专利名称：不平道路检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆，更为具体地，本发明涉及一种检测车辆何时行进于不平道路的方法和装置。
背景技术：
车辆具有可产生驱动转矩的内燃机。更为具体地，发动机吸入空气并混合空气和燃料以形成燃气混合物。燃气混合物在汽缸内压缩和点燃以驱动滑动设置在汽缸内的活塞。活塞旋转地驱动曲轴，曲轴将驱动转矩传递到传动系统和车轮。当发动机不发火时，汽缸里的燃气混合物完全不燃烧或只部分燃烧，并可能造成发动机震动和动力传动系统的振荡。
发动机控制系统通常包含不发火检测系统，该不发火系统检测何时发动机不发火。发动机控制系统能调整发动机操作以减少发动机的不发火情况，因而改善发动机性能和车辆的驾驶性。一些道路状况可能会造成发动机控制系统错误地登记不发火事件，而实际上并没有发生不发火事件。例如，不平道路会引起作用在车轮上的反馈转矩，其能影响曲轴转动。不正常的曲轴转动是发动机不发火事件一个特性。
一些不发火检测系统基于发动机速度相对于参考值的变化而识别不发火事件。该参考值表示在相似状况下操作的正常发动机速度的期望变化，并可在不发火情况下通过在不同操作状况下运行车辆而在实验上获得。当不发火发生时，发动机转矩的降低引起发动机速度的相应降低。这个速度变化有时比参考值的变化大。
不平道路也产生发动机速度变化，该变化在量上类似于发动机不发火事件所产生的发动机速度变化量。这就造成发动机不发火检测系统的问题，即发动机不发火检测系统依赖于发动机速度变化来检测发动机不发火事件。为了防止系统因不平道路产生错误的不发火事件，当检测到道路不平时不发火检测系统可能被禁用。
发明内容
依据本发明的不平道路检测系统包括发动机速度模块、特征空间模块、规格化模块和不平道路模块。发动机速度模块基于曲轴信号产生发动机的速度信号。特征空间模块基于发动机速度信号产生特征空间信号。规格化模块产生规格化信号。规格化信号基于特征空间信号和随发动机速度信号而变化的规格化值。不平道路模块根据规格化信号确定是否存在不平道路状况。
在其他特征中，不平道路模块在规格化信号超出不平道路阈值时确定不平道路状况存在。
还有在其他特征中，发动机速度模块基于发动机速度信号产生取样信号。滤波器模块基于没有超出不平道路频率的所述取样信号的分量产生过滤的信号。滤波器模块基于该过滤的信号产生矢量信号。滤波器模块基于该矢量信号产生简化数据信号。规格化模块基于特征空间信号产生能量信号。规格化信号以该能量信号为依据。特征空间信号是频域信号。
本发明的进一步应用领域将从以下提供的细节说明而变得明晰。可以理解的是，细节化的说明和详细的实施例说明了本发明的优选实施例，且只是用于说明的目的和不会限制本发明的范围。
根据详细说明和附图本发明将更容易理解，其中
图1是实施本发明的不平道路检测系统的车辆的功能结构图；
图2是本发明的不平道路检测系统的功能结构图；
图3是说明本发明的不平道路检测系统执行的步骤的流程图；
图4示出了当车辆通过平缓道路时汽缸的时间间隔和道路频率相对时间的曲线图；
图5示出了当车辆经历发动机不发火情况时汽缸的时间间隔和道路频率相对时间的曲线图；
图6示出了当车辆通过不平道路时汽缸的时间间隔和道路频率相对时间的曲线图。
具体实施例方式
下面优选实施例的说明实际上仅仅是代表性的且决不是意欲限制本发明、及其应用或使用。为了清楚表示，同样的附图标记将用于附图中以标记类似的部件。如在此所用，术语模块涉及的是特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共用的、专用的或组)和执行一个或更多软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或其他提供所述功能的适当元件。
