CN101547817B - 用于测量和估计车辆制动系统内的制动因数的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测量和估计车辆制动系统内的制动因数(Bf)的方法，所述车辆(1)包括具有多个轮轴(4，5，6，7)的牵引车辆(2)和挂车(3)，其中所述方法包括：开始至少涉及第一轮轴(4)和第二轮轴(5)的受控制动操作；和通过控制单元(13)获得表示所述第一轮轴(4)和所述第二轮轴(5)的所述制动因数(Bf1；Bf2)的值，所述控制单元(13)具有制动适应功能以获得所述牵引车辆(2)和所述挂车(3)之间的制动平衡。根据本发明，所述方法还包括如下步骤：当要求所述车辆(1)减速时以强制方式制动所述第一轮轴(4)(17)；通过确定所述第一轮轴(4)的制动压力(Pcyl1)和制动力矩(Tbrake1)来估计所述第一轮轴(4)的制动因数(Bf1)(18)；提供过渡阶段(19)，在该过渡阶段(19)之后以强制方式制动所述第二轮轴(5)；以及通过确定所述第二轮轴(5)的制动压力(Pcyl2)和制动力矩(Tbrake2)来估计所述第二轮轴(5)的制动因数(Bf2)(20)。本发明也涉及用于测量和估计车辆制动系统内的制动因数的设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测量和估计车辆制动系统内的制动因数的方法，所述车辆包括具有多个轮轴的牵引车辆和挂车，其中所述方法包括：开始至少涉及第一轮轴和第二轮轴的受控制动操作；和通过控制单元获得表示所述第一轮轴和所述第二轮轴的所述制动因数的值，所述控制单元具有制动适应功能以获得所述牵引车辆和所述挂车之间的制动平衡。
本发明也涉及用于测量和估计车辆制动系统内的制动因数的设备，所述车辆包括具有多个轮轴的牵引车辆和挂车，其中所述设备还包括控制单元，所述控制单元适合于：开始至少涉及第一轮轴和第二轮轴的受控制动操作，和获得表示所述第一轮轴和所述第二轮轴的所述制动因数的值，所述控制单元具有制动适应功能以获得所述牵引车辆和所述挂车之间的制动平衡。
背景技术
诸如载重商用车辆的重型机动车辆通常设计有不同的制动系统，例如车轮制动器(即，盘式制动器)、液力减速器和发动机制动器。
而且，目前的商用车辆也经常布置为包括牵引车和挂车的车辆组合，该牵引车即牵引车辆。这种车辆经常设有电控气动制动系统，以控制车轮制动器。此类型的制动系统通常基于计算机化的控制单元，该控制单元可以布置为以适当方式在牵引车和挂车的制动器之间分配所需的制动压力。该分配功能有时称为“联接力控制”或“制动适应功能”。通过这种功能，能够获得牵引车和挂车之间的高度的制动兼容性或制动平衡。换句话说，制动适应功能的目的是以最优方式在牵引车和挂车之间分配制动压力。
在不好的制动平衡的情况中，车辆组合的稳定性、效率和安全性将以不利方式受到影响。作为不良制动平衡的例子，可提到一种情形：其中挂车未足够好地制动而牵引车的制动操作却足够。作为这种不好的制动平衡的结果，在制动期间，将在牵引车和挂车之间的联接中出现不希望的推力。然后，牵引车必须制动其自身载荷并且也制动来自挂车的一定的力，以实现所需的制动减速。这意味着牵引车的制动器可能变得过热，这导致牵引车的制动器磨损过快。这意味着制动器的效率和稳定性可能恶化。
另一方面，如果获得了良好的制动平衡，则每个轴严格地制动其载荷并且在牵引车和挂车之间存在高度的兼容性。
为了控制牵引车和挂车之间的制动平衡，所谓的“制动因数”或“制动增益”用作制动器控制单元的输入参数。通常标记为Bf的制动因数能够定义为：对于给定的轮轴，所接收的制动力矩和所施加的制动缸压力之间的关系，即：
Bf＝Tbrake/Pcyl [Nm/巴/轴]
