利用自動單側後制動應用減小機動車輛轉彎半徑的方法
2023-05-26 03:46:51
專利名稱：利用自動單側後制動應用減小機動車輛轉彎半徑的方法
技術領域：
本發明總地涉及機動車輛操縱性，更具體地，涉及自動控制機動車輛的後制動系統以減小轉彎半徑的方法。
背景技術：
在農具領域中，大多數農用拖拉機具有分開的左後和右後制動踏板，這兩個制動踏板彼此獨立地分別執行左後制動或右後制動。例如，為了完成非常小的右轉彎(即，為了減小右轉彎的拖拉機轉彎半徑)，操作員對右後制動踏板的手動操作進行了右後制動，由此減小了被制動的右後輪的旋轉速度，從而減小了被制動的右後輪的轉彎半徑，因而減小了拖拉機的轉彎半徑，使得拖拉機幾乎繞著右後輪樞轉。
在汽車領域中，現代用於汽車應用的雙迴路液壓制動系統包括操作員致動的制動執行單元，例如由助力器輔助制動踏板致動的串聯主缸，制動執行單元通過第一或「主」制動迴路向第一對車輪制動器的各制動器供應第一增壓流體，通過第二或「副」制動迴路向第二對車輪制動器的各制動器供應第二增壓液體。使用全冗餘制動迴路(wholly redundant braking circuit)來操作分離的車輛制動器對確保了持續的車輛制動能力，即使一個制動迴路的性能劣化。可選擇地，也可利用本領域公知的技術在單獨的車輪制動器中進行電致動。
為了獲得「防抱死」制動系統(ABS)，各制動迴路通常具有控制到各車輪制動器的增壓流體的流動的常開式電操作入口閥，同時具有包括常閉式電操作出口閥的洩壓管路、回流泵、以及控制增壓流體從車輪制動器返回到入口閥上遊制動管路的止回閥。位於洩壓管路連接制動管路位置上遊的各管路的制動管路中的「分離」或「隔離」閥用來在防抱死操作期間將制動管路從主缸隔離。
這種防抱死系統越來越多地在牽引控制模式中與輪速傳感器結合使用。另外增加轉向角傳感器、車輛橫擺率傳感器、車輛側向加速度傳感器連同車速、輪速和車輪縱向滑動使這種防抱死系統能夠以「電子穩定性控制」模式操作，其中當制動系統控制器識別出通過車輛制動器的選擇性應用來提高車輛穩定性的時機時，制動系統控制器有選擇性地激勵各迴路的電操作閥。可選擇地，制動系統控制器可通過電致動有選擇性地激勵單獨的車輪制動器。
為了在牽引控制模式或車輪穩定性控制模式中控制流體壓力，通常在出口閥下遊各迴路的洩壓管路中設置液壓泵，以將增壓流體返回到迴路的制動管路。該泵還用來在關閉隔離閥時提供流體壓力增大率，以便即使當例如由於制動流體溫度低而制動流體具有較高的粘度時，也能夠在以牽引控制模式操作時提供充分的制動系統響應時間。
但是，現有技術發現，當制動系統以車輛穩定性控制模式操作時，需要更快系統響應。例如，當開始車輛穩定性控制以校正過度轉向或不足轉向時，尤其需要在一個或另一個制動迴路中快速地增大壓力。因此，現有技術教導給制動執行單元，即主缸的真空助力器，增加制動迴路預充壓功能，以便在開始這種車輛穩定性控制時提高系統響應。可選擇地，在一個或兩個制動迴路中設置另外的預充壓泵，以在開始車輛穩定性控制提高時確保充分的流體壓力提升率。
如今具有多種電子穩定性控制(ESC)系統在路上實施。儘管所有這些系統都嘗試執行相同的任務，即在非直線車輛動態情形下幫助駕駛員保持合理的方向控制，但是這些ESC系統都具有一些明顯的實施區別，如同在於2000年12月出版並於2004年6月修訂的TheSociety of Automotive Engineers(SAE)Surface Vehicle InformationReport，SAE J2564，「Automotive Stability Enhancement Systems」中所定義和描述的，這些ESC系統可分為四類，本文通過參考將上述文獻整體包括於此。
如果系統滿足下述條件，則在上述報告SAE J2564中定義為ESC系統a)由計算機控制，並且計算機具有設計成限制車輛的不足轉向和過度轉向的閉環算法；b)具有確定車輛橫擺速度和側滑的裝置；
c)具有監控駕駛員轉向輸入的裝置；d)具有應用和調節車輛制動器以便對車輛引發校正橫擺轉矩的裝置；以及e)可在車輛的全速度範圍內操作(除了低於控制損失不可靠的低速閾值以外)。
