CN100335301C - 对中央轮胎充气系统控制算法的主动适应 - Google Patents

Abstract

本发明提供了控制轮胎压力管理系统(或中央轮胎充气系统)的方法，它使得能根据空气线路容积的改变而修改系统中的控制变量。在空气源和车辆轮胎之间的导管中的空气线路容积被确定。然后，根据空气线路容积的改变，控制变量的一个或多个值被调节；根据调节后的控制变量值，与系统关联的各种参数被确定。

Description

对中央轮胎充气系统控制算法的主动适应

技术领域

本发明涉及车辆轮胎压力管理系统，特别是涉及用于修改车辆轮胎压力管理系统中控制参数的系统和方法。

背景技术

传统的轮胎压力(tire pressure)管理系统，也称作中央轮胎充气系统(CTIS系统)、车载充气系统和牵引系统，是在现有技术中公知的。通常，这些系统利用固定在每个车轮组件上的气动控制轮阀来响应来自空气控制回路(air control circuit)的压力信号控制轮胎压力。空气控制回路经由每个轮阀所关联的转动密封组件与每个轮阀连接。轮胎压力由一个传感器监视，该传感器位于空气控制回路中的导管(conduit)组件中。当轮阀和某些控制阀被打开时，导管中的压力变为等于轮胎压力，于是能由传感感器检测。电子控制单元读取由该传感器产生的压力电信号，并对其作出响应，以对选定的轮胎充气或放气。

尽管现有技术轮胎压力管理系统为其预期目的发挥了很好的作用，但这些系统有显著的缺点。系统的电子控制单元执行若干个软件例程形式的控制算法，所述控制算法用于确定由系统使用的多种参数(如轮胎压力、线路泄漏速率以及阀位置)。然而，这些参数受到空气控制回路的导管中的容积的显著影响，这一容积随不同的车辆而变化，取决于诸如车辆的长度、车辆上车轴和车轮的数量等因素。所以，为了准确地确定控制算法这些参数，传统的轮胎压力管理系统需要人工校准由电子控制单元使用的控制变量，以应对不同车辆的不同空气容积。

这里发明人人已认识到需要一种用于控制这样系统的轮胎压力管理系统和方法，它将最大限度地减小和/或消除一个或多个上文指出的缺陷。

发明内容

本发明提供一种用于车辆的轮胎压力管理系统以及控制该系统的方法。

根据本发明的车辆轮胎压力管理系统包括一个空气源和一个空气控制回路，该回路中包括一个导管设置在该车辆的空气源和车辆轮胎之间。该系统进一步包括一个电子控制单元，被配置成完成若干功能：确定导管容积；根据该导管容积调节控制变量值；以及根据该控制变量值确定轮胎压力管理系统的参数值。根据本发明的一些实施例，该控制变量可包含一个时间段或导管中的压力。再有，根据本发明的一些实施例，该参数可包含轮胎压力、导管中的泄漏速率或阀位置。

根据本发明，控制车辆轮胎压力管理系统的方法包括确定在车辆的空气源和车辆轮胎之间设置的导管容积的步骤。该方法还包括根据该值调节控制变量的步骤和根据控制变量值确定轮胎压力管理系统参数值的步骤。

根据本发明的轮胎压力管理系统和控制轮胎压力管理系统的方法是有利的。特别是所发明的系统和方法使能主动地或动态地适应轮胎压力管理系统中使用的控制变量，以根据空气线路容积的改变确定参数值。结果，该系统能应用于广泛多样的车辆而无需费钱、费时地人工校准控制算法。

