CN105283364B - 车辆速度控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于具有多个车轮的车辆的车辆控制系统，该车辆速度控制系统能够操作成接收与该车辆的倾斜角度的变化速率即倾斜率对应的输入信号，该系统能够操作成根据该倾斜率来命令改变被施加于多个车轮中的至少一个车轮的扭矩的量。

Description

车辆速度控制系统
技术领域
本发明涉及一种用于控制车辆的速度的系统。特别地，但非排他地，本发明涉及一种用于控制能够在各种不同且极端的地形和条件下驾驶的基于陆地的车辆的速度的系统。本发明的各个方面涉及系统、方法和车辆。
背景技术
当在崎岖不平的道路上或者在非公路条件下驾驶车辆时，可能会遇到驾驶表面的坡度呈现相对突然的变化的地形特征。例如，当车辆越过例如坑洞、弹坑、沟渠、台阶等的地形特征时，可能会突然遇到陡峭的下坡。当遇到这样的地形特征时，在前车轮中的一个或二个开始下斜坡时车辆可能承受相对突然的加速。在加速度增大之后，在车辆完成驶过向下的斜坡时，可能是突然的减速。在坑洞、沟渠等的情况下，车辆可能会突然遇到可能需要越过的相对陡峭的上坡，以便驶出该地形特征。遇到这样的地形特征可能会对车辆的稳定性产生不利的影响并且给乘客带来不舒适。
已知提供有一种车辆速度控制系统，这样的系统通常被称为巡航控制系统。在这样的系统中，一旦用户设定了车辆速度并且用户没有另外干预，则车辆速度被保持，以便提高用户的驾驶体验。
用户选择车辆要保持的速度，并且只要用户不应用制动器——或者，在一些系统中，不应用离合器——则车辆保持在该速度。巡航控制系统从驱动轴或车轮速度传感器获取其自身速度信号。当制动器或离合器被下压时，巡航控制系统关闭，使得用户可以在不受系统阻碍的情况下改变车辆速度。如果用户下压加速器踏板，则车辆速度将会增大，但是当用户从加速器踏板移开其脚时，车辆恢复至预设巡航速度。
更复杂的巡航控制系统集成在发动机管理系统中并且可以包括自适应功能，自适应功能使用基于雷达的系统来考虑距前方车辆的距离。例如，车辆可以设置有前视雷达检测系统，从而检测前方车辆的速度和距离并且在不需要用户输入的情况下自动保持安全跟随速度和距离。如果前方车辆减速，或者雷达检测系统检测到另一对象，则系统向发动机或制动系统发送信号，以使车辆相应地减速。
这样的系统通常仅能够在特定速度通常约15mph以上操作，并且理想的是车辆在稳定的交通状况下特别是在公路或机动车道上行驶的情形。然而，在拥挤的交通状况下，当车辆速度趋向于大幅变化时，并且特别是当系统由于最小速度要求而不能操作时，巡航控制系统是无效的。常常将最小速度要求强加于巡航控制系统，以便减小例如在停车时的低速度碰撞的可能性。因此，这样的系统在特定驾驶条件(例如，低速度)下是无效的，并且在用户不认为需要这样做的情形中被设置成自动无效。
还已知提供有一种用于机动车辆的用于控制一个或更多个车辆子系统的控制系统。US 7349776公开了一种车辆控制系统，该车辆控制系统包括多个子系统控制器，而子系统控制器包括发动机管理系统、变速器控制器、转向控制器、制动控制器和悬架控制器，该申请的内容通过引用结合在本文中。子系统控制器均可操作在多个子系统功能模式下。子系统控制器连接至车辆模式控制器，该车辆模式控制器控制子系统控制器以采取所需要的功能模式，以便为车辆提供多个驾驶模式。驾驶模式中的每个驾驶模式与特定驾驶条件或者驾驶条件组对应，并且在每个模式下，子系统中的每个子系统被设置成最适合那些条件的功能模式。这样的条件关联于车辆可能行驶的地形的类型例如草地/碎石/雪地、泥地和车辙、岩石缓行、沙地以及公路模式，这已知为“特殊程序关闭”(SPO，special programsoff)。车辆模式控制器可以称为地形响应(TR，Terrain Response)系统或控制器。
