用於控制機動車輛下坡駕駛的系統的製作方法

2023-12-07 07:28:26

專利名稱：用於控制機動車輛下坡駕駛的系統的製作方法
用於控制機動車輛下坡駕駛的系統背景技術本發明涉及對機動車輛進行所謂"陡坡緩降控制"(HDC)的系統， 即用於對下坡機動車輛駕駛的速度進行控制的系統。在這種陡坡緩降控 制中，在本案中，本發明涉及以下方面，即"執行陡坡緩降控制"方面和"對 作為幹擾變量的下坡動量的前饋控制"方面。從EP 0856446 Bl等中可知一種陡坡緩降控制系統。該陡坡緩降控 制系統用於在陡峭的傾斜路面(特別是在越野路面)上駕駛時保證機動 車輛的牽引和駕駛穩定性。所述系統被設計用於有輪車輛，所述有輪車 輛包括多個車輪、分別用於對該多個車輪中的一個進行剎車的多個剎車 裝置、加速器踏板、剎車踏板以及檢測多個車輪中的一個的抱死的車輪 抱死傳感器。控制單元具有激活狀態和非激活狀態。在其激活狀態下， 當檢測到的機動車輛的速度超過預定的期望速度並且未檢測到車輪抱死 時，致動每個剎車裝置以對該機動車輛進行剎車。當檢測到的機動車輛 的速度超過期望速度時檢測到車輪的抱死時，釋放該多個剎車裝置中的 相關的一個。當進入激活狀態時，如果機動車輛的速度遠小於期望的速 度，則控制單元對剎車裝置進行控制以使得不致動踏板而使機動車輛的 加速速率達到期望的速度。當進入激活狀態時，控制單元將機動車輛的速度與期望的速度進行 比較，並控制剎車設備以使得該機動車輛的速度接近期望的速度。當機 動車輛的速度遠大於期望速度時，朝期望速度方向控制機動車輛的減速 速率。加速速率可以被限制為預定的最大值(大約0.2g到0.3g)。只有當 機動車輛處於一檔或倒車檔時才可以選擇激活狀態。在激活狀態，作為 駕駛者對機動車輛的剎車請求裝置進行致動的結果，越過控制單元以將 剎車量增加到控制單元規定的剎車量之上。因此，當未檢測到車輪抱死 時，機動車輛被減速到期望速度之下。在控制單元的激活狀態，當檢測到的機動車輛的速度在期望速度之下時，控制單元至少可以部分釋放剎車裝置。控制單元可以通過可手動操作的開關(switch)來進行激活。倘若檢測到的機動車輛的速度在期望速度之下，則如果需要的話，控制單 元致動剎車裝置以保證機動車輛的加速速率低於限制值。 本發明潛在的問題在該情況下，存在這樣的問題，具體地說，柔軟且易滑的地面狀況 使機動車輛的駕駛更加困難。因為在陡峭傾斜的路面上駕駛一般以低速 進行，所以即使當接合到最低檔時，其自身對於減小和/或移除由機動車 輛施加的驅動轉矩來說也是不充分的。而是還必須向車輪施加額外的剎 車力矩。現代的機動車輛一般裝備有可電控的服務剎車系統以實現獨立於駕駛者致動的剎車功能(即自動剎車功能)，例如在防抱死控制功能(ABS) 之外執行的驅動滑動控制(ASR)或驅動動態控制(ESP)。為此，服務 剎車系統包括相應構造的電液控制單元、可電控的剎車助力器或者被構 造為所謂的"線控剎車"(BBW)系統。針對電控和/或電調節，提供了經 由電子傳感器來檢測與機動車輛的工作狀況相關的變量的電子控制單 元。因此，例如針對ABS控制，藉助車輪速度傳感器來檢測機動車輛的 車輪的滑動，以根據所述滑動來控制和/或調節機動車輛的車輪的旋轉行 為，從而防止抱死。WO 0114185A1公開了具有陡坡緩降控制的服務剎車系統。當在陡 峭傾斜的路面上駕駛時，用於協助陡坡緩降控制的裝置檢測車輛的工作 狀況，並與是否致動了剎車踏板無關地調整額外的剎車力矩。使用車輛 速度並將其與期望的速度進行比較，而連續地檢測由於操縱變量的調整 而導致的車輛操控。WO 9611826公開了具有陡坡緩降控制的服務剎車系統，當在陡峭傾 斜的路面上駕駛時，只要車速超過閾值就調整額外的剎車力矩，而不論 是否致動了剎車踏板。技術方案作為本發明的結果，提供"陡坡緩降控制"(HDC)作為可電控服務剎車系統中的自動剎車功能，以當在陡峭傾斜的路面上駕駛時調整額外 的剎車力矩而不論駕駛者是否致動了剎車踏板。結果，不需要駕駛者致動剎車單元，以使得他或她能夠在這種情境 下專心於駕駛機動車輛(這通常很關鍵)。同時，就此而言，有益的是， 使用那些無論怎樣都會出現的子組件(控制計算機、傳感器、致動構件、 驅動電子裝置等)。這不僅保持了複雜性很低而且成本較少。在"陡坡緩降控制"的操作期間，現有的功能(例如ABS或ASR)也是可用的。為了進行說明，在

