CN103742279A - 一种车辆智能限速系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆智能限速系统和方法，GPS导航模块检测车辆目前所在道路的最高限速值，车速传感器检测车辆行驶速度，发动机电子控制单元根据目前车速及最高限速值的差值，通过闭环限速控制调节节气门和喷油器，将车速限制规定速度范围内，同时在执行限速动作时点亮制动灯对其他车辆进行警示确保安全，通过语音提示系统对本车驾驶员发出警示，提示使驾驶员了解限速做动情况。本发明对车辆所处路段及当前车速进行实时监控，电子控制单元根据需要进行主动智能车速限制，提高了车辆行驶的安全性，同时在一定程度上减少了交管部门的工作压力。

Description

一种车辆智能限速系统和方法

技术领域

本发明涉及汽车电子领域，具体涉及一种车辆智能限速系统和方法。 

背景技术

因国内各种道路最高限速值差异较大，道路限速标示不够清晰。非常容易导致车辆超速行驶，这给交通部门带来较大的管理压力，也给用户带来较大安全隐患。 

目前解决上述的问题方法主要有：车辆开发限速功能，通过人为设定最高限速值；在制动踏板等处安装控制装置，当车速达到最高限值时，主动干预限制车速。 

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种简单，且成本低的改善方案，实测当前路段限速值和当前车速，电子控制单元通过比较计算对车速进行控制确保车辆在规定速度范围内行驶。 

为了解决上述技术问题本发明的技术方案为一种车辆智能限速系统，其特征在于包括：发动机电子控制单元，连接于所述发动机电子控制单元输入端的车速传感器、发动机转速传感器和GPS导航模块，连接于所述发动机电子控制单元输出端的限速执行器；GPS导航 模块检测车辆所在道路的限速值，并将限速值传送至发动机电子控制单元；车速传感器检测车辆当前行驶速度并将行驶速度传送至发动机电子控制单元；发动机电子控制单元接收限速值和行驶速度并进行计算，向限速执行器发出闭环限速控制信号或退出闭环限速控制信号。 

较佳地，限速执行器包括节气门和喷油器；限速执行器接收到闭环限速控制信号时，节气门的开度减小，喷油器的脉宽减小；限速执行器接收到退出闭环限速控制信号时，节气门的开度停止减小，喷油器的脉宽停止减小。 

较佳地，该系统还包括连接于发动机电子控制单元的制动灯和语音提示系统；发动机电子控制单元输出闭环限速控制信号时打开制动灯并输出语音提示，发动机电子控制单元输出退出闭环限速控制信号时关闭制动灯并输出语音提示。 

本发明还提供了一种车辆智能限速方法，包括以下步骤：(1)GPS导航模块检测车辆所在道路的限速值，将限速值传送至发动机电子控制单元；车速传感器实时检测车辆当前行驶速度，将实时检测的行驶速度传送至发动机电子控制单元；(2)发动机电子控制单元对接收到的行驶速度和限速值进行计算，比较行驶速度是否大于或等于限速值与偏移量之和，若是，则进入步骤(3)，若否，则回到步骤(1)；(3)发动机电子控制单元向限速执行器发出闭环限速控制信号，限速执行器执行闭环限速控制。 

较佳地，步骤(3)之后还包括以下步骤：(4)GPS导航模块继续检测车辆所在道路的限速值，将限速值传送至发动机电子控制单元；车 速传感器继续实时检测车辆当前行驶速度，将实时检测的行驶速度传送至发动机电子控制单元；(5)发动机电子控制单元对接收到的行驶速度和限速值进行计算，比较行驶速度是否大于或等于限速值与偏移量之和，若是，则回到步骤(3)，若否，则进入步骤(6)；(6)发动机电子控制单元向限速执行器发出退出闭环限速控制信号，限速执行器退出闭环限速控制，并回到步骤(1)。 

较佳地，闭环限速控制包括：将实时检测的行驶速度与预存的阻力项查询表内的数据进行匹配得到道路阻力项；实时监测的行驶速度减去限速值与偏移量之和，将所得差值与预存的闭环控制项查询表内的数据进行匹配得到闭环控制项；依次计算出车辆目标牵引力、发动机目标扭矩、平均缸内有效压力IMEP和所需燃油质量；将所需燃油质量除以喷油器单位时间喷油量得到喷油器目标喷油脉宽；将所需燃油质量乘以空燃比得到所需空气质量，通过公式：所需空气质量/(60/发动机转速/2)，计算得到空气流量；发动机电子控制单元从发动机转速传感器接收到发动机转速，将发动机转速和空气流量与预存的节气门开度查询MAP图进行匹配得到目标节气门开度；限速执行器的喷油器按目标喷油脉宽执行，限速执行器的节气门的开度变化目标节气门开度。 