如今使用的電子穩定性控制系統可分為四類，如下A類，包括用於橫擺穩定性控制(YSC)的兩個制動力通道和用於ABS的三個制動力通道。使用三個速度傳感器，其中一用於檢測各前輪，一個用於檢測兩個後輪的平均值。
B類，包括兩個用於YSC和牽引控制的兩個制動力通道，以及用於ABS的四個制動力通道。四個輪速傳感器用在四個角(車輪)中各處。
C類，包括四個用於ABS、YSC和牽引控制的四個制動力通道。四個輪速傳感器用在四個角中各處。
D類，包括集成有優先控制策略和除了制動子系統外與其它系統接口的額外控制通道的C類系統。這些子系統包括，但不限於，主動傳動系統聯接裝置、主動減振器和穩定杆、以及主動轉向。
對於絕大多數ESC系統，通過使用車輛制動角產生輪胎滑動來形成的校正橫擺力矩通常為液壓致動的，但是也可使用電致動器，以通過本領域公知的技術產生所需的角制動力。
所有這些ESC系統共同具有的元件包括ABS和感測方向盤位置的能力；計算車速的能力；感測橫擺速度和側向加速度的能力；以及在橫擺穩定性控制的通道中獨立於駕駛員對車輛制動系統的輸入而建立和控制制動力的能力。在美國專利6,896,338中描述了利用C類或D類ESC系統實施車輛液壓制動系統的實例，該專利通過參考整體包含於此。
現在返回至使轉彎半徑最小化的概念，需要使機動車輛的轉彎半徑最小化。四輪轉向車輛中包含的後輪轉向可提供小的轉彎半徑；但是四輪轉向成本高，需要繞著後輪的大的封裝空間。
因此，現有技術需要的是一種自動減小機動車輛轉彎半徑的方法，其以某種方式模擬農用拖拉機的能力，以通過以某種方式使該模型適全於汽車ESC系統，而獨立地應用轉彎半徑內側車輪的制動器來具有小的轉彎半徑。
發明內容
本發明是一種在適當的車輛操作條件下響應於感測到轉彎而選擇性自動應用機動車輛的一個後制動器的方法，其轉彎由其目的為進行左轉或右轉的車輛操作員實施，其中機動車輛優選地包括C類或D類ESC系統。
根據本發明的方法，通過選擇性制動減小所選後輪的轉速(在允許滑動範圍內)，以減小機動車輛的轉彎半徑。選擇的後輪為在轉彎內側的車輪(即，右轉時的右後輪)。例如，在車輛停車中可利用本發明輔助機動車輛的操作員。利用C類或D類ESC系統可獨立應用所有四個制動器的能力來自動地獨立致動左後或右後制動器，以促進配備該系統的機動車輛的轉彎半徑的減小。
根據本發明的方法利用可從車輛微處理器或ESC系統獲得的車輛傳感器輸出和計算參數，例如，但不限於，車速、車輪速度、方向盤角度、轉向液壓輔助壓力、車輪滑動、橫擺速度、側向加速度、檔位、節氣門位置、主缸制動壓力、車輪制動器壓力、制動踏板位置和車輪制動壓力變化率。上述車輛傳感器輸出和計算的參數與根據經驗或通過特定車輛模型仿真得到的預定參數值相比較，結合車輛系統，例如，但不限於，ESC、ABS和牽引控制，以確定是否存在致動本發明的適當的車輛操作條件。本發明的方法通過算法控制實施，優選地，通過ESC中的軟體實施。
因此，本發明的目的是提供一種基於ESC而獨立應用內側轉彎後輪制動器來實現機動車輛轉彎半徑最小化的方法。
從下面優選實施例的說明，會更加清楚本發明的這個及其它目的、特徵和優點。
圖1為根據本發明的機動車輛的功能示圖的實例；圖2為實現本發明的計算方法的實例；圖3為實施根據本發明的第一停車實例的示圖；圖4為實施根據本發明的第二停車實例的示圖。
具體實施例方式
圖1為在右轉彎104期間，機動車輛102實施本發明的功能示圖100的實例。通過方向盤角度傳感器或轉向液壓傳感器106a感測(檢測)車輛操作者進行右轉彎104的目的，傳感器106a的輸出輸入到ESC電子控制系統108。計算的參數106b可通過其ESC控制器110用於ESC電子控制系統108。車輛傳感器輸出106c輸入到ESC電子控制系統108。計算的參數106b和車輛傳感器輸出106c包括，但不限於，車速、車輪速度、方向盤角度、轉向液壓輔助壓力、車輪滑動、橫擺速度、側向加速度、檔位、節氣門位置、主缸制動壓力、車輪制動器壓力、制動踏板位置和車輪制動壓力變化率。
