在車輪空轉情況下對4wd車輛的車輛速度估計的製作方法
2023-06-01 12:11:21
在車輪空轉情況下對4wd車輛的車輛速度估計的製作方法
【專利摘要】本發明公開了用於檢測車輛的車輪空轉情況的系統和方法。一個系統包括控制器。控制器被配置成基於從多個車輪速度傳感器接收的信息來確定車輛的每個車輪的速度，基於每個車輪的速度來識別車輛的第二最慢的車輪，基於車輛的第二最慢的車輪的加速度和車輛的質量來計算車輛加速轉矩，基於車輛加速轉矩和車輪驅動轉矩來計算轉矩比，以及在轉矩比大於預定閾值時啟動牽引控制系統。
【專利說明】在車輪空轉情況下對4WD車輛的車輛速度估計
[0001]相關申請
[0002]本申請要求2011年3月29日提交的美國臨時申請61/468，971的優先權，該臨時申請的全部內容特此通過引用被併入。
[0003]概述
[0004]在正常駕駛情況下，車輛加速度大約等於車輪加速度。換句話說，車輛加速轉矩大約等於車輪旋轉轉矩、車輪慣性轉矩、風阻力轉矩和車輪制動轉矩的總和。車輪加速轉矩和車輪驅動轉矩可由車輛控制系統使用，以確定車輪是否失去牽引力並正在空轉。例如，當大量驅動轉矩施加到全輪或四輪驅動車輛時，所有四個車輪可同時空轉。這在車輛位於具有低同質摩擦係數(「μ 」)的表面(例如，冰面)上時尤其如此。當失去牽引力時，牽引控制系統(「TCS」)可控制轉矩以提高車輛性能。
[0005]為了檢測車輪空轉情況，車輛控制系統可通過使車輛加速轉矩的總和除以實際車輪驅動轉矩來計算轉矩比。如果車輪未空轉，則轉矩比將大約為1.0。然而，如果車輪正在空轉，則車輪驅動轉矩將小於車輛加速轉矩，且轉矩比將實質上大於1.0。因此，如果轉矩比實質上大於1.0，則車輛控制系統確定車輪中的一個或多個正在空轉，且需要來自TCS的幫助。
[0006]然而，在四輪空轉情況期間，車輛速度與車輪速度相同，因此，TCS可能不啟動(或可能啟動得太遲)，這將導致不穩定的車輛控制。
[0007]本發明的實施例提供了用於控制經受車輪空轉情況的車輛的方法和系統。方法和系統(I)檢測車輪空轉情況，(2)檢查車輪空轉進入條件，以及(3)更新參考車輛速度以提高隨後的車輪空轉檢測。
[0008]本發明的一個實施例提供了用於檢測車輛的車輪空轉情況的系統。該系統包括控制器。控制器被配置成基於從多個車輪速度傳感器接收的信息來確定車輛的每個車輪的速度，基於每個車輪的速度來識別車輛的第二最慢的車輪，基於車輛的第二最慢的車輪的加速度和車輛的質量來計算車輛加速轉矩，基於車輛加速轉矩和車輪驅動轉矩來計算轉矩t匕，以及在轉矩比大於預定閾值時啟動牽引控制系統。
[0009]本發明的另一實施例提供用於檢測車輛的車輪空轉情況的計算機實現的方法。該方法包括在處理器接收來自多個車輪速度傳感器的信息，並基於來自多個車輪速度傳感器的信息來確定車輛的每個車輪的速度。該方法還包括基於每個車輪的速度識別車輛的第二最慢的車輪，基於車輛的第二最慢的車輪的加速度和車輛的質量來計算車輛加速轉矩，並基於車輛加速轉矩和車輪驅動轉矩來計算轉矩比。該方法還包括在轉矩比大於預定閾值時啟動牽引控制系統。
[0010]通過考慮詳細描述和附圖，本發明的其它方面將變得明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1示出包括車輛控制系統的車輛。
[0012]圖2示意性示出圖1的車輛控制系統。[0013]圖3是示出由圖1的系統執行的車輪空轉檢測方法的流程圖。
[0014]圖4是示出由圖1的系統執行的車輛加速轉矩計算方法的流程圖。