参照图1，示出包含发动机12的车辆10。发动机12包括汽缸16，汽缸16具有关联的燃料喷射器18和火花塞20。虽然只示出一个汽缸16，可以理解的是，发动机12也可以包含与燃料喷射器18、火花塞20和进气门及排气门(未示出)关联的多个汽缸16。例如，发动机12可以包括4、5、6、8、10或12个汽缸16。空气通过入口23而进入发动机12的进气歧管22。节气门24调节流入进气歧管22的气流。在汽缸1 6中燃料和空气混合并被火花塞20点火。进气门和排气门(未示出)分别控制空气燃料混合物和废气的进和出。推杆和/或一个或多个具有凸轮凸角的顶凸轮可以用来打开和关闭进气门和排气门。
控制器26与曲轴位置传感器30进行通信，该传感器基于曲轴转动而产生曲轴的位置信号。控制器26还与质量气流(MAF)传感器32和歧管绝对压力(MAP)传感器34进行通信，它们分别产生MAF和MAP信号。控制器26还与产生TPS信号的节气门位置传感器(TPS)36进行通信。
曲轴位置传感器30响应于随曲轴转动的齿轮(未示出)。齿轮包括多个相等间隔并在其上径向延伸的齿。至少有一个齿缺失以形成一个缺口。例如，该齿轮可包含足够的尺寸和间隔的齿，以容纳60个齿。然而，有2个齿缺失使得围绕齿轮上实际设置总共58个齿。缺失的齿形成了缺口。在本实施例中，每个齿对应于曲轴旋转6°(即360°/60个齿)。缺口对应于与汽缸内活塞位置相关的曲轴的转动位置。例如，缺口的末端指示特定活塞位于汽缸内的上止点(TDC)。
当各个齿转过曲轴位置传感器30时产生脉冲序列。该脉冲序列中的每个脉冲对应于齿轮上的一个齿。对于上述示例性齿轮，每个脉冲对应于曲轴转动6°。基于该脉冲序列确定以每分钟转数(RPM)的发动机速度。当描述该特定方法时，本领域技术人员应该能理解也可以使用其他用于感测发动机速度的系统和方法。
控制器26实现本发明的不平道路检测系统以基于曲轴位置信号确定车辆10是否正在经过不平道路状况(即，行经不平道路)。更为具体地是，本系统确定事件域(event-domain)瞬时发动机速度，该速度被定义为曲轴转动过一定周期(例如，30°，60°，90°，120°)所需的时间量。例如，如果使用30°的周期，控制器26确定与脉冲序列中的5个脉冲相关的时间量(即5个脉冲X6°/脉冲＝30°)。
系统取样该事件域的发动机速度，并且低通滤波器移除在不平道路频率范围外的频率分量。对剩余的样本进预定周期的取样而生成一矢量。以一个取样速率对该矢量进行取样，该取样速率大于或等于所述样本的尼奎斯特频率，以减小样本数量。减少的样本数量被转化为频域样本并在一频率范围内被求和。该求和的样本通过除以随发动机速度而变化的规格化值而被规格化。该规格化样本与阈值进行比较以确定是否存在不平道路状况。如果车辆10正在经历不平道路状况，则控制器26禁用发动机不发火检测系统。通过这种方式，由于不平道路状况产生的假不发火指示就减少了。虽然使用发动机速度来描述本发明，本领域技术人员应该理解依照本发明也可以用车速。
现参照图2，不平道路检测系统100包括发动机速度模块102、滤波器模块104、特征空间模块106、规格化模块108和不平道路检测模块110。
发动机速度模块102基于目标轮的轮齿间的时延来计算发动机速度，并产生发动机速度信号。该发动机速度信号可用下面的公式表示 其中N是目标轮的轮齿数，dt是轮齿间的时延。
