關(guān)于車輛主動限速系統(tǒng)的研究

劉 偉（重慶車輛檢測研究院有限公司，重慶 401122）

?

關(guān)于車輛主動限速系統(tǒng)的研究

劉 偉
（重慶車輛檢測研究院有限公司，重慶 401122）

摘要：文章介紹了國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對各類車輛限速的規(guī)定及車速限制系統(tǒng)的主要技術(shù)要求，并對主要的車輛主動限速技術(shù)進(jìn)行了研究；通過采集運行線路的路譜方法對城市公交車的最高車速的設(shè)定值進(jìn)行了確定；最后對車速限制系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的問題及今后的發(fā)展方向提出了建議。

關(guān)鍵詞：車速限制系統(tǒng)；油門踏板；發(fā)動機ECU

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.004

CLC NO.: U463.8Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)05-48-03

前言

近年來，汽車保有量迅速增加，交通安全已成為人們最關(guān)心的問題之一，其中超速行駛是我國交通事故頻發(fā)的重要原因，而且多為重大事故。為了治理車輛超速，交管部門除在重點路段安裝電子監(jiān)控探頭，將超速車輛拍照、上報，并對違規(guī)者處以罰款、扣分外，還通過加裝限速儀等設(shè)備，在車輛超速行駛時警示司機降低車速。然而，由于限速儀不具備速度控制功能，再加上仍有部分司機安全意識薄弱，為了“多拉快跑”鋌而走險，導(dǎo)致事故頻發(fā)。本文探討的“車輛主動限速系統(tǒng)”是一項汽車主動安全技術(shù)，通過對車輛安裝車速限制裝置或設(shè)置限速功能，將車輛的最高行駛速度進(jìn)行設(shè)定，使得駕駛員更好地遵守道路安全車速成為可能，可以避免超速，從而大大降低交通事故。

1 、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對車輛限速及限速系統(tǒng)的規(guī)定

1.1GB 7258-2012對車輛限速的有關(guān)規(guī)定

2012年9月1日我國開始實施的GB 7258-2012標(biāo)準(zhǔn)對各類車輛的限速進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定，目前國內(nèi)的汽車整車生產(chǎn)廠都在嚴(yán)格執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)。

該標(biāo)準(zhǔn)對各類車輛的最高車速主要有如下要求：

（1）設(shè)有乘客站立區(qū)的公共汽車(即A級和Ⅰ級)最大設(shè)計車速小于70 km/h。

（2）公路客車、旅游客車和危險貨物運輸車及車長大于9m的未設(shè)置乘客站立區(qū)的公共汽車應(yīng)具有限速功能，否則應(yīng)配備限速裝置。對公路客車、旅游客車和未設(shè)置乘客站立區(qū)的公共汽車，最高車速不得大于100 km/h；對危險貨物運輸車，最高車速不得大于80 km/h。

（3）專用校車的最高車速不得大于80 km/h。

（4）限速功能或限速裝置應(yīng)符合GB/T 24545的要求。

1.2車輛車速限制系統(tǒng)的主要技術(shù)要求

GB/T 24545-2009標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了車輛限制系統(tǒng)的技術(shù)要求及試驗方法，其中對最高車速限制系統(tǒng)的主要技術(shù)要求為：

（1）最高車速的設(shè)定值Vset應(yīng)確保在車輛任何使用情況下不被臨時或永久性調(diào)高或刪除。

（2）最高車速限制系統(tǒng)應(yīng)加以防護(hù)以防止非授權(quán)的任意調(diào)整或中斷對其供電。

（3）不允許施加制動降低車速實現(xiàn)最高車速限制功能。

（4）行車速度達(dá)到最高車速的設(shè)定值Vset時，加速動作或加速裝置的操作不影響行車速度；同時最高車速限制系統(tǒng)應(yīng)也不影響換擋時正常的加速踏板操作。

（5）在最高車速限制系統(tǒng)的試驗中，穩(wěn)定速度Vstab不超過1.05×Vset或（Vset+5 km/h）兩者中的最大值，最大速度Vmax不大于1.05×Vstab。

2、車輛限速系統(tǒng)技術(shù)的研究

目前的車輛限速系統(tǒng)技術(shù)主要有以下兩種方式：

2.1基于控制油門踏板的汽車限速技術(shù)

油門踏板是汽車燃料供給系的一部分，有機械式和電子式兩種?？刂朴烷T踏板的汽車限速技術(shù)是通過控制油門踏板角度，從而減小節(jié)氣門開啟角度實現(xiàn)對車速的控制。根據(jù)不同的供油方式，實現(xiàn)限速的技術(shù)是不同的。