圖1中的示意性控制框圖中示出了根據本發明的 可電控服務剎車系統。在這裡被指示為剎車致動器的組件例如對應於電液控制單元，該電 液控制單元允許單獨調整為機動車輛的單個車輪i生成的剎車壓力 (p一RAD， i)和/或剎車力矩。在這種情況下，各個剎車壓力(p—RAD， i)和/或各個剎車力矩是由陡坡緩降控制(HDC)所控制的操縱變量。在 這種情況下，使用當前禾口/或實際機動車輛的速度v一1ST (控制變量)來 連續地檢測作為調整剎車力矩的結果而產生的對機動車輛的行為的控 制。將控制變量v—1ST與作為基準變量的期望的機動車輛速度v—SOLL 進行比較。將比較的結果提供給剎車調節器，所述剎車調節器根據比較 的結果，通過剎車致動器來對控制變量v一IST進行控制，使其適應基準 變量v—SOLL。為此並以已知方式，剎車致動器例如可以通過對比例部件 (proportional component)和/或積分部件和/或微分部件進行組合而被設 計為PI調節器或PID調節器。為了選擇要由可電控的服務剎車系統執行的功能，在實際應用中， 可在控制電路的上遊設置決定單元，該決定單元利用駕駛者的意願、機 動車輛的工作狀況等為特定功能給定優先級，以向控制電路提供其各個 基準變量v一SOLL。這種功能例如可以是被指示為"自適應巡航控制"(ACC)的速度調 節器，相對於已知為巡航控制器的常規速度調節器，所述速度調節器並 不是簡單地維持駕駛者預先確定的期望速度，而是還根據該輛機動車輛 的速度，通過自動剎車等來維持與前面行駛的機動車輛的距離。此外，這種功能例如可以是駕駛者的剎車請求(來自於剎車踏板的致動)，這首先是為了在BBW單元的情況下傳送剎車請求，其次是為了 決定是否可以在駕駛者控制的常規剎車的幫助下中斷操作中的自動 HDC。本發明還涉及機動車輛操控不舒適的問題，具體地說，當輸入到 HDC中時控制變量v—1ST和基準變量v一SOLL之間的偏差越大，所述問 題越明顯。根據控制工程，即通過剎車調節器的合適設計，可以克服該 問題。然而，這可能與共享使用各種其他剎車功能(見上面的ABS、 ASR 等)的控制結構的目標相衝突。因此，如圖1中所示，提出了一種根據目標變量v—ZIEL、開/關信號 以及控制變量v一IST來適應基準變量v_SOLL的HDC調整器。目標變量v—ZIEL是HDC範圍內的期望速度，意欲使陡坡緩降以該 速度發生。就此而言，它可以是系統中預先定義的恆定變量(例如 v一ZIEL=8km/h)，或者是可以由駕駛者藉助操作元件(例如電位計)，例 如在5km/lKv一ZIEL〈20km/h範圍內選擇的變量。如果機動車輛配備有巡 航控制器或ACC，則其可以被提供為藉助為此而設置的操作元件來調整 目標變量v一ZIEL。駕駛者改變目標變量v—ZIEL的另外可能性是通過致 動加速器踏板來增加目標變量v—ZIEL和通過致動剎車踏板來減小目標 變量v—Z正L。最後，還可以根據當前行駛的路面的傾斜來改變目標變量 v一ZIEL，更具體地說，傾斜越陡峭，期望速度越小，反之，傾斜越平緩， 期望速度越大。開/關信號由操作元件(例如開關)生成，駕駛者最初經由該開/關信 號向系統傳達激活HDC的期望。如果在第一步驟中存在激活HDC的期 望，則在第二步驟中因此監控HDC的激活的合理性。針對該監控所使用的具體的標準使用了機動車輛的工作狀況，所述工作狀況包括 當前機動車輛的速度低於低速(例如v—IST<30km/h) 接合了最低檔(例如一檔)？ 機動車輛未爬坡？如果監控結果是肯定的，則在第三步中，使基準變量v一SOLL適應目標變量v—ZIEL。在根據圖2的速度-時間圖中示出了可以如何使基準變量v一SOLL適 應或使其更接近目標變量v一Z正L的優選實施方式。