CN101663189A - 用于调节汽车的驱动能力的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于调节车辆特别是汽车的至少一个车轮的驾驶性能，其包括：车轮驱动引擎(50)、引擎控制装置(40)、用于提供关于车辆驾驶者希望的加速度水平的信息的装置(62)、用于提供关于车辆加速度水平的信息的装置(22)、以及包括用于接收不同信息的计算装置(70)的电子控制单元。采用计算装置(70)，以获得对应于驾驶者希望的加速度水平的车辆加速度水平。该设备进一步包括用于提供关于车辆倾斜的信息的装置。

Description

用于调节汽车的驱动能力的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种调节汽车的牵引力的设备和方法。
背景技术
已知诸如ASR(加速防滑控制)的防滑控制设备用于改善汽车在各种地形上的牵引性能。
经由所述设备进行车轮控制被保证用于车辆的不同行驶条件，明显地，被保证用于具有泥泞部分、草地、犁沟、沼泽地(越野驾驶)、沙子、雪或者冰的公路或小路上的前行或逆行，还被保证用于车辆不同程度的倾斜(或倾斜率)和倾角，其中，车辆的倾斜角与车辆行驶的地面形态有关。
这些防滑设备可以应用于装配有动态进程控制系统的任何两轮驱动4×2或四轮驱动4×4车辆，通常被称为ESP并且称为电子稳定控制系统，这样可以极大地改善车辆牵引性能。ESP系统保证了不同的功能，诸如持续减震控制CDC、防锁制动系统ABS、防滑调节ASR和车辆的其他驾驶安全功能。
图1为现有ESP系统中的不同功能单元的框图。
图2为装配有图1中的ESP系统的车辆的简图。
图1中的ESP系统包括ESP计算机10，ESP计算机10可以装配有调节车辆牵引力的一些模块，诸如防滑调节器ASR 12、防锁制动系统ABS 14，但是也有一些保证不同车辆驾驶安全功能的其他模块16(未详细描述)。
为了应用安全功能，图2中的车辆装配有传感器22、24、26，提供其值与车辆的行驶条件和“现场情况”以及驾驶者的意图相关的数据。在这些传感器20中包括，提供关于车辆的纵向和侧面加速度数据的至少一个多轴传感器22，至少一个车轮速度传感器24，提供与驾驶者的意图相关的参数的至少一个传感器，诸如提供关于驾驶者开动的方向盘的旋转角的数据的转向角传感器26(图2未显示)。
车辆包括作用于车辆的推进或刹车元件上的致动器30。分配关于车辆的制动器34的制动转矩的液压单元GH 32、作用于引擎点火装置42的角的引擎管理计算机CM 40、汽油喷射系统44和节流阀46。
装配有ESP系统1的图2中的车辆包括：驱动其速度由引擎管理计算机CM 40控制的车辆的热喷气引擎50，链接到引擎管理计算机CM 40的加速度踏板(acceleration pedal，也称油门踏板)52，经由刹车放大器(brakeamplifier)56启动液压单元GH 32以控制制动器的刹车踏板54。
ESP计算机包括启动关于车辆驱动条件和/或车辆的现场情况和/或驱动着的意图的不同参数调节车辆的牵引力的一个或多个模块12、14、16的装置。
现有ASR系统目前适用于所有地形的车辆，但是具有缺点和不足之处。为了说明这些不足之处，我们考虑在公路上驾驶和越野驾驶的汽车的不同行驶条件，我们称作“现场情况”。
我们使用术语“起动(take-off)”表示车辆从停靠的状态(零速度)到车辆发动状态(非零速度)的转换。
车辆可以行驶在两种主要类型的地形上，低粘着力地形，诸如沙子、沙砾、雪或冰；高粘着力地形，诸如具有湿沥青或干沥青的小路或公路。
我们将考虑如下两种主要的现场情况：
-第一种类型的现场情况，其中，车辆行驶在具有可以为相同性质的或者是不均称的低粘着力、中等粘着力或高粘着力的地形上，车辆在平坦表面上起动或者在斜坡和弯道上起动。
在第一种类型的现场情况下，现有调节系统的功能产生引擎和制动器的即时控制，以使两轮或四轮的车辆达到固定的指定点，而不论地形的粘着力和倾斜或弯道怎样。