发动机速度模块102使用固定的取样率对计算的发动机速度进行取样，并产生取样信号。该取样信号是具有相同间隔取样的时域离散的发动机速度信号。例如，如果样本频率为1000个样本/秒，则样本之间的间隔就是取样周期，Ts＝1/fs＝1毫秒。取样信号可以用下面的公式表示 其中ys是取样信号，ES是发动机速度信号，TS是取样周期，而NS是样本点的总数。
滤波器模块104用来除去不平道路频率范围之外的分量并产生过滤的信号。不平道路频率范围通常低于10Hz。因而，数字低通滤波器可以用来移除不需要的高频分量。低通滤波器可以通过下面的公式表示 其中y表示过滤的信号，ys是取样信号，m是滤波器阶数或过滤阀的数量，k是样本序号(1，2，3...)，而an和bh是滤波系数。
滤波器模块104将过滤的信号的样本聚集一段缓冲时间以形成具有N维的矢量，并产生矢量信号。在优选实施例中，缓冲时间是1秒。该矢量信号可以用下面的公式表示 yb＝[y0y1...yN] 其中yb是矢量信号，y0y1...yN是过滤信号的数据分量，而N是要聚集的样本数量。因而，矢量信号是由过滤信号的样本形成的N维矢量。
滤波器模块104用大于或等于取样数据的尼奎斯特频率的取样率来重新取样矢量信号，并产生简化数据信号。尼奎斯特频率是2倍于取样数据频率的频率。因为不平道路频率通常为10Hz或更少，尼奎斯特频率大约为20Hz。在优选实施例中，取样率为32Hz，其大于尼奎斯特频率。因此，指示不平道路的矢量信号的全部谐波仍然在所述简化数据信号中。由自滤波器模块104的简化数据信号可以通过下面的公式表示 其中ydr表示简化数据信号，Tr表示取样周期，而Ns表示样本总数。
特征空间模块106将简化数据信号转换为特征空间信号。更具体地，特征空间模块用快速傅立叶变换(FFT)将简化数据信号转换为频域信号。FFT函数可用下面的公式表示 Yf＝FFT(yb) 其中Yf是频域信号，而yb是简化数据信号。Yf和yb都是矢量，然而，Yf是复向量，可从下面公式得出 其中WN＝e(-2∏j)/N，N是简化数据信号中的样本数量(即，32)，k是频率分量的数量，而。Yf矢量的每个分量是一对实数和虚数。这些复数偶可用下面的公式表示 其中ReYf[k]和ImYf[k]是Yf矢量的实数和虚数部分。
规格化模块108通过对频域信号的各个分量进行求和来确定频域信号的能量，并基于此产生能量信号。该能量通过一窄的频率窗而被确定，该频率窗优选为1至9Hz的范围。
规格化模块108基于发动机速度信号来规格化能量信号，并产生规格化信号。更具体地，能量信号被除以随发动机速度而变化的规格化值。规格化值可以是随发动机速度而变化的函数和/或发动机速度的多量程(multiplerange)限定的离散函数。规格化信号具有为1的最大值和为0的最小值。
不平道路检测模块110用来检测不平道路状况。更具体地，当规格化信号大于不平道路阈值时，不平道路检测模块110确定车辆10正通过不平道路。在一个优选实施例中，不平道路阈值为0.5。在一些应用中，可能需要不平道路检测模块110禁用发动机不发火检测系统以防止检测假的不发火。
现参照图3，不平道路检测系统实现总的被标为200的步骤。当车辆10启动时，过程在步骤202中开始。在步骤204中，发动机速度模块102确定发动机速度信号。在步骤206中，发动机速度模块102用固定的取样率对发动机速度信号进行取样，并产生取样信号。
在步骤208中，滤波器模块104从取样信号中移除高频并产生过滤的信号。在步骤210中，滤波器模块104将过滤的信号的样本聚集以缓冲一段缓冲时间，并产生矢量信号。在步骤212中，滤波器模块104以该取样率对矢量信号重新取样并产生简化数据信号。因为在该优选例中缓冲时间为1秒且取样率为32Hz，所以简化数据信号包括32个数据点。