较佳地，目标牵引力的计算方法是：目标牵引力=道路阻力项+闭环控制项；发动机目标扭矩的计算方法是：目标扭矩=（目标牵引力/速比*发动机飞轮力臂）/传动系统传动效率，速比是从发动机输出到车轮之间传动系统的速比；平均缸内有效压力IMEP的计算方法是： 平均缸内有效压力IMEP=(2*2π*发动机目标扭矩)/气缸容积；所需燃油质量的计算方法是：所需燃油质量=平均缸内有效压力IMEP/(发动机热效率*常数)，常数为(燃油热值*10的六次方*汽缸数)/气缸容积。 

较佳地，偏移量依据限速值按比例确定，或由偏移量输入单元输入至发动机电子控制单元。 

较佳地，发动机电子控制单元输出闭环限速控制信号的同时打开制动灯，发动机电子控制单元输出退出闭环限速控制信号的同时关闭制动灯。 

本发明的有益效果在于：GPS导航模块检测车辆目前所在道路的最高限速值，车速传感器检测车辆行驶速度，发动机电子控制单元根据目前车速与最高限速值和偏移量之和的差值，得出限速执行器的目标，通过闭环限速控制调节节气门开度和喷油器脉宽的减小量，通过本发明的闭环限速控制计算方式可以使节气门开度逐渐减小、喷油器的喷油量逐步减小，渐缓的将车速限制在最大限速值的范围之内。同时在执行限速动作时点亮制动灯对其他车辆进行警示确保安全，通过语音提示系统对本车驾驶员发出警示，提示使驾驶员了解限速做动情况。本发明对车辆所处路段及当前车速进行实时监控，电子控制单元根据需要进行主动智能车速限制，提高了车辆行驶的安全性，同时在一定程度上减少了交管部门的工作压力。 

附图说明

图1为本发明实施例的系统结构示意图； 

图2为本发明实施例的工作方法流程图； 

图3为本发明实施例的闭环限速控制的流程图； 

图4为本发明实施例阻力项查询表，其中x轴表示车辆的行驶速度，y轴表示阻力项； 

图5为本发明实施例闭环控制项查询表，其中x轴表示行驶速度-(限速值+偏移量)之间的差值，y轴表示闭环控制项； 

图6为本发明实施例节气门开度查询MAP图，其中x方向表示发动机转速、y方向表示空气流量、z方向表示节气门开度。 

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，以优选实施例并结合附图作详细说明如下。 

如图1所示本发明提供了一种车辆智能限速系统，包括：发动机电子控制单元，连接于所述发动机电子控制单元输入端的车速传感器、发动机转速传感器和GPS导航模块，连接于所述发动机电子控制单元输出端的限速执行器；GPS导航模块用于检测车辆所在道路的限速值，并将限速值传送至发动机电子控制单元；车速传感器用于检测车辆当前行驶速度，并将行驶速度传送至发动机电子控制单元； 

发动机电子控制单元接收限速值和行驶速度并进行计算，向限速执行器发出闭环限速控制信号或退出闭环限速控制信号；限速执行器包括节气门和喷油器；限速执行器接收到闭环限速控制信号时，节气 门的开度减小，喷油器的脉宽减小；限速执行器接收到退出闭环限速控制信号时，节气门的开度停止减小，喷油器的脉宽停止减小。 

本实施例的车辆智能限速系统还包括制动灯，制动灯连接于发动机电子控制单元，发动机电子控制单元输出闭环限速控制信号时打开制动灯，发动机电子控制单元输出退出闭环限速控制信号时关闭制动灯。本实施例的车辆智能限速系统还包括连接于发动机电子控制单元的语音提示系统。 

如图2所示上述车辆智能限速系统的工作流程为： 

1、GPS导航模块检测车辆所在道路的限速值，将所述限速值传送至所述发动机电子控制单元；车速传感器实时检测车辆当前行驶速度，将实时检测的所述行驶速度传送至所述发动机电子控制单元； 

