CN103661333B - 基于abs实现坡道保持控制功能的方法、系统和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于ABS实现坡道保持控制功能的方法，其包括步骤：在ABS中设置带有复位弹簧的单向阀；当确定车辆已被制动停在坡道上并且制动踏板已被完全释放时，使进液阀和排液阀均关闭并且借助于单向阀的复位弹簧的作用力，使得车轮制动缸在预设时间段内维持为使车辆保持在坡道上的目标压力；当确定加速踏板已被推动且当前驱动转矩大于坡道上的滚动转矩时，将排液阀打开以使车轮制动缸的压力降为零。它还涉及基于ABS实现坡道保持控制功能的系统和车辆。本发明创新性地在仅装备有ABS的车辆上实现了HHC功能。本发明不仅易于实现，而且运行可靠、高效，特别有助于增强行车舒适性和安全性。

Description

基于ABS实现坡道保持控制功能的方法、系统和车辆
技术领域
本发明属于汽车技术领域，尤其涉及一种基于ABS(Anti-Lock Brake System，防抱死制动系统)实现坡道保持控制(Hill Hold Control，以下简称HHC)功能的方法、系统和车辆。
背景技术
HHC功能的主要目的是为了防止当车辆处于坡道上时发生向后滚动，它通过保持车轮轮缸的制动压力来使得在驾驶者释放制动踏板后能够自动地保持车辆，以此来保证驾驶者在此期间拥有足够的时间进行驱动操作。这是一个非常有用的功能，尤其是对于一些驾驶经验欠缺的新手或者女性驾驶者而言相当有用。
目前，大多数具有HHC功能的车辆是基于ESP/ESC系统的，这意味着客户只能在装备有例如ESP/ESC传感器等硬件和软件的车辆上使用该功能。然而，由于ESP/ESC系统价格昂贵(例如通常有12个阀门)，并且对于车辆传感器、ECU等都有较高要求，因此其安装率在一些市场区域是非常低的，这样就严重影响了具有优势的HHC功能的普及应用。
发明内容
有鉴于此，根据本发明的第一方面，它提供了一种基于ABS的坡道保持控制方法，以便有效地解决现有技术中存在的上述问题和其他方面的问题。在根据本发明的所述方法中，它包括以下步骤：
A. 在ABS中设置带有复位弹簧的单向阀，所述ABS用于防止车轮在制动时被锁死并且包括设置在主制动缸和车轮制动缸之间的进液阀和排液阀，所述单向阀被布置成与所述进液阀并联连接，以便形成供制动液从车轮制动缸流向主制动缸的流通旁路；
B. 当确定第一条件成立时使所述进液阀和排液阀均处于关闭状态，并且借助于所述单向阀的复位弹簧的作用力使得车轮制动缸在预设时间段内维持为使车辆保持在坡道上的目标压力，所述第一条件是指车辆已被制动停在坡道上并且制动踏板已被完全释放；以及
C. 当确定第二条件成立时将所述排液阀打开以使车轮制动缸的压力降为零，所述第二条件是指加速踏板已被推动且当前驱动转矩大于坡道上的滚动转矩。
在根据本发明方法的一个有利的实施方式中，通过获取以下信号来确定所述步骤B中的第一条件是否成立：由压力传感器检测到的主制动缸的压力信号、由车轮传感器检测到的各车轮转速信号、由坡道传感器检测到的车辆是否处于坡道上的信号。或者，通过获取以下信号来确定所述步骤B中的第一条件是否成立：由制动踏板传感器检测到的制动踏板的行程或旋转角度信号、由车轮传感器检测到的各车轮转速信号、由坡道传感器检测到的车辆是否处于坡道上的信号。
在根据本发明方法的另一个有利的实施方式中，通过获取以下信号来确定所述步骤C中的第二条件是否成立：至少包括变速器传输类型、挡位状态和离合器状态信息的第一信号，以及至少包括发动机转速和发动机扭矩信息的第二信号。可选地，所述第一信号是变速箱控制单元TCU信号。可选地，所述第二信号是发动机管理系统EMS信号。可选地，上述的变速箱控制单元TCU信号、发动机管理系统EMS信号来自于包括CAN和FlexRay在内的车载网络。
在根据本发明方法的又一个有利的实施方式中，上述的预设时间段被设置成2秒。
另外，根据本发明的第二方面，它也提供了一种基于ABS实现坡道保持控制功能的系统，其包括用于防止车轮在制动时被锁死的ABS，所述ABS包括设置在主制动缸和车轮制动缸之间的进液阀和排液阀，所述基于ABS实现坡道保持控制功能的系统还包括：
带有复位弹簧的单向阀，其被布置成与所述进液阀并联连接，以便形成供制动液从车轮制动缸流向主制动缸的流通旁路；以及