在步骤214中，特征空间模块106将简化数据信号转换为特征空间信号。如前所述，在优选例中，用FFT函数将简化数据信号转换为频域信号。
在步骤216中，规格化模块108计算特征空间信号的能量并产生能量信号。如前所述，能量信号通过在一窄的频率窗对特征空间信号求和而确定。为了改善信号的噪声比，大小低于预定阈值的信号被移除。在步骤218中，规格化模块108产生规格化信号。如前所述，规格化信号通过将能量信号除以随发动机速度而变化的规格化值而确定。
不平道路检测模块110确定是否存在不平道路状况。更具体地，在步骤220中，不平道路检测模块110确定规格化信号是否大于不平道路阈值。如果规格化信号不大于不平道路阈值，则过程在步骤222结束。如果规格化信号大于不平道路阈值，则在步骤224中，不平道路检测模块110确定存在不平道路状况，然后过程在步骤222结束。
现参照图4，说明了当车辆10行经平缓道路时所示出的汽缸时间间隔和道路频率相对时间的曲线图。汽缸时间间隔是汽缸16通过参考点的以毫秒为单位的时间微分。更具体地，该时间微分表示汽缸16通过参考点的期望时间和汽缸通过参考点的实际时间的差值。如曲线图A所示，当车辆10行经平缓道路时汽缸时间间隔通常在±100ms内。
曲线图B说明规格化的道路频率相对时间的关系。轮廓线C表示规格化信号，该规格信号指示了车辆10经历的道路频率。轮廓线D表示不平道路阈值。如曲线图B所示，规格化信号没有超出不平道路频率。因此，车辆10正径平缓道路。
现参照图5，说明了当车辆10经历发动机不发火时示出的汽缸时间间隔和道路频率相对时间的曲线图。曲线图E说明当车辆10在平缓道路上经历发动机不发火时汽缸的时间间隔相对时间的关系。如曲线图E所示，汽缸时间间隔的变化比曲线图A中表示的汽缸时间间隔变化大，这会与不平道路状况混淆。
曲线图F说明了规格化的道路频率相对时间的关系。轮廓线G表示规格化信号，该规格化信号指示车辆10经历的道路频率。在大约5秒时，车辆10经历了发动机不发火，造成轮廓线G出现尖峰。因为轮廓线G中的尖峰没有超出不平道路阈值(轮廓线D)，则车辆10没有行经不平道路。
现参照图6，说明了当车辆10行经不平道路时示出的汽缸时间间隔和道路频率相对时间的曲线图。如曲线图H所示，汽缸时间间隔的变化大于曲线图E表示的变化，其指示了不平道路状况。
曲线图I说明了规格化的道路频率相对时间的关系。轮廓线J表示规格化信号，该规格化信号指示了车辆10经历的道路频率。在2.5秒之前，轮廓J超出不平道路阈值(轮廓线D)，指示了车辆10正行经不平道路。从大约2.5秒到6.3秒之间，轮廓现J没有超出不平道路阈值，指示道路是平缓的。在大约6.3秒的时候，轮廓线J超出了不平道路阈值，指示车辆10正行经不平道路。
现在本领域技术人员能从上面的描述中理解到，本发明的广泛教导可以以多种形式实现。因此，当本发明在此通过相关的特定实施例而被描述时，本发明的实际范围不应该受限，因为本领域技术人员根据附图、说明书和下面的权利要求书中能容易地实施一些变动。
权利要求
1、一种不平道路检测系统，包括
发动机速度模块，基于曲轴信号产生发动机速度信号；
特征空间模块，基于所述发动机速度信号产生特征空间信号；
规格化模块，基于所述特征空间信号和随所述发动机速度信号而变化的规格化值来产生规格化信号；和
不平道路模块，基于所述规格化信号来确定是否存在不平道路状况。
2、如权利要求1所述的不平道路检测系统，其中当所述规格化信号超出不平道路阈值时，所述不平道路状况存在。
