專利名稱：基于模型的車輛超速算法的制作方法
基于模型的車輛超速算法本申請要求2007年3月16日提交的美國臨時(shí)申請?zhí)?0/918，613 的優(yōu)先權(quán)。上述申請的公開文本在此作為參考引入。技術(shù)領(lǐng)域本公開涉及限制車輛的最大速度。
技術(shù)背景在該段中的陳述僅提供涉及本公開的背景信息且可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。現(xiàn)代公路車輛總體上騎在充氣輪胎上，充氣輪胎具有最大額定速 度。最大額定速度能夠編程到車輛的發(fā)動機(jī)控制器內(nèi)。當(dāng)車輛速度達(dá)到 輪胎的最大額定速度時(shí)，于是發(fā)動機(jī)控制器切斷到發(fā)動機(jī)的燃料。這種 布置對于保持車輛不超過其輪胎的最大額定速度是足夠的，但發(fā)動機(jī)動 力切斷和再接合引起駕駛不舒適的反常的發(fā)動機(jī)操作。限制車輛速度的 其它方法包括當(dāng)車輛達(dá)到最大額定速度時(shí)減少發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩；然而 該方法是經(jīng)-驗(yàn)性的且難以校準(zhǔn)特定的車輛和動力系組合。發(fā)明內(nèi)容用于限制車輛速度的系統(tǒng)包括基于車輛速度產(chǎn)生第 一轉(zhuǎn)矩信號的 第一模塊；第二模塊，其基于預(yù)定的車輛速度限值和車輛速度之間的差 產(chǎn)生第二轉(zhuǎn)矩信號；和基于第一和第二轉(zhuǎn)矩信號產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩信號的第三模塊。輸出轉(zhuǎn)矩信號適于控制原動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。在其它特征中，第一和第二^t塊的至少一個包括查詢表。第三模塊 求和第一和第二轉(zhuǎn)矩信號以形成輸出轉(zhuǎn)矩信號。當(dāng)車輛速度大于車輛速 度限值時(shí)，第二轉(zhuǎn)矩信號為負(fù)。當(dāng)車輛速度小于車輛速度限值時(shí)，第二 轉(zhuǎn)矩信號為正。在其它特征中，該系統(tǒng)包括原動機(jī)。原動機(jī)是內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)中的 至少一個。用于限制車輛速度的方法包括基于車輛速度產(chǎn)生第一轉(zhuǎn)矩信號；基于預(yù)定的車輛速度限值和車輛速度之間的差產(chǎn)生第二轉(zhuǎn)矩信號；和基 于第 一和第二轉(zhuǎn)矩信號產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩信號。輸出轉(zhuǎn)矩信號適于控制原動
機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。
在其它特征中，產(chǎn)生第 一轉(zhuǎn)矩信號和產(chǎn)生第二轉(zhuǎn)矩信號的至少 一個 包括采用查詢表。產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩信號包括求和第 一和第二轉(zhuǎn)矩信號以形 成輸出轉(zhuǎn)矩信號。當(dāng)車輛速度大于車輛速度限值時(shí)，第二轉(zhuǎn)矩信號為負(fù)。 當(dāng)車輛速度小于車輛速度限值時(shí)，第二轉(zhuǎn)矩信號為正。原動機(jī)是內(nèi)燃機(jī) 和電動一幾中的至少一個。
用于車輛的速度受限的動力系包括產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以推進(jìn)車輛的原動 機(jī)；基于車輛速度產(chǎn)生速度信號的速度傳感器；和控制模塊，其基于速 度信號、預(yù)定最大速度和車輛的車軸轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩控制信號。轉(zhuǎn)矩控制 信號適于控制原動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，且原動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩通過傳動比與車 軸轉(zhuǎn)矩相關(guān)。
