CN101506015B - 用于车辆驱动轮的改良防滑装置以及应用该装置的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于车辆驱动轮(10)的防滑装置,尤其用于机动车辆驱动轮的防滑装置,包括:传送给驱动轮的转矩的有效制动装置(16);转矩调节器(12),根据相对于确定的调节定值的调节偏差(Δv)的信息,将控制信号(Cf)提供给有效制动装置(16);控制单元(20),将调节初始信息(In)提供给调节器(12)。所述控制单元(20)包括用于根据车辆在所有路面上的行驶参数提供调节初始信息(In)的装置,所述参数例如为驱动轮的附着力和速度、路面的坡度和/或倾斜度。应用:用于机动车辆的车轮的防滑装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的驱动轮的防滑系统,该系统还可以通过“驱动防滑控制系统(Anti Slip Regulation)”的首字母缩合词“ASR”来表示。
更具体地,本发明涉及一种用于驱动轮的改良防滑装置以及应用该装置的方法。
背景技术
ASR系统尤其用于改善机动车辆在所有路面上行驶的机动性(motricité)供给。
通过ASR系统,对于不同的行驶状况进行车轮机动性的控制,尤其在存在泥泞路面、草、车辙、泥坑(在行驶的整个道路上)、沙、雪或冰的道路或小路上前进或后退,以及在不同程度的斜坡和倾斜路面上的行驶。
在一些物理限制中,通过这些系统来改善机动性,所述物理限制尤其指车轮在地面上的可用附着力、车辆所在的路面的高程差(dénivelé)或者车辆的对地保护(la garde au sol)。
ASR系统可能应用在任何具有两个驱动轮(4×2)或四个驱动轮(4×4)的车辆上,并且结合车轮的防抱死刹车系统或者“ABS”(“防抱死制动系统”的英文的首字母缩合词),ASR系统更加结合稳定性动力控制系统,稳定性动力控制系统也称为ESP(“电子稳定程序”的英文首字母缩合词),并且能够控制车辆的迂回(lacet)速度。
所有这些系统能够有效地改善乘客乘车的安全性以及车辆机动性的补给。
防滑装置还给予新驾驶员以及老驾驶员很大的帮助。
图1示出了现有技术中的ASR系统的基本框图。
图1中的ASR系统尤其包括:
-转矩调节器12,将控制信息Cf提供给作用于驱动轮10上的有效制动装置16;
-控制单元20,将调节初始信息In提供给转矩调节器12;以及
-DV检测器18,将车辆驾驶的变量偏差Δv信息提供给转矩调节器12。
在给定的时间内,控制单元20收到针对车辆的不同类型的信息,诸如车辆的速度Vv、附着力Rc、发动机转矩Cm等等,并且控制单元将初始信息In提供给转矩调节器12。
转矩调节器12通常包括:比例调节器,向有效制动装置16提供与变量偏差成正比的控制信息;调节积分器,接收控制单元20 的初始信息。比例调节器和调节积分器通过分别安装有用于车辆的每个驱动轮10的处理算法的可编程元件(composants logiciels)来实现。
车辆还包括传感器(图1中未示出),该传感器向控制单元20提供信息。
目前,现有技术中的这些ASR系统用于装备运动型(4×4)车辆,但是存在一些缺点和不足。为了着重指出这些缺点,将会考虑机动车在路面上的不同行驶状况,以下称之为“生存状况(situations de vie)”。