[0015]圖5是示出由圖1的系統執行的車輪空轉標誌管理方法的流程圖。
[0016]圖6a和7a是示出當檢測到車輪空轉情況時由圖1的系統執行的反應方法的流程圖。
[0017]圖6b和7b圖形地示出各種標誌的值和由圖1的系統使用來執行圖3-5、6a和7a的方法的值。
[0018]圖8是示出由圖1的系統執行的車輛參考速度更新方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0019]在詳細解釋本發明的任何實施例之前，應理解，本發明在其應用中不限於在以下描述中闡述或在以下附圖中示出的部件的結構和布置的細節。本發明能夠具有其它實施例並能夠以各種方式被實踐或實現。
[0020]圖1示出車輛10。車輛10包括車輛控制系統12。系統12包括控制器14和多個傳感器。在圖1中，使用附圖標記20以及第二附圖標記來標記每個傳感器。在下面更詳細描述的第二附圖標記提供特定的標記，以將各種類型的傳感器彼此區分開。傳感器20連接到網絡，例如控制器區域網(「CAN」)總線22。傳感器22提供關於車輛10的操作參數的信
肩、O
[0021]圖2示意性更詳細地示出車輛控制系統12。如圖2所示，系統12包括控制器14、一個或多個傳感器20和總線22。在一些實施例中，控制器14直接從一個或多個傳感器20而不是通過總線22獲得傳感器讀數。在一些情況下，控制器14使用補償的傳感器讀數而不是原始數據。例如，控制器14可通過應用偏移來補償一個或多個傳感器讀數。控制器14可使用偏移來補償傳感器老化、汙損、以及可能出現的其它信號劣化。此外，應理解的是，在一些實施例中，在系統12中可包括其它類型的傳感器20。此外，控制器14可只使用來自圖1-2中所示的傳感器20的子集的信息，以檢測車輪空轉情況。此外，圖1-2所示的系統部件的布置和位置僅為了例示性目的。此外，在一些實施例中，控制器14可與其它控制器(例如發動機控制器)組合。
[0022]如圖2所示，傳感器20包括與車輛10的每個車輪46相關聯的車輪速度傳感器44。每個車輪速度傳感器44提供車輪46的速度。在一些實施例中，車輪速度傳感器44還提供每個車輪46的加速度。在其它實施例中，單獨的傳感器提供車輪加速度，或控制器14基於由車輪速度傳感器44所提供的車輪速度來計算車輪加速度。
[0023]傳感器20也可包括發動機傳感器(未示出)，其通過連接到總線22的發動機控制器50來發送表示車輛發動機的當前狀態的信息。例如，發動機控制器50可提供表示輸送到車輪46的發動機或驅動轉矩的信息。可選地或此外，在一些實施例中，控制器14直接從可包括發動機凸輪軸傳感器的這種發動機傳感器而不是通過發動機控制器50接收與發動機相關聯的信息。傳感器20還可包括橫向加速度傳感器54。
[0024]如圖2所示，控制器14包括輸入/輸出接口 60、電子處理單元(「EPU」)62、以及一個或多個非臨時存儲器模塊64，例如隨機存取存儲器(「RAM」)和只讀存儲器(「ROM」)。輸入/輸出接口 60通過總線22發送和接收信息，其包括來自傳感器20的傳感器讀數。輸入/輸出接口 60可與車輛10內部(例如，通過CAN22)和車輛10外部的其它組件進行通信。例如，輸入/輸出接口 60可包括允許系統12通過網絡(例如區域網或網際網路)發送和接收信息的網絡接口，例如乙太網卡或無線網卡。
[0025]EPU62從輸入/輸出接口 60接收信息，並通過執行一個或多個指令或模塊來處理信息。指令或模塊存儲在非臨時計算機可讀介質64中。EPU62將信息(例如，從總線22接收的信息或通過由EPU62所執行的指令或模塊而產生的信息)存儲到計算機可讀介質64。應理解的是，雖然在圖2中只示出單個EPU、計算機可讀介質模塊、以及輸入/輸出接口，控制器14可包括多個處理單元、存儲器模塊、和/或輸入/輸出接口。