3、如权利要求2所述的不平道路检测系统，其中所述发动机速度模块基于所述发动机速度信号产生取样信号。
4、如权利要求3所述的不平道路检测系统，还包括滤波器模块，基于未超出不平道路频率的所述取样信号的分量来产生过滤的信号。
5、如权利要求4所述的不平道路检测系统，其中所述过滤器模块基于所述过滤的信号来产生矢量信号。
6、如权利要求5所述的不平道路检测系统，其中所述滤波器模块基于所述矢量信号来产生简化数据信号。
7、如权利要求6所述的不平道路检测系统，其中所述特征空间信号基于所述简化数据信号。
8、如权利要求7所述的不平道路检测系统，其中所述规格化模块基于所述特征空间信号来产生能量信号。
9、如权利要求8所述的不平道路检测系统，其中所述规格化信号基于所述能量信号。
10、如权利要求9所述的不平道路检测系统，其中所述特征空间信号是频域信号。
11、一种检测不平道路的方法，包括
基于曲轴信号产生发动机速度信号；
基于所述发动机速度信号产生特征空间信号；
基于所述特征空间信号和随所述发动机速度信号而变化的规格化值来产生规格化信号；和
基于所述规格化信号来确定是否存在不平道路状况。
12、如权利要求11所述的方法，还包括当所述规格化信号超出不平道路阈值时，确定所述不平道路状况存在。
13、如权利要求12所述的方法，还包括基于所述发动机速度信号来产生取样信号。
14、如权利要求13所述的方法，还包括基于未超出不平道路频率的所述取样信号的分量来产生过滤的信号。
15、如权利要求14所述的方法，还包括基于所述过滤的信号产生矢量信号。
16、如权利要求15所述的方法，还包括基于所述矢量信号来产生简化数据信号。
17、如权利要求16所述的方法，其中所述特征空间信号基于所述简化数据信号。
18、如权利要求17所述的方法，还包括基于所述特征空间信号来产生能量信号。
19、如权利要求18所述的方法，其中所述规格化信号基于所述能量信号。
20、如权利要求19所述的方法，其中所述特征空间信号是频域信号。
21、一种不平道路检测系统，包括
特征空间模块，基于车速信号产生特征空间信号；
规格化模块，基于所述特征空间信号和随所述车速信号而变化的规格化值来产生规格化信号；和
不平道路模块，基于所述规格化信号确定是否存在不平道路状况。
22、如权利要求1所述的不平道路检测系统，其中当所述规格化信号超出不平道路阈值时，所述不平道路状况存在。
23、如权利要求2所述的不平道路检测系统，进一步包括
取样模块，基于所述车速信号产生取样信号；
滤波器模块，基于未超出不平道路频率的取样信号的分量产生过滤的信号，基于所述过滤的信号产生矢量信号，和基于所述矢量信号产生简化数据信号。
24、如权利要求6所述的不平道路检测系统，其中
所述特征空间信号基于所述简化数据信号；
所述规格化模块基于所述特征空间信号产生能量信号；
所述规格化信号基于所述能量信号；和
所述特征空间信号是频域信号。
全文摘要
一种不平道路检测系统，包括发动机速度模块、特征空间模块、规格化模块和不平道路模块。发动机速度模块基于曲轴信号产生发动机速度信号。特征空间模块基于所述发动机速度信号产生特征空间信号。规格化模块产生规格化信号。该规格化信号基于所述特征空间信号和随所述发动机速度信号而变化的规格化值。不平道路模块基于所述规格化信号确定是否存在不平道路状况。
文档编号G01M99/00GK101236130SQ20081000407
公开日2008年8月6日 申请日期2008年1月23日 优先权日2007年1月23日
发明者J·林, Y·徐, W·王, M·R·格兰姆斯 申请人:通用汽车环球科技运作公司