CN113202640A - 一种发动机多功率切换方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发动机多功率切换方法与系统，方法包括：获取车辆功率开关各档位对应的载重阈值；获取车辆当前的载重数值；基于所述载重数值和路面摩擦系数，将功率开关各档位对应的载重阈值转换为功率开关各档位对应的坡度阈值；将获取的车辆前方道路的坡度值与功率开关各档位对应的坡度阈值分别进行比较，获得待切换功率档位；输出功率档位切换信号，控制发动机切换到所述待切换功率档位。本发明能够根据预测地形提前切换功率档位，实现节能。

Description

一种发动机多功率切换方法与系统
技术领域
本发明涉及商用车技术领域，特别涉及一种发动机多功率切换方法与系统。
背景技术
商用车负载相对乘用车变化较大，满载与空载状态负载相差可达几十吨级别。因此大多数商用车采用发动机多档功率/扭矩与负载匹配的方法，来进行节能控制。如申请号为CN200820208270.1的专利公开一种可手动切换发动机功率的开关；专利CN101392691B公开了利用车辆负载匹配轻、重载功率档次的方法；专利201410399004.1则进一步公开了利用载重传感器匹配多档载重对应的功率档次的方法。
这些传统方法多是根据测量到的车辆自身载重情况，切换车辆多功率档次转换开关(以下简称多功率开关)的档位。这种处理方法没有考虑到连续变化的地形。地形能够折算成车辆的载重负载因素，例如对于重载的车辆，在陡下坡时，由于重力对驱动力有加重，因此对于车辆发动机来说相当于轻载；而对于轻载的车辆，在陡上坡时，由于因为地形倾斜要拉动更大的重力，对于发动机相当于重载。在申请号为201510762439.2的发明专利中公开了利用角度传感器测量地形并将载重传感器测量结果融合到对应的功率档次的方法，但未公开和载重信息是如何融合的技术细节。而且车辆多功率开关从切换到实质生效，一般有一定延时，现在考虑了地形折算成载重的因素后，由于地形是不断变化的，因此在车辆运行中多功率开关的切换是不断发生的，这就需要根据预测地形提前切换，以防止切换延时期间的功率档位与地形不匹配，导致不节油反而更费油。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种能够根据预测地形提前切换功率档位的发动机多功率切换方法与系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一方面，本发明一种发动机多功率切换方法，包括：
获取车辆功率开关各档位对应的载重阈值；
获取车辆当前的载重数值；
基于所述载重数值和路面摩擦系数，将功率开关各档位对应的载重阈值转换为功率开关各档位对应的坡度阈值；
将获取的车辆前方道路的坡度值与功率开关各档位对应的坡度阈值分别进行比较，获得待切换功率档位；
输出功率档位切换信号，控制发动机切换到所述待切换功率档位。
优选的，基于所述载重数值和路面摩擦系数，将功率开关各档位对应的载重阈值转换为功率开关各档位对应的坡度阈值，具体计算方式如下：
Figure BDA0002850908090000021
其中，i∈[1，N-1]，θi表示功率开关各档位对应的坡度阈值，Pi表示功率开关各档位对应的载重阈值，μ表示路面摩擦系数，M表示所述载重数值。
优选的，所述输出功率档位切换信号，控制发动机切换到所述待切换功率档位之前，还包括：
获取输出功率档位切换信号到发动机执行切换的时间T；
获取车辆当前车速V；
计算输出功率档位切换信号的位置与前方坡道的距离VT。
优选的，所述输出功率档位切换信号，控制发动机切换到所述待切换功率档位，具体包括：
当车辆行驶到距离前方坡道VT时，输出功率档位切换信号至发动机ECU，发动机ECU控制发动机切换到相应的功率档位。
优选的，所述输出功率档位切换信号，控制发动机切换到所述待切换功率档位之前，还包括：
如果所述待切换功率档位与当前行驶的功率档位相同，则保持当前行驶的功率档位。
另一方面，本发明一种发动机多功率切换系统，包括：
载重阈值获取模块，用于获取车辆功率开关各档位对应的载重阈值；
载重获取模块，用于获取车辆当前的载重数值；
阈值转换模块，基于所述载重数值和路面摩擦系数，将功率开关各档位对应的载重阈值转换为功率开关各档位对应的坡度阈值；
功率档位获取模块，用于将获取的车辆前方道路的坡度值与功率开关各档位对应的坡度阈值分别进行比较，获得待切换功率档位；
功率档位切换模块，输出功率档位切换信号，控制发动机切换到所述待切换功率档位。
优选的，所述阈值转换模块，具体实现方式如下：
Figure BDA0002850908090000031
其中，i∈[1，N-1]，θi表示功率开关各档位对应的坡度阈值，Pi表示功率开关各档位对应的载重阈值，μ表示路面摩擦系数，M表示所述载重数值。
优选的，所述的发动机多功率切换系统，还包括，切换距离获取模块，具体用于：
获取输出功率档位切换信号到发动机执行切换的时间T；
获取车辆当前车速V；