2、发动机电子控制单元对接收到的所述行驶速度和所述限速值进行计算，比较行驶速度是否大于或等于所述限速值与偏移量之和，若是，则进入第3步，若否，则回到第1步； 

3、如图3所示的发动机电子控制单元计算闭环限速控制信号，限速执行器执行闭环限速控制包括以下步骤： 

(31)将实时检测行驶速度与如图4所示的发动机电子控制单元内预存的阻力项查询表内的数据进行匹配得到道路阻力项；图4中x轴表示车辆的行驶速度，单位为km/h，y轴表示阻力项单位为N； 

行驶速度减去限速值与偏移量之和，将所得差值与如图5所示的发动机电子控制单元内预存的闭环控制项查询表内的数据进行匹配得到闭环控制项；图5中x轴表示行驶速度-(限速值+偏移量)之间的 差值，单位为km/h，y轴表示闭环控制项，单位为N； 

(32)依次计算出车辆目标牵引力、发动机目标扭矩、平均缸内有效压力IMEP和所需燃油质量： 

车辆目标牵引力=道路阻力项+所述闭环控制项，车辆目标牵引力表示让车辆回到目标行驶速度所需要的牵引力； 

当前车速向目标车速变化时通过牵引力作用，闭环控制项作为对道路阻力项的修正项，共同作用于目标牵引力，根据行驶车速、限速值和偏移量进行运算的周期不同而实时变化的，道路阻力项和闭环控制项在本实施例中的变化方式已由图4和图5示出。 

发动机目标扭矩=(目标牵引力/速比*发动机飞轮力臂)/传动系统传动效率，这里的速比是从发动机输出到车轮之间传动系统的速比； 

平均缸内有效压力IMEP=(2*2π*发动机目标扭矩)/气缸容积； 

所需燃油质量=平均缸内有效压力IMEP/(发动机热效率*常数)，常数=(燃油热值*10的六次方*汽缸数)/气缸容积； 

上述的传动系统摩擦损耗、速比、气缸容积、发动机热效率、常数、空燃比在本实施例的系统搭载到整车上作适应性开发时已经通过标定输入并存储于发动机电子控制单元的ROM中， 

(33)将所需燃油质量除以喷油器单位时间喷油量得到喷油器目标喷油脉宽；喷油器单位时间喷油量由喷油量的流量特性决定。 

(34)将所需燃油质量乘以空燃比得到所需空气质量，通过公式：所需空气质量/(60/发动机转速/2)，计算得到空气流量；所述发动机电子控制单元从发动机转速传感器接收到发动机转速，将所述发动机转 速和所述空气流量与如图6所示的发动机电子控制单元内预存的节气门开度查询MAP图进行匹配得到目标节气门开度； 

图6中x方向表示发动机转速，单位为r/min、y方向表示空气流量，单位为g/s、z方向表示节气门开度，单位为%。 

(35)所述限速执行器的喷油器执行步骤(33)所得目标喷油脉宽，所述限速执行器的节气门的开度变化为步骤(34)所得目标节气门开度。 

4、GPS导航模块再次检测车辆所在道路的限速值，将限速值传送至所述发动机电子控制单元；车速传感器再次检测车辆当前行驶速度，将行驶速度传送至发动机电子控制单元。 

5、发动机电子控制单元对接收到的行驶速度和限速值进行计算，比较行驶速度是否大于或等于限速值与偏移量之和，若是，则回到第3步，若否，则进入第6步。 

6、发动机电子控制单元向限速执行器发出退出闭环限速控制信号，限速执行器接收到退出闭环限速控制信号时，节气门的开度停止减小，喷油器的脉宽停止减小，关闭制动灯，并通过语音提示系统发出退出限速控制的语音提示。 

完成上述步骤之后再回到第1步，这样在车辆运行中不断的循环本实施例的技术方案，一方面实现了对车辆超速时候的减缓减速功能，另一方面可以在道路限速值发生变化时可以及时调整减速或退出减速控制的方案。 

偏移量为对应允许最大车速补偿量，在系统搭载到整车并作适应 性开发时标定。本实施例依据限速值按比例确定，取限速值的10%。另外偏移量还可以由偏移量输入单元预先输入至发动机电子控制单元。 

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围 。

Claims (9)

1.一种车辆智能限速系统，其特征在于包括：发动机电子控制单元，连接于所述发动机电子控制单元输入端的车速传感器、发动机转速传感器和GPS导航模块，连接于所述发动机电子控制单元输出端的限速执行器；

所述GPS导航模块检测车辆所在道路的限速值，并将所述限速值传送至所述发动机电子控制单元；所述车速传感器检测车辆当前行驶速度并将所述行驶速度传送至所述发动机电子控制单元；所述发动机电子控制单元接收所述限速值和所述行驶速度并进行计算，向所述限速执行器发出闭环限速控制信号或退出闭环限速控制信号。

