CN106004442A

CN106004442A - 商用车智能无级限速节油控制方法

Info

Publication number: CN106004442A
Application number: CN201610341237.5A
Authority: CN
Inventors: 王俊清; 高波; 杨瑜; 王辉; 梁磊; 刘佳; 刘峰; 吕京; 邱奎
Original assignee: FAW Group Corp
Current assignee: Changchun Automotive Test Center Co ltd; FAW Group Corp
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2036-05-20
Also published as: CN106004442B

Abstract

本发明提供一种商用车智能无级限速节油控制方法，包括下述步骤：步骤一，无级调节设定驾驶员的车速需求值作为最高限制车速；然后通过ECU比较实际车速和车速需求值，调节控制车辆的实际车速在最高车速限制范围内；步骤二，在车辆如步骤一限速行驶时，计算出最优节油限速车速并进行显示提醒。本发明首先可以自主无级调节最大行驶速度，其次还可以智能提醒最优节油限速车速，提醒驾驶员在限速行驶时，能够切换至最优节油限速车速，达到限速和节油的双重目的。

Description

商用车智能无级限速节油控制方法

技术领域

本发明涉及商用车的限速方法，尤其是一种商用车智能无级限速节油控制方法。

背景技术

限速可以通过降低驾驶员自由选择速度所引起的事故风险来提高安全性，有时还可以达到一定的节能减排的作用。限速一般有三种形式：①被动限速，即通过限速指示牌来规定法定的限速度。例如，我国高速公路限速120km/h。但这种方式往往被不遵守交通规则的驾驶员随意打破。②主动限速，即车辆自主限速。车辆从主机厂出来就装有某种限速装置，而且驾驶员还可以在一定范围内调节最高速度的限制。③智能限速，即基于实际交通状况得到可变的最优限速度。车辆的行车电脑感知附近的车辆，并与道路的智能***进行数据交互，自动进行速度规划和车速限制。目前，车辆的实用限速技术还主要是第①、②种。我国从2012年3月1日起实施了《车辆车速限制***技术条件》标准，规定自2012年9月1日起，公告内公路客车、旅游客车和危险货物运输车辆等汽车产品必须有客车限速100km/h和危险品货车限速80km/h的功能。也随着柴油机国IV排放法规的实施，柴油机也随着电控化，而对于非电控车用的机械式限速装置(控制油门拉杆)也随着被发动机ECU限速功能替代。但现有的发动机ECU限速功能往往只限制了最高车速，较难起到无级限速、智能限速和节能减排效果。

主动限速一般有机械限速装置和发动机ECU限速，其中发动机ECU限速的具体途径有：①对于通过加速踏板(油门)的控制方式，电子油门接收到ECU发出的车速控制信号来调节油门，从而调节供油量达到限速的目的。②对于喷油量控制方式，ECU直接向电控喷油嘴发出喷油或断油指令，来达到限速的目的。第①种需额外增加油门限速装置，而对于共轨发动机的车辆，发动机ECU内置限速控制功能，无需增加限速装置。发动机ECU只要检测到车速高于设定的最大车速限制标定值，ECU就通过相应的减速控制逻辑来降低车速。

现有的商用柴油机ECU限速功能只能限制最高车速，较难起到无级限速、智能限速和节能减排效果。而乘用轿车上使用的定速功能主要考虑舒适性和安全性，并没有考虑到商用车智能限速节油的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种商用车智能限速节油控制方法，首先可以自主无级调节最大行驶速度，其次还可以智能提醒最优节油限速车速，提醒驾驶员在限速行驶时，能够切换至最优节油限速车速，达到限速和节油的双重目的；本发明采用的技术方案是：

一种商用车智能无级限速节油控制方法，包括下述步骤：

步骤一，无级调节设定驾驶员的车速需求值作为最高限制车速；然后通过ECU比较实际车速和车速需求值，调节控制车辆的实际车速在最高车速限制范围内；

步骤二，在车辆如步骤一限速行驶时，计算出最优节油限速车速并进行显示提醒。

进一步地，步骤一具体包括：

步骤S1，通过一个无级限速开关，设定驾驶员的车速需求值作为最高限制车速；无级限速开关能够连续调节设定车速需求值；

步骤S2，当实际车速大于车速需求值的偏差超过设定偏差阈值时，通过ECU反馈控制发动机喷油量，使得实际车速控制在最高车速限制范围内；最高车速限制范围为[车速需求值-偏差阈值，车速需求值+偏差阈值]；