发明内容
可以参照所附权利要求来理解本发明的实施例。
本发明的各个方面提供了一种系统、车辆和方法。
在本发明的寻求保护的一个方面中，提供有一种用于具有多个车轮的车辆的车辆控制系统，该车辆速度控制系统可操作成接收与车辆的倾斜角度的变化速率(rate ofchange)即倾斜率(pitch rate)对应的输入信号，该系统可操作成根据该倾斜率来命令改变被施加于多个车轮中的至少一个车轮的扭矩的量，并且其中，该系统可操作成当车辆的前缘以超过规定速率的倾斜率沿向下的方向倾斜时命令改变被施加于多个车轮中的至少一个车轮的扭矩的量。
本发明的实施例的优点在于，可以以增大车辆稳定性和乘客舒适性的这样的方式来控制车辆。
本发明的优点在于，如果系统确定倾斜率超过指示例如车辆已经开始突然下斜坡的规定值，则系统可以减少被施加于一个或更多个车轮的扭矩的量。这可以具有减少车辆下斜坡的速率的作用。这可以增强乘客舒适性和车辆稳定性，并且可以在一些情形中减少或防止对车辆的损坏。例如，如果车辆开始横越驾驶表面中的坑洞、凹坑、沟渠或其他相对突然的凹陷，则控制系统可以被配置成应用制动系统来使车辆减速，以减小车辆进入凹陷时的速率。
与倾斜率有关的信号可以为所生成的除了与车辆纵向加速度、车轮速度和/或驾驶表面坡度有关的一个或更多个信号之外的信号。本发明的实施例可以被配置成用于在车辆正在沿正向或者沿反向驾驶时的操作。
控制系统可以可操作成当车辆的前缘以超过规定速率的倾斜率沿向下的方向倾斜的时间段超过规定时间段时命令改变被施加于多个车轮中的至少一个车轮的扭矩的量。
控制系统可以可操作成当车辆的前缘以超过规定速率的倾斜率沿向下的方向倾斜的距离超过规定距离时命令改变被施加于多个车轮中的至少一个车轮的扭矩的量。
控制系统可以可操作成命令改变扭矩的量以便阻止车辆加速。
改变扭矩的量以阻止加速意思是指减少所施加的用于沿期望运动方向推进车辆的扭矩的量，并且可以被反转以使得施加与车辆的行驶方向相反的扭矩。
因此，在车辆的动力系正在对一个或更多个车轮施加正扭矩以驱动车辆的事件中，可以将正扭矩的量减小至更小的正值、大致为零或者减小至负值。可以由动力系例如借助于例如当被操作为发电机时的发动机压缩制动或电机来施加负扭矩。例如，在再生制动系统中可以使用一个或更多个电机。
要理解，本发明的实施例在混合电动车辆和电动车辆以及由发动机例如内燃机驱动的车辆中也是有用的。
此外，或替代地，可以借助于基础制动系统例如摩擦制动系统来施加负扭矩。借助于基础制动系统来施加负扭矩的优点在于，通常，在控制系统发出命令之后，与借助于动力系例如借助于内燃机施加负扭矩相比，至少部分地由于动力系例如发动机的一个或更多个部件的惯性，可以对车轮更快速地施加负扭矩。
在当系统命令进行改变时动力系已经施加负扭矩的事件中，由动力系施加的负扭矩的量可能会为更小的负值。
可选地，或者作为改变动力系扭矩的附加，可以命令制动系统对一个或更多个车轮施加负扭矩。
例如，如果车辆正在下斜坡并且速度控制系统已经应用制动系统来使车辆减速，则可以根据车辆的倾斜率来增大由制动系统施加的制动扭矩的量。因此，如果车辆在其下坡时由于例如存在坑洞、车辙等而遇到突然向下的坡度，则可以通过增大负扭矩来大致防止或减少车辆的突然加速。
规定速率可以至少部分地根据车辆正在行驶的地形的类型而被确定。
控制系统可以可操作成至少部分地根据指示地形类型的一个或更多个输入来确定车辆正在行驶的地形的类型。
控制系统可以可操作成至少部分地根据来自用户的与地形类型有关的输入来确定车辆正在行驶的地形的类型。
因此，在一些实施例中，例如可以借助于控制按键或控制按钮从用户接收指定地形类型的输入。可替选地，可以由控制系统例如响应于与表面摩擦系数、表面粗糙度和/或一个或更多个其他参数有关的数据来自动地确定地形的类型。可以从与系统关联的一个或更多个传感器接收该数据。可替选地，可以例如经由控制器区域网络(CAN)总线等从一个或更多个其他车辆系统接收数据。也可以使用其他布置。