（1）機械式油門踏板（適用于油門控制方式采用機械拉桿（線）式控制的車輛，歐0、歐Ⅰ、歐Ⅱ排放階段的發(fā)動機均采用機械式供油系統(tǒng)）

機械式油門踏板控制油門拉桿（線）的最大行程，從而控制噴油量，以控制車速。在油門拉桿（線）上安裝一套機械裝置，當(dāng)車速超過設(shè)定的最高速度時，由油門踏板通過機械裝置控制油門拉桿（線）的行程，使得行車速度不超過設(shè)定的最高車速。優(yōu)點：通用型強，大部分拉桿（線）式油門的車輛都可以通用，開發(fā)成本低。缺點：控制精確度低；有機械故障卡位的可能，安全性、可靠性稍差。

（2）電子油門踏板（適用于油門控制方式采用電子式控制的車輛，歐Ⅲ排放階段及以上的發(fā)動機均采用電子控制供油系統(tǒng)）

電子控制供油系統(tǒng)主要包括：電子油門踏板、踏板傳感器、電子控制單元（ECU）、電機、節(jié)氣門機構(gòu)。駕駛員操縱油門踏板，油門踏板位置傳感器將采集到的油門踏板位置信號轉(zhuǎn)化為電信號，并將其發(fā)送給電子控制單元，由電子控制單元通過電機實現(xiàn)對節(jié)氣門的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)節(jié)氣門的完全電子控制。電子油門踏板限速裝置在踏板傳感器與ECU這兩個環(huán)節(jié)之間接入。電子油門限速系統(tǒng)模型如圖1所示，圖中虛線框所示的部分即是電子油門踏板限速裝置。

圖1　電子油門限速系統(tǒng)模型

采用電子控制系統(tǒng)，能夠完全精準(zhǔn)的實現(xiàn)電子信號控制，通過電子控制單元（ECU）控制節(jié)氣門，使得車速限制系統(tǒng)的安全性、可靠性得到了有效地保障，消除了油門失控的可能性的發(fā)生。

2.2基于發(fā)動機ECU的限速技術(shù)

該限速技術(shù)是目前國內(nèi)整車廠普遍采用的方式。

基于發(fā)動機ECU限速技術(shù)的控制原理：通過對發(fā)動機ECU進(jìn)行標(biāo)定，根據(jù)當(dāng)前車速和設(shè)定的最高限制車速以及檔位等信息計算出一個驅(qū)動車輛限制扭矩，該限制扭矩值將被轉(zhuǎn)換為發(fā)動機的最大允許扭矩，在車速接近目標(biāo)車速時該扭矩開始計算，若車速超過目標(biāo)值時該限制扭矩將減小，直至當(dāng)前車速等于設(shè)定的最高限制車速，達(dá)到限制車速的目的。該技術(shù)實際上是將扭矩限值轉(zhuǎn)化為噴油量限制，噴油量不再增加，即使踩油門也不會增加車速。限制扭矩控制原理如下圖2：

圖2　限制扭矩控制原理圖

基于發(fā)動機ECU限速技術(shù)的設(shè)計要求：

（1）必須保證車速信號的穩(wěn)定可靠，當(dāng)車速信號失效時，最高車速限制功能就無法實現(xiàn)，同時系統(tǒng)會點亮故障燈。

（2）必須保證車速的準(zhǔn)確性，車速傳感器實際每公里的脈沖數(shù)應(yīng)與ECU里的設(shè)定值一致，若車速不準(zhǔn)確將可能導(dǎo)致車速限制無效或車速限制的過低。

（3）車輛的檔位信息應(yīng)該盡可能準(zhǔn)確，以便系統(tǒng)采用更合理的控制參數(shù)。

（4）車速限制的使用極限為發(fā)動機停止噴油，如果因外力導(dǎo)致車速仍繼續(xù)加速（如下坡），該功能是無能為力的，不能期望該功能限制住實際車速。

3、關(guān)于城市客車的Vset的確定

以某廠生產(chǎn)的6105G城市客車為例。為確定最高車速的設(shè)定值Vset，應(yīng)對運行線路進(jìn)行了解，這對于城市客車特別重要，因為該類車型基本上是在固定線路運行，不同的線路決定著該車的實際運行工況，將直接影響動力性與經(jīng)濟性。6105G為上海市市區(qū)（966路）公交線路運行的車型，通過對該線路進(jìn)行實際運營車輛的路譜采集，得到如下的城市公交循環(huán)工況，見圖3。從圖上可以看出，將最高車速的Vset設(shè)定為69 km/h，是符合該線路對最高車速的要求，同時也滿足GB 7258-2012對設(shè)有乘客站立區(qū)的公共汽車的要求。

