CN103568840B - 车速限制执行装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车速限制执行装置和方法，限速执行装置包括一端接踏板、另一端接发动机油门/节气门以控制发动机油门开度的油门拉线，以及套装在油门拉线上的油门线护套，还包括所述油门拉线贯穿的油门线支座以及拉线行程调整单元，还包括控制所述拉线行程调整单元的控制执行单元；本发明可实现机械节气门车辆，其车速限制过程与踏板用力大小无关，且可保持制动过程车速变化的平稳。
Description
技术领域
本发明涉及机动车技术领域，更具体的说，涉及一种车速限制执行装置。
背景技术
最新颁布的机动车辆安全技术规范，规定了部分车辆必须具有最高车速限制功能。对具有电子节气门的汽油发动机/天然气发动机和电控柴油机而言，其控制系统只需简单控制发动机的输出功率就可以实现该功能。但对于使用机械泵的柴油机和使用机械式节气门的汽油机/天然气发动机而言，只能通过对发动机断油或断火来实现车速限制功能，但这样的实现方式会引起车速的大幅度波动，不能满足法规对限速时对车速稳定性的性能要求。
现有技术中，通过限制油门踏板的踩下深度以达到限速的目的的技术方案已有人提供，其不足之处在于两个方面：一是会引起驾驶员的油门感受发生明显变化，二是执行机构必须能克服驾驶员的踩踏力，而驾驶员的踩踏力量可能会很大，因此对执行元件要求较大功率。另一种现有技术的解决方案是通过更换电子节气门来实现。但这种方案只能解决汽油机/天然气发动机的需求，不能满足机械泵柴油机的需求，且需要原车ECU（电子控制单元）须提供电子节气门的驱动功能，对发动机进行重新标定。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种车速限制执行装置和方法，可以克服现有技术上述不足，实现机械节气门车辆，其车速限制过程与踏板用力大小无关，且可保持制动过程车速变化的平稳。
本发明上述技术问题这样解决，构造一种车速限制执行装置，包括一端接踏板、另一端接发动机油门/节气门以控制发动机油门开度的油门拉线，以及套装在油门拉线上的油门线护套，其特征在于，还包括所述油门拉线贯穿的油门线支座、控制执行单元以及拉线行程调整单元，所述控制执行单元包括用于驱动所述移动支座沿所述油门拉线轴向位移的步进电机和检测到车速超过第一速度时控制所述拉线行程调整单元使所述油门拉线有效行程变长油门开度变小以及在车速低于第二速度时控制所述拉线行程调整单元使所述油门拉线有效行程缩短油门开度变大的控制单元，所述第一速度大于或等于第二速度。
在上述车速限制执行装置中，所述拉线行程调整单元包括被所述拉线通过并用于移动改变拉线有效行程的移动支座；当车速大于第一速度时，所述步进电机控制使所述移动支座朝离开油门线支座方向位移；当车速低于第二速度时，所述步进电机控制使所述移动支座向着所述油门线支座方向位移。
在上述车速限制执行装置中，所述移动支座的最大行程为发动机的油门行程，所述移动支座受力等于油门回位弹簧的拉力。
在上述车速限制执行装置中，所述拉线行程调整单元包括装置在所述控制执行单元上、被所述油门拉线通过的移动滑轮；当车速超过第一速度时，所述步进电机控制使所述移动滑轮向着所述油门线支座方向位移；当车速低于第二速度时，所述步进电机控制使所述移动滑轮朝离开所述油门线支座方向位移。
在上述车速限制执行装置中，所述移动滑轮的最大行程为发动机的油门行程的一半，所述移动滑轮受力等于油门回位弹簧拉力的两倍。
在上述车速限制执行装置中，所述拉线行程调整单元包括装置在所述控制执行单元上、被所述油门拉线通过的移动杠杆；当车速超过第一速度时，所述步进电机使所述移动杠杆向着所述油门线支座方向位移；当车速低于第二速度时，所述步进电机控制使所述移动杠杆朝离开所述油门线支座方向位移。
在上述车速限制执行装置中，所述移动杠杆的最大行程为发动机的油门行程的一半，所述移动杠杆受力等于油门回位弹簧拉力的两倍。
在上述车速限制执行装置中，所述控制执行单元包括包括步进电机和控制单元。
本发明另一技术问题这样解决，构造一种车速限制执行方法，包括以下步骤：