因此，控制系统可以可操作成响应于超过规定值的倾斜率来命令改变扭矩，其中，规定值根据地形类型来设定。
规定时间段可以根据指示地形类型的一个或更多个输入来确定。
规定距离可以根据指示地形类型的一个或更多个输入来确定。
控制系统可以可操作成控制车辆在多个相应的驾驶模式中的一个驾驶模式下操作，在多个相应的驾驶模式中的每个驾驶模式下，一个或更多个车辆子系统被配置成用于对不同的相应的地形类型上操作，其中，驾驶模式根据地形类型来选择。
因此，可以在被确定为草地、碎石或雪地类型的地形上针对车辆操作选择‘草地/碎石/雪地’驾驶模式。可以在被确定为沙地的地形上针对车辆操作选择‘沙地’驾驶模式。
要理解，可以根据地形类型来确定驾驶模式和倾斜变化的规定速率二者。如上所述，在一些实施例中，地形类型可以由用户来设置。在一些实施例中，此外，或替代地，系统可以在下述情况下操作：可以由车辆自动地检测地形类型并且因此确定驾驶模式和倾斜变化的规定速率。
控制系统可以可操作成至少部分地根据倾斜率来命令改变与车辆悬架系统关联的一个或更多个参数。
控制系统可以可操作成至少部分地根据倾斜率和地形类型来命令改变与悬架系统关联的一个或更多个参数。
一个或更多个参数包括悬架系统的刚度。
系统可以能够自动地操作成使得车辆根据目标速度值进行操作。因此，控制系统可以可操作成实现速度控制。因此，在一些实施例中，如果车辆速度由控制系统控制，车辆倾斜变化的速率超过规定值，则系统可以根据倾斜率来命令改变扭矩。
目标速度值可以称为设定速度值。
控制系统可以可操作成使得车辆以大致等于目标速度值的速度行驶。在一些实施例中，系统可以根据一个或更多个参数例如地形类型、所检测到的表面粗糙度或任何其他合适的参数来对车辆速度的最大可允许值设定上限。因此，控制系统可以使得车辆以目标速度值行驶，除非车辆速度的上限值低于目标速度值，在车辆速度的上限值低于目标速度值的情况下，使得车辆以车辆速度的上限值行驶。
控制系统可以可操作成通过控制被施加于车辆的一个或更多个车轮的扭矩的量来使得车辆根据目标速度值操作。
控制系统可以可操作成在检测到一个或更多个车轮存在滑移时继续使得车辆根据目标速度值来操作。
因此，在检测到一个或更多个车轮的滑移的事件中，控制系统不终止(取消)对车辆速度的控制。而是，系统可以被配置成主动管理一个或更多个车轮的滑移。这与已知的巡航控制系统相反，已知的巡航控制系统在检测到一个或更多个车轮的滑移时自动地取消车辆速度控制。例如，当由电子稳定性控制系统(ESC，electronic stability controlsystem)、动态稳定性控制系统(DSC，dynamic stability control system)或牵引力控制系统(TCS，traction control system)检测到滑移时，巡航控制系统的车辆速度控制被取消。
在本发明寻求保护的另一方面中，提供有一种包括根据前述方面的控制系统的车辆。
在本发明寻求保护的又一方面中，提供有一种用于借助于控制系统来控制车辆的方法，该方法包括：接收与车辆的倾斜角度的变化速率即倾斜率对应的输入信号；以及当车辆的前缘以超过规定速率的倾斜率沿向下的方向倾斜时命令改变被施加于车辆的多个车轮中的至少一个车轮的扭矩的量。
在权利要求的范围内，意在表达的是，可以以独立的方式或者以任何组合的方式使用前述段落或者下述描述和附图中提出的各种方面、实施例、示例和替选，并且特别是各种方面、实施例、示例和替选的单独的特征。例如，结合一个实施例所描述的特征可以应用于所有实施例，除非这样的特征不兼容。
附图说明
现在，将参照附图仅通过示例来描述本发明的一个或更多个实施例，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的车辆的在平面视图中的示意性图示；