以下还会使用“起步(décollage)”这个词以便定义车辆从停止状况(零速度)向起动状况(非零速度)的过渡。
车辆可以行驶在主要两类路面上:
-小附着力的路面,例如包括沙子、沙砾、雪、冰的路面;
-大附着力的路面,例如跑道或湿柏油路或干柏油路。。
将会考虑下面两个主要类型的生存状况A和B:
A-在具有小或大附着力的车辆行驶的路面上的第一种类型的生存状况:
-车辆在小的、一般的和大的均匀或非对称附着力的情况下在平地上起步;
-车辆在小的、一般的和大的附着力的情况下在斜坡和/或倾斜路面上起步;
-车辆在小的、一般的和大的均匀或非对称附着力的情况下在斜坡和/或倾斜路面上转向起步。
在该第一种类型的生存状况A中,现有技术的ASR系统的功能是对发动机和刹车装置进行即时控制,以便不管路面的附着力、坡度和/或倾斜度怎样,都能将车辆的两个轮子(4×2)或四个轮子(4×4)保持在固定的定值(consigne)上。
驾驶员感觉到的车辆震动是由于:
-对于小附着力,缺少机动性,并且车辆很难控制;
-对于大附着力,具有大量的发动机中断(coupure moteur)情况,造成起步速度的损失。
B-第二种类型的生存状况,车辆行驶在小附着力的路面上:
-车辆在小的、一般的和大的均匀或非对称附着力情况下在斜坡和/或倾斜路面上的行进。
在该第二种类型的生存状况B中,现有技术的ASR系统的功能是在小的且固定的定值附近调节传递给两个车轮(4×2)或四个车轮(4×4)的转矩,例如当检测厚的雪时,该定值可以增大,因此保证检测的可靠性。
驾驶员感觉到的车辆震动是:
-对于小附着力,缺少机动性,并且车辆驾驶员有心烦的感觉;
-在淤泥中,根据水分比,轮胎的结构可以填满淤泥并且不再传递可用的附着力。
发明内容
本发明的主要目的是通过在所有类型的地面或路面上不断寻找机动性来更好的控制车辆。
本发明的另一个目的是尤其为了缺少在所有路面上的驾驶经验的人们而研究更安全且更容易的驾驶车辆。
为此,为了克服现有技术的系统的缺点,本发明提供一种用于车辆驱动轮的防滑装置,尤其用于机动车辆的防滑装置,包括:
-驱动轮的有效制动装置;
-转矩调节器,根据相对于确定的调节定值的调节偏差(Δv)的信息,将控制信号(Cf)提供给所述有效制动装置;
-控制单元,将调节初始信息(In)提供给所述转矩调节器;
-用于根据车辆在所有路面上的行驶参数提供调节初始信息(In)的装置,所述参数例如为驱动轮的附着力和速度、路面的坡度和/或倾斜度;
-用于根据在一个或多个车辆控制部件上的行为信息提供调节初始信息(In)的装置;
其特征在于,所述转矩调节器包括要制动的第一个驱动轮(称为慢轮)的选择装置,在车辆的起动阶段,为了获得机动性,至少一个其它的参与驱动车辆的驱动轮不被制动,以便增大车辆对地面的附着力。
在一个实施例中,被制动的第一个驱动轮和没有被制动的另一个驱动轮分别设置在同一车轴的自由端。
在另一个实施例中,被制动的第一个驱动轮被制动和没有被制动的另一个驱动轮是导向轮。
所述转矩调节器包括根据车辆行驶参数以及驾驶员在车辆的一个或多个控制部件上的行为信息来确定尽可能好的加速度(理想加速度)的装置。
本发明还涉及一种应用上述装置的方法。
其特征在于,所述方法包括以下步骤:
-根据相对于车轮速度的调节定值的调节偏差,通过转矩调节器将控制信号提供给转矩分配器;
-根据车辆在路面上的行驶参数,通过控制单元提供调节初始信息,所述参数例如为车轮的附着力和速度、路面的坡度和/或倾斜度,