在其它特征中，原動機(jī)是內(nèi)燃機(jī)。動力系包括電子節(jié)氣門體，電子 節(jié)氣門體基于轉(zhuǎn)矩控制信號計(jì)量到內(nèi)燃機(jī)的燃燒空氣?？刂颇K基于轉(zhuǎn) 矩控制信號改變?nèi)剂狭髀?、燃料噴射正時(shí)和內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火正時(shí)中的至少 一個。
在其它特征中，原動機(jī)是電動機(jī)。控制模塊基于轉(zhuǎn)矩控制信號改變 輸送到內(nèi)燃機(jī)的電功率量。
在其它特征中，控制器還包括基于車輛速度和車輛的空氣動力學(xué) 阻力系數(shù)產(chǎn)生第一轉(zhuǎn)矩信號的第一模塊；第二模塊，其基于預(yù)定的最大 速度和車輛速度信號之間的差產(chǎn)生第二轉(zhuǎn)矩信號；和基于第 一和第二轉(zhuǎn) 矩信號的和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩控制信號的第三模塊。
進(jìn) 一 步的應(yīng)用領(lǐng)域從在此提供的說明書顯而易見。應(yīng)當(dāng)理解的是， 說明書和具體的示例僅用于說明的目的而不打算限制本公開的范圍。


在此所述的附圖僅用于說明的目的而絕不打算限制本公開的范圍。 圖1是車輛的速度限制系統(tǒng)的功能方塊圖； 圖2是有輪車輛的自由體受力圖3是顯示能夠用于圖2的控制系統(tǒng)中的預(yù)定值的曲線圖；和 圖4是顯示能夠用于圖2的控制系統(tǒng)中的預(yù)定值的曲線圖。
具體實(shí)施方式
以下說明性質(zhì)上僅為示范性的且絕不打算限制本公開及其應(yīng)用或 用途。為了清楚起見，在附圖中將使用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識相同的元件。如在此所-使用的，短語"A、 B和C中的至少一個，，應(yīng)當(dāng)理解為意。未著 一種邏輯(A或B或C),使用非排他的邏輯"或"。應(yīng)當(dāng)理解的是， 方法內(nèi)的步驟可以以不同的順序扭J亍而不改變本7>開的原理。如在此所使用的，術(shù)語"模塊"指的是專用集成電路(ASIC)、電 子電路、執(zhí)行一個或更多軟件或固件程序的處理器(共享、專用、或群 組)和存儲器、組合邏輯電路、和/或提供所述功能的其它合適的部件。現(xiàn)在參考圖1,顯示車輛速度限制系統(tǒng)10的幾個實(shí)施例之一。速度 限制系統(tǒng)10采用基于轉(zhuǎn)矩的控制，當(dāng)車輛接近預(yù)定的最大速度時(shí)，限 制原動機(jī)轉(zhuǎn)矩。預(yù)定的最大速度大體上小于或等于車輛輪胎的最大額定 速度。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，預(yù)定的最大速度也可以與其它因 素有關(guān)，例如車輛穩(wěn)定性、道路和/或天氣狀況、駕駛員的條件等。由于 當(dāng)車輛達(dá)到預(yù)定的最大速度時(shí)，速度限制系統(tǒng)10不突然切斷到發(fā)動機(jī) 的燃料，速度限制系統(tǒng)10比現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)駕駛更舒適。速度限制系統(tǒng)10包括控制原動機(jī)14的輸出轉(zhuǎn)矩的控制模塊12?？?制模塊12可以包含在發(fā)動機(jī)或動力系控制模塊內(nèi)，其包括處理器和存 儲器且是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的。原動機(jī)14能夠?qū)嵤閮?nèi)燃機(jī)、電 動機(jī)、或其組合，例如混合電力動力系。通過將希望的節(jié)氣門位置信號 傳遞給發(fā)動機(jī)的電子節(jié)氣門體，改變?nèi)剂蠂娚鋽?shù)量和/或正時(shí)，且/或改 變發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火正時(shí)，控制模塊12能夠控制汽油內(nèi)燃機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。 通過控制燃料流率和/或輸送到發(fā)動機(jī)的燃料噴射正時(shí)，控制模塊12能 夠控制柴油內(nèi)燃機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。通過控制輸送到原動機(jī)的電功率量，控 制模塊12能夠控制電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩?？