S1)检测当前车速；
S2)车速大于第一速度时，通过拉线行程调整单元增加拉线有效行程减小油门开度；
S3)车速小于第二速度时，通过拉线行程调整单元缩短拉线有效行程增大油门开度。
在上述车速限制执行方法中，所述拉线行程调整单元包括由电机驱动的移动支座、移动滑轮或移动杠杆、装置主体、由步进电机的丝杆啮合驱动的传动螺母以及传动螺母通过螺纹连接驱动的传动轴，所述传动螺母由一个从装置主体上置入的导向螺钉所限位防止传动轴做圆周运动。
实施本发明提供的车速限制执行装置和方法，实现了机械节气门车辆，其车速限制过程与踏板用力大小无关，且可保持制动过程车速变化的平稳。
在上述车速限制执行方法中，所述拉线行程调整单元包括由电机驱动的移动支座、移动滑轮或移动杠杆。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明车速限制执行装置第一实施例的原理性示意图；
图2是本发明车速限制执行装置第二实施例的原理性示意图；
图3是本发明车速限制执行装置第三实施例的原理性示意图；
图4是本发明所采用的汽油机械式油门（节气门）的原理结构示意图；
图5是本发明所采用的油门拉线结构示意图；
图6是本发明控制执行单元2的结构示意图；
图7是本发明车速限制执行装置第一实施例的结构示意图；
图8-图11是本发明车速限制执行装置测试结果示意图。
具体实施方式
本发明是在车辆超速时将油门拉线的有效长度相对变长，以降低发动机功率；当车速低于规定限速时其长度又被逐渐缩短到初始长度；长度缩短的过程中连续监测车速的变化，当车速再次超过规定值时停止缩短过程，甚至再次延长其有效长度。由于有效长度的变化几乎是连续的，因此对发动机功率的控制也是连续的，可以满足法规对整车限速的性能需求。同时，油门拉线无论在机械泵柴油机上还是在机械节气门汽油机/天然气发动机上都是相同的，可以同时满足这两种机型的需求。由于没有更换节气门，因此电控系统不需要重新标定。
在图1示出的本发明的车速限制执行装置的第一实施例中，包括油门拉线4、油门线护套7、执行器、及油门拉线支座5。其中，油门拉线4一端接踏板1、另一端接发动机油门/节气门3，用于控制发动机油门开度9，油门拉线4从踏板1引出，依次通过移动支座61和油门拉线支座5,最后连接到发动机油门/节气门3,在移动支座61和油门拉线支座5之间的油门拉线4上套装有油门线护套7，护套7的一端与移动支座61固定连接。如图1示，油门拉线支座5固定在车辆车体地板上，移动支座61受控可移动，移动支座61沿油门拉线方向的移动由控制执行单元2控制。从而可见，油门拉线4的运动主要靠作用于油门拉线4一端的油门踏板1和作用于油门拉线4中途点的移动支座61控制。在不考虑移动支座61作用情形下，如图1所示，当油门踏板1控制油门拉线4向左移动时，油门/节气门3被向左拉动，使发动机油门变大；当油门踏板1控制油门拉线4向右移动时，油门/节气门3被向右拉动，发动机油门变小，车辆减速。在此基础上考虑移动支座61对油门拉线的作用，当移动支座61向左移动时，油门拉线4的有效长度相对护套7变长，油门/节气门3受到被向右拉动的力而右移，使发动机油门变小；而当移动支座61向右移动时，油门拉线4的有效长度相对护套7变短，油门/节气门3被向左拉动，发动机油门变大，从而使车辆加速。其中，油门踏板1由驾驶员操控，移动支座61的移动是由控制执行单元2控制和决定的。具体地说，当检测到当前车速超过第一速度时，控制执行单元2控制移动支座61向右移动使油门拉线4有效行程变长油门开度9变小；当检测出当前车速低于第二速度时，控制执行单元2控制移动支座61向左移动使油门拉线4有效行程缩短油门开度9变大。由于是实时响应速度变化，可及时进行应对处理，因此车速变化平稳。其中，第一速度应大于或等于第二速度。在上述实施例中，移动支座61是执行装置的一部分，其运动受控制执行单元2的控制，当移动支座61被移动到最右端时即为初始位置，车速限制装置不起作用。在上述实施例中，负责移动支座61的控制执行单元2在的这一功能，可由多种方式实现，例如，用步进电机21实现，也可用直流电机或其他方式实现。较优选的是使用直线步进电机21，因其具有不需要位置反馈且能堵转的特性。油门拉线4的位移调节量的长度，建议等于油门的行程，这样一来，当驾驶员将油门全部踩下时，本装置可以将油门完全松开，即严重超速时，使得加大油门的踏板不起作用。此外，如图示，移动支座61的受力等于油门/节气门3回位弹簧的拉力，与驾驶员踩踏板的力无关，从而实现使用感受不受大的影响。
