CN101622163A

CN101622163A - 在斜坡上行进时的速度调节方法和设备

Info

Publication number: CN101622163A
Application number: CN200880006436A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·巴赫; 迈克尔·布莱泽; 埃尔玛·霍夫曼; 斯特凡·韦尔; 哈拉尔德·特伦
Original assignee: Lucas Automotive GmbH
Current assignee: ZF active safety Co., Ltd
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2008-02-06
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2028-02-06
Also published as: WO2008104268A1; DE102007009860A1; US9139172B2; CN101622163B; EP2129558A1; DE102007009860B4; EP2129558B1; US20110010065A1

Abstract

描述了一种控制机动车具体地说是在下坡期间的速度的方法和装置。在作用于机动车的制动系统的PID控制器中，车辆倾斜度的变化馈送到控制器的I分支内，由此提供自适应速度控制。

Description

在斜坡上行进时的速度调节方法和设备

技术领域

本发明涉及用于控制速度的方法和装置。更准确地，本发明涉及下坡期间机动车的速度控制。

背景技术

下坡的机动车在下坡期间必须根据所遵循的速度和下坡坡度来进行制动。在特定限度内，最可能的是，通过选择适当的档位，利用发动机的制动扭矩来在下坡期间降低车速。

然而，通过在反拖模式下工作的发动机，只能不精确地并且稍微地实现下坡期间的速度变化。例如为了稍微提高下坡速度，驾驶员可以稍微加速并且以部分负载运转方式来驱动发动机。然而，这引起燃料的不必要消耗以及发动机的不可避免的声音环境污染。就发动机磨损而言，以部分负载运转来长时间下坡是不理想的。相反，如果要稍微降低下坡速度，则驾驶员将为此启动刹车。

例如在陡坡上向下行进的越野车中，在较长斜坡下坡时启动刹车是常见的。如果路线的陡度改变，那么需要驾驶员相应地校正他的制动动作。

在下坡行驶中通过制动的自动启动来使车辆保持在驾驶员预设的恒定速度的设备已经投入使用。以实现恒速下坡的方式对车辆刹车施加影响的这种控制设备被称为HDC(下坡控制)设备。HDC设备经常采用例如防抱死制动系统(ABS)或牵引力控制系统(ASR)的架构内已经作为标准安装在机动车中的部件。这些部件包括控制单元、车轮转速传感器、电驱动泵和离合器、磁控制阀、各种传感器以及其他单元和设备。

在许多HDC设备中，仅仅确定设定速度和实际速度之间的差，然后根据该差得出任何需要的制动动作。其它HDC设备确定道路倾斜度的值并且由此确定刹车的启动信号。根据WO 01/14185A1，例如与“常规”速度控制无关地，补偿行进方向上的下坡道路斜率对车速的影响，其中通过补偿制动压力来增加由速度控制确定的制动压力，根据道路倾斜度确定该制动压力的大小。然后以这两个制动压力分量的和来作用于制动系统。

然而，已经表明这些系统不能很好地应对斜度变化的道路部分。例如在控制变化、意外地对脚踏闸施加了强烈影响，或者在不同斜度部分之间过渡时车速不匀的情况下，会出现这个问题。有时还观察到，通过已知HDC设备实际实现的车速不是完全与下坡倾斜程度无关。

因此，本发明的目的是改进上述机动车速度控制的控制响应和工作可靠性。

发明内容

根据第一方面，根据本发明的用于控制机动车在下坡期间在其行进方向(前进或后退)上的实际速度的方法包括以下步骤：确定实际速度信号，确定倾斜度信号，确定设定速度信号，根据所述实际速度信号和所述设定速度信号确定差分信号，根据所述差分信号确定启动信号，将所述启动信号转换为至少一个制动信号并且将所述至少一个制动信号提供给所述机动车的制动系统，其中根据差分信号确定启动信号的处理受到倾斜度信号的影响。

在此，所述倾斜度信号可表示地形的绝对下坡坡度。作为替代，所述倾斜度信号可表示倾斜度变化的时率。这样，代替地形的绝对下坡坡度，可以通告向不同下坡坡度的道路部分的转变。倾斜度信号也可以通告其它倾斜度相关的参数。