ESC電子控制系統108的ESC控制器110將車輛傳感器輸出和計算的參數與根據經驗或通過特定車輛模型仿真得到的預定參數值相比較，以結合車輛系統(例如，但不限於，ESC、ABS和牽引控制)，以確定車輛底盤控制行為是否在發生，例如車輛操作不穩定的情形。如果在發生車輛底盤控制底盤行為，那麼通過線路118通知制動控制器116，通過線路114通知選擇性後制動器控制器112。
另外，如果未發生車輛底盤控制底盤行為，那麼通過線路114通知選擇性後制動器控制器112。選擇性後制動器控制器112利用可從車輛微處理器或ESC系統得到車輛傳感器輸出和計算的參數，例如，但不限於，車速、車輪速度、方向盤角度、轉向液壓輔助壓力、車輪滑動、橫擺速度、側向加速度、檔位、節氣門位置、主缸制動壓力、車輪制動器壓力、制動踏板位置和車輪制動壓力變化率。選擇性後制動器控制器112利用上述車輛傳感器輸出和計算的參數，結合根據經驗或通過特定車輛模型仿真得到的預定參數值，再結合車輛系統(例如，但不限於，ESC、ABS和牽引控制)，以確定是否存在適當的車輛操作條件來致動本發明。如果存在適當的車輛操作條件來致動本發明，那麼選擇性後制動器控制器112確定適當的後制動器參數，並選擇適當的後制動器(轉彎內側的車輪)以致動(圖1實例中右後輪130的右後制動器122)，由此通過線路120通知制動控制器116。
制動器控制器116通過線路126指令ESC液壓制動器控制單元124，以通過制動液壓管路129致動適當的後制動器(圖1實例中的右後制動器122)，由此選擇性地降低了所選被制動的後輪(圖1中的130)的轉速，從而減小了車輛102的右轉彎半徑。所選被制動的後輪為轉彎內側的車輪(即，右轉彎時的右後輪130)。
在致動適當的後制動器(圖1中的128)期間或之後，選擇性後制動器控制器112持續地監控是否繼續存在適當的致動本發明的車輛操作條件，如上文所述。如果繼續存在適當的致動本發明的車輛操作條件，那麼選擇性後制動器控制器112如上文所述地起作用。另外，如果並不繼續存在適當的致動本發明的車輛操作條件，那麼選擇性後制動器控制器112通過線路120通知制動器控制器116以利用適當制動參數使當前致動的後制動器不起使用。
圖2為實施本發明的計算方法200的實例。表格I中示出了圖2中利用的根據經驗或通過特定車輛模型仿真獲得的預定參數。
表格I
算法在步驟202開始，進行步驟204。如果在步驟204發動機在運行，那麼控制轉到步驟206。如果在步驟206制動踏板引起的主制動缸壓力小於NPBRKENABLEPRESS，那麼控制轉到步驟208。如果沒有如由例如ESC、ABS或牽引控制系統確定的底盤控制行為，那麼控制轉到步驟210。當在步驟204發動機不在運行，或者在步驟206制動踏板引起的主制動缸壓力大於NPBRKENABLEPRESS，或者在步驟208未發生底盤控制行為(其中機動車輛的電子控制(即，ESC、ABS或牽引控制系統)感測軌道不穩定性，電子控制給該牽引不穩定性提供預編程的穩定性控制響應)，那麼控制轉到步驟212。在步驟212，以QNPPRESSURERAMPDOWNRATE釋放內側後制動器，然後控制轉到步驟204。
在步驟210，如果在前進檔或倒檔的時間大於NPMINGEARTIME，那麼控制轉到步驟214。在步驟214，如果方向盤位置大於NPHWPOSITION，那麼控制轉到步驟216。在步驟216，如果車速在NPMINSPEED與NPMAXSPEED之間，那麼控制轉到步驟218。在步驟218，如果節氣門位置在NPMINTHROT與NPMAXTHROT之間，那麼控制轉到步驟220。
但是，如果在步驟210處於前進檔或倒檔的時間小於NPMINGEARTIME，或者在步驟214方向盤位置小於NPHWPOSITION，或者在步驟216車速不在NPMINSPEED與NPMAXSPEED之間，或者在步驟218節氣門位置不在NPMINTHROT與NPMAXTHROT之間，那麼控制轉到步驟222。在步驟222，以NPPRESSURERAMPDOWNRATE釋放內側後制動器，然後控制轉到步驟204。