在图2示出本发明第二实施例中，采用了移动滑轮62代替了上一实施例中的移动支座61作为拉线行程调整单元6，该移动滑轮62装在控制执行单元2，改变了踏板受力作用的方向。此外，同样包括油门拉线4、油门拉线护套7、油门拉线支座5等。其中，油门拉线4的两端，一端系踏板1、另一端接发动机油门/节气门3，两端都在移动滑轮62的同一侧。从图2中可见，控制发动机油门开度9的油门拉线4从通过控制执行单元2一侧的踏板1引出，绕过移动滑轮62再通过控制执行单元2到踏板1同一侧的护套7到达并连接油门/节气门3。在拉线支座5和控制执行单元2之间的油门拉线4上套装有油门线护套7，护套7的一端与控制执行单元2固定连接。如图示，控制执行单元2固定在车辆车体地板上，移动滑轮62受控于控制执行单元2，移动滑轮62距离控制执行单元2的距离由控制执行单元2控制。从而可见，油门拉线4的运动主要靠作用于油门拉线4一端的油门踏板1和作用于油门拉线4中途点的移动滑轮62控制。在不考虑移动滑轮62作用情形下，如图2所示，当油门踏板控制油门拉线4向左移动时，油门/节气门3被向右拉动，发动机油门变大；当油门踏板控制油门拉线4向右移动时，油门/节气门3被向左拉动，发动机油门变小。在考虑移动滑轮动作情形下，当移动滑轮62向左移动时，油门拉线4的有效长度相对护套7变长，油门/节气门3被向左拉动，发动机油门变小，抑制过高车速；当移动滑轮62向右移动时，油门拉线4的有效长度相对护套7变短，油门/节气门3被向右拉动，发动机油门变大，起到辅助增速之功效。同样，在本实施例中，移动滑轮62是执行装置的一部分，其运动受控制执行单元体2的控制，当其达到最右端时即为初始位置，移动滑轮62不起作用。移动滑轮62的运动可由多种方式实现，可用步进电机21实现，也可用直流电机或其他方式实现。优选使用直线步进电机21，因其具有不需要位置反馈且能堵转的特性。同样理由，油门拉线4行程的最大调节量等于油门行程，这样一来，当驾驶员将油门全部踩下时，本装置可以将油门完全松开。与上一实施例相比，本实施例中的移动滑轮62的受力是油门回位弹簧的2倍，但对油门拉线有效长度的调节量也是方式1的2倍；这意味着油门回位弹簧力必须较小，否则驾驶员的踏板力就会太大。
在图3示出本发明第三实施例中，采用了移动杠杆63代替了第二实施例中的移动滑轮62作为拉线行程调整单元6，该移动杠杆63装在控制执行单元2上，控制执行单元2固定在车辆车体地板上。同样，油门拉线4分两段，第一段的一端系踏板1，第一段的另一端连接移动杠杆63的一端，油门拉线4第2段的一端连接移动杠杆63另一端，油门拉线4第二段的另一段接油门/节气门3，移动杠杆63的移动由控制执行单元2控制。而油门拉线4的运动主要靠作用于油门拉线4一端的油门踏板1和移动移动杠杆63控制。在不考虑移动杠杆63作用情形下，如图3所示，当油门踏板1控制油门拉线4向左移动时，油门3被向右拉动，发动机油门变大；当油门踏板1控制油门拉线4向右移动时，油门被向左拉动，发动机油门变小。当考虑移动杠杆63作用情况下，当移动杠杆63向左移动时，油门拉线4的有效长度变长，油门被向左拉动，发动机油门变小；当移动杠杆63向右移动时，油门拉线4的有效长度变短，油门3被向右拉动，发动机油门变大。其中，移动杠杆63是执行装置的一部分，其运动受控制执行单元2控制，当其达到最右端时即为初始位置，即移动杠杆63不再影响车速。此处，移动杠杆63的运动可由多种方式实现，可用步进电机21实现，也可用直流电机或其他方式实现。优选使用直线步进电机21，因其具有不需要位置反馈且能堵转的特性。类似地，推荐的油门拉线4调节量等于油门行程，这样一来，当驾驶员将油门全部踩下时，本装置可以将油门完全松开，从而使踏板不起作用。与第一实施例相比，本实施例中移动杠杆63受力是油门回位弹簧的2倍，但对油门拉线4有效长度的调节量也是方式1的2倍；这意味着油门回位弹簧力必须较小，否则驾驶员的踏板力就会太大。其中，上述油门拉线可以是带护套的油门拉线，也可以是简单的钢丝拉线，甚至可以是其他方式的油门机构。本发明的精髓是在脚踩的基础上“松油门”从而达到限制车速的目的，同时避免了“抵抗驾驶员脚踏力”的缺陷，因为脚踏力可能很大。
