CN101253065B - 用于控制机动车辆下坡驾驶的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于机动车辆的刹车装备中的陡坡缓降控制(HDC)的系统，该系统包括可电控的服务刹车组件，其配备用于与驾驶者致动无关的防抱死功能和刹车功能二者；刹车定位构件，所述刹车定位构件允许单独调整针对机动车辆的单独车轮生成的刹车压力或刹车力矩，该刹车压力或刹车力矩是由所述陡坡缓降控制影响的操纵变量。电子控制单元，所述电子控制单元被提供用于电子控制或电子调整。所述控制单元直接或间接检测与机动车辆的工作状况相关的变量并且当在陡峭地倾斜路面上行驶时与是否致动刹车踏板无关地调整额外的刹车力矩。根据实际机动车辆的速度或受到偏移影响的控制变量(v_IST)将基准变量(v_SOLL)调整为期望速度或目标变量(v_ZIEL)。

Description

用于控制机动车辆下坡驾驶的系统

背景技术

本发明涉及对机动车辆进行所谓“陡坡缓降控制”(HDC)的系统，即用于对下坡机动车辆驾驶的速度进行控制的系统。在这种陡坡缓降控制中，在本案中，本发明涉及以下方面，即“执行陡坡缓降控制”方面和“对作为干扰变量的下坡动量的前馈控制”方面。

从EP 0856446 B1等中可知一种陡坡缓降控制系统。该陡坡缓降控制系统用于在陡峭的倾斜路面(特别是在越野路面)上驾驶时保证机动车辆的牵引和驾驶稳定性。所述系统被设计用于有轮车辆，所述有轮车辆包括多个车轮、分别用于对该多个车轮中的一个进行刹车的多个刹车装置、加速器踏板、刹车踏板以及检测多个车轮中的一个的抱死的车轮抱死传感器。控制单元具有激活状态和非激活状态。在其激活状态下，当检测到的机动车辆的速度超过预定的期望速度并且未检测到车轮抱死时，致动每个刹车装置以对该机动车辆进行刹车。当检测到的机动车辆的速度超过期望速度时检测到车轮的抱死时，释放该多个刹车装置中的相关的一个。当进入激活状态时，如果机动车辆的速度远小于期望的速度，则控制单元对刹车装置进行控制以使得不致动踏板而使机动车辆的加速速率达到期望的速度。

当进入激活状态时，控制单元将机动车辆的速度与期望的速度进行比较，并控制刹车设备以使得该机动车辆的速度接近期望的速度。当机动车辆的速度远大于期望速度时，朝期望速度方向控制机动车辆的减速速率。加速速率可以被限制为预定的最大值(大约0.2g到0.3g)。只有当机动车辆处于一档或倒车档时才可以选择激活状态。在激活状态，作为驾驶者对机动车辆的刹车请求装置进行致动的结果，越过控制单元以将刹车量增加到控制单元规定的刹车量之上。因此，当未检测到车轮抱死时，机动车辆被减速到期望速度之下。在控制单元的激活状态，当检测到的机动车辆的速度在期望速度之下时，控制单元至少可以部分释放刹车装置。控制单元可以通过可手动操作的开关(switch)来进行激活。倘若检测到的机动车辆的速度在期望速度之下，则如果需要的话，控制单元致动刹车装置以保证机动车辆的加速速率低于限制值。

本发明潜在的问题

在该情况下，存在这样的问题，具体地说，柔软且易滑的地面状况使机动车辆的驾驶更加困难。因为在陡峭倾斜的路面上驾驶一般以低速进行，所以即使当接合到最低档时，其自身对于减小和/或移除由机动车辆施加的驱动转矩来说也是不充分的。而是还必须向车轮施加额外的刹车力矩。

现代的机动车辆一般装备有可电控的服务刹车系统以实现独立于驾驶者致动的刹车功能(即自动刹车功能)，例如在防抱死控制功能(ABS)之外执行的驱动滑动控制(ASR)或驱动动态控制(ESP)。为此，服务刹车系统包括相应构造的电液控制单元、可电控的刹车助力器或者被构造为所谓的“线控刹车”(BBW)系统。针对电控和/或电调节，提供了经由电子传感器来检测与机动车辆的工作状况相关的变量的电子控制单元。因此，例如针对ABS控制，借助车轮速度传感器来检测机动车辆的车轮的滑动，以根据所述滑动来控制和/或调节机动车辆的车轮的旋转行为，从而防止抱死。