根据差分信号确定启动信号的处理可以包括比例积分微分(PID)控制操作。这些控制器在背景技术中是众所周知的，并且具有三个平行分支，分支的输入都接收受控系统的差分信号，而其输出被累加组合。在一般形式中(这同时由本发明覆盖)，PID控制操作也包括省略一个或两个分支(PI、PD、P、I、D)而得到的所有变型。倾斜度信号对控制响应的影响可具体地涉及PID控制器的积分分支(I)。

把启动信号转换为制动信号的处理可以包括把由启动信号得到的设定制动力转换为与设定制动力相关联的制动压力。在此处理中，可实现两个变量(即，制动力和制动压力)的比率的估计。如果不能精确地或足够精确地对设定制动力和制动压力之间的关系进行建模，则这种估计尤其有利。

如果机动车具有多个车轮制动器，则可以把启动信号转换为至少一个车轮特定制动信号。在将这种制动信号分配到各个车轮制动器时，可以采用允许制动力和/或制动压力的不均匀分配的制动力分配机制。如果将启动信号转换为两个或更多的车轮特定制动信号，则与车轮特定制动信号相应的车轮特定制动压力的和可等于通过启动信号请求的总制动压力。

启动信号到至少一个制动信号的转换可考虑影响设定制动力与机动车减速之间的关系的其他因素。具体地说，车轮特定制动信号分配可包括防抱死制动系统(ABS)或电子稳定程序(ESP)的功能。

根据第二方面，本发明包括一种计算机程序产品，该计算机程序产品具有当该计算机程序产品在处理模块上运行时用于实现根据本发明的方法的程序代码手段。在此，该计算机程序产品可存储在可由处理模块读取的介质上。处理模块可以是控制单元。控制单元可连接到车辆的总线系统。

根据第三方面，一种根据本发明的用于控制机动车在下坡期间在其行进方向上的实际速度的装置包括：确定实际速度信号的设备，确定倾斜度信号的设备，确定设定速度信号的设备，根据实际速度信号和设定速度信号确定差分信号的设备，根据差分信号确定启动信号的设备和用于根据启动信号确定至少一个制动力信号的设备，其中用于确定倾斜度信号的设备以如下方式连接到用于确定启动信号的设备，即，可通过倾斜度信号来影响根据差分信号确定启动信号的处理。在此，用于确定倾斜度信号的设备可确定倾斜度变化的时率。

根据另一方面，一种用于对包括多个车轮的机动车进行制动(具体地说是在下坡期间)的系统包括：制动系统，该制动系统可连接到机动车并且作用于其车轮中的至少一个；以及根据本发明的速度控制装置。

附图说明

图1示出了根据本发明的用于在下坡期间控制机动车的实际速度的装置的一个实施方式；

图2在流程图中示出了根据本发明的用于控制机动车的实际速度的方法的一个实施方式；

图3示出了根据本发明的用于控制机动车的实际速度的装置的另一实施方式；并且

图4示出了下坡道路部分和根据本发明对速度进行了控制的机动车通过该部分时产生的各种参数变化的一个示例。

具体实施方式

在本说明书中，就倾斜度来说，在各种情况下意思是导致机动车在其运动方向上的加速和/或减速的机动车倾斜度。因此倾斜度表示行进方向上的上坡坡度或下坡坡度。因此，机动车的所有速度在各种情况下应理解为在其运动方向上的速度。在各种情况下，制动系统被设计成施加与车辆运动方向相反的加速度。

图1示出了根据本发明的用于在下坡期间控制机动车速度的装置100的一个实施方式。

用于确定实际速度信号的设备110提供由车辆实际速度得到的信号。这可以是优选地与车速具有线性关系的模拟或数字信号。常规形式的信号是数字转速计信号。

用于确定设定速度信号的设备120同样在其输出端提供表示速度的信号。优选地由机动车的驾驶员使用设备120来进行设定速度的定义，其中他使用设备120的驾驶员控制元件(未示出)来接受当前行驶速度作为设定速度，或者提高或降低所调节的设定速度。

