原动机是内燃机。

14.根据权利要求13所述的动力系，还包括电子节气门体，电子节气门体基于转矩控制信号计量到内燃机的燃烧空气。

15.根据权利要求13所述的动力系，其中控制模块基于转矩控制信号改变内燃机的燃料流率、燃料喷射正时和点火正时中的至少一个。

16.根据权利要求12所述的动力系，其中原动机是电动机。

17.根据权利要求16所述的动力系，其中控制模块基于转矩控制信号改变输送到电动机的电功率量。

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