有利地,提供调节初始信息的步骤还根据表现驾驶员愿望的驾驶员在车辆的控制元件上的行为信息来实现。
在一个实施例中,根据本发明的方法至少包括:
-驱动车轮的附着力和速度、路面的坡度和/或倾斜度、以及驾驶员的意愿的分析/评估的阶段(阶段0);
-车辆的起动阶段(阶段1),所述起动阶段旨在选择要制动的第一驱动轮或慢轮,为了具有机动性,至少一个其它的参与驱动车辆的驱动轮不被制动,以便保证排除减小所述车轮的附着力的无关物体,并且利用所述车轮的旋转速度来作用于地面并且恢复附着力以及因此恢复机动性;
-行进阶段(阶段3)包括:
-速度调节定值减小,车轮的滑动开始增大,以便找到尽可能好的加速度;
-确定驾驶员希望的车辆目标加速度并且在所述加速度附近进行调节。
通过滑动(或滑动率),通常了解到车轮根据车辆速度的空转率(taux de patinage)。
在本发明方法的一个实施例中,考虑的驱动轮是设置在同一车轴上的导向轮,在没有坡度和/或倾斜度的情况下,以及当车轮是直的或者具有小于预定值αb的转向角α(α≤αb)时,具有最小速度的车轮被认为是最慢的车轮(R10)。
在本发明方法的另一个实施例中,考虑的驱动轮是设置在同一车轴上的导向轮,在没有坡度和/或倾斜度的情况下,当车轮按照一定的转向角(α>αb)转向时,外车轮(Rext)被选为慢轮,以便不产生更多的转向不足(sous virage),外车轮是距离车辆转弯的理论点最远的车轮。
在另一个实施例中,考虑的驱动轮是设置在同一车轴上的导向轮,在没有坡度和/或倾斜度的情况下,AX表示沿车辆的纵向轴线X的纵向加速度,AY表示沿垂直于轴线X的轴线Y的加速度,AX和AY可以取正值或负值,所述方法包括计算乘积AX*AY的符号以及确定所述慢轮的步骤:
-如果乘积AX*AY为正,选择右轮Rdr为慢轮(Rlente=Rdr),
-如果乘积AX*AY为负,选择左轮Rga为慢轮(Rlente=Rga),车轮的变换只可能是由于:
-乘积(AX*AY)的符号改变;
-车轮的稳定性标准没有被满足。
因此,在慢轮和快轮之间可以变换。
根据本发明的驱动调节装置被设计为保证相对于现有技术的防滑装置的新的功用性,以及尤其:
-安装专用控制规则,以便根据四个阶段:阶段0、阶段1、阶段2和阶段3来管理车辆生存状况;阶段2是过渡阶段;
-安装专用控制规则,以便管理考虑到驾驶员意愿的空转率。
附图说明
参照附图,通过根据本发明的装置的实施例将会更好地理解本发明:
图1(已经描述)示出了现有技术的ASR系统的基本框图;
图2示出了根据本发明的防滑方法的不同阶段的框图;
图3示出了应用根据本发明装置的方法的阶段流程图;
图4示出了左轮和右轮的速度根据时间的变化,以及根据驾驶员控制的方向盘角度的车辆速度根据时间的变化;
图5示出了在斜坡和/或倾斜路面情况下,通过根据本发明的方法选择慢轮的图表;
图6示出了车轮的速度变量根据时间变化的例子,以及当车轮改变时车辆的速度变化;
图7示出了根据本发明方法的阶段3的不同步骤的框图。
具体实施方式
下面将会针对具有两个驱动轮(4×2)的车辆的例子进行描述。
然而,本发明不限于只具有两个驱动轮(4×2)的车辆,还可以应用于具有四个驱动轮(4×4)的车辆。
图2示出了根据本发明方法的新功能的四个阶段(阶段0、阶段1、阶段2和阶段3)以及每个阶段之间相互联系。
阶段0是车轮在路面上的速度和附着力、路面的坡度和/或倾斜度以及驾驶员意愿的分析/评估阶段。