速度控制装置100还包括用于根据实际速度信号和设定速度信号确定差分信号的设备130。可以使用任何适于该信号的期望技术来将设备110和120的相应速度信号传输到用于确定差分信号的设备130。例如，在数字信号的情况下，可使用CAN总线。然而，还可以使用任何其它信号传输协议。也可以例如通过典型的铜导体来进行模拟传输。这一点对于所示实施方式的所有信号传输都适用。

用于确定差分信号的设备130根据所确定的实际速度和所确定的设定速度形成差分。因此，正的差分表示需要对车辆进行制动，以达到设定速度，而负的差分表示车辆已经比设定速度更慢(并且，可选地需要与驾驶员无关地使车辆加速)。

由设备130确定的差分信号被转给用于确定启动信号的控制设备140。设备140提供该实施方式的实际控制功能。原则上，设备140可以是任何期望类型的控制器，例如线性控制器，诸如PID控制器，或者非线性控制器，诸如自适应控制器或非连续控制器。优选地通过处理数字信号来实现控制操作。为此目的，首先必须将所确定的输入信号从模拟转换为数字格式。然而，也可以使用模拟计算机或机械部件来进行该控制操作。

用于确定倾斜度的设备150确定与倾斜角度具有已知关系并且优选地与车辆倾斜角度变化具有已知关系的信号。与部件110和120的信号的前述表示和传输一致地进行该信号的表示和传输。倾斜度信号影响控制设备140并且同时使得它能够在机动车的速度控制中包括倾斜度信息。

控制设备140根据差分信号和倾斜度信号确定适于以如下方式影响车辆减速的启动信号，即实际速度尽可能地对应于设定速度。然后使得该启动信号对于转换设备160可用，转换设备160根据启动信号确定一个或多个制动信号，该制动信号控制机动车170的一个或多个制动器的实际启动。车辆170包括作用于车辆的多个车轮(未示出)的制动系统(未示出)。因此，转换设备160的制动信号对车辆170的影响包括制动器的启动、从而车辆170的减速。车辆170的有变化的速度会影响设备110所确定的实际速度。

这样控制环(control loop)闭合，并且可连续地执行控制操作。可另外地实现用于启动和/或停用速度控制的设备，但是在本实施方式中未示出。可在各个部件处实现控制的停用，例如通过停用控制设备140或者通过影响转换设备160。

现在参考图2继续描述流程图200，其示出了根据本发明的控制方法的一个实施方式。可由图1中例示的类型的控制装置100或者由以某种其它方式配置的控制装置来执行各个方法步骤。可在机动车前进期间和回退期间使用本方法。

在本方法开始时，在步骤210中，确定表示机动车运动的即时速度的实际速度信号。在下一步骤220中，确定表示行进方向中机动车倾斜的倾斜度信号。然后，在步骤230中，确定设定速度信号。该信号表示机动车所要达到的速度。在此，已任意地选择了步骤210、220和230的顺序。具体地说，步骤210和230可以以任何顺序执行并且也可并行执行；只要在执行步骤240之前两个信号都有效即可。步骤220需要在步骤250中进行处理(参见下文)之前提供有效信号。

在步骤240中，根据步骤210的实际速度信号和步骤230的设定速度信号形成差分信号。因此如果车辆具有比它的设定速度更高的实际速度，则差分信号为正，在步骤240中从步骤210的实际速度信号减去步骤230的设定速度信号。在形成该差分时可以对被减数和减数进行移项，从而得到的差分信号会有不同的符号。从而以下步骤要相应地考虑这种情况。

在步骤250中，根据差分信号和倾斜度信号(步骤220和240)确定启动信号。启动信号表示对车速的影响变量，这是作为本方法的基础的机制提供的、以执行尽可能高效的速度控制。在一个优选的方式中，启动信号与机动车的减速度直接成比例。

步骤220中确定倾斜度信号用于影响根据差分信号确定启动信号的处理。确定倾斜度信号的时刻优选地尽可能接近确定启动信号的时刻，以便防止不再是实际值的处理值造成的失真。为此，如果确保了步骤220中确定的值在需要它来执行步骤250之前就已经存在，则可以在所示的时刻之外的任何其它时刻执行步骤220，具体地说，甚至可以与其它步骤并行执行步骤220。

