一種應用於機動車電子機械制動器系統中檢測與控制車輛狀態的方法

2024-03-20 07:14:05

專利名稱：一種應用於機動車電子機械制動器系統中檢測與控制車輛狀態的方法
技術領域：
本發明屬於機動車安全領域檢測與控制方法，具體地說，涉及應用於機動車電子機械制動器系統中檢測與控制車輛狀態的方法。
背景技術：
隨著廣大消費者對車輛安全性越來越重視，機動車輛的制動系統也歷經了數次變遷和改進。從最初的皮革摩擦制動，到後來出現鼓式、盤式制動器，再到後來出現機械式ABS制動系統，緊接著伴隨電子技術的發展又出現了模擬電子ABS制動系統、數字式電控ABS制動系統等等。目前，隨著技術的發展，一些廠家開始對電子機械制動器 (Electro-mechanical Brake)開始進行研究和實踐，簡單的來說電子機械制動器(EMB)就是把原來由液壓或者壓縮空氣驅動的部分改為由電動機來驅動，藉以提高響應速度、增加制動效能等，同時也大大簡化了結構、降低了裝配和維護的難度。電子機械制動器(EMB)系統摒棄了原制動系統中的液壓管路等部件，而直接以電能作為制動力產生的來源。與傳統的液壓制動系統相比，電子機械制動器(EMB)系統以線束傳遞信號和能量，能夠提高制動操作的響應速度，縮短制動距離；而且能夠方便地集成 ABS、ESP、TCS等多種功能，無需額外增加其他附件；電子機械制動器(EMB)系統結構簡潔， 降低了裝配和維護的難度，有利於整車的布置；用踏板模擬器代替傳統的機械踏板傳力器， 以電信號傳遞駕駛員的意圖，改善了制動時的腳感，且無打腳現象；不需要制動液，避免了對環境的汙染。電子機械制動器(EMB)是線控制動系統的方式之一，而線控制動系統是汽車線控技術的主要內容。隨著汽車線控技術的發展，電子機械制動器(EMB)系統也必將逐步取代傳統的液壓制動系統，成為未來汽車制動系統的主流方式。對於電子機械制動器(EMB)系統的機械執行機構，它直接接受電動機產生的力矩，並放大作用到制動盤上，其結構應該滿足如下幾個基本的要求結構緊湊，便於布置； 能夠把轉動轉化為平動；有減速增矩、自增力機構；能夠自動補償制動間隙；能夠提供停車時的駐車制動；安全可靠、工作時間長。在電子機械制動器(EMB)系統中，輪速信號是一個不可或缺的重要輸入參數。系統通過輪速傳感器來獲得輪速信號，或是通過CAN通信從其他系統(如ABS，ESP等)獲得輪速信號。通過輪速信號，系統可以計算出當前車速、判斷車輪是否抱死、是否滑轉等重要信息，並據此採取相應的控制措施。隨著電子機械制動器(EMB)系統在車輛上的不斷應用，安裝該系統的車輛將不可避免的面臨如下技術問題由於現有技術中的電子機械制動器(EMB)系統採用輪速信號作為輸入條件，一旦輪速傳感器出現故障以後，或是傳遞輪速信號的CAN通信模塊出現故障後，S卩，一旦失去輪速信號，系統將無法判斷車輛運行狀態，進而導致系統失效，無法對車輛進行控制，嚴重時將釀成事故。

發明內容
本發明提供的技術方案所要解決的技術問題是，由於現有電子機械制動器(EMB) 系統依靠輪速信號作為唯一輸入信號，一旦輪速傳感器出現故障以後，或是傳遞輪速信號的CAN通信模塊出現故障後，電子機械制動器系統將無法判斷車輛運行狀態，進而導致系統失效，無法對車輛進行控制，嚴重時將釀成事故等技術問題，而提供了一種在輪速信號失效後，將採用其它更加有效的檢測和控制方法，對車輛進行控制的控制方法，即，一種機動車電子機械制動器系統中檢測與控制車輛狀態的方法。本發明的構思是，在輪速傳感器出現故障以後，或是傳遞輪速信號的CAN通信模塊出現故障以後，電子機械制動器(EMB)系統不會因此而不能正常工作，而是通過加速度傳感器和橫擺角速度傳感器來識別車輛運行狀態，保證ECU在危險情況下仍然能夠檢測到車輛運行狀態並控制制動系統採取相應的措施來調整車輛的行駛姿態，防止出現甩尾、側翻等事故。