同时ECU控制：当油门开度在x％-100％之间时，车速控制在最高车速限制范围内的一个速度值；当油门开度小于x％时，控制车速随油门开度相应变化；x％表示维持在最高车速限制范围内的一个速度值时的最小油门开度。

更进一步地，

当油门开度在x％-100％之间时，车速控制在最高车速限制范围内的车速需求值。

更进一步地，

当实际车速与车速需求值的偏差超过设定偏差阈值时，ECU根据档位进行PI调节，从而控制喷油量使得实际车速控制在最高车速限制范围内。

具体地，步骤二具体包括：

1)首先计算车辆载荷即汽车质量m；

汽车行驶方程式为：

\begin{matrix} F_{t} = \frac{T_{t q} \cdot i_{0} \cdot i_{g} \cdot η_{T}}{r} = F_{f} + F_{w} + F_{i} + F_{j} \\ = m g \cdot \cos α \cdot f + \frac{C_{D} \cdot A}{21.15} V^{2} + m g \cdot \sin α + δ \cdot m \cdot \frac{d V}{d t} \end{matrix} - - - (1)

其中，F_t是汽车驱动力，T_tq是发动机输出的有效扭矩，i₀是后桥主减速比，i_g是变速箱速比，η_T是传动系的传动效率，r是轮胎滚动半径；F_f是滚动阻力，F_w是空气阻力，F_i是坡度阻力，F_j是加速阻力，α是道路坡度，f是道路滚动阻力系数，C_D是风阻系数，A是整车迎风面积，V是整车车速，是整车加速度，m是汽车质量，g是重力系数，δ是整车旋转质量换算系数；δ依据动力学的功率方程来导出，如公式(2)所示：

δ = 1 + \frac{Σ I_{w}}{m \cdot r^{2}} + \frac{I_{d} {i_{0}}^{2} \cdot η_{s t}}{m \cdot r^{2}} + (\frac{(i_{e} + I_{g}) \cdot {i_{0}}^{2} \cdot {I_{g}}^{2} \cdot η_{T}}{m \cdot r^{2}}) - - - (2)

其中，I_w是轮胎的转动惯量，I_d是传动万向轴的转动惯量，I_e是发动机的转动惯量，I_g是变速箱传动轴的转动惯量，η_st是后桥的传动效率；

根据汽车行驶方程式，在匀速时能够求出汽车质量m：

m = (\frac{T_{t q} \cdot i_{0} \cdot i_{9} \cdot η_{T}}{r} - \frac{C_{D} \cdot A}{21.15} V^{2}) / (g \cdot c o s α \cdot f + g \cdot \sin α) - - - (3)

在加速时也能够求出汽车质量m：

m = (\frac{T_{t q} \cdot i_{0} \cdot i_{9} \cdot η_{T}}{r} - \frac{C_{D} \cdot A}{21.15} V^{2}) / (g \cdot c o s α \cdot f + g \cdot \sin α + δ \cdot \frac{d V}{d t}) - - - (4)

通过上述公式(3)和(4)能够计算车辆载荷即汽车质量m；

2)最优节油限速车速计算：以驾驶员预设的最高限制车速为基准车速Vb，在[Vb-Vx,Vb]范围内寻优计算出最小油耗对应的匀速车速，Vx为一个下偏差量，基本计算原理如下：