通过下文的详细描述和以例说明本发明特征的附图，本领域技术人员将清楚看出本发明的这些和其他优点。

附图说明

图1图解说明根据本发明的车辆轮胎压力管理系统。

图2是传统的车轮组件的截面图。

图3是说明图1系统若干部件的方块图。

图4是说明根据本发明控制轮胎压力管理系统的方法的示意图。

具体实施方式

现在参考附图，在各图中相似的参考数字用于标识相同的部件，图1显示根据本发明的车辆12(以虚线图解显示)的轮胎压力管理系统10，在所示实施例中，车辆12包含一个牵引车挂车。然而，应该理解，本发明的系统可用于连接到广泛多样的车辆，包括汽车。

车辆12可包括多个车轴，包括由虚线14代表的转向轴，由虚线16、18代表的有驱动轴的串联车轴组件，以及由虚线20、22代表的有挂车车轴的另一个串联车轴组件。参考图2，车辆12的每个轴(如驱动轴16)可包括固定在轮毂26上的车轮24，轮毂26设置在车轴的每个外侧端并被可转动地支持在车轴上。车辆12的每个车轮24包括一个或多个可充气轮胎28装在其上。

再参考图1，将描述根据本发明的系统10。所提供的系统10用于监视和控制车辆12的每个轮胎28内的压力。系统10可包括轮阀组件30、空气源32、真空源34、空气控制回路36、一个或多个负载传感器38、速度传感器40、压力传感器42、操作员控制设备44以及电子控制单元(ECU)46。

所提供的轮阀组件30用于控制压缩空气流进、出轮胎28。阀组件30被安装在每个车轴14、16、18、20、22的每一端并通过旋转密封连接器48与系统10的其余部分连接。轮阀组件(wheel valve assembly)30在技术上是传统的，可包含如美国专利5,253,687或美国专利6,250,327中描述和图示的轮阀组件，这里这两个专利被全文纳入作为参考。旋转密封组件48在技术上也是传统的，可包含美国专利5,174,839中描述和图示的旋转密封组件，这里该专利被全文纳入作为参考。再参考图2，轮阀组件30可包括与旋转密封组件48的可旋转部件48b耦合的进气口(inlet port)30a、与轮胎28内部流体交流的出气口30b以及排气口30c(在图1中显示得最好)。旋转密封组件48可进一步包括非旋转部件48a，它与空气控制回路36的导管50连接。当在进气口30a处的气压基本上为大气压时，阀组件30可呈现为闭合位置(如图1中所示)，当在进气口30a处的气压为正压力时呈现为连接进气口30a和出气口30b的开启位置，而当在进气口30a处的气压为负压力时呈现为连接出气口30b和排气口30c的排气位置。

空气源32向系统10和轮胎28提供正压缩空气。空气源在技术上是传统的，可包含一个车辆空气制动器压力源，包括泵52、空气干燥器54以及第一储气箱56，储气箱56经由导管58与制动器系统储气箱60、62相连并经由分支导管58a与空气控制回路36相连。止回阀64防止当上游压力损失时制动器储气箱60、62中气压的突然损失。压力传感器66用于监视储气箱56内的压力并向ECU 46提供压力指示信号。

真空源34提供系统10中的负压力，以降低车辆12的轮胎28内的空气压力。真空源34在技术上也是传统的，可包括通过电磁阀70控制的真空发生器68。使空气穿过真空发生器68的似文杜里管(venturi)的部分，从而产生低压力区。当经由来自ECU 46的控制信号激励电磁阀70使其达到开启位置时，在导管72中产生相对于大气压的真空或负气压，这里导管72设置在由发生器68产生的低压区附近。导管72还与一个单向排气阀76相连，以实现快速排出导管72中的正气压。排气阀76包括阀部件78，它响应导管72中的负气压而被拉到闭合位置，并响应导管72中的正压力而被移动到开启位置。

提供了一个空气控制回路36，用于引导系统10内的压缩空气流，以控制车辆12的轮胎28内的压力。控制回路36可包括一对压力控制阀80、82，以及多个车轴分配阀84、86、88。在所示实施例中，单个空气控制回路36用于控制车辆12所有轮胎28的压力。然而，应该理解，控制回路36(与系统10的其他部分一起)可被复制，从而例如一个控制回路36用于控制车辆12的牵引车部分中的轮胎压力，而另一个控制回路36用于控制车辆12的挂车部分中的轮胎压力。