WO 0114185A1公开了具有陡坡缓降控制的服务刹车系统。当在陡峭倾斜的路面上驾驶时，用于协助陡坡缓降控制的装置检测车辆的工作状况，并与是否致动了刹车踏板无关地调整额外的刹车力矩。使用车辆速度并将其与期望的速度进行比较，而连续地检测由于操纵变量的调整而导致的车辆操控。

WO 9611826公开了具有陡坡缓降控制的服务刹车系统，当在陡峭倾斜的路面上驾驶时，只要车速超过阈值就调整额外的刹车力矩，而不论是否致动了刹车踏板。

技术方案

作为本发明的结果，提供“陡坡缓降控制”(HDC)作为可电控服务刹车系统中的自动刹车功能，以当在陡峭倾斜的路面上驾驶时调整额外的刹车力矩而不论驾驶者是否致动了刹车踏板。

结果，不需要驾驶者致动刹车单元，以使得他或她能够在这种情境下专心于驾驶机动车辆(这通常很关键)。同时，就此而言，有益的是，使用那些无论怎样都会出现的子组件(控制计算机、传感器、致动构件、驱动电子装置等)。这不仅保持了复杂性很低而且成本较少。在“陡坡缓降控制”的操作期间，现有的功能(例如ABS或ASR)也是可用的。

为了进行说明，在图1中的示意性控制框图中示出了根据本发明的可电控服务刹车系统。

在这里被指示为刹车致动器的组件例如对应于电液控制单元，该电液控制单元允许单独调整为机动车辆的单个车轮i生成的刹车压力(p_RAD，i)和/或刹车力矩。在这种情况下，各个刹车压力(p_RAD，i)和/或各个刹车力矩是由陡坡缓降控制(HDC)所控制的操纵变量。在这种情况下，使用当前和/或实际机动车辆的速度v_IST(控制变量)来连续地检测作为调整刹车力矩的结果而产生的对机动车辆的行为的控制。将控制变量v_IST与作为基准变量的期望的机动车辆速度v_SOLL进行比较。将比较的结果提供给刹车调节器，所述刹车调节器根据比较的结果，通过刹车致动器来对控制变量v_IST进行控制，使其适应基准变量v_SOLL。为此并以已知方式，刹车致动器例如可以通过对比例部件(proportional component)和/或积分部件和/或微分部件进行组合而被设计为PI调节器或PID调节器。

为了选择要由可电控的服务刹车系统执行的功能，在实际应用中，可在控制电路的上游设置决定单元，该决定单元利用驾驶者的意愿、机动车辆的工作状况等为特定功能给定优先级，以向控制电路提供其各个基准变量v_SOLL。

这种功能例如可以是被指示为“自适应巡航控制”(ACC)的速度调节器，相对于已知为巡航控制器的常规速度调节器，所述速度调节器并不是简单地维持驾驶者预先确定的期望速度，而是还根据该辆机动车辆的速度，通过自动刹车等来维持与前面行驶的机动车辆的距离。

此外，这种功能例如可以是驾驶者的刹车请求(来自于刹车踏板的致动)，这首先是为了在BBW单元的情况下传送刹车请求，其次是为了决定是否可以在驾驶者控制的常规刹车的帮助下中断操作中的自动HDC。

本发明还涉及机动车辆操控不舒适的问题，具体地说，当输入到HDC中时控制变量v_IST和基准变量v_SOLL之间的偏差越大，所述问题越明显。根据控制工程，即通过刹车调节器的合适设计，可以克服该问题。然而，这可能与共享使用各种其他刹车功能(见上面的ABS、ASR等)的控制结构的目标相冲突。

因此，如图1中所示，提出了一种根据目标变量v_ZIEL、开/关信号以及控制变量v_IST来适应基准变量v_SOLL的HDC调整器。

目标变量v_ZIEL是HDC范围内的期望速度，意欲使陡坡缓降以该速度发生。就此而言，它可以是系统中预先定义的恒定变量(例如v_ZIEL＝8km/h)，或者是可以由驾驶者借助操作元件(例如电位计)，例如在5km/h＜v_ZIEL＜20km/h范围内选择的变量。如果机动车辆配备有巡航控制器或ACC，则其可以被提供为借助为此而设置的操作元件来调整目标变量v_ZIEL。驾驶者改变目标变量v_ZIEL的另外可能性是通过致动加速器踏板来增加目标变量v_ZIEL和通过致动刹车踏板来减小目标变量v_ZIEL。最后，还可以根据当前行驶的路面的倾斜来改变目标变量v_ZIEL，更具体地说，倾斜越陡峭，期望速度越小，反之，倾斜越平缓，期望速度越大。