本發明所提供的技術方案是，一種應用於機動車電子機械制動器系統中檢測與控制車輛狀態的方法，在所述機動車的電子控制單元中設有加速度傳感器和橫擺角速度傳感器，所述電子控制單元接收來自所述加速度傳感器和所述橫擺角速度傳感器傳來的信號信息，所述電子控制單元通過所述加速度傳感器來判斷車輛當前的行駛狀態、估算車速等信息；所述電子控制單元通過所述橫擺角速度傳感器來判斷車輛是否發生甩尾、側傾等信息。 所述電子控制單元將上述行駛狀態、估算車速、甩尾、側傾等信息與標準值進行判斷比較； 當判斷車輛存在側傾、甩尾等危險工況時，所述電子控制單元對執行機構發出指令，由所述執行機構對制動輪施加制動力。一種應用於機動車電子機械制動器系統中檢測與控制系統，其特徵在於，所述檢測與控制系統包括電子控制單元，所述電子控制單元內設有加速度傳感器和橫擺角速度傳感器，所述加速度傳感器和所述橫擺角速度傳感器分別與所述電子控制單元通過信號線路連接；所述電子控制單元通過CAN通訊模塊與其它控制模塊相連； 所述電子控制單元與所述CAN通訊模塊之間，以及所述CAN通訊模塊之間與其它控制模塊之間均為雙向信號連接；所述電子控制單元通過輪速傳感器與車輪相連；同時所述電子控制單元還通過執行機構與車輪相連。採用本發明所提供的技術方案，能夠有效解決現有電子機械制動器(EMB)系統依靠輪速信號作為唯一輸入信號，一旦輪速傳感器出現故障以後，或是傳遞輪速信號的CAN 通信模塊出現故障後，電子機械制動器系統將無法判斷車輛運行狀態，進而導致系統失效， 無法對車輛進行控制，嚴重時將釀成事故等技術問題，同時，本發明提供的技術方案檢測與控制精準、快速，本方法所涉及的零部件工作穩定，成本低，使用壽命長。


圖1為本發明電子機械制動器(EMB)系統組成原理示意圖；圖2為車輛在坡路上重力加速度分解示意圖；圖3為車輛行駛狀態判斷流程圖；圖4為勻速或靜止狀態判斷流程圖；其中，1為電子控制單元；2為加速度傳感器；3為橫擺角速度傳感器；4為輪速傳感器；5為執行機構；6為車輪；7為CAN通訊模塊；8為其它控制模塊。
具體實施例方式本發明所提供的技術方案，是基於在輪速傳感器4出現故障以後，或是傳遞輪速信號的CAN通訊模塊7模塊出現故障以後，電子機械制動器(EMB)系統不會因此而不能正常工作。一旦輪速傳感器4或傳遞輪速信號的CAN通訊模塊7出現故障以後，電子機械制動器(EMB)系統立刻切換到輪速傳感器4失效控制模式，通過加速度傳感器2和橫擺角速度傳感器3來識別車輛運行狀態，保證ECU在危險情況下仍然能夠檢測到車輛運行狀態並控制制動系統採取相應的措施來調整車輛的行駛姿態，防止出現甩尾、側翻等事故。本發明所提供技術方案的連接方式為，四個車輪6分別與執行機構5和輪速傳感器4連接；所述執行機構5和所述輪速傳感器4分別與所述電子控制單元1 (EOT)連接，所述電子控制電源還與CAN通訊模塊7連接，所述CAN通訊模塊7另一端與其它控制模塊8 連接。本發明所提供的技術方案是，一種應用於機動車電子機械制動器系統中檢測與控制車輛狀態的方法，在所述機動車的電子控制單元1 (ECU)中設有加速度傳感器2和橫擺角速度傳感器3，所述電子控制單元1 (ECU)接收來自所述加速度傳感器2和所述橫擺角速度傳感器3傳來的信號信息，所述電子控制單元1 (ECU)通過所述加速度傳感器2來判斷車輛當前的行駛狀態、估算車速等信息；所述電子控制單元I(ECU)通過所述橫擺角速度傳感器 3來判斷車輛是否發生甩尾、側傾等信息。