其中Tbrake表示所讨论的轴接收到的制动力拒，且其中Pcy1表示对于所述轴施加的制动缸压力。通过确定表示车辆的每个轴的制动因数Bf的值，控制单元可操作以实现上述的联接力控制。更确切地，能够对特定的轮轴进行测试，其中在制动期间测量所施加的制动压力Pcyl(即通过相应的制动块作用在车轮制动盘上的压力)，同时也测量自由转动轴的减速。表示该减速的值能够通过加速度计获得。通过测量该减速，能够计算表示制动力矩Tbrake的值。当计算制动力矩Tbrake时，必须补偿诸如空气阻力和滚动阻力的特定因数。通过使用制动力矩Tbrake和制动压力Pcyl的值，能够使用上述关系来计算制动因数Bf。
因此，制动因数Bf能够视作表示制动器效率的值。同样，低制动因数例如可以指示制动器中的可能故障。例如，制动器的接触区可能被灰尘污染或生锈，这意味着它将需要清理。
一般地，可以说理想的制动系统的目的是以受控的、稳定和预定的方式制动车辆，以在最短的可能距离内使车辆停止，无论什么道路、载荷或天气条件。而且，系统内的各种零件也不应变得磨损或不必要地变热。为了实现此目的，很重要的是获得关于制动器的状态信息。这种信息能够通过上述制动因数Bf获得。
此外，先前已知，在牵引车和挂车之间的制动压力分配是基于如下假设：每个轴的制动因数Bf是已知的而且它被认为是常数。这意味着为制动器控制单元提供表示每个轮轴的制动因数Bf的近似值的恒定值。
然而，即使恒定值可以是给定轴制动因数Bf的相对精确的近似值，但可以注意到，在车辆的特定运行情况期间可能发生制动因数Bf的相对大的变化。制动因数Bf的变化易于导致牵引车和挂车之间的不良制动平衡，这明显是个缺点。
因此，存在对于通过使用表示不同运行情况期间的制动因数Bf的正确输入值来改进上述联接力控制的系统和方法的需求。以此方式，能够以改进的方式分配在牵引车和挂车之间的制动压力。
根据现有技术，能够注意到，专利文献US 5414466教导了用于确定车辆内的相对制动因数的系统。该系统布置为通过其中车辆被减速同时对于每个制动位置测量并记录制动压力的方法来提供车辆的制动因数的值。然而，根据US 5414466的系统的缺点是未考虑制动因数可能根据不同的运行情况变化的事实。
发明内容
本发明的目的是提供用于测量和估计车辆制动系统内的制动因数的方法和设备，该设备克服了与先前已知的装置相关的上述缺点和问题。
通过本文开始时提及的方法实现了此目的，所述方法包括如下步骤：当要求所述车辆减速时以强制方式制动所述第一轮轴；通过确定所述第一轮轴的制动压力和制动力矩来估计所述第一轮轴的制动因数；提供过渡阶段，在该过渡阶段之后以强制方式制动所述第二轮轴；以及通过确定所述第二轮轴的制动压力和制动力矩来估计所述第二轮轴的制动因数。
也通过本文开始时提及的设备实现了此目的，其中所述控制单元还适合于：当要求所述车辆减速时以强制方式执行所述第一轮轴的制动；通过确定所述第一轮轴的制动压力和制动力矩来估计所述第一轮轴的制动因数；提供过渡阶段，在该过渡阶段之后以强制方式制动所述第二轮轴；以及通过确定所述第二轮轴的制动压力和制动力矩来估计所述第二轮轴的制动因数。
通过本发明，能够获得一定的优点。首先，能够注意到，本发明依赖于如下见解：制动因数实际上根据各种因素变化，尤其是速度、制动块上的载荷和制动块的温度。这意味着通过使用此知识，本发明能够布置用于改进的制动适应功能。以此方式，能够获得牵引车辆和挂车之间的改进的制动兼容性。这也可以导致改进的安全性以及降低的由于卡车和挂车之间不好的分配所造成的维修成本。
附图说明
现在将参考优选实施例和附图来更详细地描述本发明，其中：
图1示出包括牵引车和挂车的车辆组合的简化视图，本发明能够用在该车辆组合中；
图2是根据本发明的在用于测量和估计制动因数的设备内使用的不同控制功能的示意图；
图3是表示其中根据本发明获得制动因数的方式的流程图；和