开/关信号由操作元件(例如开关)生成，驾驶者最初经由该开/关信号向系统传达激活HDC的期望。如果在第一步骤中存在激活HDC的期望，则在第二步骤中因此监控HDC的激活的合理性。针对该监控所使用的具体的标准使用了机动车辆的工作状况，所述工作状况包括：

当前机动车辆的速度低于低速(例如v_IST＜30km/h)？

接合了最低档(例如一档)？

机动车辆未爬坡？

如果监控结果是肯定的，则在第三步中，使基准变量v_SOLL适应目标变量v_ZIEL。

在根据图2的速度-时间图中示出了可以如何使基准变量v_SOLL适应或使其更接近目标变量v_ZIEL的优选实施方式。

同时，通过在负和正方向上对控制变量v_IST施加偏移Δv来进行这种适应。产生的取决于时间的路径v_IST-Δv和v_IST+Δv在点A和B处与恒定目标变量v_ZIEL的路径相交。由此确定区段I、II和III，分别针对这些区段将基准变量v_SOLL设置如下：

通过以下条件确定区段I：

v_IST-Δv＞v_ZIEL

如果满足该条件，则适用以下等式：

v_SOLL:＝v_IST-Δv

结果，基准变量v_SOLL随控制变量v_IST以一致的方式接近目标变量v_ZIEL，以使得尤其在输入到HDC时，非常方便地操控机动车辆。

通过以下条件来确定区段II：

v_IST-Δv＜＝v_ZIEL

如果满足该条件，则适用以下等式：

v_SOLL:＝v_ZIEL

这意味着只要控制变量v_IST在减去偏移Δv后达到了目标变量v_ZIEL或低于目标变量v_ZIEL，则目标变量v_ZIEL立即被接受为基准变量v_SOLL，以实现动态控制行为。

通过以下条件来确定区段III：

v_IST+Δv＞＝v_ZIEL

如果满足该条件，则适用：v_SOLL:＝v_ZIEL或者：v_SOLL:＝v_IST+Δv

在这种情况下，如区段II那样，目标变量v_ZIEL立即被接受为基准变量v_SOLL，或者当需要较少的动态控制行为时，使基准变量v_SOLL随控制变量v_IST以一致的方式接近目标变量v_ZIEL。例如，当朝向下坡的末端，路面的倾斜减小，使得下坡力的影响减小，由此实际的机动车辆的速度v_IST可能暂时性地降低时，可能需要较少的动态控制行为。

另选地，偏移Δv可以不是恒定的，而是随着控制变量v_IST动态改变，当控制变量v_IST增加时偏移Δv变大，从而对于路径v_IST-Δv和v_IST+Δv将不会产生如图2中所示出的直线，而会产生包络曲线。作为结果，可以实现区段I中的基准变量v_SOLL更快速地接近目标变量v_ZIEL。具体地说，如果当输入到HDC中时控制变量v_IST显著地高于目标变量v_ZIEL(即大于预定值)，则其是有益的。

此外，本发明涉及下坡力对HDC的影响，当在陡峭倾斜的路面上行驶时，所述下坡力可能非常大。

原则上，当控制变量是机动车辆向前移动的当前和/或实际机动车辆的速度v_IST时，通过刹车调节器来补偿下坡力的影响。然而，例如当驶入和驶出斜坡时可能发生的倾角的波动或突然变化会导致控制变量v_IST的时间响应中的过冲(overshoot)和/或下冲(undershoot)，由于出现了产生的加速和/或减速阶段，所以使驾驶者感觉不适。根据控制工程，借助合适的刹车调节器的设计(例如设计为自适应调节器)可以解决此问题。然而，同样如上面已经说明的那样，这样也可能导致与共享使用不同的刹车功能的控制结构的目标相冲突。