所述電子控制單元I(ECU)將上述行駛狀態、估算車速、甩尾、側傾等信息與標準值進行判斷比較；當判斷車輛存在側傾、甩尾等危險工況時，所述電子控制單元1 (ECU)對執行機構5發出指令，由所述執行機構5對制動輪施加制動力。該方法為在ECU中集成一個加速度傳感器2和一個橫擺角速度傳感器3，這樣， 當輪速傳感器4或時CAN通訊模塊7失效以後，系統通過加速度傳感器2和橫擺角速度傳感器3來識別車輛運行狀態，包括車輛當前的行駛狀態、估算車速、判斷車輛是否發生甩尾、 側傾，當發現車輛有側傾、甩尾等危險工況時，由ECU控制執行機構5對相應的制動輪施加不同的制動力，從而避免事故的發生。所述加速度傳感器2為三軸加速度傳感器2，包括X軸加速檢測、Y軸加速檢測和 Z軸加速檢測；所述電子控制單元1 (ECU)通過加速度傳感器2來判斷車輛行駛狀態的方法為所述電子控制單元1 (ECU)首先判斷所述加速度傳感器2Z軸加速度值，若Z軸加速度值等於重力加速度值，則判斷為車輛在平路狀態；若Z軸加速度值小於重力加速度值， 則判斷為車輛在坡路狀態。所述判斷車輛在平路狀態時，所述電子控制單元1 (ECU)判斷所述加速度傳感器 2X軸加速度值，若X軸加速度值為正，則車輛在加速行駛狀態；若X軸加速度值為負，則車輛在減速行駛狀態；若X軸加速度值為零，則車輛為勻速行駛或是靜止狀態。所述判斷車輛在坡路狀態時，所述電子控制單元1 (ECU)判斷所述加速度傳感器 2X軸加速度值，若X軸加速度值大於重力加速度沿X軸方向的分量，則車輛在加速行駛狀態；若X軸加速度值小於重力加速度沿X軸方向的分量，則車輛在減速行駛狀態；若X軸加速度值等於重力加速度沿X軸方向的分量，則車輛為勻速行駛或是靜止狀態。
所述X軸加速度值為零時，判斷車輛處於勻速行駛狀態還是靜止狀態的方法是， 由電子控制單元1 (ECU)控制執行機構5對車輪6施加一個短暫的制動力，然後根據該制動期間的X軸加速度值判斷在平路狀態下，若所述加速度傳感器2X軸加速度值仍然等於零，則車輛處於靜止狀態；若所述加速度傳感器2X軸加速度值為負，則車輛處於勻速行駛狀態；在坡路狀態下，若重力加速度沿所述加速度傳感器2X軸方向的分量仍然等於零， 則車輛處於靜止狀態；若所述加速度傳感器2X軸加速度值為負，則車輛處於勻速行駛狀態。所述電子控制單元1 (ECU)利用加速度傳感器2估算車速的方法為採集所述加速度傳感器2X軸加速度值，通過積分的方法，獲得當前車速。所述積分的具體算法為將採集到的X軸加速度離散值設為{a(k)} (k = 0，1，2，. . .，N)，則車速v(k)為v(k) = M±ail-l) + a{l)(1)
!=i 2上式中v(k)——第k個採樣點的車速，m/s ；Δ t——採樣時間間隔，s。所述電子控制單元1 (ECU)通過加速度傳感器2和橫擺角速度傳感器3來判斷車輛是否有甩尾、側傾的方法是，當車輛在正常行駛或轉彎狀態時若所述加速度傳感器2Y軸加速度值變化範圍在標準值以內，同時，所述橫擺角速度傳感器3檢測到的沿汽車垂直軸偏轉的偏轉角度在標準值以內，則車輛處於正常行駛狀態；若所述加速度傳感器2Y軸加速度值變化範圍在標準值以外，同時，所述橫擺角速度傳感器3檢測到的沿汽車垂直軸偏轉的偏轉角度在標準值以外，則車輛處於側滑或者甩尾的危險工況。通過加速度傳感器2和橫擺角速度傳感器3來識別車輛是否有甩尾、側傾的方法為當車輛在正常行駛、轉彎時，Y軸加速度值變化很小，在標準值以內；但是當有甩尾、側傾發生時，則Y軸加速度值變化較大，在標準值以外。再利用橫擺角速度傳感器3來檢測沿汽車垂直軸的偏轉，該偏轉的大小代表了汽車行駛方向的穩定程度。如果偏轉角度小於某一閾值，即在標準值以內，則說明汽車安全行駛工況。