压力控制阀80将压缩空气从空气源32引导到车辆12的轮胎28。阀80可以是传统的双位-双向由螺线管控制的、由怠速空气操作的阀(pilotair operated valve)。阀80包括阀部件90，它由弹簧作用使其偏移到图1中所示闭合位置。阀部件90响应经由来自ECU 46的控制信号对螺线管的激励，从而移动到开启位置。阀80包括第一端口(port)80a与通向空气源32的导管92耦合。阀80包括第二端口80b与通向车辆分配阀84、86、88的另一导管耦合。

压力控制阀82使控制回路36排气。阀82在技术上是传统的，也可包含双位-双向、由螺线管控制、由怠速空气操作的阀。阀82包括阀部件96，它由弹簧作用使其偏移到如图1中所示开启位置。阀部件96响应经由来自ECU 46的控制信号对螺线管的激励，从而移动到闭合位置。阀82包括第一端口82a与通向小孔74的导管72耦合。阀82包括第二端口82b与通向车轴分配阀84、86、88的另一导管耦合。

提供了车轴分配阀84、86、88，用于控制向车辆12的一个或多个车轴14、16、18、20、22的轮胎28供给正压缩空气或从中释放空气。阀84、86、88在技术上是传统的，可包含双位-双向、由螺线管控制、由怠速空气操作的阀。阀84、86、88分别引导车轴14、16和18以及20和22的的轮胎28的进、出气流。阀84、86、88每个包括各自的阀部件98、100、102，它们由弹簧作用使其偏移到如图1中所示开启位置，并响应经由来自ECU 46的电信号其相应的螺线管的激励，从而移动到闭合位置。阀84、86、88每个进一步包括各自的与导管94耦合的第一端口84a、86a、88a。最后，阀84、86、88每个包括各自的第二端口84b、86b、88b、分别通向车辆12的每个车轴或串联车轴的相应导管50、104、106。虽然在所示实施例中使用车轴分配阀82、84、86，但应该理解，单个的轮胎分配阀能与车轴分配阀84、86、88结合使用或作为车轴分配阀84、86、88的替代物，以进一步控制车辆12的单个轮胎28的进、出气流。再有，虽然在所公开说明的实施例中只显示出三个车轴分配阀84、86、88，但应该理解，车轴分配阀的个数可根据车辆12的车轴个数而改变，并允许对车辆12的轮胎28更加个体地控制。

负载传感器38提供关于诸如车辆12(因而车辆12的轮胎28)上的负载或车辆12的某一部分(因而车辆12的选定轮胎28)上的负载的指示。负载传感器38在技术上是传统的，可以以多种已知方式提供负载传感，包括通过分析车辆12的悬架中的气动压力、分析动力传动系统参数、使用位移传感器或实现负载梁(beam)和应变测量。每个负载传感器38可向ECU 46提供一个或多个指示信号，指出车辆12或其一部分上承受的负载。

所提供的速度传感器40用于测量车辆12的速度，以控制轮胎28的下沉(deflection)水平。传感器40在技术上是传统的，它向ECU 46提供速度指示信号。

所提供的压力传感器42用于检测导管94中的压力。传感器42在技术上是传统的。虽然在所示实施例中传感器42是设置在导管94内，但应该理解，传感器的位置可以在空气控制回路36内改变而不离开本发明的精神。传感器42产生指示导管94内压力的信号，并向ECU 46提供该信号，以达到下文中更详细描述的目的。

可以提供操作员控制装置44，以允许车辆12的操作员实施对系统10的至少是某种程度的控制。装置44在技术上是传统的，可包括多个输入/输出装置，如小键盘、触摸屏、开关或类似的输入设备以及显示屏、声音发生器、光或类似的输出设备。这样，装置44包括车辆12操作员向ECU 46传送控制信号以调节车辆12轮胎中压力水平的手段。