在步驟220，使用例如方向盤角度位置選擇要制動的適當的後輪，即轉彎的內側後輪，然後控制轉到步驟223。
在步驟223，如果所選的要制動的後輪的車輪滑動大於NPMAXSLIP，那麼控制轉到步驟222，在此以NPPRESSURERAMPDOWNRATET釋放內側後制動器，然後控制轉到步驟204；如果不是，那麼控制轉到步驟224。在這點上，車輛運動期間車輪的「車輪滑動」處於車輪鎖死時(無旋轉)的100％與車輪自由旋轉時的0％之間的範圍內，並由下述表達式定義(車輪自由轉速-實際車輪轉速)/車輪自由轉速。
在步驟224，如果所選的要制動的後輪的車輪滑動不在NPMINSLIP與NPMAXSLIP之間，那麼控制轉到步驟226。
在步驟226，如果估計的制動壓力低於NPMAXPRESS，那麼控制轉到步驟228。在步驟228，以NPPRESSURERAMPUPRATE應用所選後輪的制動器。所選的要制動的後輪的估計制動壓力和車輪滑動由ESC控制系統計算。ESC控制系統使用主制動缸壓力傳感器、閥控制信息和輪速傳感器來持續地估計這些參數。
在步驟224，如果所選要制動的後輪的車輪滑動在NPMINSLIP與NPMAXSLIP之間，那麼控制轉到步驟230，在此將所選的要制動的後輪的制動壓力保持在其當前水平，然後控制轉到步驟204。在步驟226，如果估計的制動壓力大NPMAXPRESS，那麼控制轉到步驟232，在此所選要制動的後輪的制動壓力保持在NPMAXPRESS，然後控制轉到步驟204。
圖3為實施根據本發明的第一停車實例300的示圖。在圖3中，所示機動車輛302正向前進入停車位置304。與由虛線曲線軌跡308表示的傳統轉彎半徑相比，根據本發明的方法縮短了由實線曲線軌跡306表示的車輛302的轉彎半徑，否則會被車輛障礙。
圖4為實施根據本發明的第二停車實例400的示圖。在圖4中，所示機動車輛402正向後倒入停車位置404。與由虛線曲線軌跡408表示的傳統轉彎半徑相比，根據本發明的方法縮短了由實線曲線軌跡406表示的車輛402的轉彎半徑，否則會被車輛障礙。
對於本發明所屬領域的技術人員，可對上述優選實施例進行變化或修改。這種變化或修改可在不情況脫離僅由所附權利要求範圍限定的本發明範圍的情況下進行。
權利要求
1.一種用於減小機動車輛轉彎半徑的方法，所述方法包括下述步驟感測機動車輛的轉彎；確定所述機動車輛的哪個後輪為轉彎的內側後輪；以及自動響應所述感測步驟而有選擇性地應用所述內側後輪的制動器，從而實現減小所述機動車輛轉彎的轉彎半徑。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述有選擇性地應用制動器的步驟包括確定所述內側後輪的車輪滑動；以及向所述制動器施加在預定製動壓力範圍內的制動壓力，使得所述車輪滑動處於預定車輪滑動範圍內。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述有選擇性應用制動器的步驟包括確定所述機動車輛的預選操作條件；以及只有當確定的預選操作條件在預選範圍內時才應用所述制動器。
4.如權利要求3所述的方法，其中所述預選操作條件從以下條件構成的組中選擇制動踏板壓力小於預定壓力；未發生底盤控制行為；發動機運行；在所選檔位的時間大於預定檔位時間；方向盤角度位置超過了預定方向盤角度位置；車速在車速預定範圍內；和節氣門位置在預定節氣門範圍內。
5.如權利要求4所述的方法，其中所述底盤控制行為包括機動車輛的電子控制感測軌道不穩定性，所述電子控制對軌道不穩定性提供預編程穩定性控制響應。
6.如權利要求3所述的方法，其中確定所述機動車輛的預送操作條件包括確定製動踏板壓力是否低於預定壓力；確定是否未發生底盤控制行為；確定所述機動車輛的發動機是否在運行；確定處於所選擇檔位的時間是否大於預定檔位時間；確定所述機動車輛的方向盤的角度位置是否超過預定方向盤角度位置；確定所述機動車輛的速度是否在車輛速度的預定範圍內；以及確定所述機動車輛的節氣門位置是否在預定節氣門範圍內。