如图1中所示出的，下坡动量补偿电路被用来解决此问题。下坡动量补偿电路将校正信号a_N叠加到刹车调节器的输出信号a_R上，该校正信号a_N是由下坡动量补偿电路根据正行驶在其上的斜坡的当前倾斜和/或实际倾斜a_NEIGUNG来确定的。作为将倾斜a_NEIGUNG反馈给刹车调节器的输出的结果，其对控制电路的影响几乎被完全补偿，从而在刹车调节器的动态行为上不存在任何较大程度的负面影响。因此，仅需要针对机动车辆在平路上行驶的简单情况设计负责质量控制的刹车调节器。因此，除在控制工程方面的优势之外，所需的装置的复杂性和成本(计算机性能/存储器性能等)也可以保持较低。另一优势在于根据本发明的下坡动量补偿电路还可以被其他功能(例如ACC)使用。

基于测量技术借助合适的传感器工具(例如倾角计)理想地检测到倾斜a_NEIGUNG，并且将其作为输入变量提供给下坡动量补偿电路。如果机动车辆使用传感器工具来检测机动车辆的整体纵向加速度，则还可以这样检测倾斜：从机动车辆的整体纵向加速度中减去根据车轮速度传感器的信号而检测到的纵向加速度。

下坡动量补偿电路通过使用机动车辆的参数(例如重量)和机动车辆的工作状况(例如负载状态)，基于倾斜a_NEIGUNG来检测校正信号a_N。

如果刹车调节器的输出信号a_R被测量为减速度，则校正信号a_N也被测量为减速度，作为上述情况的结果，当倾斜a_NEIGUNG增加时，由刹车致动器要求的所述减速度随之增加。

倾斜a_NEIGUNG的值可以在约+45°和约-45°之间变化。

总之，可以引用以下根据本发明的系统的基本原理和优势：

·根据本发明的HDC模式中的用于速度控制的期望值是当前机动车辆的速度、(可变的)目标速度以及期望速度与当前机动车辆速度之间的最大动态变化差的函数。

·在根据本发明的HDC模式期间避免了突然的控制动作；这使得车辆操控更加舒适。

·根据本发明，当确定期望值时，考虑到了当前机动车辆的速度；这产生了感觉上自然的驾驶操控。

·倘若目标速度不在限制范围内，则根据本发明，依据机动车辆的速度来确定期望速度。

·根据本发明的系统还以可变的目标速度来进行操作。

·根据本发明的下坡动量补偿电路允许使用常规控制结构和控制算法，所述常规控制结构和控制算法基于这样的情况，即机动车辆在基本平坦的路面上移动。就此而言，下坡力和/或下坡加速度被检测并且作为干扰变量被提供给控制电路。这使得在倾斜/坡度变化时控制算法简单并且控制器反应时间较短。

总之，应该注意到本发明可以实现为以其他方式呈现的刹车装备的电子控制单元的计算机单元上的软件，从而不会增加额外的硬件成本。

Claims (20)

1.用于机动车辆的刹车装备中的陡坡缓降控制(HDC)的系统，该系统包括：

可电控的服务刹车系统，

刹车致动器，该刹车致动器允许单独调整针对机动车辆的单个车轮(i)生成的刹车压力(p_RAD，i)或刹车力矩，该刹车压力(p_RAD，i)或刹车力矩是由所述陡坡缓降控制(HDC)所控制的各操纵变量，

电子控制单元，该电子控制单元被提供用于当在陡峭倾斜的路面上行驶时直接或间接地检测与所述机动车辆的工作状况相关的变量并调节额外的刹车力矩，

下坡动量补偿电路，该下坡动量补偿电路被提供用来将校正信号a_N叠加到刹车调节器的输出信号a_R上，该校正信号a_N是根据正行驶在其上的斜坡的当前倾斜和/或实际倾斜a_NEIGUNG来确定的，该倾斜a_NEIGUNG的测量信号被反馈给所述刹车调节器的输出；

使用作为控制变量的当前的机动车辆速度v_IST，连续检测作为调整所述操纵变量的结果所产生的对所述机动车辆行为的控制；

将控制变量v_IST与作为基准变量的期望的机动车辆速度v_SOLL进行比较；

提供HDC调节器，该HDC调节器根据目标变量v_ZIEL和控制变量v_IST来适应基准变量v_SOLL，其中

对于第一范围v_IST-Δv＞v_ZIEL应用如下：v_SOLL:＝v_IST-Δv，由此根据所述控制变量v_IST以一致地方式使所述基准变量v_SOLL接近所述目标变量v_ZIEL，和/或