如果偏轉角度大於某一閾值，即在標準值以外，則說明汽車發生側滑或者甩尾的危險工況。綜合以上信息，系統就能夠得知車輛當前的運行狀態。這樣，當有危險情況發生時，ECU通過控制執行機構5對相應的制動輪施加不同的制動力來調整車身行駛姿態，從而防止出現甩尾、側翻等事故；同時，還可以通過CAN通訊模塊7通知發動機控制單元降低扭矩輸出，進一步確保行駛安全。本發明所提供的技術方案中，著重強調的發明點是，一旦輪速傳感器4或傳遞輪速信號的CAN通訊模塊7出現故障以後，電子機械制動器(EMB)系統立刻切換到輪速傳感器4失效控制模式；首先，通過加速度傳感器2X軸加速度信號來判斷車輛當前的行駛狀態。在平路上，加速度傳感器2X軸加速度即為車輛的行駛加速度，但在坡路上，加速度傳感器2X軸加速度還會受到重力加速度分量的影響，如圖2所示採集加速度傳感器2Z軸加速度值α ζ， 若αζ = G(重力加速度)，則說明車輛在平路上；若Ciz <G，則說明車輛在坡路上，此時可根據αz計算出坡度角
權利要求
1.一種應用於機動車電子機械制動器系統中檢測與控制車輛狀態的方法，其特徵在於，在所述機動車的電子控制單元(1)中設有加速度傳感器(2)和橫擺角速度傳感器(3)， 所述電子控制單元(1)接收來自所述加速度傳感器(2)和所述橫擺角速度傳感器(3)傳來的信號信息所述電子控制單元(1)通過所述加速度傳感器(2)來判斷車輛當前的行駛狀態、估算車速等信息；所述電子控制單元(1)通過所述橫擺角速度傳感器(3)來判斷車輛是否發生甩尾、側傾等信息；所述電子控制單元(1)將上述行駛狀態、估算車速、甩尾、側傾等信息與標準值進行判斷比較；當判斷車輛存在側傾、甩尾等危險工況時，所述電子控制單元⑴對執行機構(5) 發出指令，由所述執行機構(5)對制動輪施加制動力。
2.根據權利要求1所述的一種應用於機動車電子機械制動器系統中檢測與控制車輛狀態的方法，其特徵在於，所述加速度傳感器(2)為三軸加速度傳感器(2)，包括X軸加速檢測、Y軸加速檢測和Z軸加速檢測；所述電子控制單元(1)通過加速度傳感器(2)來判斷車輛行駛狀態的方法為所述電子控制單元(1)首先判斷所述加速度傳感器(2) Z軸加速度值，若Z軸加速度值等於重力加速度值，則判斷為車輛在平路狀態；若Z軸加速度值小於重力加速度值，則判斷為車輛在坡路狀態。
3.根據權利要求2所述的一種應用於機動車電子機械制動器系統中檢測與控制車輛狀態的方法，其特徵在於，所述判斷車輛在平路狀態時，所述電子控制單元(1)判斷所述加速度傳感器(2) X軸加速度值，若X軸加速度值為正，則車輛在加速行駛狀態；若X軸加速度值為負，則車輛在減速行駛狀態；若X軸加速度值為零，則車輛為勻速行駛或是靜止狀態。
4.根據權利要求2所述的一種應用於機動車電子機械制動器系統中檢測與控制車輛狀態的方法，其特徵在於，所述判斷車輛在坡路狀態時，所述電子控制單元(1)判斷所述加速度傳感器(2) X軸加速度值，若X軸加速度值大於重力加速度沿X軸方向的分量，則車輛在加速行駛狀態；若X軸加速度值小於重力加速度沿X軸方向的分量，則車輛在減速行駛狀態；若X軸加速度值等於重力加速度沿X軸方向的分量，則車輛為勻速行駛或是靜止狀態。
5.根據權利要求3或4所述的一種應用於機動車電子機械制動器系統中檢測與控制車輛狀態的方法，其特徵在於，所述X軸加速度值為零時，判斷車輛處於勻速行駛狀態還是靜止狀態的方法是，由電子控制單元(1)控制執行機構(5)對車輪(6)施加一個短暫的制動力，然後根據該制動期間的X軸加速度值判斷在平路狀態下，若所述加速度傳感器(2) X軸加速度值仍然等於零，則車輛處於靜止狀態；若所述加速度傳感器(2)X軸加速度值為負，則車輛處於勻速行駛狀態；在坡路狀態下，若重力加速度沿所述加速度傳感器(2)X軸方向的分量仍然等於零，則車輛處於靜止狀態；若所述加速度傳感器(2)X軸加速度值為負，則車輛處於勻速行駛狀態。