刂茮_莫塊12接收車輛速度信號16。車輛速度信號16可以由車輛速 度傳感器產(chǎn)生，車輛速度傳感器根據(jù)車輪、車軸和/或車輛的推進(jìn)軸的旋 轉(zhuǎn)產(chǎn)生電脈沖。車輛速度信號16也可以使用本領(lǐng)域已知的其它方法產(chǎn) 生，例如分析來自全球定位系統(tǒng)(GPS)、多普勒雷達(dá)和/或聲波定位儀 等的數(shù)據(jù)?？刂颇K12包括第一模塊24,第一模塊24基于差或偏差信號25產(chǎn)生第一轉(zhuǎn)矩值。偏差信號25基于預(yù)定的車輛速度限值22和由車輛速 度信號16表示的車輛速度之間的差。第一轉(zhuǎn)矩值表示可得到以將車輛 從其當(dāng)前速度加速到車輛速度限值22的轉(zhuǎn)矩量。第一模塊24能夠?qū)嵤?為查詢表。在一些實(shí)施例中，在偏差信號25傳遞到第一才莫塊24的輸入 之前，偏差信號25通過比例、積分和/或微分濾波器。
控制模塊12包括第二模塊26,第二模塊26基于車輛常數(shù)20和由 車輛速度信號16表示的車輛速度產(chǎn)生第二轉(zhuǎn)矩值。車輛常數(shù)20表示車 輛的屬性，例如空氣動力學(xué)阻力、滾動阻力、驅(qū)動輪的滾動半徑等。第 二轉(zhuǎn)矩值表示將車輛運(yùn)動保持在它的當(dāng)前速度而不加速所需要的轉(zhuǎn)矩。 第二模塊26能夠?qū)嵤椴樵儽怼?br> 求和模塊27將第一轉(zhuǎn)矩值和第二轉(zhuǎn)矩值求和以得到原動機(jī)14的希 望的轉(zhuǎn)矩。求和模塊27產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩指令信號28,轉(zhuǎn)矩指令信號28將希望 的轉(zhuǎn)矩傳遞給原動機(jī)14。轉(zhuǎn)矩指令信號28能夠?qū)嵤橐粋€或更多的信 號，其適于控制到原動機(jī)14的ETC、燃料噴射流率和/或正時(shí)、點(diǎn)火正 時(shí)、電功率等，以便原動機(jī)14實(shí)現(xiàn)希望的轉(zhuǎn)矩。原動機(jī)14的輸出轉(zhuǎn)矩 根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令信號28變化。改變原動機(jī)14的輸出轉(zhuǎn)矩也引起車輛速度， 且因而引起車輛速度信號16相應(yīng)地調(diào)整。
現(xiàn)在參考圖2,顯示有輪車輛的自由體受力圖50。受力圖50可用 于推導(dǎo)查詢表和/或由第一和第二模塊24、 26采用的等價(jià)的傳遞函數(shù)。
塊52表示車輛質(zhì)量塊。角e表示車輛行駛的道路坡度或斜率，相 對于水平面。如果道路坡度未知，e可以表示車輛預(yù)期行駛的典型或最
大斜率。變量r表示車輛驅(qū)動輪的滾動半徑。變量Taxie表示驅(qū)動輪的車
軸轉(zhuǎn)矩。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，T^e通過在原動機(jī)14的輸出軸 和車軸之間引導(dǎo)轉(zhuǎn)矩的變矩器、變速器和/或差速齒輪的傳動比和/或效
率與原動機(jī)14的輸出轉(zhuǎn)矩相關(guān)。變量Forag表示車輛上的空氣動力學(xué)阻 力。變量F"Romn ^Resistance
表示由車輛的車4侖體現(xiàn)的滾動阻力。XY坐標(biāo)系 54參照該車輛。方向N正交于平行于X軸的車輛4亍進(jìn)方向。W表示車 輛的重力。
應(yīng)用牛頓定律求解X方向的力，得到以下方程 X《,録二『.sin(。 + F編—録-fd， = ,x( 1 )
其中Fx,m。ek表示塊52上沿X軸線的合力，F(xiàn)wheel—m。ck表示由車輪56 施加在塊52上的驅(qū)動力，m表示塊52的質(zhì)量，ax表示平行于X軸的塊52的加速度。假設(shè)傳動系統(tǒng)中沒有滑動，y f 二 jm _f _f (2)其中Fx，c。ntact—Patch表示車輪56和道路表面之間的摩擦力。在穩(wěn)態(tài)車輛速度時(shí)，加速度為0,合并方程(1)和(2)得到 其中= 0.0386. . C一 . J固屮.,且合并方程(1 ) 、 ( 2 )和(3 ),作為車輛速度(由Velocity表示) 的函數(shù)給出TAxle:r廟=(0.0386. / 。,r. CDrag coe#dOT,. ^e 柳,.Fefocz砂2 (斗) +『.cos(。. CM, g—Rei1itance —『 sin(。). r其中cDragcocfficnt表示車輛的阻力系數(shù)，pw表示空氣密度，且AreaFr。