在低粘着力的地面上，驾驶者感受到的对车辆的影响是缺乏牵引力并且车辆在斜坡上很难控制，以及在高粘着力公路或地面上，驾驶者感受到的对车辆的影响是引擎熄火，这不利于起动速度和安全性。
-第二种类型的现场情况，车辆行驶在具有相同性质的或者不均称的低粘着力或中等粘着力的地形上，车辆行驶在具有斜坡和弯道的地形上。
在第二类型的现场情况下，现有调节系统的功能产生使两轮或四轮在确定的固定指定点周围，这样在万一检测到厚厚的积雪的情况下，可以重新限定指定点，使得牵引力最优化。
驾驶者感受到的低粘着力地面对车辆的影响是缺乏牵引力并且驾驶者面对车辆开动失败的挫败。
为了克服现有防滑设备的缺点，本发明提供了一种调节车辆尤其是汽车的至少一个车轮的牵引力的设备，该设备包括：车轮驱动引擎、引擎控制装置、提供关于车辆驾驶者希望的加速度水平的数据的装置、提供关于车辆的加速度水平(Av)的数据的装置、以及包括接收不同数据的计算机装置的电子控制单元，其特征在于，计算机装置被配置成获得符合驾驶者希望的加速度水平的车辆的加速度水平(Av)。
优选地，牵引力调节装置进一步包括提供关于车辆倾斜的数据的装置。
在一个实施例中，驾驶者希望的加速度水平由车辆的加速度控制构件的冲程(stroke)或移位确定。
在另一个实施例中，加速度控制构件被配置成使得，当车辆被驾驶者开动时，该加速度控制构件能够在对应于零加速度水平的平衡位置和对应于车辆的最大加速度水平的最大位置之间移动。
在另一个实施例中，计算机装置进一步包括驱动引擎控制装置的加速度调节器。
在另一个实施例中，电子控制单元是保证车辆的安全功能的ESP计算机。
本发明还提供了一种调节汽车车轮的牵引力的方法，用于实现根据本发明的牵引力调节装置。车辆具有驱动车辆的至少一个车轮的引擎、控制发动速度的装置、提供关于驾驶者希望的加速度水平的数据的装置、提供关于车辆的加速度水平(Av)的数据的装置、以及包括接收不同数据的计算机装置的电子控制单元，其特征在于，该方法包括通过电子控制单元控制引擎，以获得符合驾驶者希望的加速度水平的车辆的加速度水平。
优选地，所述方法包括至少以下步骤：
-从驾驶者希望的加速度水平确定指定目标加速度(Ac)；
-将车辆的加速度水平(Av)与指定目标加速度(Ac)进行比较；
-如果车辆的加速度(Av)符合指定目标加速度(Ac)，则引擎控制保持不变，然后返回车辆的加速度水平和指定目标加速度的比较步骤；
-如果车辆的加速度水平不符合指定目标加速度(Ac)，调整引擎控制，然后返回车辆的加速度水平和指定目标加速度的比较步骤。
在所述方法的一个实施例中，指定目标加速度(Ac)从通过在地面上的车轮的粘着力水平校正的驾驶者的希望加速度获取。
在所述方法的另一个实施例中，如果车辆行驶在斜坡上，那么粘着力水平(T)由与倾斜率的值相关的因素校正，倾斜率的值从提供关于车辆的倾斜的数据的装置(60)获得。
本发明的牵引力调节装置使用新概念代替传统的防滑系统。对于4×2和4×4车辆，它包括改善具有高粘着力公路、潮湿的公路和低粘着力公路或者诸如前面描述的地形上的驾驶牵引力。
通过该装置获得的改善的牵引力在物理限度内，尤其是在地面上的车轮的有效粘着力、地面高度差异、或者特定条件下车辆的离地距离的范围内。
该装置主要包括现有防滑算法中的研究，具有对于牵引力的更加动态的方法。
该装置可以被应用于装配有ESP系统的任何4×2和4×4车辆，并且使得车辆的牵引性能显著提高。它也可以为初学者和有经验的驾驶者提供很好的帮助。
本发明的装置使得牵引力最优化，即，获得与可用粘着力相关的轮胎的最佳作用点，以及产生符合驾驶者意图的最佳可能加速度。
附图说明
结合附图，利用根据本发明的调节装置的实施例的实例将更好地理解本发明，其中：
-图1(已经进行了描述)示出包括现有ASR防滑装置的ESP系统的逻辑图；
-图2(已经进行了描述)是装配有图1所示的防滑ASR装置的车辆的简图；
-图3为法国专利申请n°06 07392的现有防滑模块主题使用的方法的阶段0、1、2、3的流程图；