图4示出对应于参考图3描述的过程的图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于测量和估计车辆制动系统内的制动因数的方法和设备。本发明特别地但不排他地意图用于载重商用车辆。
图1是示出其中能够使用本发明的载重商用车辆1或车辆组合的简化的和示意性的侧视图。商用车辆1包括牵引车(即牵引车辆)2和挂车3。图1所示的挂车3是半挂车类型，但本发明一般能够与包括牵引车和挂车的任何车辆组合一起使用。牵引车2以包括牵引座设备(未详细示出)的常规方式可分离地联接到挂车3。
此外，牵引车2装配有可转向、非驱动的前轮轴4和适当地作为牵引车2的驱动轴的后轮轴5。而且，挂车3也优选设有两个前后设置的挂车轮轴6、7。
应注意，本发明能够用于不同类型的车辆组合。例如，牵引车可以同样是具有前轮驱动系统的类型。而且，牵引车也可替代地设有两个驱动轮轴。此外，挂车可以设有一个或多个轴，该一个或多个轴能够是可转向或不可转向的轴，并且能够是驱动或非驱动轴。一般地，本发明能够用于具有任何数量的驱动轴和非驱动轴的车辆组合。
参考图2，图中示出根据本发明的原理使用的用以测量和估计车辆1的一个或多个轮轴4、5、6、7的制动因数的各种部件的示意图。在以下描述的例子中，将确定牵引车2的两个轴4、5的制动因数。这两个制动因数分别标记为Bf1和Bf2。应注意，对于每个轴来说，制动因数可以不同。
而且，也能够注意到，图2示出车辆1内的各种计算机化的控制功能，特别是发动机控制单元8、辅助制动器控制单元9、制动器控制单元10和变速箱控制单元11。这些控制单元8、9、10、11连接到摩擦力算法(friction algorithm)单元12形式的功能块。虽然所有这些控制单元8至12在图2内示出为分开的块或部件，但应注意，它们可以作为不同的基于计算机的功能组合在单个计算机化控制单元13内，如图2中虚线指示。
制动器控制单元10布置为控制车辆1内的多个制动功能(在图2中未示出)，尤其是用于车辆1的每个轮轴的气动控制的一组车轮制动器、优选为减速器形式的辅助制动器，以及发动机制动器。制动器控制单元10的这些控制功能先前已知，且为此原因不在此对其进行详细描述。
而且，车辆1包括多个驾驶员控制器14，即车辆1的驾驶员可利用的并能够被操作以促动各种制动功能的控制器。驾驶员控制器14在图2中示意性地示出并优选包括选择杆14a、制动踏板14b和辅助制动器指令单元14c。选择杆14a以先前已知的方式使用，以选择应允许激活车轮制动器还是辅助制动器，还是二者都激活。合适地为已知类型的脚踏式制动踏板类型的制动踏板14b由车辆的驾驶员使用，以人工地促动车轮制动器。
最后，辅助制动器指令单元14c特别用于促动所述辅助制动器，即减速器。
如图2所示，表示驾驶员控制器14的情况的信号被馈送给控制单元8、9、10、11和摩擦力算法单元12。而且，表示各种运行情况的信号从这些控制单元8、9、10、11中的每一个被馈送给摩擦力算法单元12。更确切地，从发动机控制单元8输出表示车辆1的发动机速度的信号，从辅助制动器控制单元9输出表示辅助制动力矩的信号，从制动器控制单元10输出表示车轮速度(对于每个车轮)和制动压力(对于每个车轮)的信号，且从变速箱控制单元11输出表示变速箱的档位位置和传动轴速度的信号。所有这些信号送到摩擦力算法单元12。而且，分别表示辅助制动要求(对于每个辅助制动器单元)和制动压力要求(对于每个轮轴)的信号也分别从摩擦力算法单元12输出到辅助制动器控制单元9和制动器控制单元10。
本发明建立一种用于确定正常驾驶期间牵引车2上的每个制动器或每个轴或每个受控制动通道的实际制动因数的方法和设备。本发明的主要目的是通过改进的制动适应功能来改进牵引车2和挂车3之间的制动平衡。为此，本发明的主要原理是由摩擦力算法单元12提供任何轴的制动因数的连续更新。所获得的制动因数的更新值然后用来提供制动适应功能，该制动适应功能转而由制动器控制单元10用于实现牵引车2和所述挂车3之间的制动平衡。