控制器，其与所述ABS相关联并被设置成：i)当其确定第一条件成立时使所述进液阀和排液阀均处于关闭状态，并且借助于所述单向阀的复位弹簧的作用力使得车轮制动缸在预设时间段内维持为使车辆保持在坡道上的目标压力，所述第一条件是指车辆已被制动停在坡道上并且制动踏板已被完全释放；并且，ii)当其确定第二条件成立时将所述排液阀打开以使车轮制动缸的压力降为零，所述第二条件是指加速踏板已被推动且当前驱动转矩大于坡道上的滚动转矩。
在根据本发明系统的一个有利的实施方式中，所述控制器通过获取以下信号来确定所述第一条件是否成立：由压力传感器检测到的主制动缸的压力信号、由车轮传感器检测到的各车轮转速信号、由坡道传感器检测到的车辆是否处于坡道上的信号。或者，所述控制器通过获取以下信号来确定所述第一条件是否成立：由制动踏板传感器检测到的制动踏板的行程或旋转角度信号、由车轮传感器检测到的各车轮转速信号、由坡道传感器检测到的车辆是否处于坡道上的信号。
在根据本发明系统的另一个有利的实施方式中，所述控制器通过获取以下信号来确定所述第二条件是否成立：至少包括变速器传输类型、挡位状态和离合器状态信息的第一信号，以及至少包括发动机转速和发动机扭矩信息的第二信号。
在根据本发明系统的又一个有利的实施方式中，上述的预设时间段可以被设置成2秒。
在根据本发明系统的再一个有利的实施方式中，上述的控制器是电子控制单元ECU，所述第一信号是变速箱控制单元TCU信号，并且/或者所述第二信号是发动机管理系统EMS信号。可选地，上述的变速箱控制单元TCU信号、发动机管理系统EMS信号来自于包括CAN和FlexRay在内的车载网络。
此外，根据本发明的第三方面，它还提供了一种车辆，在所述车辆上设置有如以上任一项所述的基于ABS实现坡道保持控制功能的系统，或者在所述车辆上使用如以上任一项所述的基于ABS实现坡道保持控制功能的方法。
本发明创新性地基于现有的防抱死制动系统(ABS)在车辆上实现了HHC功能，由此使得目前的防抱死制动系统(ABS)除了动态防锁功能以外，同时也具备了坡道保持控制功能，从而进一步扩展了其舒适性、安全性等。本发明系统和方法不仅易于实现，而且运行可靠、高效，由此使得更多的终端用户能在他们仅配备有较低成本的防抱死制动系统(ABS)的车辆上使用非常实用的HHC功能，从而特别有助于增强行车安全性能。
附图说明
以下将结合附图和所示实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
图1是根据本发明的基于ABS实现坡道保持控制功能的系统一个实施例的组成示意图。
图2是采用本发明的基于ABS实现坡道保持控制功能的方法一个实施例的工作时序示意图。
图3是图1示例中带有复位弹簧的单向阀的结构示意图。
图4是图1示例中控制器的模块组成示意图。
具体实施方式
首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明方法以及系统的基本原理、特点和优点，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在附图中的任意单个技术特征，仍然可以在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或者删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。另外，在本文中所用术语“防抱死制动系统”或“ABS”均是泛指所有能够实现防止车轮在行车制动时被锁死功能的各种类型的系统、装置和设备等。
在图1中示意性地显示出了本发明系统一个实施例的基本组成情况。在该示例中，车辆的液压制动系统被设计成具有两个制动管路1和2，它们均与主制动缸4相连并且可以具备完全相同或者相似的配置，因此以下仅就其中的制动管路1进行说明。
如图1所示，通过制动管路1使得主制动缸4和车轮制动缸13二者流体连通，由此提供了制动液的流动通路。在该制动管路1中布置有进液阀6、回流泵8、电动机9、吸入阀10、蓄液器11、排液阀12等部件。应当理解的是，与现有的液压制动及防抱死制动技术相关的这类部件的功能、选型以及设置等内容是能被本领域技术人员所了解并能加以调整、改变的(例如，在其他应用场合下，进液阀6和/或排液阀12可以不必采用图示的二位二通电磁阀，或者还可以在主制动缸4与回流泵8之间增设隔离阀，或者也可以设置两个以上的制动管路等)，由于这些内容并非本发明的重点，所以在此不做详细说明。