-图4为装配有根据本发明的牵引力调节设备的车辆；
图5为根据本发明的牵引力调节方法的概要；
图6a示出驾驶者希望的加速度与加速度踏板的冲程的关系；
图6b示出加速度踏板冲程的极限值与地面粘着力的不同等级的关系；以及
图7a、图7b和图7c示出根据本发明的车辆牵引力调节的三种配置的概要。
具体实施方式
根据本发明的设备在法国第一专利申请n°06 07392中描述的用于恶化车道的防滑设备的范围内。
在该防滑装置中的防滑控制模块ASR的软件被配置成使用：
-针对用于管理阶段0、阶段1和阶段2的三个阶段中的车辆现场情况的车辆致动器的控制法则，其中，阶段2为阶段1和阶段3之间的过渡阶段，
-针对管理考虑驾驶者意图的滑移率的控制法则。
图3是通过现有防滑模块应用的方法的阶段0、1、2、3的流程图。
这些阶段可以被简要地描述如下：
-阶段0：表面粘着力、倾斜、弯道的条件和驾驶者意图的分析和评估；
-阶段1或“起动”阶段：特征在于一个被制动以获得牵引力的车轮，最大限度地利用可用粘着力并将将转矩转移到地面。
-阶段2为阶段1和阶段3之间的过渡阶段；以及
-阶段3为车辆运动的阶段。
图4是装配有根据本发明的牵引力调节装置的车辆。
根据在确定的固定时间内计算的车辆加速度，可以直接转换至阶段3(见实线)。
图4中的车辆包括热驱动引擎50，热驱动引擎50的力矩或节流阀由引擎控制CM 40的计算机控制。
为了保证所述装置的操作功能和实现本发明的装置的方法，车辆包括提供关于驾驶者开动的加速度踏板52的冲程的数据的装置62，提供关于车辆22的加速度水平的数据的装置，和引擎控制装置70。
可以进一步包括提供关于车辆倾斜或弯曲的数据的装置60。
这些不同的装置可以是测量不同数据的传感器，或者是根据不同算法估计所述数据的引擎控制软件装置，诸如，用于车辆加速度，基于车轮速度关于时间的差异的算法。
在图4的实施例中，驾驶者希望的加速度由车辆的加速度踏板52的冲程确定。
根据本发明的一个主要特征，引擎控制装置70被配置成获得符合驾驶者希望的加速度水平的车辆的加速度水平。为了这个目的，引擎控制装置70驱动作用于引擎点火装置42、汽油喷射系统44和节流阀46的引擎计算机40。
通常，引擎控制装置70通过包括应用牵引力调节装置的操作功能的软件装置的计算机执行。该计算机可以是保证车辆安全操作功能的计算机，如图1和图2所示。
加速度踏板被设置成使得，当驾驶者开动时，可以在对应于零加速度水平的平衡位置和对应于车辆的最大加速度水平的最大位置之间移动。感应踏板62的移动的传感器将关于加速度踏板的移动的数据和关于驾驶者希望的加速度水平的数据提供给引擎控制CM 40和计算机70。
计算机70进一步包括确定地面上车轮的抓力(grip)的装置。
下面以方法的形式描述本发明的牵引力调节装置在车辆移动阶段或阶段3期间的新操作功能。
图5给出了根据本发明的牵引力调节方法在该阶段3或车辆移动阶段期间的概要。
所述方法包括至少以下步骤：
在第一步骤中，本发明的方法包括基于通过与粘着力93和倾斜率94相关的因素校正的驾驶者的希望92确定指定目标加速度Ac 90。
驾驶者希望的车辆加速度被具体化为在加速度踏板52上的更大或更小的压力。
踏板传感器62为计算机70提供关于加速度踏板的位置的数据。
希望的加速度Va不是直接通过计算机70传送到引擎控制CM 40，而是由车辆外部的驾驶者不能精确地确定或不会考虑的因素预先校正。例如，如果地面粘着力低导致车轮在地面上打转以及不足够使车辆移动，则不需要在指定目标加速度下传送强加速度。
类似地，如果车辆行驶在滑移率为T(粘着力水平)的斜坡上，滑移率由与该倾斜率的值相关的因素修正。
图6a示出驾驶者希望的加速度Va与加速度踏板的冲程Pac之间的关系的研究。
描述该功能的曲线示出了确定倾斜率的线性部分，由下线Pacmin和上限Pacmax限定。
该曲线的轨迹结束在踏板冲程值大于上限Pacmax(踏板的最大降低)的稳定状态，以及加速度保持不变的稳定状态。