[0026]存儲在計算機可讀介質中的指令在被EPU62執行時提供特定的功能。通常，指令為系統12提供一種或多種方法以檢測車輪空轉情況並對車輪空轉情況做出反應。例如，圖3-6是示出車輪空轉檢測和由控制器14執行的反應方法70的流程圖。
[0027]如圖3所示，為了檢測車輪空轉情況，控制器14計算車輛加速轉矩(在72)。不同於使用車輪旋轉轉矩、車輪慣性轉矩、風阻力轉矩和車輪制動轉矩來估計車輛加速度的現有系統，控制器14使用第二最慢的車輪46的加速度來計算車輛加速轉矩。具體來說，如圖4所示，控制器14通過CAN總線22從每個車輪速度傳感器44獲得車輪速度(在72a)。為了確定第二最慢的車輪46，控制器14將來自車輪速度傳感器44的讀數進行比較(在72b)。控制器14隨後確定所識別的第二最慢的車輪的加速度(在72c)。控制器14隨後使用公式:力=質量X加速度(F=ma)，以使用車輛10的第二最慢的車輪22的加速度和車輛的質量來計算車輛加速轉矩(在72d)。
[0028]所產生的乘積表示車輛加速轉矩，控制器14使用該車輛加速轉矩來計算轉矩比(在74，圖3)。如以上在概述部分中描述的，通過使車輛加速轉矩除以實際車輪驅動轉矩(例如，基於來自發動機控制器50的信息)來計算轉矩比。通過基於第二最慢的車輪的加速度計算車輛加速轉矩，控制器14防止了車輛加速轉矩遵循車輪條件並隱瞞車輪空轉情況。因此，在車輪空轉情況中，車輛加速轉矩將大於實際車輪驅動轉矩，且轉矩比將大於正常值(即，大於大約1.0)，且可以是大約3.0。
[0029]因此，如圖3所示，在計算轉矩比(在74)之後，控制器14確定所計算的轉矩比是否大於預定閾值(例如，大約1.0或大約3.0)(在76)。如果該比不大於預定閾值，則控制器14再次開始檢測過程。在一些實施例中，控制器14實質上連續地計算當前車輛加速轉矩和相關聯的轉矩比。在其它實施例中，控制器14在與預定的定時(例如，每20毫秒)相關聯的周期上計算當前車輛加速度和相關聯的轉矩比。
[0030]可選地，如果轉矩比大於預定閾值(在76)，控制器14在推斷出出現車輪空轉情況之前可選地確保滿足各種條件。例如，如圖3所示，控制器14確定在預定的時間上的轉矩比的微分是否大於大約零(在78)。具體來說，控制器14確定轉矩比是否已經改變或已相對恆定。如果轉矩比微分不大於大約零(即，轉矩比已相對恆定)，則控制器14推斷出沒有出現車輪空轉情況並再次開始檢測周期。
[0031]可選地，如果轉矩比微分大於大約零，則控制器14確定車輛是否處於加速模式(在80)。為了確定車輛是否處於加速模式，控制器14可確定所計算的車輛加速轉矩是否是恆定的或已改變。可選地，控制器14可基於車輛速度、平均車輪速度和平均車輪加速度來計算車輛加速度。如果車輛未處於加速模式(例如，車輛速度在預定的時間內是恆定的)，則控制器14推斷出沒有出現車輪空轉情況並再次開始檢測循環。
[0032]如果車輛處於加速模式(在80)，則控制器14確定當前車輛速度是否小於預定閾值(例如，每小時70公裡)(在82)。控制器14可基於車輪速度來計算車輛速度。如果當前車輛速度大於預定閾值，則控制器14再次開始檢測過程。