除了包括防抱死制动系统(ABS)以外，在本发明系统中创新性地在液压制动管路中设置了带有复位弹簧的单向阀，并且设置了与该防抱死制动系统(ABS)相关联的控制器。以上述的制动管路1为例，在本发明系统中将带有复位弹簧17的单向阀7与进液阀6以并联方式进行布置，从而形成了一个流通旁路18。如此，制动液就可以经由该流通旁路18从车轮制动缸13单向地流向主制动缸4，并且其在流过流通旁路18时将会受到复位弹簧17所施加的弹簧作用力约束。
在图3中更加清楚地显示出了上述单向阀7的大致构造，并且通过以下关系式(1)表示出了单向阀中复位弹簧的作用力与主制动缸的压力P1、车轮制动缸的压力P2之间的关系:
(1)
在上式中，参数K表示弹簧常数，表示复位弹簧的变形量，d表示由单向阀的阀芯20所形成的密封圆直径。在后文中将结合关系式(1)来更详细说明本发明的工作原理。
控制器16是本发明系统的重要组成部分，它与防抱死制动系统(ABS)相关联并在本发明系统中实现控制功能。以制动管路1作为举例而言，该控制器16被设置成用于判断第一条件(指车辆已被制动停在坡道上并且制动踏板已被完全释放)、第二条件(指加速踏板已被推动且当前驱动转矩大于坡道上的滚动转矩)是否成立来控制制动管路1中的进液阀6、排液阀12的开启或关闭操作，从而借助于上述带有复位弹簧17的单向阀7来实现所期望的坡道保持控制功能。具体而言，即当该控制器16根据输入信号确定了第一条件已经成立时，它将发出命令使进液阀6和排液阀12均处于关闭状态，然后借助于单向阀7中复位弹簧17的作用力，使得车轮制动缸13能够在一个预设时间段内(例如，2秒或其他的适宜数值)保持为目标压力，从而以此来使得车辆保持在坡道上，从而实现了HHC功能；并且，在该控制器16确定了第二条件已经成立时，它将发出命令使排液阀12打开，由此车轮制动缸13的压力降为零，即制动液将经由排液阀12返回到蓄液器11和主制动缸4中，从而结束HHC功能操作。
关于上述第一条件和第二条件的判断，由于可以根据不同的汽车厂商、研发部门等提供的不同技术方式来加以实现，这些包括可用信息并被输入至控制器16以供其使用的各类信号在图1中被整体性地表示为S输入。因此仅是作为举例，以下将给出一些可选的实施方式。
对于第一条件，例如控制器16可以通过获取由压力传感器5检测到的主制动缸4的压力信号、由车轮传感器15检测到的各车轮转速信号、由坡道传感器(未图示)检测到的车辆是否处于坡道上的信号来判断第一条件成立与否。又如，控制器16也可以通过获取由制动踏板传感器19检测到的制动踏板3的行程或旋转角度信号(即表示驾驶者的制动要求)、由车轮传感器15检测到的各车轮转速信号、由坡道传感器检测到的车辆是否处于坡道上的信号来判断第一条件成立与否。
对于第二条件，例如控制器16可以通过获取至少包括变速器传输类型、挡位状态和离合器状态信息的信号(例如，变速箱控制单元TCU信号等)，以及至少包括发动机转速和发动机扭矩信息的信号(例如，发动机管理系统EMS信号等)来判断第二条件成立与否，以上这些信号可以例如通过车载网络(例如，CAN、FlexRay等)获得。
尽管可以提供专门设计的独立控制装置来实现上述控制器16的功能，但是在优选的情形下，可以使用汽车上的电子控制单元ECU来作为本发明系统的上述控制器。
作为进一步举例，如图4所示，可以在控制器16中专门设置如下所述的这些模块来具体实现该控制器的相应控制功能，即将输入到控制器16的输入信号S输入经过处理后转换成该控制器16的输出信号S输出：
车速信息计算模块21，其被设置成用于根据所输入的车轮传感器15的信号来计算该车辆的实际速度；
坡道信息计算模块22，其被设置成用于根据所输入的坡道传感器、变速箱控制单元TCU的信号来计算车辆是否在坡道上以及车辆上坡驱动信息；
HHC计算模块23，其被设置成用于根据车速信息计算模块21和坡道信息计算模块22的各自输出信息，以及变速箱控制单元TCU信号、发动机管理系统EMS信号、由压力传感器5检测到的主制动缸4的压力信号(或者由制动踏板传感器19检测到的制动踏板3的行程或旋转角度信号)来检测上坡驱动情况并且计算出在实施HHC功能控制时车轮制动缸所要保持的目标压力；
液压致动输出模块24，其被设置成用于接收HHC计算模块23的输出信号，并且将上述目标压力转换成制动管路中各进液阀和排液阀所需承担的负载量以及持续工作时间，即由其输出信号来将决定何时开启或关闭这些进液阀和排液阀。在液压致动输出模块24中，还需要计算在排液阀压力释放时的制动液流量，以便据此来控制电动机9的运行以将制动液从车轮制动缸泵送回到主制动缸。