图6b示出加速度踏板的冲程极限值与地面粘着力T的不同等级的关系。
滑移率T位于零粘着力0和最大粘着力1之间。
对于确定的粘着力(低，中等，高)，加速度踏板的冲程值位于最小值Pacmin和最大值Pacmax之间，并且数据通过ESP发送到引擎控制，处理后，不可以超过在Dmin和Dmax之间改变的设定值D1。
在所描述的例子中，低粘着力意味着滑移率T在0到0.5之间，加速度踏板的冲程值位于Dmin和D1(D1比Dmin大)之间。
在所描述的例子中，中等粘合度意味着滑移率T在0.5到0.8之间，加速度踏板的冲程值位于D1和D2(D2比D1大)之间。
在所描述的例子中，高粘着力意味着滑移率T位于0.8到1之间，加速度踏板的冲程值位于D1和D2(D2比D1大)之间。
在本发明的方法的第二阶段中，经由计算机70的加速度调节器98，包括将由加速度传感器22提供的车辆的加速度100Av与指定目标加速度AC 90(根据驾驶者意图进行校正)进行比较，然后将加速度命令Cm提供给引擎控制CM 40，以获得接近目标加速度Ac 90的车辆加速度Av。
在第三阶段中，本发明的方法包括将车辆加速度与确定的指定目标加速度进行比较：
-车辆加速度Av 100是否符合110至指定目标加速度Ac 90，在这种情况下，引擎控制参数保持不变；
-车辆加速度Av 100是否不符合112至指定目标加速度AC，在这种情况下，加速度调节器98调整发送到引擎控制CM 40的加速度命令，以获得车辆的另一加速度Av，并且向指定目标加速度Ac 90靠近。
图7a、图7b和图7c示出了根据本发明的车辆牵引力调节的三种配置的概要。
图7a示出了根据驾驶者加速的意图得到的第一种配置。
图7b示出了根据驾驶者保持加速度的意图得到的第二种配置。
图7c示出了根据驾驶者减速的意图得到的第三种配置。
这三种配置包括以下步骤：
在第一阶段期间：
-确定如前面所述的与驾驶者意图有关的指定目标加速度，驾驶者意图由粘着力和车辆倾斜校正；
-驾驶者加速的意图120；
-驾驶者保持加速度的意图122；
-驾驶者减速的意图124。
在接下来的第二阶段126、128、130期间：
通过加速度调节器98将指定加速度提供给引擎控制CM(控制引擎参数)以达到符合驾驶者意图的最优加速度。
-增大指定加速度127；
-减小指定加速度129。
在接下来的三个阶段132、134、136期间：
-测量车辆加速度的响应。
在这个第三阶段期间：
-或者测量符合驾驶者意图的车辆加速度响应138，并且引擎控制参数保持不变；
-或者测量不符合驾驶者意图的车辆加速度响应139，在这种情况下，返回第二阶段126、128和130以改变指定加速度。
下面更加详细地描述所述方法。
当驾驶者想要加速120时(见图7a)：
-减小指定加速度129可以导致增大140，符合驾驶者意图，或者减小142或保持144加速度(加速度的限定)，不符合驾驶者意图的车辆；
-增大指定加速度127可以导致增大146，符合驾驶者意图，或者降低148和保持150车辆加速度，不符合驾驶者意图。
如果驾驶者的意图是保持加速度不变122：
-减小指定加速度129可以导致保持车辆加速度160，符合驾驶者意图，或者增大162或减小164车辆加速度，不符合驾驶者意图；
-减小指定加速度127可以导致保持车辆加速度166，符合驾驶者意图，或者增大168或减小170车辆加速度，不符合驾驶者意图。
如果驾驶者想要减速124：
-减小指定加速度129可以导致减小180车辆加速度，符合驾驶者意图，或者保持182或增大184车辆加速度，不符合驾驶者意图；
-增大指定加速度127可以导致减小188车辆加速度，符合驾驶者意图，或者保持190或增大192车辆加速度，不符合驾驶者意图。
指定加速度的改变通过引擎控制计算机导致引擎速度参数的改变。
本发明的经济和技术优势有很多，明显地，对于具有低粘着力或高粘着力的驾驶地形，以及对于车辆在具有相同性质的或不均称的低、中等和高粘着力的平坦表面上起动，或者对于在具有相同性质的或不均称的低、中等和高粘着力的斜坡或弯道上起动。