圖3　966路城市公交循環(huán)工況

4、總結(jié)與建議

（1）限制最高車速能避免因超速行駛造成的交通事故，特別是對危險品貨物運輸車、專用校車、公路客車及旅游客車來說尤為重要，這是一種非常有效的主動安全技術(shù)。

（2）在GB/T 24545-2009《車輛車速限制系統(tǒng)技術(shù)要求》中規(guī)定：不允許采用可調(diào)式車速限制系統(tǒng)。但通過機械式油門踏板控制油門拉線的車速控制裝置，很容易被人為地改裝或拆除，所以基于控制機械式油門踏板的車速限制裝置是不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）在實際使用中，速度傳感器的質(zhì)量至關(guān)重要。據(jù)了解，國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的速度傳感器和國外企業(yè)提供的發(fā)動機ECU 不能很好匹配，影響了車速限制系統(tǒng)的性能。如果采用的速度信號傳感器性能、質(zhì)量不過關(guān)，一旦傳感器出現(xiàn)故障，就會影響發(fā)動機ECU 正常工作。GB/T 24545-2009《車輛車速限制系統(tǒng)技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)的強制實施，將促使發(fā)動機和整車生產(chǎn)廠家不斷改進(jìn)車速限制系統(tǒng)的性能。

（4）整車生產(chǎn)廠和發(fā)動機廠必須在整車出廠前安裝好限速裝置或設(shè)置好限速功能，并采取措施防止其被人為改動，同時在主管部門對車輛的一致性檢查中和在車輛年檢中應(yīng)該將檢查安裝的限速裝置或設(shè)置限速功能的完好性作為重點檢查內(nèi)容之一。

（5）安裝限速裝置或具有限速功能的車輛應(yīng)該同時配備具有行駛記錄功能的GPS裝置，這樣可更加有效、方便地對運行車輛進(jìn)行監(jiān)控。

（6）隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的發(fā)展，特別是藍(lán)牙、無線通信技術(shù)、GPS技術(shù)的日益成熟，車速限制技術(shù)將被應(yīng)用于智能交通管理系統(tǒng)，即可根據(jù)路況及交通情況，通過與車輛以外監(jiān)控室進(jìn)行通信，實時調(diào)整限制車速，保證最有效的道路暢通和道路安全。當(dāng)然，車輛限速技術(shù)發(fā)展到智能交通階段，將突破現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對不可調(diào)式車速限制系統(tǒng)的要求，將會需要可實時調(diào)整的車速限制系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]廖華新，韋雄，祝軻卿等. 柴油機電控系統(tǒng)車速處理及最高車速限制策略開發(fā)[J].車用發(fā)動機，2008.10.

[2]陳倩詒,陳再清. 汽車自動限速系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機測量與控制，2006.14（3）.

[3]張玲華，王濤. 限速裝置在重型汽車上的應(yīng)用[J].重型汽車，2010.1.

[4]劉丹，袁超，黃銀花等. 巡航技術(shù)在公路限速系統(tǒng)中的應(yīng)用研究與仿真[J].自動化與儀器儀表，2012年第2期.

[5]王迎華，李鳳超，楊國輝.限速與交通安全[J].吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報，2007年6月，第24卷第2期.

[6]GB7258-2012，機動車運行安全技術(shù)條件[S].

[7]GB/T 24545-2009，車輛車速限制系統(tǒng)技術(shù)要求[S].

Study on Active Speed Limitation System for Motor Vehicles

Liu Wei
（Chongqing Vehicle Test&Research Institute Co. Ltd, Chongqing 401122）

Abstract:This paper introduces the main technical requirements of domestic standards for various types of vehicle speed and speed limitation system. And study on active speed limitation system for motor vehicles. Determine the set value of the maximum speed of city bus through the acquisition of road spectrum method. Finally, suggest the practical application problems of the speed limitation system and the future direction to develop it.

Keywords:Speed limitation system; Accelerator Pedal; Engine ECU

中圖分類號：U463.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-7988（2016）05-48-03

作者簡介：劉偉，碩士，就職于重慶車輛檢測研究院有限公司。從事汽車測試技術(shù)與研究。