nt表示車輛的正面面禾只。現(xiàn)在參考圖3,曲線圖70顯示能夠由第二模塊26使用的查詢表的 示例。曲線圖70顯示轉(zhuǎn)矩為例如由方程(3)表示的穩(wěn)態(tài)車輛速度的函 數(shù)。垂直軸72表示來自原動機(jī)14的轉(zhuǎn)矩。來自原動機(jī)14的轉(zhuǎn)矩通過 車輛傳動系統(tǒng)的總傳動比與T^de相關(guān)。水平軸74表示穩(wěn)態(tài)車輛速度。 曲線76表示方程(4)對各個速度的結(jié)果。現(xiàn)在參考圖4，曲線圖90顯示能夠由第一模塊24使用的查詢表的 示例。曲線圖90顯示加速轉(zhuǎn)矩為實(shí)際車輛速度和車輛速度限值22之間 的差的函數(shù)。加速轉(zhuǎn)矩能夠增加到來自曲線圖70的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩，以達(dá)到 原動機(jī)14的轉(zhuǎn)矩限值。垂直軸92表示來自原動才幾14的轉(zhuǎn)矩的加速部分。來自原動才幾14 的轉(zhuǎn)矩的加速部分也通過車輛傳動系統(tǒng)的總傳動比與1\*相關(guān)。水平軸 94表示實(shí)際車輛速度和車輛速度限值22之間的差。曲線96表示在各個 相應(yīng)的正的(即車輛行駛快于車輛速度限值22 )和負(fù)的速度偏差時(shí)的加 速轉(zhuǎn)矩。曲線96顯示，當(dāng)車輛速度偏差為正時(shí)，加速轉(zhuǎn)矩為負(fù)以減少 來自原動機(jī)14的總轉(zhuǎn)矩輸出并減速車輛。曲線96也顯示，當(dāng)車輛速度 偏差為負(fù)時(shí)，加速轉(zhuǎn)矩為正以增加來自原動機(jī)14的總轉(zhuǎn)矩l俞出并加速 車輛?，F(xiàn)在，本領(lǐng)域技術(shù)人員從前述說明書能夠理解到，本公開的廣泛的 教導(dǎo)能夠以多種形式實(shí)施。因此，雖然本公開包括特定的示例，由于本 領(lǐng)域技術(shù)人員在學(xué)習(xí)附圖、說明書和以下權(quán)利要求書以后，其它變型將 顯而易見，本公開的真實(shí)范圍不應(yīng)當(dāng)如此限制。
權(quán)利要求
1.一種用于限制車輛速度的系統(tǒng)，包括基于車輛速度產(chǎn)生第一轉(zhuǎn)矩信號的第一模塊；第二模塊，其基于預(yù)定的車輛速度限值和車輛速度之間的差產(chǎn)生第二轉(zhuǎn)矩信號；和基于第一和第二轉(zhuǎn)矩信號產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩信號的第三模塊，其中輸出轉(zhuǎn)矩信號適于控制原動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中第一和第二;f莫塊中的至少一 個包括查詢表。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中第三模塊求和第一和第二轉(zhuǎn) 矩信號以形成輸出轉(zhuǎn)矩信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)車輛速度大于車輛速度限 值時(shí)，第二轉(zhuǎn)矩信號為負(fù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)車輛速度小于車輛速度限 值時(shí)，第二轉(zhuǎn)矩信號為正。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括所述原動^/L。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述原動機(jī)是內(nèi)燃機(jī)和電動 才幾中的至少一個。
8. —種用于限制車輛速度的方法，包括 基于車輛速度產(chǎn)生第一轉(zhuǎn)矩信號；基于預(yù)定的車輛速度限值和車輛速度之間的差產(chǎn)生第二轉(zhuǎn)矩信號；和基于第一和第二轉(zhuǎn)矩信號產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩信號，其中輸出轉(zhuǎn)矩信號適 于控制原動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中產(chǎn)生第一轉(zhuǎn)矩信號和產(chǎn)生第 二轉(zhuǎn)矩信號中的至少一個包括采用查詢表。