在这些类型的地形上，加速度调节器被配置成执行粘着力和倾斜率的评估，考虑驾驶者意图来计算指定加速度。
本发明的设备对具有低粘着力的地形上的客户性能带来的影响是明显的，不用搜寻牵引力，仍然可以驾驶车辆。在高粘着力地形上，驾驶者不再经历引擎熄火，提供了快速启动的改善的安全性。
如果车辆行驶在具有相同性质的或者是不均称的低粘着力或高粘着力的斜坡和弯道上，加速度调节器被配置成搜寻轮胎作用点，来提供与粘着力、倾斜率、弯道和驾驶者意图相关的最佳可能加速度。
对低粘着力地形上的客户性能的影响被解释为实质的牵引和可控制性。驾驶者不再感觉挫败。还提供更大的启动安全性和最优的粘着力。
因此，本发明的设备和方法能够识别与可用粘着力相关的最佳工作点，以及能够提供符合驾驶者要求的最佳可能加速度。

Claims (8)

1、一种调节车辆尤其是汽车的至少一个车轮的牵引力的设备，包括：驱动所述车轮的引擎(50)、引擎控制装置(40)、提供关于车辆驾驶者希望的加速度水平的数据的装置(62)、提供关于所述车辆的加速度水平(Av)的数据的装置(22)、以及包括接收不同数据的计算机装置(70)的电子控制单元，所述计算机装置(70)被配置成获得符合所述驾驶者希望的加速度水平的所述车辆的加速度水平(Av)，其特征在于，所述设备进一步包括提供关于所述车辆的倾斜的数据的装置(60)。
2、根据权利要求1所述的牵引力调节设备，其特征在于，所述驾驶者希望的加速度水平由所述车辆的加速度控制构件(52)的冲程或移位来确定。
3、根据权利要求2所述的牵引力调节设备，其特征在于，所述加速度控制构件(52)被配置成使得，当所述驾驶者启动时，所述加速度控制构件可以在对应于零加速度水平的平衡位置和对应于所述车辆的最大加速度水平的最大位置之间移动。
4、根据权利要求1-3中任一项所述的牵引力调节设备，其特征在于，所述计算机装置(70)进一步包括驱动所述引擎控制装置(40)的加速度调节器(98)。
5、根据权利要求1-4中任一项所述的牵引力调节设备，其特征在于，所述电子控制单元(70)是保证所述车辆的安全功能的ESP计算机。
6、一种利用根据前述权利要求的牵引力调节设备调节汽车车轮的牵引力的方法，所述车辆具有驱动所述车辆的至少一个车轮的引擎(50)、控制引擎速度的装置(40)、提供关于所述车辆的驾驶者希望的加速度水平的数据的装置(62)、提供关于所述车辆的加速度水平(Av)的数据的装置(22)、以及包括接收不同数据的计算机装置(70)的电子控制单元，所述方法包括：通过所述电子控制单元(70)控制所述引擎，以获得符合所述驾驶者希望的加速度水平的所述车辆的加速度水平，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：
-从所述驾驶者希望的所述加速度水平确定指定目标加速度(Ac)；
-将所述车辆的所述加速度水平(Av)与所述指定目标加速度(Ac)进行比较；
-如果所述车辆的加速度(Av)符合所述指定目标加速度(Ac)，则所述引擎控制保持不变，然后返回所述车辆的所述加速度水平和所述指定目标加速度之间的比较步骤；
-如果所述车辆的所述加速度水平不符合所述指定目标加速度(Ac)，则调整引擎控制，然后返回所述车辆的所述加速度水平和所述指定目标加速度之间的比较步骤。
7、根据权利要求6所述的牵引力调节方法，其特征在于，所述指定目标加速度(Ac)(90)从所述驾驶者希望的加速度(92)获得，所述驾驶者希望的加速度(92)由地面上所述车轮的粘着力等级(93)校正。
8、根据权利要求7所述的牵引力调节方法，其特征在于，当所述车辆行驶在倾斜地形上时，所述粘着力等级(T)由与倾斜率值相关的因素校正，所述倾斜率值从提供关于所述车辆的倾斜的数据的装置(60)获得。
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