6.根據權利要求5所述的一種應用於機動車電子機械制動器系統中檢測與控制車輛狀態的方法，其特徵在於，所述電子控制單元(1)利用加速度傳感器(2)估算車速的方法為採集所述加速度傳感器(2) X軸加速度值，通過積分的方法，獲得當前車速。
7.根據權利要求6所述的一種應用於機動車電子機械制動器系統中檢測與控制車輛狀態的方法，其特徵在於，所述積分的具體算法為將採集到的X軸加速度離散值設為Ia(k)} (k = 0，1，2，. . .，N)，則車速v(k)為
8.根據權利要求7所述的一種應用於機動車電子機械制動器系統中檢測與控制車輛狀態的方法，其特徵在於，所述電子控制單元(1)通過加速度傳感器(2)和橫擺角速度傳感器(3)來判斷車輛是否有甩尾、側傾的方法是，當車輛在正常行駛或轉彎狀態時若所述加速度傳感器(2) Y軸加速度值變化範圍在標準值以內，同時，所述橫擺角速度傳感器(3)檢測到的沿汽車垂直軸偏轉的偏轉角度在標準值以內，則車輛處於正常行駛狀態；若所述加速度傳感器(2)Y軸加速度值變化範圍在標準值以外，同時，所述橫擺角速度傳感器(3)檢測到的沿汽車垂直軸偏轉的偏轉角度在標準值以外，則車輛處於側滑或者甩尾的危險工況。
9.根據權利要求8所述的一種應用於機動車電子機械制動器系統中檢測與控制車輛狀態的方法，其特徵在於，當所述電子控制單元(1)判斷車輛處於側滑或者甩尾的危險工況時，所述電子控制單元(1)通過控制執行機構(5)對相應的制動輪施加不同的制動力來調整車身行駛姿態，防止出現車輛甩尾、側翻；同時，所述電子控制單元(1)還通過車輛CAN 通訊模塊(7)通知發動機控制單元降低扭矩輸出，進一步確保行駛安全。
10.一種應用於機動車電子機械制動器系統中檢測與控制系統，其特徵在於，所述檢測與控制系統包括電子控制單元(1)，所述電子控制單元⑴內設有加速度傳感器⑵和橫擺角速度傳感器(3)，所述加速度傳感器(2)和所述橫擺角速度傳感器(3)分別與所述電子控制單元(1)通過信號線路連接；所述電子控制單元(1)通過CAN通訊模塊(7)與其它控制模塊⑶相連；所述電子控制單元⑴與所述CAN通訊模塊(7)之間，以及所述CAN通訊模塊(7)之間與其它控制模塊(8)之間均為雙向信號連接；所述電子控制單元(1)通過輪速傳感器(4)與車輪(6)相連；同時所述電子控制單元(1)還通過執行機構(5)與車輪 (6)相連。
全文摘要
本發明公開了一種應用於機動車電子機械制動器系統中檢測與控制車輛狀態的方法，在所述機動車的電子控制單元中設有加速度傳感器和橫擺角速度傳感器，所述電子控制單元通過所述加速度傳感器來判斷車輛當前的行駛狀態、估算車速等信息；所述電子控制單元通過所述橫擺角速度傳感器來判斷車輛是否發生甩尾、側傾等信息。本發明能夠有效解決現有電子機械制動器(EMB)系統依靠輪速信號作為唯一輸入信號，一旦輪速傳感器出現故障以後，EMB將無法判斷車輛運行狀態，進而導致系統失效，無法對車輛進行控制，嚴重時將釀成事故等技術問題，本發明提供的技術方案檢測與控制精準、快速，所涉及的零部件工作穩定，成本低，使用壽命長。
文檔編號B60K28/14GK102180163SQ20111008587
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月7日 優先權日2011年4月7日
發明者何湘, 劉兆勇, 張升, 顧勤冬 申請人:蕪湖伯特利汽車安全系統有限公司