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩信號包括求和 第 一和第二轉(zhuǎn)矩信號以形成輸出轉(zhuǎn)矩信號。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中當(dāng)車輛速度大于車輛速度 限值時(shí)，第二轉(zhuǎn)矩信號為負(fù)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中當(dāng)車輛速度小于車輛速度 限值時(shí)，第二轉(zhuǎn)矩信號為正。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中原動機(jī)是內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)中 的至少一個。
14. 一種用于車輛的速度受限的動力系，包括 產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以推進(jìn)車輛的原動機(jī)； 基于車輛速度產(chǎn)生速度信號的速度傳感器；和控制模塊，其基于速度信號、預(yù)定最大速度和車輛的車軸轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生 轉(zhuǎn)矩控制信號，其中轉(zhuǎn)矩控制信號適于控制原動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，且原動 機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩通過傳動比與車軸轉(zhuǎn)矩相關(guān)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的動力系，其中原動機(jī)是內(nèi)燃機(jī)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的動力系，還包括電子節(jié)氣門體，電子 節(jié)氣門體基于轉(zhuǎn)矩控制信號計(jì)量到內(nèi)燃機(jī)的燃燒空氣。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的動力系，其中控制模塊基于轉(zhuǎn)矩控制 信號改變內(nèi)燃機(jī)的燃料流率、燃料噴射正時(shí)和點(diǎn)火正時(shí)中的至少 一個。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的動力系，其中原動機(jī)是電動機(jī)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的動力系，其中控制模塊基于轉(zhuǎn)矩控制 信號改變輸送到電動機(jī)的電功率量。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的動力系，其中控制器還包括第 一模塊，其基于車輛速度和車輛的空氣動力學(xué)阻力系數(shù)產(chǎn)生第一 轉(zhuǎn)矩信號；第二模塊，其基于預(yù)定的最大速度和車輛速度信號之間的差產(chǎn)生第 二轉(zhuǎn)矩信號；和第三模塊，其基于第 一和第二轉(zhuǎn)矩信號的和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩控制信號。
全文摘要
一種用于限制車輛速度的系統(tǒng)，包括基于車輛速度產(chǎn)生第一轉(zhuǎn)矩信號的第一模塊；第二模塊，其基于預(yù)定的車輛速度限值和車輛速度之間的差產(chǎn)生第二轉(zhuǎn)矩信號；和基于第一和第二轉(zhuǎn)矩信號產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩信號的第三模塊。輸出轉(zhuǎn)矩信號適于控制原動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。
文檔編號F02D29/02GK101264736SQ20081008651
公開日2008年9月17日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月16日
發(fā)明者B·楊西, C·W·勒納, M·T·哈欽森, R·B·杰斯, R·C·阿利森, R·H·克盧茨, W·G·霍維爾 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司