阶段1是车辆的起动(或起步)阶段。该阶段选择应该被制动的车轮,为了通过使用最大的可用附着力来具有机动性,并且通过 该车轮将转矩传递到地面(将会选择尽可能慢的、无滑动的车轮的速度,即慢轮的速度是车辆的速度),另一个车轮不被制动。
该阶段1的主要目的是:
-排掉快轮轮胎上的淤泥,以便允许轮胎重新具有附着力;
-利用该车轮的旋转速度来作用于(creuser)地面并且重新具有附着力;以及
-通过慢轮的附着力传递转矩。
阶段2是阶段1和阶段3之间的过渡阶段。
阶段3是行进阶段,旨在:
-减小定值速度(该速度在起初“滑动”时很高),以便找到尽可能好的加速度;
-当获得了尽可能好的加速度时,确定驾驶员期望的目标加速度;以及
-在该加速度附近调节速度。
如果驾驶员加速,定值速度被增大以便寻找更好的加速度。
如果在保持ASR模式的情况下驾驶员松开加速踏板,定值速度被减小以便重新寻找更好的加速度。
在车轮的附着力相同时起动以及获得了驾驶员期望的加速度的理想情况下,根据本发明的方法从阶段0直接转到车辆行进的阶段3。
下面将会根据不同的生存状况来描述根据本发明方法的各个阶段。
图3示出了根据本发明方法的不同阶段的流程图:
在阶段0,所述方法包括车辆行驶条件的分析/评估步骤50,该步骤50后面为路面是否存在坡度和/或倾斜度的判断步骤52。
已知地,感应车辆的纵向、横向和迂回(lacet)加速度的加速表以及其它的坡度检测器用于确定车辆所行驶的路面的坡度和/或倾斜度状况。
同样已知地,与车轮配合的车轮速度传感器能够确定具有最小速度的车轮。
在阶段1,所述方法根据路面存在(“是”)或不存在(“否”)坡度和/或倾斜度的结果确定慢轮。
因此,分为附图中的两种情况A和B:
在情况A中,如果结果是“否”(路面不存在坡度和/或倾斜度),那么处于确定慢轮的第一种情况(步骤54)。
在该情况中,确定方法54包括车轮的转向角α的确定步骤(步骤56),其中存在两种情况1和2:
1-当车轮是直的或者具有小于预定值αb的转向角α(α≤αb)时,在分析/评估阶段0(步骤50)得出车轮R10是最慢车轮(Rlent=R10)(步骤58)情况下,车轮具有确定的最小速度(或最慢),在阶段1具有两个原因:
-该车轮能够将转矩传递到地面;
-快轮很可能已经作用于地面,并且因此将会具有提供补充转矩的力以便越过车轮作用于地面后产生的障碍。
2-当车轮根据确定的转向角(α>αb)转向时,外轮Rext(Rlente=Rext)60被选为慢轮以便不产生更多的转向不足(sousvirage)。
认为外轮是距离车辆转弯的理论点最远的车轮。
图4示出了右轮速度Vrd和左轮速度Vrg根据时间的变化,以及根据由机动车驾驶员控制的方向盘角度Avl(转向角)的车辆速度Vv根据时间的变化。
当方向盘向左旋转时(向上超高αb的界限Sh),右轮Vrd比左轮Vrg更快(时间T0-T1)。然后,当方向盘从左向右旋转时(向下超高αb的界限Sb),当通过过渡期(T1-T2)后左轮Vrg变得比右轮Vrd快(时间T2-T3),或者两个车轮近似具有相同的速度。在该过渡期间(T1-T2)车辆的速度暂时减小。
在情况B中,在路面存在坡度和/或倾斜度的状况中选择慢轮:
如果步骤52的结果为“是”(见图3),所述方法包括计算乘积AX*AY的符号以及确定慢车轮的步骤62:
其中,AX表示沿车辆的纵向轴线X的纵向加速度,AY表示沿垂直于轴线X的轴线Y的加速度,AX和AY可以取正值或负值.