参考图3，提供了ECU 46以控制空气控制回路36。ECU 46可包含可编程微处理器或微控制器，或可包含专用集成电路(ASIC)。ECU 46可包括中央处理单元(CPU)108、存储器110和输入/输出接口112。通过接口112，ECU 46可接收多个输入信号，包括由传感器38、40、42、66以及操作员控制装置48产生的信号。还通过接口112，ECU 46可产生多个输出信号，包括用于控制装置48和阀80、82、84、86、88的一个或多个信号。

现在参考图4，图中显示根据本发明的控制轮胎压力管理系统12的方法的一个实施例。该方法或算法可由系统12实现，其中ECU 46被配置成通过编程指令或代码(即软件)实现该方法的若干步骤。这些指令可被编码在计算机存储介质上，如传统的软盘或CD-ROM，并可使用传统的计算装置和方法将其复制到ECU 46的存储器110中。应该理解，图4只代表所发明方法的一个实施例。因此，所示具体步骤和子步骤在本质上不是要作为限定性的。可以使用其内容和数量上不同于图4中所示的步骤和子步骤实现该方法。

本发明的方法可以以步骤114开始，在步骤114，验证为执行该方法其他步骤所需的若干预先条件。特别是步骤114可首先包括子步骤116，子步骤116确定一个或多个轮胎28中的压力是否越过预定目标压力。参考图1，ECU 46可产生控制信号以开启供给阀80和车轴分配阀84、86、88之一。导管94以及导管50、104、106之一内的空气压力将稳定到轮胎28中的压力。传感器42向ECU 46提供信号，指出导管94中的压力，然后ECU 46可比较检测的压力和目标轮胎压力。如果检测的压力小于目标轮胎压力，则例程结束。如果检测的压力大于目标轮胎压力，则例程继续。

再参考图4，步骤114可继续子步骤118，以确定系统10是否在进行轮胎加压或是否系统10在进行例行轮胎压力监视。如果系统10在进行轮胎加压，则例程结束。如果系统10在进行轮胎压力监视，则例程继续。

步骤114可继续子步骤120，在其中确定空气控制导管36中是否存在线路泄漏。参考图1，传感器42每过一个时间段便向ECU 46提供指示导管94中压力的信号，使ECU 46能监视压力的下降。于是，ECU 46能根据预定条件确定控制回路36中是否存在线路泄漏。如果存在线路泄漏，则例程结束。如果不存在线路泄漏，则例程继续。

再参考图4，步骤114可最后包括子步骤122，在其中确定供给电压是否在预定范围内。参考图1，传感器66和/或42可用于指出可得到的供给压力。传感器66和42分别向ECU 46提供信号，指出储气箱56和导管94内的压力。如果供给压力在预定范围之外，则例程结束。如果供给压力在预定范围之内，则例程继续。

再参考图4，本发明的方法可继续到步骤124，在其中确定设置在空气源32和车辆12的轮胎28之间的导管(如导管94)的容积。步骤124可包括若干子步骤126、128，在子步骤126，空气从空气源32提供给导管94。参考图1，ECU 46产生开启供给阀80的控制信号，从而允许空气从导管58进入导管94。在子步骤128，ECU 46确定导管94中的压力达到预定空气压力经过的时间段。步骤128本身可包括若干子步骤130、132。在子步骤130，压力传感器42检测导管94中的压力。然后，在子步骤132，ECU 46比较该压力和由ECU预先确定的压力。子步骤130、132可重复多次，直至导管94中的压力等于预定压力为止。