对于第二范围v_IST-Δv＜＝v_ZIEL，应用如下：v_SOLL:＝v_ZIEL，由此，只要所述控制变量v_IST减去所述偏移Δv达到所述目标变量v_ZIEL或者低于所述目标变量v_ZIEL，则所述目标变量v_ZIEL被立即接受为基准变量v_SOLL，和/或

对于第三范围v_IST＜＝v_ZIEL-Δv应用如下：v_SOLL:＝v_ZIEL或者v_SOLL:＝v_IST+Δv，由此或者所述目标变量v_ZIEL被立即接受为基准变量v_SOLL，或者根据所述控制变量v_IST以一致地方式使所述基准变量v_SOLL接近所述目标变量v_ZIEL，以及

根据所述控制变量v_IST动态改变所述偏移Δv，从而使得所述偏移Δv随所述控制变量v_IST增加而变大。

2.如权利要求1所述的系统，所述HDC调节器被用于根据开/关信号来适应所述基准变量v_SOLL。

3.如权利要求1或2所述的系统，所述电子控制单元调整额外的刹车力矩，而与是否致动刹车踏板无关。

4.如权利要求1或2所述的系统，所述可电控的服务刹车系统被设计为与驾驶者致动无关地用于防抱死控制功能(ABS)和刹车功能(ASR，ESP)二者。

5.如权利要求1所述的系统，其中将所述比较的结果提供给刹车调节器，该刹车调节器通过所述刹车致动器，根据所述比较的结果对所述控制变量v_IST进行控制，使其适应于所述基准变量v_SOLL。

6.如权利要求1所述的系统，其中通过对比例部件和/或积分部件和/或微分部件进行组合来将所述刹车调节器设计为P调节器、PI调节器或PID调节器。

7.如权利要求1所述的系统，其中在所述控制电路的上游设置决定单元，所述决定单元使用外部或内部变量来为特定功能给定优先级，以将其的各个所述基准变量v_SOLL提供给所述控制电路。

8.如权利要求7所述的系统，其中所述功能是速度调节器(ACC)，该速度调节器维持由驾驶者预先确定的期望速度，并根据所述单辆机动车辆的速度，通过自动刹车来保持与在前面行驶的机动车辆的距离。

9.如权利要求7所述的系统，其中所述功能是由对所述刹车踏板的致动产生的驾驶者的刹车请求，以在所述系统包括线控刹车单元的情况下将该刹车请求传达给线控刹车单元，并决定是否可以在受所述驾驶者控制的常规刹车的帮助下中断正在操作中的自动HDC。

10.如权利要求1所述的系统，其中电液控制单元、可电控的刹车助力器或线控刹车装备被提供为刹车致动器。

11.如权利要求1所述的系统，其中所述目标变量v_ZIEL是期望速度，在HDC模式中，意欲以该速度进行陡坡缓降。

12.如权利要求11所述的系统，其中所述期望速度是预先定义的恒定变量或者是由驾驶者借助操作元件在一定范围内所选择的变量。

13.如权利要求12所述的系统，其中借助存在于所述机动车辆中的巡航控制操作元件来调整所述期望速度。

14.如权利要求11所述的系统，其中驾驶者通过致动所述加速器踏板来增加所述期望速度，并且通过致动所述刹车踏板来减小所述期望速度。

15.如权利要求11所述的系统，其中根据当前行驶的路面的倾斜来改变所述期望速度，倾斜越陡峭，使期望速度越小，倾斜越平缓，使期望速度越大。

16.如权利要求2所述的系统，其中在第一步骤中所述开/关信号向所述系统传达所述驾驶者借助操作元件表达的意愿，以激活所述HDC模式。

17.如权利要求16所述的系统，其中在第二步骤中，所述开/关信号在激活所述HDC模式之前监控这种激活的合理性。

18.如权利要求17所述的系统，其中为了所述合理性监控，对从所述机动车辆的工作状况导出的特定标准进行监控。

19.如权利要求18所述的系统，其中监控所述机动车辆的以下工作状况：

(i)所述当前机动车辆的速度低于低速吗？和/或

(ii)接合了低档吗？和/或

(iii)所述机动车辆未爬坡吗？

20.如权利要求19所述的系统，其中在监控到肯定结果的情况下，在第三步中使所述基准变量v_SOLL适应于所述目标变量v_ZIEL。