-如果乘积AX*AY为正,选择右轮Rdr为慢轮(Rlente=Rdr)(步骤64);
-如果乘积AX*AY为负,选择左轮Rga为慢轮(Rlente=Rga)(步骤66)。
图5示出了在路面存在坡度和/或倾斜度的情况下,通过根据本发明方法选择慢轮的图表。
在路面上行进,坡度AX和倾斜AY的符号可以变化。符号的变化可以引起慢轮选择的变化;慢轮的选择可以通过优先权来决定。
按照优先权递增的顺序,车轮的变换只可能是由于:
1)乘积(AX*AY)的符号改变;
2)车轮的稳定性标准没有被满足。
车轮的稳定性标准在时间T内被评估为:
a)如果慢轮速度=快轮速度,地面是硬的,因此允许慢轮选择的变换。
b)如果慢轮速度<快轮速度,地面是疏松的,因此不允许变换车轮。
c)如果车辆速度=0并且T1=T(以ms为单位),那么慢轮稳定,变换车轮。
车轮稳定性标准还可以被确定为:
d)如果在取决于坡度的一定时间内慢轮速度等于快轮速度,那么地面允许转矩通过,并且变换选择的慢轮,
e)如果在取决于坡度的一定时间内慢轮速度和快轮速度是它们的速度定值,那么车轮对于地面不附着,并且变换车轮,
f)如果在大于以秒为单位的预定值的时间内,车辆的速度等于0,车轮被强迫改变。
图6示出了车轮速度变量的变化以及当变换车轮时(阶段1)车辆的速度变化。
在初始时间Tc0和下一个时间Tc1之间,右车轮Vrd的速度增大,左车轮Vrg的速度保持不变并且小于右车轮的速度,车辆的速度为零。
图6中示出,在时间Tc1,从c1到c2然后回到c1的指示通道(passage de l’indicateur)Chr允许车轮的变换。右车轮Vrd的速度减小,左车轮Vrg的速度增大。车辆的速度Vv开始增大。
在下一个时间Tc2,车轮的速度变为相同,通过c1到c2然后回到c1的指示通道Chr来实现车轮的新的变换。车辆的速度Vv向驾驶员所期望的值继续增大。
图7示出了根据本发明方法的阶段3的不同步骤的框图。
在步骤100中,所述方法考虑驾驶员的意愿来确定希望的加速度,并且在该步骤中:
驾驶员加速102,保持速度104或者减速106。
在步骤108中,所述方法改变速度定值(或者增大定值112,或者减小定值114)以便达到尽可能好的加速度。
通过尽可能好的加速度,领会到对应于驾驶员意愿和车辆状态之间的折衷的理想加速度。
在步骤110中,方法根据减小的定值114或增大的定值112来测量车辆的加速响应,响应是加速度增大Ag1或Ag2、常量加速度Ac1或Ac2或者加速度减小Ab1或Ab2。
在步骤120中,车辆加速度响应的测量符合驾驶员的意愿。
在步骤122中,如果车辆加速度响应的测量不符合驾驶员的意愿,所述方法改变定值112,114以便获得希望的加速度响应。
在不同的生存状况下,通过装备有根据本发明装置的车辆获得的结果是:
1/在起步状况下:
-在小附着力时,不断寻找机动性(阶段1)。由于根据方向盘角度(转向角)、路面的坡度和/或倾斜度来选择要制动的驱动轮的策略,车辆保持可控;
-在大附着力时,具有更多的发动机中断情况。
2/在行进过程中:
在小附着力情况下,有很强的机动性和可控制性。更多心烦的感觉。
在淤泥中,不断寻找机动性。
应当注意,本发明主要描述作用于驱动轮刹车装置(刹车分配器)、其它类型的装置,尤其非对称差动类型的装置、驾驶类型的装置上的装置,以便在车辆的驱动轮上重新分配转矩,这同样属于本发明的应用范围。
Claims (11)
1.一种用于车辆驱动轮(10)的防滑装置,包括:
-所述驱动轮(10)的有效制动装置(16);
-转矩调节器(12),根据相对于确定的调节定值的调节偏差(Δv)的信息,将控制信号(Cf)提供给所述有效制动装置(16);
-控制单元(20),将调节初始信息(In)提供给所述转矩调节器(12);
-用于根据车辆在所有路面上的行驶参数提供所述调节初始信息(In)的装置,所述参数包括驱动轮的附着力和速度、路面的坡度和/或倾斜度;
-用于根据驾驶员在一个或多个车辆控制部件上的行为信息提供所述调节初始信息(In)的装置;
其中,所述转矩调节器(12)包括要制动的第一个驱动轮的选择装置,所述要制动的第一个驱动轮被称为慢轮,其中所述慢轮的速度是尽可能慢的、无滑动的车轮的速度,即慢轮的速度是车辆的速度,在车辆的起动阶段,为了获得机动性,至少一个其它的参与驱动车辆的驱动轮不被制动,以便保证排除减小所述车轮附着力的无关物体,并且利用所述至少一个其它驱动轮的旋转速度来作用于地面且恢复附着力。