首先，基于上面得到的车辆载荷，通过公式(3)和(4)计算出各车速下的发动机输出有效扭矩；

然后根据发动机万有特性数据表查表计算出各车速下的油耗，最后求出最小油耗对应的车速即最优节油限速车速；发动机万有特性数据表记载了发动机扭矩、转速、油耗的对应关系。

本发明的优点在于：本发明适用于国家制定的现有所有限速标准，在商用车上应用时可实现节油1～3％，实现减排2～4％。

附图说明

图1为本发明的无级限速开关示意图。

图2为本发明的限速控制基本逻辑图。

图3为本发明的最优节油限速车速计算时车辆载荷识别流程图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

商用车智能无级限速节油控制方法，主要包括两个部分，第一部分为智能无级限速的方法；

图1所示是一个无级限速开关，无级限速开关的“开关限速值”是利用旋钮旋转改变电阻，从而改变电压值，电压值通过电控转化变成“开关限速值”，如下表：

X轴-电压值	U1	U2	……	Un
					Y轴-开关限速值	V1	V2	……	Vn

无级限速开关能够连续调节设定车速需求值；车辆驾驶员根据实际路况，调节无级限速开关的旋钮至理想的车速需求值作为最高限制车速，比如80km/h；然后驾驶员加速至80km/h以上，ECU(引擎控制单元)会根据档位判断采用不同的PI调节参数(PI调节是指比例积分调节)；使实际车速控制在78km/h-82km/h之间。此时，油门开度在x％-100％之间，车速都会保持在80km/h左右，x％表示正常驾驶时，驾驶员维持80km/h(或者78km/h-82km/h之间任意能够稳定下来的速度)稳定车速时的最小油门开度。这样，驾驶员误操作猛踩油门，车速也不会有变化，起到节油效果；如果驾驶员想减速，正常松油门或者刹车就可以正常减速。减速后，想要回到之前的稳定最高车速，只需踩油门加速即可。如果驾驶员想要改变最高车速(车速需求值)，调节旋钮开关，重复以上操作即可。

限速控制逻辑参见图2：通过无级限速开关，无级调节设定驾驶员的车速需求值作为最高限制车速；然后通过ECU比较实际车速和车速需求值，当实际车速大于车速需求值的偏差超过设定偏差阈值时，通过ECU反馈控制发动机喷油量，使得实际车速控制在最高车速限制范围内；最高车速限制范围为[车速需求值-偏差阈值，车速需求值+偏差阈值]；同时ECU控制：当油门开度在x％-100％之间时，车速控制在最高车速限制范围内的一个速度值，这个速度值可取车速需求值；当油门开度小于x％时，控制车速随油门开度相应变化；x％表示维持在最高车速限制范围内的一个速度值时的最小油门开度。

图2的实例中，车速需求值即最高限制车速取80km/h，偏差阈值取2km/h；

更优地，当车辆处于不同档位时，ECU根据档位进行PI调节，从而控制喷油量使得实际车速控制在最高车速限制范围内。图2中的高档位PI调节、中档位PI调节、低档位PI调节，是指ECU根据档位进行PI调节的情况；高档位、中档位、低档位并不是指车辆只有三个档位，而是指将车辆所有的档位均分在高中低三个PI调节的逻辑档位；比如车辆具有六个档位，则将最高的两档归为高档位PI调节的档位，将中间的两档归为中档位PI调节的档位，将最低的两档归为低档位PI调节的档位；

第二部分为最优节油限速车速的智能提醒方法，如图3所示，具体包括：

1)首先计算车辆载荷即汽车质量m；

通常在无风天气、正常道路上行驶汽车的汽车行驶方程式为：

\begin{matrix} F_{t} = \frac{T_{t q} \cdot i_{0} \cdot i_{g} \cdot η_{T}}{r} = F_{f} + F_{w} + F_{i} + F_{j} \\ = m g \cdot \cos α \cdot f + \frac{C_{D} \cdot A}{21.15} V^{2} + m g \cdot \sin α + δ \cdot m \cdot \frac{d V}{d t} \end{matrix} - - - (1)

其中，F_t是汽车驱动力，T_tq是发动机输出的有效扭矩，i₀是后桥主减速比，i_g是变速箱速比，η_T是传动系的传动效率，r是轮胎滚动半径；F_f是滚动阻力，F_w是空气阻力，F_i是坡度阻力，F_j是加速阻力，α是道路坡度，f是道路滚动阻力系数，C_D是风阻系数，A是整车迎风面积，V是整车车速，是整车加速度，m是汽车质量，g是重力系数，δ是整车旋转质量换算系数；而δ可依据动力学的功率方程来导出，如公式(2)所示：

δ = 1 + \frac{Σ I_{w}}{m \cdot r^{2}} + \frac{I_{d} {i_{0}}^{2} \cdot η_{s t}}{m \cdot r^{2}} + (\frac{(i_{e} + I_{g}) \cdot {i_{0}}^{2} \cdot {I_{g}}^{2} \cdot η_{T}}{m \cdot r^{2}}) - - - (2)

根据汽车行驶方程式，在匀速时可求出汽车质量m：

m = (\frac{T_{t q} \cdot i_{0} \cdot i_{9} \cdot η_{T}}{r} - \frac{C_{D} \cdot A}{21.15} V^{2}) / (g \cdot c o s α \cdot f + g \cdot \sin α) - - - (3)