同時，通過在負和正方向上對控制變量v一IST施加偏移Av來進行這 種適應。產生的取決於時間的路徑v—IST-Av和v一IST+Av在點A和B處 與恆定目標變量v一Z正L的路徑相交。由此確定區段I、 II和III，分別針 對這些區段將基準變量v一SOLL設置如下通過以下條件確定區段I:v—IST-Av〉v—ZIEL如果滿足該條件，則適用以下等式v—SOLL:^v—IST-Av結果，基準變量v一SOLL隨控制變量v—1ST以一致的方式接近目標 變量v—Z正L，以使得尤其在輸入到HDC時，非常方便地操控機動車輛。 通過以下條件來確定區段II: v—IST-Av<=v—ZEEL 如果滿足該條件，則適用以下等式v—SOLL :=v—ZIEL這意味著只要控制變量v—1ST在減去偏移Av後達到了目標變量 v一Z正L或低於目標變量v—Z正L，則目標變量v一ZIEL立即被接受為基準 變量v_SOLL，以實現動態控制行為。通過以下條件來確定區段III:v一IST+Av〉『一Z正L如果滿足該條件，則適用v—SOLL:=v—ZIEL或者 v—SOLL:^v一IST+Av在這種情況下，如區段II那樣，目標變量v一ZIEL立即被接受為基 準變量v—SOLL，或者當需要較少的動態控制行為時，使基準變量v一SOLL 隨控制變量v—IST以一致的方式接近目標變量v一ZIEL。例如，當朝向下 坡的末端，路面的傾斜減小，使得下坡力的影響減小，由此實際的機動 車輛的速度v IST可能暫時性地降低時，可能需要較少的動態控制行為。另選地，偏移Av可以不是恆定的，而是隨著控制變量V一IST動態改 變，當控制變量v一IST增加時偏移Av變大，從而對於路徑v一IST-Av和 v—IST+zW將不會產生如圖2中所示出的直線，而會產生包絡曲線。作為 結果，可以實現區段I中的基準變量v—SOLL更快速地接近目標變量 v_ZIEL。具體地說，如果當輸入到HDC中時控制變量v—IST顯著地高於 目標變量v一Z正L (即大於預定值)，則其是有益的。此外，本發明涉及下坡力對HDC的影響，當在陡峭傾斜的路面上行 駛時，所述下坡力可能非常大。原則上，當控制變量是機動車輛向前移動的當前和/或實際機動車輛 的速度v—1ST時，通過剎車調節器來補償下坡力的影響。然而，例如當 駛入和駛出斜坡時可能發生的傾角的波動或突然變化會導致控制變量 v—1ST的時間響應中的過衝(overshoot)和/或下衝(undershoot),由於 出現了產生的加速和/或減速階段，所以使駕駛者感覺不適。根據控制工 程，藉助合適的剎車調節器的設計(例如設計為自適應調節器)可以解 決此問題。然而，同樣如上面已經說明的那樣，這樣也可能導致與共享 使用不同的剎車功能的控制結構的目標相衝突。如圖1中所示出的，下坡動量補償電路被用來解決此問題。下坡動 量補償電路將校正信號a—N疊加到剎車調節器的輸出信號a_R上，該校 正信號a—N是由下坡動量補償電路根據正行駛在其上的斜坡的當前傾斜 和/或實際傾斜a—NEIGUNG來確定的。作為將傾斜a—NEIGUNG反饋給 剎車調節器的輸出的結果，其對控制電路的影響幾乎被完全補償，從而 在剎車調節器的動態行為上不存在任何較大程度的負面影響。因此，僅 需要針對機動車輛在平路上行駛的簡單情況設計負責質量控制的剎車調 節器。因此，除在控制工程方面的優勢之外，所需的裝置的複雜性和成 本(計算機性能/存儲器性能等)也可以保持較低。另一優勢在於根據本 發明的下坡動量補償電路還可以被其他功能(例如ACC)使用。基於測量技術藉助合適的傳感器工具(例如傾角計)理想地檢測到 傾斜a一NEIGUNG，並且將其作為輸入變量提供給下坡動量補償電路。如 果機動車輛使用傳感器工具來檢測機動車輛的整體縱向加速度，則還可以這樣檢測傾斜從機動車輛的整體縱向加速度中減去根據車輪速度傳 感器的信號而檢測到的縱向加速度。下坡動量補償電路通過使用機動車輛的參數(例如重量)和機動車輛的工作狀況(例如負載狀態)，基於傾斜a—NEIGUNG來檢測校正信號 a一N。