2.根据权利要求1所述的防滑装置,其特征在于,被制动的所述第一个驱动轮和没有被制动的至少一个其它的驱动轮分别设置在同一车轴的自由端。
3.根据权利要求1或2所述的防滑装置,其特征在于,被制动的所述第一个驱动轮和没有被制动的至少一个其他的驱动轮是导向轮。
4.根据权利要求1的防滑装置,其特征在于,所述转矩调节器(12)包括根据所述车辆行驶参数以及驾驶员在所述车辆的一个或多个控制部件上的行为信息来确定尽可能好的加速度的装置。
5.根据权利要求1的防滑装置,其特征在于,所述车辆是机动车辆。
6.一种应用根据权利要求1至5中任一项所述的防滑装置的方法,
其特征在于,所述方法包括以下步骤:
-根据相对于车轮速度的调节定值的调节偏差(Δv),通过所述转矩调节器将控制信号(Cf)提供给转矩分配器;
-根据车辆在路面上的行驶参数,通过所述控制单元(20)提供调节初始信息(In),所述参数包括车轮的附着力和速度、路面的坡度和/或倾斜度,提供所述调节初始信息(In)的步骤还根据驾驶员在车辆的控制部件上的行为信息来实现;所述方法至少包括:
-车轮的附着力和速度、路面的坡度和/或倾斜度、以及
驾驶员的意愿的分析/评估阶段,即阶段0;
-车辆的起动阶段,即阶段1,所述起动阶段旨在选择要制动的第一个驱动轮,所述要制动的第一个驱动轮被称为慢轮,其中所述慢轮的速度是尽可能慢的、无滑动的车轮的速度,即慢轮的速度是车辆的速度,为了具有机动性,至少一个其它的参与驱动车辆的驱动轮不被制动,以便保证排除减小所述车轮附着力的无关物体,并且利用所述至少一个其它的驱动轮的旋转速度来作用于地面且恢复附着力;
-行进阶段,即阶段3,包括:
-速度的调节定值减小,车轮的滑动开始增大,以便找到尽可能好的用于车辆的加速度;
-确定驾驶员希望的车辆目标加速度并且在所述加速度附近进行调节。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,在没有坡度和/或倾斜度的情况下,以及当车轮是直的或者具有小于预定值的转向角(α)时,具有最小速度的车轮被选择为慢轮。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,在没有坡度和/或倾斜度的情况下,当车轮按照一定的转向角(α)转向时,外车轮(60)被选为慢轮,以便不产生更多的转向不足,所述外车轮是距离车辆转弯的理论点最远的车轮。
9.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,在存在坡度和/或倾斜度的情况下,AX表示沿车辆的纵向轴线X的纵向加速度,AY表示沿垂直于轴线X的轴线Y的加速度,AX和AY可以取正值或负值,所述方法包括计算乘积AX*AY的符号以及确定所述慢轮的步骤(62):
-如果乘积AX*AY为正,选择右轮(Rdr)为慢轮,
-如果乘积AX*AY为负,选择左轮(Rga)为慢轮,慢轮选择的变换只可能是由于:
-乘积AX*AY的符号改变;
-车轮的稳定性标准没有被满足。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,在时间T内所述车轮的稳定性标准被评估为:
a)如果慢轮速度=快轮速度,地面是硬的,因此允许慢轮选择的变换,其中所述快轮是所述至少一个其他驱动轮;
b)如果慢轮速度<快轮速度,地面是疏松的,因此不允许慢轮选择的变换,其中所述快轮是所述至少一个其他驱动轮;
c)如果车辆速度=0并且T1=T且以ms为单位,那么慢轮稳定,变换慢轮选择,其中转向轮在T1从左向右转向。
11.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,车轮稳定性标准被确定为:
d)如果在取决于坡度的一定时间内慢轮速度等于快轮速度,那么地面能够传递转矩,并且变换选择的慢轮,其中所述快轮是所述至少一个其他驱动轮;
e)如果在取决于坡度的一定时间内慢轮速度和快轮速度是它们的速度定值,那么车轮对于地面不附着,并且变换选择的慢轮,
f)如果在大于以秒为单位的预定值的时间内,车辆的速度等于0,变换选择的慢轮。
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