图2在侧视图中示出了图1的车辆；
图3是根据本发明的实施例的包括巡航控制系统和低速度前进控制系统的系统的高级示意图；
图4是图3中的系统的其他特征的示意图；
图5示出了根据本发明的实施例的车辆的方向盘和制动踏板及加速器踏板；以及
图6示出了倾斜率随时间的曲线图和响应于倾斜率的变化的所命令的制动扭矩的对应曲线图。
具体实施方式
本文中提及块例如功能块要理解成包括提及软件代码，该软件代码用于进行可以响应于一个或更多个输入提供输出的特定功能或特定动作。代码可以是由主计算机程序调用的函数或者软件程序的形式，或者可以是形成代码流的一部分但不作为单独的程序或函数的代码。提及功能块使得易于阐述本发明的实施例的操作方式。
图1示出了根据本发明的实施例的车辆100。车辆100具有包括发动机121的动力系129，发动机121连接至具有自动变速器124的动力传动系130。要理解，本发明的实施例还适用于具有手动变速器、连续变化变速器或任何其他合适的变速器的车辆。
动力传动系130被布置成借助于前差速器137和一对前驱动轴118来驱动一对前车轮111、112。动力传动系130还包括辅助动力传动系部131，辅助动力传动系部131被布置成借助于辅助驱动轴或支撑轴132、后差速器135和一对后驱动轴139来驱动一对后车轮114、115。本发明的实施例适合用于其中变速器被布置成驱动仅一对前车轮或仅一对后车轮(即，前轮驱动车辆或后轮驱动车辆)的车辆或者可选择的两轮驱动车辆/四轮驱动车辆。在图1的实施例中，变速器124借助于动力传输单元(PTU，power transfer unit)131P以可释放的方式连接至辅助动力传动系部131，实现可选择的两车驱动操作或四轮驱动操作。要理解，本发明的实施例可以适用于具有多于四个车轮的车辆，或者仅两个车轮(例如，三轮车辆或四轮车辆或者具有多于四个车轮的车辆中的两个车轮)被驱动的车辆。
用于车辆发动机121的控制系统包括被称为车辆控制单元(VCU，vehicle controlunit)10的中央控制器10、动力系控制器11、制动控制器13以及转向控制器170C。制动控制器13形成制动系统22的一部分(图3)。VCU 10接收来自设置在车辆上的各种传感器和子系统(未示出)的多个信号并且将多个信号输出至设置在车辆上的各种传感器和子系统(未示出)。VCU 10包括图3所示的低速前进(LSP，low-speed progress)控制系统12和稳定性控制系统(SCS，stability control system)14。SCS 14通过检测和管理牵引力的丧失来提高车辆100的安全性。当检测到牵引力减小或转向控制时，SCS 14能够自动进行操作，以命令制动控制器13应用车辆的一个或更多个制动器来帮助沿用户期望行驶的方向转向车辆100。在所示的实施例中，由VCU 10实现SCS 14。在一些可选实施例中，可以由制动控制器13实现SCS 14。另外，可选地，可以由单独的控制器来实现SCS 14。
虽然在图3中未详细示出，但是VCU 10还包括动态稳定性控制(DSC，DynamicStability Control)功能块、牵引力控制(TC，Traction Control)功能块、防抱死制动系统(ABS，Anti-Lock Braking System)功能块和下坡控制(HDC，Hill Descent Control)功能块。在发生车轮滑移事件的事件中，这些功能块在由VCU 10的计算装置运行的软件代码中实现并且将输出从VCU 10提供至发动机121，该输出指示例如DSC活动、TC活动、ABS活动、对各个车轮的制动干预以及发动机扭矩请求。前述事件中的每个事件指示已经发生了车轮滑移事件。也可以使用其他车辆子系统例如滚动稳定性控制系统等。