如果剎車調節器的輸出信號a—R被測量為減速度，則校正信號a—N 也被測量為減速度，作為上述情況的結果，當傾斜a一NEIGUNG增加時， 由剎車致動器要求的所述減速度隨之增加。傾斜a—NEIGUNG的值可以在約+45G和約-45a之間變化。 總之，可以引用以下根據本發明的系統的基本原理和優勢-根據本發明的HDC模式中的用於速度控制的期望值是當前機動 車輛的速度、(可變的)目標速度以及期望速度與當前機動車輛速度之間 的最大動態變化差的函數。 在根據本發明的HDC模式期間避免了突然的控制動作；這使得車 輛操控更加舒適。"根據本發明，當確定期望值時，考慮到了當前機動車輛的速度； 這產生了感覺上自然的駕駛操控。 倘若目標速度不在限制範圍內，則根據本發明，依據機動車輛的 速度來確定期望速度。 根據本發明的系統還以可變的目標速度來進行操作。 根據本發明的下坡動量補償電路允許使用常規控制結構和控制算 法，所述常規控制結構和控制算法基於這樣的情況，即機動車輛在基本 平坦的路面上移動。就此而言，下坡力和/或下坡加速度被檢測並且作為 幹擾變量被提供給控制電路。這使得在傾斜/坡度變化時控制算法簡單並 且控制器反應時間較短。總之，應該注意到本發明可以實現為以其他方式呈現的剎車裝備的 電子控制單元的計算機單元上的軟體，從而不會增加額外的硬體成本。
權利要求
1.用於機動車輛的剎車裝備中的陡坡緩降控制(HDC)的系統，該系統包括可電控的服務剎車系統，剎車致動器，該剎車致動器允許單獨調整針對機動車輛的單個車輪(i)生成的剎車壓力(p_RAD，i)或剎車力矩，該剎車壓力(p_RAD，i)或剎車力矩是由所述陡坡緩降控制(HDC)所控制的各操縱變量，電子控制單元，該電子控制單元被提供用於當在陡峭傾斜的路面上行駛時直接或間接地檢測與所述機動車輛的工作狀況相關的變量並調節額外的剎車力矩，使用作為控制變量的當前的機動車輛速度v_IST，連續檢測作為調整所述操縱變量的結果所產生的對所述機動車輛行為的控制；將控制變量v_IST與作為基準變量的期望的機動車輛速度v_SOLL進行比較；其特徵在於，HDC調節器被提供用於根據目標變量v_ZIEL和控制變量v_IST來適應基準變量v_SOLL。
2. 如權利要求1所述的系統，所述HDC調節器被用於根據開/關信號 來適應所述基準變量v—SOLL。
3. 如權利要求1或2所述的系統，所述電子控制單元調整額外的剎 車力矩，而與是否致動剎車踏板無關。
4. 如前述權利要求中的一個所述的系統，所述可電控的服務剎車系 統被設計為與駕駛者致動無關地用於防抱死控制功能(ABS)和剎車功 能(ASR， ESP) 二者。
5. 如前述權利要求中的一個所述的系統，其中將所述比較的結果提 供給剎車調節器，該剎車調節器通過所述剎車致動器，根據所述比較的 結果對所述控制變量v—IST進行控制，使其適應於所述基準變量v—SOLL 。
6. 如前一權利要求所述的系統，其中將所述比較的結果提供給剎車 調節器，該剎車調節器通過所述剎車致動器，根據所述比較的結果對所述控制變量v—1ST進行控制，使其適應於所述基準變量v一SOLL。
7. 如前述權利要求中的一個所述的系統，其中通過對比例部件和/或 積分部件和/或微分部件進行組合來將所述剎車調節器設計為P調節器、 PI調節器或PID調節器。
8. 如前述權利要求中的一個所述的系統，其中在所述控制電路的上 遊設置決定單元，所述決定單元使用諸如駕駛者的意願、所述機動車輛 的工作狀況等的外部或內部變量來為特定功能給定優先級，以將其的各 個所述基準變量v—SOLL提供給所述控制電路。
9. 如前一權利要求所述的系統，其中所述功能是速度調節器(ACC)， 該速度調節器維持由駕駛者預先確定的期望速度，並根據所述單輛機動 車輛的速度，通過自動剎車來保持與在前面行駛的機動車輛的距離。
10. 如權利要求8所述的系統，其中所述功能是由對所述剎車踏板的 致動產生的駕駛者的剎車請求，以在BBW單元情況下傳達該剎車要求， 並決定是否可以在受駕駛者控制的常規剎車的幫助下中斷正在操作中的 自動HDC。