计算输出功率档位切换信号的位置与前方坡道的距离VT。
优选的，所述功率档位切换模块，具体用于：
当车辆行驶到距离前方坡道VT时，输出功率档位切换信号至发动机ECU，发动机ECU控制发动机切换到相应的功率档位。
优选的，车辆前方道路的坡度值通过电子地平线系统、导航电子地图、激光雷达、视频测量等方式获取；车辆当前的载重数值通过载重传感器获取。
根据本发明的实施例，本发明具有如下有益效果：
本发明一种发动机多功率切换方法与系统，将与车辆功率开关各档位对应的载重阈值转换为与车辆功率开关各档位对应的坡度阈值，并根据电子地平线系统获取的前方坡道信息，获取待切换功率档位，进一步，根据车辆的行驶速度与档位切换所需时间，提前切换功率档位开关，实现更为精确节能的效果。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的一种发动机多功率切换方法与系统不局限于实施例。
附图说明
图1是本发明实施例的发动机多功率切换方法的流程图；
图2是本发明实施例的发动机多功率切换系统的整体结构图；
图3是本发明实施例的发动机多功率切换系统的结构框图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
需要说明的是，具体实施方式中涉及到的步骤标识，仅是为了使文件看起来更加清晰，具体实施时，步骤的顺序可以根据具体需要做相应调整。
参见图1所示，本发明一种发动机多功率切换方法，包括：
S101，获取车辆功率开关各档位对应的载重阈值；
S102，获取车辆当前的载重数值；
S103，基于所述载重数值和路面摩擦系数，将功率开关各档位对应的载重阈值转换为功率开关各档位对应的坡度阈值；
S104，将获取的车辆前方道路的坡度值与功率开关各档位对应的坡度阈值分别进行比较，获得待切换功率档位；
S105，输出功率档位切换信号，控制发动机切换到所述待切换功率档位。
本实施例中，一种发动机多功率切换方法可以通过功率转换开关控制器来实现。
具体的，参见图2所示，本实施例中，以功率转换开关控制器为核心，通过电子地平线系统获得前方道路地形路况，通过载重传感器获得车辆载重值，并由功率转换开关控制器自动执行功率档位切换，向发动机ECU输出功率档位切换信号，ECU收到信号后，控制发动机切换到相应的功率档位。
所述的电子地平线系统，由地图数据、GPS/北斗定位和传感器中的一个或多个组成。其特点是根据车辆的定位位置，给出车辆前后的地理信息，并通过CAN总线或以太网总线传递给控制器。
本实施例一种发动机多功率切换方法，具体包括：
a、获取默认状态下的功率开关各档位的载重阈值。默认状态下，功率开关是针对平路载重值进行档位划分的，N个档位的功率开关对应N-1个载重阈值，分别为P1，P2，P3，...，PN-1。
b、功率转换开关控制器通过载重传感器获取当前载重数值M。
c、将当前的默认载重阈值，变换为当前载重为M时的坡度阈值。
假设前方坡道的坡度为θ，则车辆进入前方坡道后与载重数值和坡度相关的阻力为：
Mgμcos(θ)+Mgsin(θ)
其中，μ表示路面摩擦系数；g表示重力加速度。
假设车辆载重为M时在坡度θ上的阻力等同于载重Pi(其中，i∈[1，N-1])时平路的阻力，则有：
Mgμcos(θ)+Mgsin(θ)＝Pigμ
由于道路坡度值θ相对于三角函数的定义值范围一般较小，如城市内的坡度一般不超过5度。因此cos(θ)约等于1，sin(θ)约等于θ，因此可得：
Mgμ+Mgθ＝Pigμ
整理可得将载重阈值转化为坡度阈值的公式
Figure BDA0002850908090000051
因此将多态开关切换的载重阈值P1，P2，P3，...，PN-1代入(1)式的Pi中，即可转化为决定多功率开关切换的坡度阈值
Figure BDA0002850908090000052
d、功率转换开关控制器，从电子地平线获取前方坡道的坡度值，利用坡度值，查询步骤c计算得到的坡度阈值，可获得坡度值介于坡度阈值之间的档位对应为在前方最经济的档位i。
需要说明的是，如果M是固定的，则只需要获取一次载重数值，如果M是变化的，则需要实时获取车辆的载重数值。
e、假设档位切换动作开始，到发动机接收信号，实现功率档位变换的时间为T，且车辆当前车速为V，则当从电子地平线系统获得的当前车辆位置与前方坡度距离S＝VT时，开始执行切换功率档位到i档的操作，实现经济性切换。
f、返回步骤e，不断从电子地平线系统获取前方变化的坡度值，并提前切换相应的发动机功率档次，实现能耗最经济的功率档次与车辆所处环境坡度匹配。
参见图3所示，另一方面，本发明一种发动机多功率切换系统，包括：
载重阈值获取模块301，用于获取车辆功率开关各档位对应的载重阈值；
载重获取模块302，用于获取车辆当前的载重数值；
阈值转换模块303，基于所述载重数值和路面摩擦系数，将功率开关各档位对应的载重阈值转换为功率开关各档位对应的坡度阈值；
功率档位获取模块304，用于将获取的车辆前方道路的坡度值与功率开关各档位对应的坡度阈值分别进行比较，获得待切换功率档位；