如以上实施例可知，本发明车速限制执行装置是串联在油门拉线中的，油门的控制由脚踏板和本装置同时作用而完成，两种控制相互正交，控制的结果是两者之和。因此本装置可以用于需要两个控制源的场合。将本装置在油门拉线中串联多个，可以用于需要多个控制源的场合。
图4示出了本发明所采用的汽油机械式油门（节气门）的原理结构，图中可见，进入发动机燃烧的空气/混合气8通过节气门阀板52的转角，对应于油门开度9的角度来进行控制，油门开度9的角度越大，进入发动机的空气/混合气8的流量就越大，相反，进入发动机的空气/混合气8的流量就越小，可见油门开度9可以决定发电机功率的大小。
图5示出了本发明所采用的油门拉线结构示意图，其中，包含了节气门轴51以及节气门轴51同轴的扇形节气门阀板52；而油门拉线4的一端固定在扇形节气门阀板52的一个边侧，通过节气门阀板52上的油门拉线槽53，通向控制侧。换言之，控制侧作用于油门拉线4向右拉动时，带动节气门轴51旋转，从而影响节气门开度，进而影响发动机功率。
在图6示出本发明控制执行单元2的结构示意图中，有装置主体60，装置主体60内有步进电机21，步进电机21的丝杆23啮合并驱动，在装置主体60内传动螺母64通过螺纹与传动轴65连接，即啮合驱动从装置主体60伸出的传送轴65进退；传动螺母64由一个从装置主体60上置入的导向螺钉66所限位防止传动轴65做圆周运动，而传动轴65上有轴可随步进电机21转向而前后位移，用以控制油门拉线的位移。工作时，步进电机21其丝杆23带动传动螺母64作直线运动，最后传动到油门拉线做直线运动。
图7示本发明车速限制执行装置第一实施例的结构示意图中，一端是固定在车体地面的油门踏板1，另一端是油门节气门3连接处，其间连接有油门拉线4，自左起有呈自由弯曲状的部分，接着是移动支座61，而移动支座62由控制执行单元2内的步进电机21控制，而步进电机21由控制单元22控制，该控制单元22根据检测到的车速是否超过第一速度或低于第二速度，决定是否控制移动支座61望左还是往右,通过控制步进电机21的转向调整油门的开度大小即发动机的功率大小达到限速或去限速的效果。
图8-图11示本发明车速限制执行装置测试结果示意图中，设定速度Vset=80km/h，稳定速度Vstab=83.15km/h，最大速度Vmax=85.03km/h
1）、速度首次稳定后，大于0.1s时间内，速度斜率达到0.2m/s2，符合标准要求（0.5m/s2以内）；
2）、车速达到稳定车速条件，达到稳定时间为8.62s，符合标准要求（10s以内），大于0.1s时间，速度斜率为0.10m/s2，符合标准要求（0.2m/s2以内）；
3）、速度波动过程，速度变化最大达到1.59km/h，符合标准要求（速度变化不超过4%×Vstab或2km/h两者中的较大值），Vmax=85.03km/h，符合标准要求（1.05×Vstab以内）。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，例如也可以在（1）处接油门/节气门在（3）处接踏板，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (6)