在加速时也可求出汽车质量m：

m = (\frac{T_{t q} \cdot i_{0} \cdot i_{9} \cdot η_{T}}{r} - \frac{C_{D} \cdot A}{21.15} V^{2}) / (g \cdot c o s α \cdot f + g \cdot \sin α + δ \cdot \frac{d V}{d t}) - - - (4)

通过上述公式(3)和(4)即可计算车辆载荷即汽车质量m；

2)最优节油限速车速计算：以驾驶员预设的最高限制车速为基准车速Vb，在[Vb-Vx,Vb]范围内寻优计算出最小油耗(即最节油)对应的匀速车速，并显示到无级限速开关上方，其值会进行闪烁提醒。Vx为一个下偏差量，具体可取20km/h；基本计算原理如下：

然后根据发动机万有特性数据表查表计算出各车速下的油耗，最后求出最小油耗对应的车速即最优节油限速车速。发动机万有特性数据表是发动机出厂就设定的表格，记载了发动机扭矩、转速、油耗的对应关系；

驾驶员看到提醒的最优节油限速车速后，可以进一步调节无级限速开关的旋钮至最优节油限速车速上，这样在限速的同时也可以达到最节油的效果。

在某车型上改装增加无极限速开关，以及ECU中增加了无级限速节油控制方法的程序后，在试车场进行了无极限速节油试验。试验操作如下：

(1)不使用无极限速节油功能，司机正常驾驶，在最高档保持90km/h匀速行驶，记录里程和油耗，计算出平均油耗值。

(2)不使用无极限速节油功能，司机正常驾驶，在最高档保持80km/h匀速行驶，记录里程和油耗，计算出平均油耗值。

(3)使用无极限速节油功能，将无极限速开关的旋钮调至90km/h(表上实际车速需求值显示该数值)，司机正常加速，在最高车速至90km/h时，程序自动选择相应的调节参数使车速维持在90km/h，此时开始记录里程和油耗，并计算出平均油耗值。

(4)使用无极限速节油功能，将无极限速开关的旋钮调至80km/h(表上实际车速需求值显示该数值)，司机正常加速，在最高档位车速至80km/h时，程序自动选择相应的调节参数使车速维持在80km/h，此时开始记录里程和油耗，并计算出平均油耗值。

试验结果如下表：

上述实验基础上，如果司机进一步根据最优节油限速车速设置最高限制车速，则可以获得更进一步的节油效果。

Claims

1.一种商用车智能无级限速节油控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

2.如权利要求1所述的商用车智能无级限速节油控制方法，其特征在于，

步骤一具体包括：

3.如权利要求2所述的商用车智能无级限速节油控制方法，其特征在于:

4.如权利要求2所述的商用车智能无级限速节油控制方法，其特征在于:

5.如权利要求1所述的商用车智能无级限速节油控制方法，其特征在于:

步骤二具体包括：

1)首先计算车辆载荷即汽车质量m；

汽车行驶方程式为：

\begin{matrix} F_{t} = \frac{T_{t q} \cdot i_{0} \cdot i_{g} \cdot η_{T}}{r} = F_{f} + F_{w} + F_{i} + F_{j} \\ = m g \cdot \cos α \cdot f + \frac{C_{D} \cdot A}{21.15} V^{2} + m g \cdot \sin α + δ \cdot m \cdot \frac{d V}{d t} \end{matrix} - - - (1)

δ = 1 + \frac{Σ I_{w}}{m \cdot r^{2}} + \frac{I_{d} \cdot {i_{0}}^{2} \cdot η_{s t}}{m \cdot r^{2}} + (\frac{(i_{e} + I_{g}) \cdot {i_{0}}^{2} \cdot {I_{g}}^{2} \cdot η_{T}}{m \cdot r^{2}}) - - - (2)

根据汽车行驶方程式，在匀速时能够求出汽车质量m：

m = (\frac{T_{t q} \cdot i_{0} \cdot i_{g} \cdot η_{T}}{r} - \frac{C_{D} \cdot A}{21.15} V^{2}) / (g \cdot c o s α \cdot f + g \cdot \sin α) - - - (3)

在加速时也能够求出汽车质量m：

m = (\frac{T_{t q} \cdot i_{0} \cdot i_{g} \cdot η_{T}}{r} - \frac{C_{D} \cdot A}{21.15} V^{2}) / (g \cdot c o s α \cdot f + g \cdot \sin α + δ \cdot \frac{d V}{d t}) - - - (4)

通过上述公式(3)和(4)能够计算车辆载荷即汽车质量m；