制动器控制单元10的制动适应功能布置为处理牵引车2和挂车3之间的制动缸压力，使得实现稳定的制动过程。为此，制动因数被制动器控制单元10内的制动适应功能用作将制动压力分配给挂车3的车轮制动器的基础。为了获得这一点，关键是估计一定的制动压力所导致的减速，即估计牵引车2的每个轴4、5的制动因数是多少。能够注意到，如果牵引车2的轴4、5中的每一个的制动因数Bf1和Bf2是已知的(且如果制动缸压力已知)，则能够确定能由牵引车2获得的全部制动力。
本发明基于如下见解：在车辆1的运行期间，制动因数Bf实际上不是恒定的，而是可能在一定的运行情况下变化。例如，已注意到，车辆速度、车轮制动器的制动块上的载荷以及制动块的温度是引起制动因数Bf变化的因素。为此，本发明的主要目的是提供一种用于获得制动因数Bf的值的改进的方法和设备。为实现此目的，本发明布置为使得在合适的制动应用中制动压力仅(或至少主要)分配给牵引车2上的各个制动器或轴或制动通道，以确定作为速度、制动压力和所估计的制动器温度的函数的实际制动力。
根据示出的实施例，当驾驶员要求车辆1减速时，在车辆1的运行期间在非关键的情况(例如，从安全的角度)下执行制动因数Bf的测量和估计。这优选地在驾驶员需要激活车辆的辅助制动器时开始。参考图3，图3是示出根据实施例确定制动因数Bf的过程的流程图，正常的驾驶情况通过附图标记15指示。在驾驶时的特定时间点上，假定驾驶员需要使用辅助制动器，如由附图标记16示出的。这种情形例如可发生在如果车辆沿下坡坡道行驶时。在这种情况下，开始用于更新牵引车2的轮轴4、5中的每一个的制动因数Bf1和Bf2的过程。在下文中，将描述其中首先将确定前轮轴4的制动因数Bf1的过程。然而，本发明也能够以其中首先确定后轮轴5的制动因数Bf2的方式实施。
当驾驶员意图通过释放加速器踏板(未示出)且通过促动辅助制动器指令14c来激活辅助制动器时，制动器控制单元10替代地布置为首先更新牵引车2的前轮轴4的制动因数Bf1。此更新过程通过首先促动前轮轴4的制动器而完成，如由附图标记17所示的。特别地，制动器控制单元10然后布置为施加对应于预期的和所要求的辅助制动力矩的制动压力。此情况被适当地维持，直至减速稳定且能够测量制动因数Bf1的各种参数。因此，在此阶段期间，适当地通过车辆1内现有的车轮速度传感器(未示出)来测量后轮轴5的减速。而且，也需要车辆的质量值来估计制动因数Bf1。该质量例如能够通过与发动机扭矩有关的信息和通过来自指示车轮速度的现有传感器的信号来获得。因此，通过获得表示减速速度和车辆质量的信号，获得了前轴4的制动力矩Tbrake。替代地，该质量能够通过使用加速度计、或通过使用来自指示车辆的气动制动系统的压力的现有传感器来确定。
作为上述过程的替代方案，对轮轴的制动因数的估计能够在驾驶员激活所述车辆内的行车制动器时开始。
此外，能够通过布置在制动系统内的现有压力传感器(未示出)来获得表示前轴4的制动压力Pcyl1的信号。因此，现在获得了用于获得制动因数Bf1的所有各种信号，且能够通过制动器控制单元10内的计算来估计制动因数Bf1的更新的值，如在图3中以附图标记18指示的。此计算根据上述关系Bf1＝Tbrake1/Pcyl1进行。
在已获得前轴的制动因数Bf1后，制动器控制单元10进入过渡或转变阶段(附图标记19)，其中施加到前轴4的制动压力逐渐减小，同时施加到后轴5的制动压力逐渐增大。当以对应于驾驶员所要求的预期辅助制动力矩的力制动后轴5时，如以附图标记20指示的，执行用于获得后轮轴5的制动因数Bf2的过程。如以附图标记21指示的此后一过程对应于上文已参考前轮轴4描述的过程。最后，用于测量制动因数Bf1、Bf2的过程终止，见附图标记22。在此阶段，后轴5的制动器被禁用且辅助制动器被适当地激活，如最初由车辆驾驶员所要求的。