在步骤260中将步骤250中确定的启动信号转换为制动信号。在该处理中，可同时考虑大量的其它影响因素。例如，转向角或所选择的档位也可包括在该处理中。同样，来自防抱死制动系统的信息或传动系的扭矩可加入到该处理中。制动信号可包含用于多个车轮制动器的车轮特定制动信息。在该情况下，步骤260可包括制动信号在制动器之间的车轮特定分配。在最终步骤270中，把由此确定的制动信号提供给机动车的制动系统。

例示的流程图示出了循环和/或连续处理的概要。该连续性和制动启动对随后在步骤210中确定的速度的影响未包括在该流程图中，而是隐含地由该方法所覆盖。

图3示出了根据本发明的用于控制机动车速度的装置的另一实施方式。实际控制元件(除传感器外)位于带有附图标记300的框中。

元件305确定机动车的设定速度。通常，该速度由车辆的驾驶员规定；然而也可以在此时自动或半自动地接受由另一信息源(例如存储器)提供的设定速度信号。

在元件310中，确定车辆的实际速度。在最简单的情况下，该确定可包括提取所提供的转速计信号；更复杂的系统将优选地接受更精确的速度信号，例如从ABS控制单元接受。在元件315中，确定车辆的实际速度与设定速度之间的差分。为了能够执行该步骤，可能必须对元件305和310提供的速度信息适当地进行转换规格化(未示出)。规格化可包括偏移误差的补偿或者乘以常数因子。可选地，规格化还可确保信号变量与速度之间的相应关系的匹配。这样，如果需要，在元件315中处理之前，将部件305和310提供的信号变为相同的格式。

三个元件320、325和330表示所谓的PID控制器的三个分支。积分(integrative)或I分支由元件320表示，而元件325表示比例(proportional)或P分支，并且元件330表示控制器的微分(differential)或D分支。原则上，可省略三个分支中的任何一个(或任何两个)。这可通过将相应分支的输出乘以常数因子0来进行模拟。在三个分支的各分支中使用常数因子来使得控制器的特性适于个别问题定义。在各元件320、325和330中，该因子表征为字母K。所述三个分支执行不同的分量确定，该不同分量确定用于控制并且其结果在元件335中相加。

原则上，图3中所示PID控制器也可由不同类型的控制器代替，如在背景技术中已知的。除了非线性控制器，也可为此目的考虑映射表或者静态线性反馈回路。也可使用非连续控制器。然后需要使倾斜度信号对控制操作的影响适合于控制器。然而，根据图3的优选实施方式提供了一种PID控制器并且在下面更详细地描述其I分支320的影响。

倾斜度传感器形式的元件340检测车辆倾斜度。合适的传感器在背景技术中是众所周知的，并且例如可由陀螺仪或摆锤传感器实现。特意地选择倾斜度传感器340在车辆中的位置，使得尽可能少的干扰，例如振动或摇摆运动使测量结果失真。测量操作的目的在于在测量时尽可能近似地确定位于车辆下的地面的倾斜度。

连接到倾斜度传感器340下游的元件345确定倾斜度信号随着时间的变化。这在该例示的实施方式中，在对所测量的倾斜度信号进行适当的规格化和数字化之后，通过数值微分来实现。可以通过模拟或机械的方式来确定该变化。在必要时，执行输出变量的调整以允许进行进一步的处理。

通过元件345确定的倾斜度变化信号影响PID控制器的积分或者说I分支320。作为PID控制器的I分支，给予恒定的输入信号，则产生连续上升的输出信号，控制器的该分支特别适合于同时处理倾斜度变化的信息。通过将倾斜度变化信号注入PID控制器的I分支，可以在速度控制期间、在恰好发生坡度变化的时刻考虑地形的坡度变化造成的机动车的负载状态变化。此外，可以通过该控制器完全校正在过度补偿的情况下的车轮特定制动压力。由元件345提供的信号注入例如可以以加法、乘法、通常的多项式或还可以以指数的方式来实现。