如上所述，车辆100还包括巡航控制系统16，该巡航控制系统16可操作成在车辆正在以超过25kph的速度行驶时使车辆速度自动保持在所选择的速度。巡航控制系统16设置有巡航控制HMI(人机交互界面，human machine interface)18，用户可以借助于该HMI 18装置以已知的方式将目标车辆速度输入至巡航控制系统16。在本发明的一个实施例中，巡航控制系统输入控制安装至方向盘171(图5)。可以通过按压巡航控制系统选择器按钮176来切换巡航控制系统16。当巡航控制系统16被打开时，按压“设定速度”控制173将巡航控制设定速度参数即cruse_set-speed的当前值设定成当前车辆速度。按压‘+’按钮174使得增大cruse_set-speed的值，而按压‘-’按钮175使得减小cruse_set-speed的值。设置有恢复按钮173R，恢复按钮173R可进行操作以控制巡航控制系统16，以在驾驶员撤销之后在cruse_set-speed的瞬时值恢复速度控制。要理解，包括本系统16的已知的公路巡航控制系统被配置成在用户下压制动器的事件中或者在具有手动变速器、离合器踏板的车辆的情况下，巡航控制功能被取消，并且车辆100返回至需要由用户输入加速器踏板以保持车辆速度的手动操作模式。此外，对如由牵引力丧失而引起的车轮滑移事件的检测还具有取消巡航控制功能的作用。如果驾驶员随后按压恢复按钮173R，则由系统16进行的速度控制被恢复。
巡航控制系统16监测车辆速度并且自动调节与目标车辆速度的任何偏离，使得车辆速度保持在基本恒定的值，通常超过25kph。换言之，巡航控制系统在低于25kph的速度时是无效的。巡航控制HMI 18还可以被配置成经由HMI 18的可见显示器向用户提供与巡航控制系统16的状态有关的警告。在本实施例中，巡航控制系统16被配置成允许将cruse_set-speed的值设定成在25kph至150kpk的范围内的任何值。
LSP控制系统12还为用户提供基于速度的控制系统，该系统使得用户在不需要用户进行任何踏板输入的情况下能够选择车辆可以前进的非常低的目标速度。该低速度速度控制(或前进控制)功能并不是由仅在25kph以上的速度下操作的公路巡航控制系统16提供。
LSP控制系统12借助于安装在方向盘171上的LSP控制系统选择器按钮172被激活。系统12可操作成共同地或单独地对车辆100的一个或更多个车轮施加可选择的动力系、牵引力控制和制动动作，以使车辆100保持所期望的速度。
LSP控制系统12被配置成使得用户能够经由低速度前进控制HMI(LSP HMI)20(图1，图3)向LSP控制系统12输入设定速度参数LSP_set-speed的期望值，LSP HMI 20与巡航控制系统16和HDC控制系统12HD共享特定输入按钮173至175。假定车辆速度在LSP控制系统的可允许操作范围(在本实施例中为从2kph至30kph的范围，但也可以使用其他范围)内，LSP控制系统12根据LSP_set-speed的值来控制车辆速度。与巡航控制系统16不同，LSP控制系统12被配置成单独地操作牵引力的发生事件。也就是说，LSP控制系统12在检测到车轮滑移时不取消速度控制。而是，LSP控制系统12在检测到滑移时主动管理车辆行为。
LSP控制HMI 20设置在车厢中，以便用户能够轻易地访问。车辆100的用户能够以与巡航控制系统16相似的方式借助于‘设定速度’按钮173和‘+’按钮174/‘-’按钮175经由LSP HMI 20将用户期望车辆行驶的速度(称为“目标速度”)的指示输入至LSP控制系统12。LSP HMI 20还包括可见显示器，可以在可见显示器上将与LSP控制系统12的状态有关的信息和指导提供给用户。