用于测量制动因数Bf1、Bf2的两个值的过程能够替代地被图示为如图4所示，图4是示出涉及如参考图3所描述的辅助制动运行的“模拟”的过程的图。图4中的图的y轴表示施加到前轴4和后轴5的制动力矩T，而x轴表示时间t。
图4所示的过程在驾驶员要求车辆1减速时和意图施加辅助制动时开始。然而，用对应于预期的辅助制动力矩的制动力以强制方式施加前轮轴4的制动，而不是施加辅助制动。此阶段在图4中示出为以附图标记17(也见图3)指示的第一阶段。图4中示出的称为“前”的曲线表示此阶段17，其中前轮轴4的制动以强制方式施加。在此阶段期间，也测量前轮轴4的制动因数Bf1。所示出的下一个阶段表示过渡阶段(附图标记19)，其中施加到后轮轴5的制动压力逐渐增大。
当仅制动后轴5时(也以对应于预期的辅助制动力矩的力制动)，如以附图标记20指示的，执行上述的用于获得后轮轴5的制动因数Bf2的过程。因此，图4所示的称为“后”的曲线表示此阶段20，其中后轮轴5的制动以强制方式施加。
在已测得制动因数Bf1、Bf2后，该过程通过辅助制动的施加而继续，如图4中以附图标记22指示的。而且，在此阶段，也为制动器控制单元10提供与这些制动因数Bf1、Bf2有关的信息。而且，图4所示的称为“辅助”的曲线表示此阶段22，其中施加了辅助制动。
此外，根据优选实施例，也执行标准化过程。此标准化过程是一种计算，该计算被执行以消除特定参数对制动因数值的影响。根据该实施例，制动因数Bf的测量值根据特定参数被标准化，这些参数适合为车辆速度、制动块的温度和制动压力。这意味着通过测得的制动因数Bf和函数f来确定标准化制动因数Bfnorm，该函数f取决于速度、制动块的温度和制动压力，即
Bfnorm＝1/f(v，P，T)
其中v表示速度，P表示制动压力且T表示制动块的温度。函数f(v，P，T)通过以给定类型的车辆组合的测试驾驶来适当地确定，以确定三个变量(即，速度v、制动压力P和制动块的温度T)对制动因数的影响。换句话说，进行这种测试驾驶以提供映射，该映射根据这三个变量来估计制动因数。确定函数f(v，P，T)的替代方式是执行仅涉及制动系统的部件的静态测试，即不实际测试驾驶车辆组合。
在正常驾驶期间的实时制动情况中，即当测得的制动因数将由制动器控制单元10使用以实现牵引车2和挂车3之间的制动平衡时，将标准化制动因数Bfnorm与上述函数f(v，P，T)相乘，以确定实际制动因数Bf的估计值，即
Bf＝Bfnorm*f(v，P，T)
根据优选实施例，制动因数Bf的最终估计是基于涉及标准化制动因数Bfnorm的平均值的计算，例如基于标准化制动因数的多个值的平均值，例如十个最近的标准化制动因数的计算。这意味着制动因数Bf的估计值通过如下关系确定：
Bf＝mean(Bfnorm)*f(v，P，T)
其中mean(Bfnorm)对应于预定数量的标准化制动因数的平均值。制动因数Bf的此估计值现在能够连续地用作制动器控制单元10的制动适应功能的输入。以此方式，能够以最优方式在牵引车2和挂车3之间分配制动压力。特别地，制动适应功能计算并调整提供给挂车3的压力。作为例子，如果车辆组合1的实际减速与所期望的基于缸压力Bfnorm和质量的减速不同，则制动适应功能将修改给挂车3的压力。如果制动适应功能以此方式分配压力，则能够获得牵引车2和挂车3之间的制动平衡。
本发明不限于上述实施例，而是可以修改而不偏离如下的权利要求的范围。例如，本发明在原理上能够用在包括牵引车和挂车的所有类型的车辆组合中。本发明因此不限于用在上述类型的车辆组合中。