附图标记350表示的框中元件用于以如下方式处理元件335提供的启动信号，即适于对于车辆制动系统施加影响并且因此对实际速度310施加影响。在该例示实施方式中，首先元件355根据所接收信号确定设定力请求，其表示要与行进方向相反地对车辆施加的力。该确定通常具有任何期望的类型，例如可实现转换函数，或者转换表。元件360将所确定的力转换为可由液压制动系统处理的压力。通过元件355请求的力与实现该力所需要的液压制动压力之间的比率的估计来实现该转换。例如可通过数据表，或者基于过去所确定的比率对该比率进行动态确定，来进行该估计。

元件360确定的压力信号被转给元件370，其执行车轮特定制动压力和/或制动力分配。在本例示实施方式中，车轮特定制动力分配370使用转向角371、ABS牵引力控制372、行进方向373和传动系中的扭矩374的影响变量。尽管在车轮特定制动力分配370中不是必须包括所有四个影响371到374，另外存在其它的车辆部件，其所提供的信息可同时由单元370处理。这例如包括关于车下地面的信息、制动器磨损信息、车辆操作的期望动态特性的调节和车辆中存在的其他信息。

在示出的实施方式中，车轮特定制动力分配370产生用于车辆380的各车轮制动器的四个车轮特定制动信号375、376、377、378。然而，为了实现根据本发明的装置的优点，通常提供一个制动信号就够了。

车辆380具有制动系统385，其包括由制动力信号375-378驱动的四个车轮特定制动器(未示出)。制动系统优选地为液压制动系统385，其中可以单独地以电的方式影响四个车轮制动器中各制动器的制动压力。然而，还可以使本方法适合于其它制动技术。例如如果制动系统385完全通过电的方式(线控制动)工作，那么制动信号375到378将具有相应的格式。

速度可在控制操作过程中变化的车辆380通过元件310对实际速度的确定施加影响。这样，控制环闭合并且实现完整的控制操作。

图4中的图形400例示了根据本发明对速度进行控制的机动车在下坡期间产生的各种参数。

曲线410以侧视图示出了具有向下坡度的道路部分。在水平方向上，地形再分为五个部分A到E。在下面使用相同的部分来解释信号420到470，例如根据图3的装置300中出现的信号。所有曲线410到470的水平轴表示曲线410中表示的位置。

所表示的向下斜坡410的倾斜度可在曲线420中看到(例如以的百分比或倾斜度数表示)。在部分A中道路部分的向下坡度增加，在部分B中它保持不变。在部分C中，向下坡度在部分D中保持恒定之前再一次变为线性。在部分E中，向下坡度线性降低，直到部分E的末端处道路部分是水平的(和/或它的倾斜度为0)。

第三曲线430示出了倾斜度420变化的时率。明显地，部分A和C中的倾斜度变化是正的，而它在部分B和D中具有0值，并且在部分E中是负的。也明显地，部分A中倾斜度变化的值大于部分C中的值。就值而言，部分E具有与部分C基本相同的倾斜度变化。

另一曲线440表示根据本发明的HDC速度控制系统的临时启动。为了说明的目的，控制系统的启动直到大致在部分A的中部才发生，并且紧接在部分E的末端之前结束。控制系统因此在部分A’、B、C、D和E’期间启动。这相当于就驾驶员而言的通常启动，驾驶员在进入斜坡下坡后立即采用HDC系统，而在下坡部分的结束前将HDC系统切换为关闭。

虚线曲线450表示根据本发明的配备有PID控制机制的HDC速度控制器的I信号分量。该信号已经包含了倾斜度变化的影响。因为倾斜度变化，连续曲线460表示对控制操作施加影响的I分量部分。因此根据本发明，曲线450和460之间的差分是倾斜度变化信号对PID控制操作的贡献。可清楚地看到这种情况，其中，由于倾斜度变化，I分量的连续曲线460在形状上对应于倾斜度的曲线420。因此倾斜度变化发生时，倾斜度变化的补偿立即实现，而不是在倾斜度变化已导致随后需要校正的车速的变化之后。

另一曲线470表示车速。可清楚地看到，在区域A′、B、C和D中，没有车速变化发生。在部分E′中车速的微小下降在可容忍范围内并且仅仅是轻微的系统偏离。在部分E′的末端处断开HDC系统时，车辆位于(几乎)水平的道路表面上，由于该原因，几乎没有任何其他速度变化。