2.如权利要求1所述的一种车辆智能限速系统，其特征在于：所述限速执行器包括节气门和喷油器；所述限速执行器接收到所述闭环限速控制信号时，节气门的开度减小，喷油器的脉宽减小；所述限速执行器接收到所述退出闭环限速控制信号时，节气门的开度停止减小，喷油器的脉宽停止减小。

3.如权利要求1所述的一种车辆智能限速系统，其特征在于：该系统还包括连接于所述发动机电子控制单元的制动灯和语音提示系统；所述发动机电子控制单元输出所述闭环限速控制信号时打开制动灯并输出语音提示，所述发动机电子控制单元输出所述退出闭环限速控制信号时关闭制动灯并输出语音提示。

4.一种车辆智能限速方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)GPS导航模块检测车辆所在道路的限速值，将所述限速值传送至所述发动机电子控制单元；车速传感器实时检测车辆当前行驶速度，将实时检测的所述行驶速度传送至所述发动机电子控制单元；

(2)发动机电子控制单元对接收到的所述行驶速度和所述限速值进行计算，比较行驶速度是否大于或等于所述限速值与偏移量之和，若是，则进入步骤(3)，若否，则回到步骤(1)；

(3)发动机电子控制单元向限速执行器发出闭环限速控制信号，所述限速执行器执行闭环限速控制。

5.如权利要求4所述的一种车辆智能限速方法，其特征在于所述步骤(3)之后还包括以下步骤：

(4)GPS导航模块继续检测车辆所在道路的限速值，将所述限速值传送至所述发动机电子控制单元；车速传感器继续实时检测车辆当前行驶速度，将实时检测的所述行驶速度传送至所述发动机电子控制单元；

(5)发动机电子控制单元对接收到的所述行驶速度和所述限速值进行计算，比较行驶速度是否大于或等于所述限速值与偏移量之和，若是，则回到所述步骤(3)，若否，则进入步骤(6)；

(6)发动机电子控制单元向限速执行器发出退出闭环限速控制信号，所述限速执行器退出闭环限速控制，并回到所述步骤(1)。

6.如权利要求4或5所述的一种车辆智能限速方法，其特征在于：所述闭环限速控制包括：

将实时检测的所述行驶速度与预存的阻力项查询表内的数据进行匹配得到道路阻力项；实时监测的所述行驶速度减去所述限速值与所述偏移量之和，将所得差值与预存的闭环控制项查询表内的数据进行匹配得到闭环控制项；

依次计算出车辆目标牵引力、发动机目标扭矩、平均缸内有效压力IMEP和所需燃油质量；

将所述所需燃油质量除以喷油器单位时间喷油量得到喷油器目标喷油脉宽；

将所述所需燃油质量乘以空燃比得到所需空气质量，通过公式：所需空气质量/(60/发动机转速/2)，计算得到空气流量；所述发动机电子控制单元从发动机转速传感器接收到发动机转速，将所述发动机转速和所述空气流量与预存的节气门开度查询MAP图进行匹配得到目标节气门开度；

所述限速执行器的喷油器按所述目标喷油脉宽执行，所述限速执行器的节气门的开度变化所述目标节气门开度。

7.如权利要求6所述的一种车辆智能限速方法，其特征在于：

所述目标牵引力的计算方法是：目标牵引力=道路阻力项+所述闭环控制项；

所述发动机目标扭矩的计算方法是：目标扭矩=(目标牵引力/速比*发动机飞轮力臂)/传动系统传动效率；所述速比是从发动机输出到车轮之间传动系统的速比；

所述平均缸内有效压力IMEP的计算方法是：平均缸内有效压力IMEP=(2*2π*发动机目标扭矩)/气缸容积；

所需燃油质量的计算方法是：所需燃油质量=平均缸内有效压力IMEP/(发动机热效率*常数)，所述常数为(燃油热值*10的六次方*汽缸数)/气缸容积。

8.如权利要求6所述的一种车辆智能限速方法，其特征在于：所述偏移量依据所述限速值按比例确定，或由偏移量输入单元输入至所述发动机电子控制单元。

9.如权利要求4或5所述的一种车辆智能限速方法，其特征在于：所述发动机电子控制单元输出所述闭环限速控制信号的同时打开制动灯，所述发动机电子控制单元输出所述退出闭环限速控制信号的同时关闭制动灯。

Images