本发明的方法可继续到步骤134，在其中根据导管94的容积调节控制变量值。用于确定与系统10关联的参数值的多个控制变量可受到空气线路容积变化的影响。一个控制变量可称作“保持时间(hold time)”，其中包含导管94中的压力变为等于轮胎28中压力的时间段。保持时间用于确定轮胎28中的压力。随着空气线路容积增大，保持时间也随之增大。ECU 46可根据下列公式计算保持时间：

$\frac{\mathrm{sply}\_\mathrm{press}*\mathrm{vol}\_\mathrm{DetectTime}*\mathrm{Cfg}\_\mathrm{tireHoldTimeSlope}}{\mathrm{Cfg}\_\mathrm{splyMinPress}*100}+\mathrm{Cfg}\_\mathrm{tireHoldTimeShift}$

其中sply_press是从供给阀32供给的空气的压力，vol_DetectTime是在给定的压力下填充先前确定的容积所需时间，Cfg_splyMinPress是预定的最小供给压力值，Cfg_tireHoldTimeSlope和Cfg_tireHoldTimeShift是预定常数。

受空气线路容积影响的用于确定与系统10关联的参数值的另一个控制变量可称作“线路泄漏时间”。线路泄漏时间是在保持时间之后的一个时间段，在此期间内在导管94中的压力降被监视。线路泄漏时间用于确定导管94内的泄漏速率。随着空气线路容积的变化，指示各种泄漏大小的压力降值也改变。ECU 46可根据下列公式计算线路泄漏时间：

$\frac{\mathrm{sply}\_\mathrm{press}*\mathrm{vol}\_\mathrm{DetectTime}*\mathrm{Cfg}\_\mathrm{tireLineLeakTimeSlope}}{\mathrm{Cfg}\_\mathrm{splyMinPress}*1000}+\mathrm{Cfg}\_\mathrm{tireLineLeakTimeShift}$

其中sply_press是从供给阀32供给的空气的压力，vol_DetectTime是在给定的压下力填充先前确定的容积所需时间，Cfg_splyMinPress是预定的最小供给压力值，Cfg_tireLineLeakTimeSlope和Cfg_tireLineLeakTimeShift是预定常数。

受空气线路容积影响的用于确定与系统10关联的参数值的另一个控制变量是在空气控制回路36的导管(如导管94)中的压力。导管94中的压力能用于例如确定车轮阀组件30之一的位置，从而能确定阀之一是否从轮胎28泄漏空气。通常，向导管94提供小的放气供给，以补偿小的空气线路泄漏。导管94中压力的上升大于由放气引起的上升表明打开了车轮阀组件30。然而，随着空气线路容积变化，由于放气增加造成的导管中压力上升速率也会变化。ECU 46可根据下列公式计算指示车轮阀组件30中泄漏情况的适当压力值：

$\frac{\mathrm{Cfg}\_\mathrm{splyMinPress}*\mathrm{Cfg}\_\mathrm{ckvlvLimitSlope}*200}{\mathrm{sply}\_\mathrm{press}*\mathrm{vol}\_\mathrm{DetectTime}}+(2*\mathrm{Cfg}\_\mathrm{ckvlvLimitShift})$

其中Cfg_sply MinPress是预先确定的最小供给压力值，sply_press是从供给阀32供给的空气的压力，vol_DetectTime是在给定的压力下填充先前确定的容积所需时间，Cfg_ckvlvLimitSlope和Cfg_ckvlvLimitShift是预定常数。

步骤134可包括若干子步骤136、138。在子步骤136，ECU 46可根据导管94的容量确定控制变量值，如上文中对若干示例性控制变量描述的那样。在子步骤138，ECU 46可比较控制变量值和控制变量的至少一个预定阈值。优选地，ECU 46将控制变量值与高、低阈值比较。在由阈值定义的范围之外的控制变量值可以是系统10的部件中的差错的一个指示，或可使系统10受到不希望的动作。因此，如果控制变量值在由阈值定义的范围之外，则控制变量值可被设定为等于最近的阈值。