根据所述实施方式，对于本领域技术人员来说立即变得清楚的是，HDC速度控制系统同样适合于控制并且具体地说适合于针对向下坡度控制保持车速。

如实施方式描述所显现的，通过将倾斜度和/或由此可导出的下坡力和/或下坡加速度视为对控制环的影响变量，改进了HDC速度控制系统。通过该手段，可最小化甚至消除对控制操作的干扰影响。结果，控制环因此可视作为用于平坦部分的控制系统，其中根据本发明的影响变量注入导致控制器对于下坡力和/或下坡加速度的同时自适应行为。这些变量和它们的趋势可依靠模型根据倾斜度信号来确定。

总之，实施方式中说明的影响变量注入在坡度变化(下坡或上坡坡度的变化)的情况下防止了控制器的校正行为太慢并且改进了瞬时响应。有利的第二效果在于用简化的控制算法实现了简化的控制器设计。而且存在基于其他影响变量分配车轮特定制动力的可能性。这些其他影响变量包括ABS牵引力控制器、依赖于转向角的制动力分配、依赖于行进方向的制动力分配以及基于传动系扭矩和/或反拖扭矩的制动力分配的叠加信号。

Claims

1.一种控制机动车在下坡期间在其行进方向上的实际速度的方法，该方法包括以下步骤：

·确定(210)实际速度信号；

·确定(220)倾斜度信号；

·确定(230)设定速度信号；

·根据所述实际速度信号和所述设定速度信号确定(240)差分信号；

·根据所述差分信号确定(250)启动信号；

·将所述启动信号转换(260)为至少一个制动信号；并且

·将所述至少一个制动信号提供(270)给所述机动车的制动系统，其特征在于

根据所述差分信号确定(250)所述启动信号的处理受到所述倾斜度信号的影响。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述倾斜度信号表示所述倾斜度变化的时率。

3.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于根据所述差分信号确定(250)所述启动信号的处理包括比例积分微分(PID)控制操作。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于PID控制器的积分分支受到倾斜度信号的影响。

5.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于把所述启动信号转换(260)为至少一个制动信号的处理包括把根据所述启动信号得到的设定制动力转换为与所述设定制动力相关联的制动压力。

6.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于所述机动车具有多个车轮制动器，并且把所述启动信号转换为至少一个车轮特定制动信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于把所述启动信号转换(260)为至少一个制动信号的处理还考虑影响所述设定制动力与所述机动车的减速度之间关系的其他影响因素。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于所述车轮特定制动信号分配考虑防抱死制动系统(ABS)和/或电子稳定程序(ESP)的功能。

9.一种计算机程序产品，该计算机程序产品具有当该计算机程序产品在处理模块上运行时用于实现根据前述权利要求之一所述的方法的程序代码手段。

10.根据权利要求9所述的计算机程序产品，该计算机程序产品存储在可由所述处理模块读取的介质上。

11.一种用于控制机动车(380)在下坡期间在其行进方向上的实际速度的装置(100；300)，该装置包括：

·确定实际速度信号的设备(170；310)；

·确定倾斜度信号的设备(150；340)；

·确定设定速度信号的设备(120；305)；

·根据所述实际速度信号和所述设定速度信号确定差分信号的设备(130；315)；

·根据所述差分信号确定启动信号的设备(140；320，325，330，335)；和

·根据所述启动信号确定至少一个制动信号的设备(160；350)，其特征在于

用于确定所述倾斜度信号的设备(150；340)以如下方式连接到用于确定所述启动信号的设备(140；320，325，330，335)，即，能够通过所述倾斜度信号来影响根据所述差分信号确定所述启动信号的处理。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于用于确定所述倾斜度信号的设备(150；340)确定所述倾斜度的变化的时率。

13.一种特别是在下坡期间用于对包括多个车轮的机动车(380)进行制动的系统，该系统包括

·制动系统(385)，其可连接到所述机动车(380)并且作用于其车轮中的至少一个；和

·根据权利要求11或12所述的用于控制该制动系统的装置(100；300)。