11. 如前述權利要求中的一個所述的系統，其中電液控制單元、可電 控的剎車助力器或線控剎車裝備被提供為剎車致動器。
12. 如前述權利要求中的一個所述的系統，其中所述目標變量v—ZIEL 是期望速度，在HDC模式中，意欲以該速度進行陡坡緩降。
13. 如前一權利要求所述的系統，其中所述期望速度是預先定義的恆 定變量或者是由駕駛者藉助操作元件在一定範圍內所選擇的變量。
14. 如前一權利要求所述的系統，其中藉助存在於所述機動車輛中的 巡航控制操作元件來調整所述期望速度。
15. 如權利要求12或13所述的系統，其中駕駛者通過致動所述加速 器踏板來增加所述期望速度，並且通過致動所述剎車踏板來減小所述期 望速度。
16. 如前述權利要求中的一個所述的系統，其中根據當前行駛的路面 的傾斜來改變所述期望速度，傾斜越陡峭，使期望速度越小，傾斜越平 緩，使期望速度越大。
17. 如權利要求2至16中的一個所述的系統，其中在第一步驟中所 述開/關信號向所述系統傳達所述駕駛者藉助操作元件表達的意願，以激 活所述HDC模式。
18. 如權利要求17所述的系統，其中在第二步驟中，所述開/關信號 在激活所述HDC模式之前監控這種激活的合理性。
19. 如權利要求18所述的系統，其中為了所述合理性監控，對從所 述機動車輛的工作狀況導出的特定標準進行監控。
20. 如權利要求19所述的系統，其中監控所述機動車輛的以下工作 狀況(i) 所述當前機動車輛的速度低於低速嗎？和/或(ii) 接合了低檔嗎？和/或(iii) 所述機動車輛未爬坡嗎？
21. 如權利要求20所述的系統，其中在監控到肯定結果的情況下， 在第三步中使所述基準變量v一SOLL適應於所述目標變量v—ZIEL。
22. 如權利要求21所述的系統，其中根據所述控制變量v—1ST進行 所述基準變量v一SOLL向所述目標變量v—ZIEL的適應，在負方向和/或 正方向上將基本恆定的偏移Av應用於所述控制變量v一IST，由此取決於 時間來確定v一IST-Av和v一IST+Av 。
23. 如權利要求22所述的系統，其中對於第 一 範圍 (v—IST-Av〉v—Z正L)應用如下v—SOLL:=v—IST-Av，由此根據所述控制變量v—IST以一致地方式使所述基準變量v—SOLL接近所述目標變量 v—ZIEL，禾口/或對於第二範圍(v—IST-Av=v—Z正L)應用如下v—SOLL:=v—Z正L 或者v—SOLL:=v_IST+Av ，由此或者所述目標變量v—Z正L被立即接受為 基準變量v SOLL，或者根據所述控制變量v_IST以一致地方式使所述基準變量v—SOLL接近所述目標變量v—ZIEL。
24.如權利要求22或23所述的系統，其中根據所述控制變量v—1ST 動態改變所述偏移Av ，從而使得所述偏移Av隨所述控制變量v_IST增加 而變大。
全文摘要
本發明公開了一種用於機動車輛的剎車裝備中的陡坡緩降控制(HDC)的系統，該系統包括可電控的服務剎車組件，其配備用於與駕駛者致動無關的防抱死功能和剎車功能二者；剎車定位構件，所述剎車定位構件允許單獨調整針對機動車輛的單獨車輪生成的剎車壓力或剎車力矩，該剎車壓力或剎車力矩是由所述陡坡緩降控制影響的操縱變量。電子控制單元，所述電子控制單元被提供用於電子控制或電子調整。所述控制單元直接或間接檢測與機動車輛的工作狀況相關的變量並且當在陡峭地傾斜路面上行駛時與是否致動剎車踏板無關地調整額外的剎車力矩。根據實際機動車輛的速度或受到偏移影響的控制變量(v_IST)將基準變量(v_SOLL)調整為期望速度或目標變量(v_ZIEL)。
文檔編號B60T7/12GK101253065SQ200680031434
公開日2008年8月27日 申請日期2006年8月21日 優先權日2005年8月30日
發明者哈拉爾德·特倫, 埃爾瑪·霍夫曼, 託馬斯·巴赫, 斯特凡·韋爾, 麥可·布萊澤 申請人:盧卡斯汽車股份有限公司