功率档位切换模块305，输出功率档位切换信号，控制发动机切换到所述待切换功率档位。
优选的，所述阈值转换模块，具体实现方式如下：
Figure BDA0002850908090000061
其中，i∈[1，N-1]，θi表示功率开关各档位对应的坡度阈值，Pi表示功率开关各档位对应的载重阈值，μ表示路面摩擦系数，M表示所述载重数值。
进一步的，所述的发动机多功率切换系统，还包括，切换距离获取模块，具体用于：
获取输出功率档位切换信号到发动机执行切换的时间T；
获取车辆当前车速V；
计算输出功率档位切换信号的位置与前方坡道的距离VT。
进一步的，所述功率档位切换模块，具体用于：
当车辆行驶到距离前方坡道VT时，输出功率档位切换信号至发动机ECU，发动机ECU控制发动机切换到相应的功率档位。
进一步的，车辆前方道路的坡度值通过电子地平线系统获取；车辆当前的载重数值通过载重传感器获取。
一种发动机多功率切换系统的具体实现同一种发动机多功率切换方法，本实施例不再重复说明。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不限制本发明，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，所做出的修改、替换和变形均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种发动机多功率切换方法，其特征在于，包括：
获取车辆功率开关各档位对应的载重阈值；
获取车辆当前的载重数值；
基于所述载重数值和路面摩擦系数，将所述功率开关各档位对应的载重阈值转换为功率开关各档位对应的坡度阈值；
将获取的车辆前方道路的坡度值与所述功率开关各档位对应的坡度阈值分别进行比较，获得待切换功率档位；
输出功率档位切换信号，控制发动机切换到所述待切换功率档位。
2.根据权利要求1所述的发动机多功率切换方法，其特征在于，基于所述载重数值和路面摩擦系数，将功率开关各档位对应的载重阈值转换为功率开关各档位对应的坡度阈值，具体计算方式如下：
Figure FDA0002850908080000011
其中，i∈[1，N-1]，θi表示功率开关各档位对应的坡度阈值，Pi表示功率开关各档位对应的载重阈值，μ表示路面摩擦系数，M表示所述载重数值。
3.根据权利要求1所述的发动机多功率切换方法，其特征在于，所述输出功率档位切换信号，控制发动机切换到所述待切换功率档位之前，还包括：
计算输出功率档位切换信号的车辆位置与前方坡道的距离，具体计算公式如下：
S＝VT
其中，T表示输出功率档位切换信号到发动机执行切换的时间，V表示车辆当前车速。
4.根据权利要求3所述的发动机多功率切换方法，其特征在于，所述输出功率档位切换信号，控制发动机切换到所述待切换功率档位，具体包括：
当车辆行驶到距离前方坡道S时，输出功率档位切换信号至发动机ECU，发动机ECU控制发动机切换到相应的功率档位。
5.根据权利要求1所述的发动机多功率切换方法，其特征在于，所述输出功率档位切换信号，控制发动机切换到所述待切换功率档位之前，还包括：
如果所述待切换功率档位与当前行驶车辆的功率档位相同，则保持当前行驶车辆的功率档位。
6.一种发动机多功率切换系统，其特征在于，包括：
载重阈值获取模块，用于获取车辆功率开关各档位对应的载重阈值；
载重获取模块，用于获取车辆当前的载重数值；
阈值转换模块，基于所述载重数值和路面摩擦系数，将功率开关各档位对应的载重阈值转换为功率开关各档位对应的坡度阈值；
功率档位获取模块，用于将获取的车辆前方道路的坡度值与功率开关各档位对应的坡度阈值分别进行比较，获得待切换功率档位；
功率档位切换模块，输出功率档位切换信号，控制发动机切换到所述待切换功率档位。
7.根据权利要求6所述的发动机多功率切换系统，其特征在于，所述阈值转换模块，具体实现方式如下：
Figure FDA0002850908080000021
其中，i∈[1，N-1]，θi表示功率开关各档位对应的坡度阈值，Pi表示功率开关各档位对应的载重阈值，μ表示路面摩擦系数，M表示所述载重数值。
8.根据权利要求6所述的发动机多功率切换系统，其特征在于，还包括，切换距离获取模块，具体用于：
计算输出功率档位切换信号的位置与前方坡道的距离，具体计算公式如下：
S＝VT
其中，T表示输出功率档位切换信号到发动机执行切换的时间，V表示车辆当前车速。
9.根据权利要求8所述的发动机多功率切换系统，其特征在于，所述功率档位切换模块，具体用于：
当车辆行驶到距离前方坡道S时，输出功率档位切换信号至发动机ECU，发动机ECU控制发动机切换到相应的功率档位。
10.根据权利要求6所述的发动机多功率切换系统，其特征在于，车辆前方道路的坡度值通过电子地平线系统获取；车辆当前的载重数值通过载重传感器获取。
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