1.一种车速限制执行装置，包括一端接踏板(1)、另一端接发动机油门/节气门(3)以控制发动机油门开度(9)的油门拉线(4)，以及套装在油门拉线(4)上的油门线护套(7)，其特征在于，还包括所述油门拉线(4)贯穿的油门线支座(5)、控制执行单元(2)以及拉线行程调整单元(6)，所述控制执行单元(2)包括用于驱动移动支座(61)沿所述油门拉线(4)轴向位移的步进电机(21)和检测到车速超过第一速度时控制所述拉线行程调整单元(6)使所述油门拉线(4)有效行程变长油门开度(9)变小以及在车速低于第二速度时控制所述拉线行程调整单元(6)使所述油门拉线(4)有效行程缩短油门开度(9)变大的控制单元(22)，所述第一速度大于或等于第二速度；
所述拉线行程调整单元(6)包括被所述油门拉线(4)通过并用于移动改变油门拉线(4)有效行程的移动支座(61)；当车速大于第一速度时，所述步进电机(21)控制使所述移动支座(61)朝离开油门线支座(5)方向位移；当车速低于第二速度时，所述步进电机(21)控制使所述移动支座(61)向着所述油门线支座(5)方向位移。
2.根据权利要求1所述的车速限制执行装置，其特征在于，所述移动支座(61)的最大行程为发动机的油门行程，所述移动支座(61)受力等于油门回位弹簧的拉力。
3.一种车速限制执行装置，包括一端接踏板(1)、另一端接发动机油门/节气门(3)以控制发动机油门开度(9)的油门拉线(4)，以及套装在油门拉线(4)上的油门线护套(7)，还包括所述油门拉线(4)贯穿的油门线支座(5)、控制执行单元(2)以及拉线行程调整单元(6)，所述控制执行单元(2)包括用于驱动移动滑轮(62)沿所述油门拉线(4)轴向位移的步进电机(21)和检测到车速超过第一速度时控制所述拉线行程调整单元(6)使所述油门拉线(4)有效行程变长油门开度(9)变小以及在车速低于第二速度时控制所述拉线行程调整单元(6)使所述油门拉线(4)有效行程缩短油门开度(9)变大的控制单元(22)，所述第一速度大于或等于第二速度，其特征在于，所述拉线行程调整单元(6)包括装置在所述控制执行单元(2)上、被所述油门拉线(4)通过的移动滑轮(62)；当车速超过第一速度时，所述步进电机(21)控制使所述移动滑轮(62)向着所述油门线支座(5)方向位移；当车速低于第二速度时，所述步进电机(21)控制使所述移动滑轮(62)朝离开所述油门线支座(5)方向位移。
4.根据权利要求3所述的车速限制执行装置，其特征在于，所述移动滑轮(62)的最大行程为发动机的油门行程的一半，所述移动滑轮(62)受力等于油门回位弹簧拉力的两倍。
5.根据权利要求1-4中任何一项所述的车速限制执行装置，其特征在于，所述控制执行单元(2)包括步进电机(21)和控制单元(22)。
6.一种车速限制执行方法，其特征在于，车速限制执行方法包括以下步骤：
检测当前车速；
车速大于第一速度时，通过拉线行程调整单元(6)增加拉线(4)有效行程减小油门开度(9)；
车速小于第二速度时，通过拉线行程调整单元(6)缩短拉线(4)有效行程增大油门开度(9)；
所述拉线行程调整单元(6)包括由电机驱动的移动支座(61)或移动滑轮(62)、装置主体(60)、由步进电机(21)的丝杆(23)啮合驱动的传动螺母(64)以及传动螺母(64)通过螺纹连接驱动的传动轴(65)，所述传动螺母(64)由一个从装置主体(60)上置入的导向螺钉(66)所限位防止传动轴(65)做圆周运动。
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| CN102582430A (zh) * | 2012-03-14 | 2012-07-18 | 邹平圣达汽配科技有限公司 | 一种拉线油门汽车限速定速控制器及其限速定速方法 |
| CN102582435A (zh) * | 2012-03-06 | 2012-07-18 | 孙景堂 | 一种汽车定速巡航装置 |
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2012
- 2012-07-20 CN CN201210252471.2A patent/CN103568840B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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