[0033]如果當前車輛速度小於預定閾值(在82)，則控制器14確定實際車輪驅動轉矩是否大於預定閾值(在84)。車輪驅動轉矩由控制器14基於發動機轉矩來確定。例如，在一些設置中，控制器14通過確定由車輛發動機輸送的轉矩來檢查最小驅動轉矩(例如，使用車輛的法向力乘以非常低的摩擦係數，例如0.1)。如果車輛10的車輪46未由高的轉矩力(例如，800牛頓-米)驅動，則不可能出現車輪空轉情況。因此，如果車輪驅動轉矩不大於預定閾值，則控制器結束當前檢測過程並再次開始該過程。
[0034]如圖3所示，如果車輪驅動轉矩大於預定閾值，則控制器14確定車輛10是否當前正在碎石路上行進(在86)。如果車輛10正在碎石路上行進，則預期某個程度的車輪空轉，且車輛的TCS可能不能夠在這種情況下幫助駕駛員。在一些實施例中，控制器14基於車輪速度、加速度和加速度變化率(jerk)來確定車輛10是否在碎石路上。如果車輛在碎石路上，則控制器14再次開始檢測過程。
[0035]可選地，如果車輛不在碎石路上行進，則控制器14推斷出出現車輪空轉情況且滿足所有進入條件(在78、80、82、84、86)。因此，控制器14設定車輪空轉檢測標誌(例如，「真」)(在88)。應理解的是，控制器14可按各種順序來檢查上述的進入條件(78、80、82、84、86)，且在一些實施例中控制器14可並行地檢查所述條件中的一些。此外，控制器14可在推斷出車輪空轉情況出現之前檢查額外的進入條件。
[0036]在一些實施例中，為了防止車輪空轉請求的錯誤檢測，控制器14跟蹤車輪空轉檢測標誌已被設定到「真」多長時間，以識別真實的車輪空轉請求何時出現。例如，圖5是示出由控制器14執行的車輪空轉檢測標誌管理方法100的流程圖。如圖5所示，控制器14跟蹤車輪空轉檢測標誌已被設定到「真」的時間量，並在車輪空轉檢測標誌已被設定到「真」一段預定的保持時間(例如，大約40毫秒)之後將全輪空轉標誌(S卩，「ALLWheelSpin」)設定為「真」。在全輪空轉標誌被設定為「真」之後，控制器14開始無功測量，以抵消車輪空轉情況。
[0037]具體來說，如圖5所示，在車輪空轉檢測標誌被設定為「真」(在102)之後，控制器14啟動定時器(「定時器A」)並啟動定時器向上計數(在104)。當仍未設定車輪空轉檢測標誌時，控制器14啟動定時器(即，定時器A)向下計數(在106)，直到它達到零(在108)。
[0038]在已啟動定時器(在104)之後，控制器14跟蹤定時器是否已達到或超過預定的保持時間，且仍未設定全輪空轉標誌(即，全輪空轉標誌當前被設定為「假」)(在110)。在這個出現之前，在定時器小於保持時間(例如，小於大約20毫秒)時(在114)，控制器14將全輪空轉標誌設定為「假」(在112)。可選地，一旦定時器達到保持時間且全輪空轉標誌仍未被設定為「真」(在110)，控制器14就將全輪空轉標誌設定為「真」(在116)。在該標誌被設定為「真」之後，控制器可採取校正行動，以減輕車輪空轉情況。此外，為了確保控制器14在全輪空轉標誌被設定為「假」之前採取正確的反應措施，控制器14可在全輪空轉標誌隨後被重置為「假」(在120)之後(例如，在全輪空轉標誌的持續時間的下降沿被檢測到之後且在TCS未運行時)延長該標誌的持續時間(在118)。例如，控制器14可在全輪空轉標誌被重置為「假」之後允許額外的200毫秒，以為控制器14提供足夠的處理時間。
[0039]在全輪空轉標誌已被設定為「真」(並根據需要被延長)之後，控制器14採取反應措施來處理車輪空轉情況。圖6a是示出根據本發明的一個實施例的由控制器14執行的反應方法150的流程圖。如圖6a所示，控制器14為與車輛的TCS相關聯的基本或參考車輪速度(「vFzRef」)確定調節因子(B卩，「vDeltaSlip」)(在152)。調節因子在被添加到基本速度時提供當前目標速度，來用於何時啟動車輛的TCS。具體來說，在控制器14確定調節因子之後，控制器14確定車輛10的當前車輪速度是否大於基本車輪速度和調節值的總和(在