7.如權利要求6所述的方法，其中所述底盤控制行為包括機動車輛的電子控制感測軌道不穩定性，所述電子控制對軌道不穩定性提供預編程穩定性控制響應。
8.如權利要求1所述的方法，其中所述感測步驟包括感測所述機動車輛的轉彎，其中所述機動車輛的方向盤已轉至基本上位於其最大角度位置的95％與98％之間的角度位置。
9.如權利要求8所述的方法，其中所述預定車輪滑動範圍基本上在1％與70％之間。
10.如權利要求9所述的方法，其中確定所述機動車輛的預選操作條件包括確定製動踏板壓力是否低於預定壓力；確定是否未發生底盤控制行為；確定所述機動車輛的發動機是否在運行；確定處於所選擇檔位時間是否大於預定檔位時間；確定所述機動車輛的方向盤的角度位置是否超過預定方向盤角度位置；確定所述機動車輛的速度是否在車輛速度的預定範圍內；以及確定所述機動車輛的節氣門位置是否在預定節氣門範圍內。
11.如權利要求10所述的方法，其中所述底盤控制行為包括機動車輛的電子控制感測軌道不穩定性，所述電子控制對軌道不穩定性提供預編程穩定性控制響應。
12.一種用於減小機動車輛轉彎半徑的方法，包括下述步驟感測機動車輛的轉彎；確定所述機動車輛的哪個後輪為轉彎的內側後輪；確定所述內側後輪的車輪滑動；以及自動響應所述感測步驟而有選擇性地制動所述內側後輪，使得所述車輪滑動在預定車輪滑動範圍內，從而實現減小所述機動車輛的轉彎半徑。
13.如權利要求12所述的方法，其中所述有選擇性地制動的步驟包括確定所述機動車輛的所選擇條件；響應於電子控制器的電子輸出有選擇性地制動該車輪，其中所述電子輸出響應於所述確定的機動車輛的所選擇條件。
14.如權利要求13所述的方法，其中所述選擇性地制動的步驟包括電子控制器確定多個車輛條件，所述多個車輛條件包括確定製動踏板壓力是否低於預定壓力；確定是否未發生底盤控制行為；確定所述機動車輛的發動機是否在運行；確定處於所選擇檔位的時間是否大於預定檔位時間；確定所述機動車輛的方向盤的角度位置是否超過預定方向盤角度位置；確定所述機動車輛的速度是否在車輛速度的預定範圍內；以及確定所述機動車輛的節氣門位置是否在預定節氣門範圍內。
15.如權利要求14所述的方法，其中所述底盤控制行為包括機動車輛的電子控制感測軌道不穩定性，所述電子控制對軌道不穩定性提供預編程穩定性控制響應。
16.如權利要求13所述的方法，其中所述感測步驟包括感測所述機動車輛的轉彎，其中所述機動車輛的方向盤已轉至基本上位於其最大角度位置的95％與98％之間的角度位置。
17.如權利要求16所述的方法，其中所述預定車輪滑動範圍基本上在1％與70％之間。
18.如權利要求17所述的方法，其中確定所述機動車輛的預定操作條件包括確定製動踏板壓力是否低於預定壓力；確定是否未發生底盤控制行為；確定所述機動車輛的發動機是否在運行；確定處於所選擇檔位時間是否大於預定檔位時間；確定所述機動車輛的方向盤的角度位置是否超過預定方向盤角度位置；確定所述機動車輛的速度是否在車輛速度的預定範圍內；以及確定所述機動車輛的節氣門位置是否在預定節氣門範圍內。
19.如權利要求18所述的方法，其中所述底盤控制行為包括機動車輛的電子控制感測軌道不穩定性，所述電子控制對軌道不穩定性提供預編程穩定性控制響應。
全文摘要
一種在適當的車輛操作條件下響應於駕駛員進行轉彎的目的而選擇性自動應用機動車輛的一個後制動器的方法，由此減小所選制動後輪的轉速，以便減小車輛的轉彎半徑。使用車輛傳感器輸出和計算的參數，結合車輛系統，例如，但不限於，ESC、ABS和牽引控制，來確定是否存在適當的車輛操作條件以致動本發明。本發明的方法通過算法控制實現，優選地通過ESC系統中的算法控制實現。
文檔編號B60T8/1755GK101074015SQ200710105119
公開日2007年11月21日 申請日期2007年5月18日 優先權日2006年5月18日
發明者J·M·麥科夫亞克, R·L·尼森格爾, M·B·甘迺迪 申請人:通用汽車環球科技運作公司