本发明能够用于估计制动因数，该制动因数转而又能用于其他功能，例如对车辆的制动能力的控制和诊断。这在不同类型的车辆中可能是有用的，例如卡车和公共汽车。
此外，上述函数f(v，P，T)能够替代地修改为包括与除了速度、压力和温度之外的其他参数的相关性，以及涉及先前的制动操作的相关性。
Claims (7)
1.一种用于测量和估计车辆制动系统内的制动因数(Bf)的方法，所述车辆(1)包括具有多个轮轴(4、5、6、7)的牵引车辆(2)和挂车(3)，其中所述方法包括：
开始至少涉及第一轮轴(4)和第二轮轴(5)的受控制动操作；和
通过控制单元(13)获得表示所述第一轮轴(4)和所述第二轮轴(5)的所述制动因数(Bf1；Bf2)的值，所述控制单元(13)具有制动适应功能以获得所述牵引车辆(2)和所述挂车(3)之间的制动平衡；
其特征在于，所述方法还包括如下步骤：
当要求所述车辆(1)减速时以强制方式对所述第一轮轴(4)进行制动(17)；
通过确定所述第一轮轴(4)的制动压力(Pcyl1)和制动力矩(Tbrake1)来估计所述第一轮轴(4)的制动因数(Bf1)(18)；
提供过渡阶段(19)，在该过渡阶段(19)之后以强制方式制动所述第二轮轴(5)；以及
通过确定所述第二轮轴(5)的制动压力(Pcyl2)和制动力矩(Tbrake2)来估计所述第二轮轴(5)的制动因数(Bf2)(20)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：使用测得的制动因数(Bf)的值和表示影响所述制动因数的至少一个变量(v，P，T)的相关性的映射的函数(f(v，P，T))来计算标准化制动因数(Bfnorm)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在所述车辆(1)的正常驾驶期间，通过将所述函数(f(v，P，T))与表示标准化制动因数(Bfnorm)的至少一个值相乘来估计所述制动因数(Bf)的值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：使用预定个数的表示标准化制动因数(Bfnorm)的值的平均值来估计所述制动因数(Bf)。
5.根据前述权利要求的任一项所述的方法，其特征在于：所述第一轮轴(4)的所述强制制动对应于通过促动所述车辆(1)内的辅助制动器所提供的制动力。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：提供过渡阶段(19)的所述步骤包括逐渐减小所述第一轮轴(4)的制动并逐渐增大所述第二轮轴(5)的制动。
7.一种用于测量和估计车辆制动系统内的制动因数(Bf)的设备，所述车辆(1)包括具有多个轮轴(4，5，6，7)的牵引车辆(2)和挂车(3)，其中所述设备还包括控制单元(13)，所述控制单元(13)适合于：开始至少涉及第一轮轴(4)和第二轮轴(5)的受控制动操作，和获得表示所述第一轮轴(4)和所述第二轮轴(5)的所述制动因数(Bf1；Bf2)的值，所述控制单元(13)具有制动适应功能以获得所述牵引车辆(2)和所述挂车(3)之间的制动平衡；其特征在于，所述控制单元(13)还适合于：当要求所述车辆(1)减速时以强制方式执行所述第一轮轴(4)的制动(17)；通过确定所述第一轮轴(4)的制动压力(Pcyl1)和制动力矩(Tbrake1)来估计所述第一轮轴(4)的制动因数(Bf1)(18)；提供过渡阶段(19)，在该过渡阶段(19)之后以强制方式制动所述第二轮轴(5)；以及通过确定所述第二轮轴(5)的制动压力(Pcyl2)和制动力矩(Tbrake2)来估计所述第二轮轴(5)的制动因数(Bf2)(20)。
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