154)。如果是，則控制器14將超過目標速度標誌設定為「真」(即，「WhlSpdOverTar」)(在
155)，並啟動車輛的TCS(在156)。如在本領域中已知的，TCS執行各種行動來試圖保證對車輛的牽引。TCS可被編程來執行行動一段預定的時間，或執行預定數量的行動或周期以試圖停止或減輕車輪空轉情況。在其它實施例中，控制器14指示TCS何時停止校正行動(例如，在控制器14不再檢測到車輪空轉情況之後)。
[0040]如圖6a所示，在控制器14啟動TCS (在156)之後，控制器14啟動定時器(即，「定時器B」)向上計數(在157)。在定時器達到預定的時間(例如，大約200毫秒)(在158)之後，控制器14重置定時器(即，「定時器B」)，將調節因子重置到零，將超過目標速度標誌設定為「假」，並將全輪空轉標誌的延長設定為「假」(在160)。圖6b針對示範車輛情況圖形示出了由控制器14使用來執行方法150的標誌和定時器的值。
[0041]圖7a是示出根據本發明的一個實施例的由控制器14執行的另一反應方法的流程圖。具體來說，圖7a示出當車輛10的當前車輪速度不大於基本車輪速度和調節值的總和時由控制器14執行的方法170。例如，如圖7a所示，當全輪空轉標誌的下降沿已被檢測到且TCS未運行(在172)時，控 制器14啟動定時器(「定時器C」)向上計數到大約500毫秒(在174)。定時器允許車輛速度超過目標速度(例如，基本車輪速度和調節值的總和)的額外時間。雖然定時器(即，定時器C)向上計數，控制器14可繼續確定車輛10的當前車輪速度是否大於基本車輪速度和調節值的總和(參見圖6a，在154)。
[0042]如果全輪控制標誌的下降沿未被檢測到或TCS是運行的(在172)，則控制器將調節因子重置為零，將定時器(即，定時器C)重置為零，並將全輪空轉標誌的延長設定為「假」(在 176)。
[0043]也如圖7a所示，當定時器(即，定時器C)向上計數時和/或在定時器達到大約500毫秒之後，控制器14可確定車輛是否正在加速(在178)。如果車輛未正在加速，則控制器14可將所有定時器(即，定時器A、定時器B和定時器C)重置為零，將全輪空轉標誌設定為「假」，將超過目標速度標誌設定為「假」，並將全輪空轉標誌的延長設定為「假」(在180)。圖7b針對示範車輛情況示出了由控制器14使用來執行方法170的標誌和定時器的值。
[0044]在一些實施例中，當全輪空轉標誌被設定為「真」時，控制器14也調節與TCS相關聯的基本或參考速度。例如，圖8示出由控制器14執行來調節參考速度的方法200。在一些實施例中，控制器14調節參考速度以遵循車輛加速模型。特別是，如圖8所示，在控制器14設定全輪空轉標誌且TCS未運行(例如，TCS未執行動力傳動系轉矩控制(「 !PTC」)(在201)之後，控制器14將參考速度設定為車輛模型速度(在202)。車輛模型速度基於車輛加速模型(aModel)，其為 V=Vk-1+aMo del X AT。
[0045]控制器14也修改速度偏移、卡爾曼濾波器計算的模糊集合(即，「模糊A集合」)(在204)，並修改加速度偏移、卡爾曼濾波器計算的模糊集合(在206)。
[0046]使用所做出的這些調節，控制器14可更好地識別未來的車輪空轉情況(例如，在冰面上出現的)，這使TCS正確地啟動並在具有低摩擦係數的表面上的加速期間減小車輛不穩定性。