以下将对上述HHC计算模块23中目标压力的计算情况进行进一步的讨论，以便能够通过这些举例性的说明来更加清楚地理解本发明的设计及工作原理。首先，假设车辆在坡度为α的斜坡上处于静止且车辆无驱动的状态下，此时可由制动压力提供的最小驻坡制动压力Pmin应当能与由车辆重力在平行于斜坡坡面的方向上所产生的分力保持彼此大小相等、方向相反，因此可知以下关系式(2)成立：
(2)
在上式中，参数Pmin表示最小驻坡制动压力，其单位为bar(巴)，按照以上关系式计算得到的Pmin值可作为前述的由车轮制动缸所要保持的目标压力值；参数Cp为制动效能因子，其表示由单位制动压力产生的制动力矩，它和车辆的基础制动系有关并且可以通过测量来得到，其单位为N*m/bar；参数m表示整车质量，其单位为kg；参数g为重力加速度，即9.8m/s2；参数R表示车轮的滚动半径，其单位为m；参数α表示斜坡坡度，即斜坡的高度和底长二者的比值，其单位为%。
通过对关系式(2)进行推导，可以获得以下关系式(3)：
(3)
由此，如果结合考虑前述关系式(1)，当主制动缸的压力P1降为零时，可以推导出此时的车轮制动缸的压力，这也就是上述的目标
压力值。作为举例，在设定Pmin=P2并且根据诸如GB21670-2008 “乘用车制动系统技术要求及试验方法”等有关法规或标准将斜坡坡度α设定为20%或其他的适宜数值之后，就可以按照以下关系式(4)来参考确定单向阀7中复位弹簧17的选型：
(4)
如此，当将带有复位弹簧17的单向阀7如前所述地布置在液压制动管路中之后，就可以通过上述的控制器16来根据行车时的具体状况进行控制，从而在需要时能在任何不大于斜坡坡度α的斜坡上将车轮制动缸的压力值均保持为目标压力值，这样就避免了发生车辆溜坡现象。
请再参考图2所示的工作时序示意图，在该图中显示出了在坡道上进行制动、停车保持以及启动操作的4个时间区段A-D下的车速V曲线、主制动缸的压力P1曲线、车轮制动缸的压力P2曲线。下面将通过该示例图来介绍本发明的基于ABS实现坡道保持控制功能的方法，这也同样有助于更好地理解前述的本发明系统的工作原理及其优势。
在本发明方法中，如前所描述地，首先应在汽车的防抱死制动系统(ABS)中设置带有复位弹簧的单向阀；
然后，当驾驶者操作制动踏板将车辆制动并将其保持在坡道上时，主制动缸的压力P1和车轮制动缸的压力P2都在增加，由于制动管路中的进液阀和排液阀都处于正常状态，因此这意味着P1=P2，以上过程对应于图2中的时间区段A；
接着，驾驶者释放制动踏板，这是在主制动缸中的压力P1将被释放，以上过程对应于图2中的时间区段B；
随后，驾驶者将完全释放制动踏板，此时将激活HHC功能，控制器将发送命令关闭制动管路中的进液阀，这时主制动缸的压力P1将会逐步减小，但是由于单向阀中的复位弹簧提供了弹簧作用力，这样就可以使得车轮制动缸的压力P2被保持在一个目标压力，并且将该目标压力维持预设时间段t0(例如，2秒或其他的适宜数值)，以便在释放制动踏板和离合器接合操作之间防止发生滚动，即由此将该车辆保持在坡道上，此时的车轮制动缸的压力P2>主制动缸的压力P1(如前所述，当P1降为零时，此时
的车轮制动缸的压力，即保持为所期望的目标压力值)，以上过程对应于图2中的时间区段C；
之后，当确定车辆已经有足够的驱动转矩来进行驱动(即确定加速踏板已被推动，并且当前驱动转矩大于坡道上的滚动转矩)时，控制器将发出命令打开制动管路中的排液阀来释放车轮制动缸的压力P2直至其降为零，即将制动液输送至制动管路中的蓄液器，然后通过运行回流泵再将该制动液泵送回主制动缸，以上过程对应于图2中的时间区段D。
在以上所述方法中，关于诸如车辆是否已被制动停在坡道上并且制动踏板是否已被完全释放(即前述的第一条件)、加速踏板是否已被推动且当前驱动转矩是否大于坡道上的滚动转矩(即前述的第二条件)等信号的判断情况，请参阅之前关于本发明系统的相应描述，在此不多赘述。
综上所述，本发明创新性地在现有的防抱死制动系统(ABS)基础上实现了HHC功能，这不仅有效地扩展了前者的固有功能，而且也为广大的终端用户提供了更加简便、可靠且低成本地实现坡道保持控制功能的技术方案，从而特别有助于改善行车的安全性和舒适性。