最后，本发明的方法可包括步骤140，在其中根据调节的控制变量值确定系统10的参数。如前文所述，示例性系统参数可包括轮胎28中的压力(可在“保持时间”之后测量)、线路泄漏速率(可在“线路泄漏时间”之后确定)以及车轮阀组件30的位置(可根据导管94中的压力确定)。

根据本发明的轮胎压力管理系统和控制这样的系统的方法有显著的优点。所发明的系统和方法允许主动地或动态地适应系统中使用的受空气线路容积影响的控制变量。以这种方式，本发明的系统和方法允许准确确定系统参数，无需根据空气线路容量的改变进行费钱、费时地对系统进行人工校准。所以，本发明的系统和方法能用于广泛多样的车辆而无需这样的人工校准。

尽管已参考本发明的一个或多个实施例显示和描述了本发明，但本领域技术人员将理解，可做出各种改变和修改而不离开本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种用于车辆的轮胎压力管理系统，包含：

空气源；

空气控制回路，包括设置在所述空气源和所述车辆的轮胎之间的导管；以及

电子控制单元，

其特征在于所述电子控制单元被配置成确定所述导管的容积，根据所述容积调节控制变量值，以及根据所述控制变量值确定所述轮胎压力管理系统的参数值。

2.权利要求1的轮胎压力管理系统，进一步包含设置在所述导管中的压力传感器，所述压力传感器向所述电子控制单元提供指示所述导管中压力的信号。

3.权利要求1的轮胎压力管理系统，其中所述电子控制单元进一步被配置成在确定所述导管容积时确定所述导管中的压力达到预定压力所需时间段。

4.权利要求1的轮胎压力管理系统，其中所述控制变量包含一个时间段。

5.权利要求4的轮胎压力管理系统，其中所述时间段包含所述导管中压力变为等于所述轮胎中压力的保持时间段。

6.权利要求1的轮胎压力管理系统，其中所述控制变量包含所述导管中的压力。

7.权利要求1的轮胎压力管理系统，其中所述参数包含所述轮胎中的压力。

8.权利要求1的轮胎压力管理系统，其中所述参数包含所述导管中的泄漏速率。

9.权利要求1的轮胎压力管理系统，其中所述参数包含轮阀组件的位置。

10.一种控制车辆轮胎压力管理系统的方法，包含如下步骤：

确定设置在所述车辆空气源和车辆轮胎之间的导管的容积；

根据所述容积调节控制变量值；以及

根据所述控制变量值确定所述轮胎压力管理系统的参数值。

11.权利要求10的方法，其中所述确定导管的容积的步骤包含如下子步骤：

向所述导管提供来自空气源的空气；

确定所述导管中的压力达到预定空气压力值所需时间段。

12.权利要求11的方法，其中所述确定时间段的子步骤包括如下子步骤：

检测所述导管内的压力；

比较所述压力和预定压力；

重复所述检测和比较，直至所述导管中的所述压力等于所述预定压力为止。

13.权利要求10的方法，其中所述调节步骤包括如下子步骤：

根据所述容积确定所述控制变量之值；以及

比较所述值与所述控制变量的至少一个预定阀值。

14.权利要求10的方法，其中所述控制变量包含一个时间段。

15.权利要求14的方法，其中所述时间段包含所述导管中的压力变为等于所述轮胎中压力的保持时间段。

16.权利要求10的方法，其中所述控制变量包含所述导管中的压力。

17.权利要求10的方法，其中所述参数包含所述轮胎中的压力。

18.权利要求10的方法，其中所述参数包含所述导管中的泄漏速率。

19.权利要求10的方法，其中所述参数包含轮阀组件的位置。

20.一种控制车辆轮胎压力管理系统的方法，包含如下步骤：

确定设置在所述车辆空气源和车辆轮胎之间的导管的容积；

调节所述导管中的压力变为等于所述轮胎中压力所需的保持时间段；以及

根据所述保持时间段确定所述轮胎中的压力。

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