[0047]應理解的是，除了車輪空轉檢測以外，控制器14還可配置成執行其它車輛控制過程。例如，在一些設置中，控制器14還可控制車輛的牽引控制系統(「TCS」)和/或車輛的電子穩定性控制(「ESC」)系統。
[0048]在所附權利要求中闡述了本發明的各種特徵和有利之處。
【權利要求】
1.一種用於檢測車輛的車輪空轉情況的系統，所述系統包括: 控制器，其被配置成基於從多個車輪速度傳感器接收的信息來確定所述車輛的每個車輪的速度；基於每個車輪的所述速度來識別所述車輛的第二最慢的車輪；基於所述車輛的所述第二最慢的車輪的加速度和所述車輛的質量來計算車輛加速轉矩；基於所述車輛加速轉矩和車輪驅動轉矩來計算轉矩比；以及在所述轉矩比大於預定閾值時啟動牽引控制系統。
2.如權利要求1所述的系統，其中所述預定閾值為大約1.0。
3.如權利要求1所述的系統，其中所述預定閾值為大約3.0。
4.如權利要求1所述的系統，還包括所述多個車輪速度傳感器，其中所述多個車輪速度傳感器中的每個車輪速度傳感器與所述車輛的車輪相關聯。
5.如權利要求1所述的系統，其中所述控制器還被配置成計算所述第二最慢的車輪的加速度。
6.如權利要求1所述的系統，其中所述控制器還被配置成計算所述轉矩比的微分，計算車輛加速度，計算車輛速度，以及確定所述車輛是否正在碎石路上行進。
7.如權利要求6所述的系統，其中所述控制器被配置成當所述轉矩比的所述微分大於大約零，所述車輛加速度大於第二預定閾值，所述車輛速度小於第三預定閾值，所述車輪驅動轉矩大於第四預定閾值，且所述車輛未在碎石路上行進時啟動所述牽引控制系統。
8.如權利要求1所述的系統，其中所述控制器還被配置成為與所述牽引控制系統相關聯的參考速度確定調節因子。
9.如權利要求8所述的系統，其中所述控制器被配置成當車輛速度大於所述調節因子和所述參考速度的總和時啟動所述牽引控制系統。
10.如權利要求9所述的系統，其中所述控制器被配置成基於車輛模型參考速度來設定所述參考速度。
11.一種用於檢測車輛的車輪空轉情況的計算機實現的方法，所述方法包括: 在處理器接收來自多個車輪速度傳感器的信息； 在處理器基於來自所述多個車輪速度傳感器的所述信息來確定所述車輛的每個車輪的速度； 在處理器基於每個車輪的所述速度來識別所述車輛的第二最慢的車輪， 在處理器基於所述車輛的所述第二最慢的車輪的加速度和所述車輛的質量來計算車輛加速轉矩， 在處理器基於所述車輛加速轉矩和車輪驅動轉矩來計算轉矩比，以及 在所述轉矩比大於預定閾值時啟動牽引控制系統。
12.如權利要求11所述的方法，其中啟動牽引控制系統包括當所述轉矩比大於大約3.0時啟動所述牽引控制系統。
13.如權利要求11所述的方法，還包括計算所述第二最慢的車輪的第二加速度的加速度。
14.如權利要求11所述的方法，還包括計算所述轉矩比的微分，計算車輛加速度，計算車輛速度，以及確定所述車輛是否正在碎石路上行進。
15.如權利要求14所述的方法，其中啟動所述牽引控制系統包括當所述轉矩比的所述微分大於大約零，所述車輛加速度大於第二預定閾值，所述車輛速度小於第三預定閾值，所述車輪驅動轉矩大於第四預定閾值，且所述車輛未在碎石路上行進時啟動所述牽引控制系統。
【文檔編號】B60T8/1769GK103582589SQ201280026428
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年3月29日 優先權日:2011年3月29日
【發明者】R·魯濱遜, Q·李, H-C·吳 申請人:羅伯特·博世有限公司