以上仅以举例方式来详细阐明本发明的基于ABS实现坡道保持控制功能的方法、系统和车辆，这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种基于ABS实现坡道保持控制功能的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
A. 在ABS中设置带有复位弹簧的单向阀，所述ABS用于防止车轮在制动时被锁死并且包括设置在主制动缸和车轮制动缸之间的进液阀和排液阀，所述单向阀被布置成与所述进液阀并联连接，以便形成供制动液从车轮制动缸流向主制动缸的流通旁路；
B. 当确定第一条件成立时使所述进液阀和排液阀均处于关闭状态，并且借助于所述单向阀的复位弹簧的作用力使得车轮制动缸在预设时间段内维持为使车辆保持在坡道上的目标压力，所述第一条件是指车辆已被制动停在坡道上并且制动踏板已被完全释放；以及
C. 当确定第二条件成立时将所述排液阀打开以使车轮制动缸的压力降为零，所述第二条件是指加速踏板已被推动且当前驱动转矩大于坡道上的滚动转矩。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过获取以下信号来确定所述步骤B中的第一条件是否成立：由压力传感器检测到的主制动缸的压力信号、由车轮传感器检测到的各车轮转速信号以及由坡道传感器检测到的车辆是否处于坡道上的信号；或者
通过获取以下信号来确定所述步骤B中的第一条件是否成立：由制动踏板传感器检测到的制动踏板的行程或旋转角度信号、由车轮传感器检测到的各车轮转速信号以及由坡道传感器检测到的车辆是否处于坡道上的信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过获取以下信号来确定所述步骤C中的第二条件是否成立：至少包括变速器传输类型、挡位状态和离合器状态信息的第一信号，以及至少包括发动机转速和发动机扭矩信息的第二信号。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述预设时间段被设置成2秒。
5.一种基于ABS实现坡道保持控制功能的系统，其包括用于防止车轮在制动时被锁死的ABS，所述ABS包括设置在主制动缸和车轮制动缸之间的进液阀和排液阀，其特征在于，所述系统还包括：
带有复位弹簧的单向阀，其被布置成与所述进液阀并联连接，以便形成供制动液从车轮制动缸流向主制动缸的流通旁路；以及
控制器，其与所述ABS相关联并被设置成：i)当其确定第一条件成立时发送命令使所述进液阀和排液阀均处于关闭状态，并且借助于所述单向阀的复位弹簧的作用力使得车轮制动缸在预设时间段内维持为使车辆保持在坡道上的目标压力，所述第一条件是指车辆已被制动停在坡道上并且制动踏板已被完全释放；并且，ii)当其确定第二条件成立时发送命令打开所述排液阀以使车轮制动缸的压力降为零，所述第二条件是指加速踏板已被推动且当前驱动转矩大于坡道上的滚动转矩。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制器通过获取以下信号来确定所述第一条件是否成立：由压力传感器检测到的主制动缸的压力信号、由车轮传感器检测到的各车轮转速信号以及由坡道传感器检测到的车辆是否处于坡道上的信号；或者
所述控制器通过获取以下信号来确定所述第一条件是否成立：由制动踏板传感器检测到的制动踏板的行程或旋转角度信号、由车轮传感器检测到的各车轮转速信号以及由坡道传感器检测到的车辆是否处于坡道上的信号。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制器通过获取以下信号来确定所述第二条件是否成立：至少包括变速器传输类型、挡位状态和离合器状态信息的第一信号，以及至少包括发动机转速和发动机扭矩信息的第二信号。
8.根据权利要求5、6或7所述的系统，其特征在于，所述预设时间段被设置成2秒。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制器是电子控制单元ECU，所述第一信号是变速箱控制单元TCU信号，并且/或者所述第二信号是发动机管理系统EMS信号。
10.一种车辆，其特征在于，所述车辆上设置有如权利要求5-9中任一项所述基于ABS实现坡道保持控制功能的系统，或者在所述车辆上使用如权利要求1-4中任一项所述基于ABS实现坡道保持控制功能的方法。
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