LSP控制系统12接收来自车辆的制动系统22的输入，该输入指示用户借助于制动踏板163施加制动的程度。LSP控制系统12还接收来自加速器踏板161输入，该输入指示用户下压加速器踏板161的程度。输入还被从变速器或变速箱124提供至LSP控制系统12。该输入可以包括表示例如变速箱124的输出轴的速度、扭矩转换器滑移和传动比请求的信号。输入至LSP控制系统12的其他输入包括来自巡航控制HMI 18的表示巡航控制系统16的状态(开/关)的输入以及来自LSP控制HMI 20的输入。
VCU 10的HDC功能块形成HDC系统12HD的一部分。当HDC系统12HD工作时，系统12HD控制制动系统22(ABS功能块形成制动系统22的一部分)以便将车辆速度限制成与可以由用户设定的HDC设定速度参数HDC_set-speed的值对应的值。HDC设定速度还可以称为HDC目标速度。假定在HDC系统工作时用户没有通过下压加速器踏板来撤销HDC系统，则HDC系统12HD控制制动系统22(图3)以防止车辆速度超过HDC_set-speed。在本实施例中，HDC系统12HD不能操作成施加正驱动扭矩。而是，HDC系统12HD仅可操作成施加负制动扭矩。
设置HDC系统HMI 20HD，用户可以借助于HDC系统HMI 20HD来控制HDC系统12HD，包括设置HDC_set-speed的值。在方向盘171上设置有HDC系统选择器按钮177，用户可以借助于HDC系统选择器按钮177来激活HDC系统12HD以控制车辆速度。
如上所述，HDC系统12HD可操作成使得用户能够使用与巡航控制系统16和LSP控制系统12相同的控制来设定HDC设定速度参数HDC_set-speed的值和调节HDC_set-speed的值。因此，在本实施例中，当HDC系统12HD正在控制车辆速度时，可以使用相同的控制按钮173、173R、174、175以与巡航控制系统16和LSP控制系统的设定速度相似的方式来增大、减小HDC系统设定速度或者将HDC系统设定速度设定成车辆的瞬时速度。HDC系统12HD可操作成使得将HDC_set-speed的值设定成在从2kph至30kph的范围内的任何值。
如果当车辆100正在以50kph或更小的速度行驶并且其他速度控制系统没有操作时选择HDC系统12HD，则HDC系统12HD将HDC_set-speed的值设定成根据查找表所选择的值。根据当前选择的变速器挡位、当前选择的PTU传动比(Hi/LO)和当前选择的驾驶模式的标识来确定由查找表输出的值。然后，假定驾驶员没有通过下压加速器踏板161来撤销HDC系统12HD，则HDC系统12HD应用动力系129和/或制动系统22来使车辆100减速至HDC系统设定速度。HDC系统12HD被配置成以不超过最大可允许速率的加速速率将车辆100减速至设定速度值。在本实施例中，速率被设定为1.25ms-2，然而，也可以使用其他值。假定瞬时速度为30kph或更小，如果用户随后按压‘设定速度’按钮173，则HDC系统12HD将HDC_set-speed的值设定成瞬时车辆速度。如果当车辆100正在以超过50kph的速度行驶时选择了HDC系统12HD，则HDC系统12HD忽视该请求并且向用户提供已经忽视该请求的指示。
要理解，VCU 10被配置成实现上述种类的已知的地形响应(TR，TerrainResponse)(RTM)系统，其中，VCU 10根据所选择的驾驶模式来控制一个或更多个车辆系统或子系统(例如传动系控制器11)的设置。可以由用户借助于驾驶模式选择器141S来选择驾驶模式(图1)。驾驶模式还可以称为地形模式、地形响应模式或控制模式。在图1的实施例中，提供有四种驾驶模式：适用于在相对硬、平滑的驾驶表面上驾驶的‘公路’驾驶模式，其中，在驾驶表面与车辆的车轮之间存在相对高的表面摩擦系数；适用于在沙地地形上驾驶的‘沙地’驾驶模式；适用于驶过草地、碎石或雪地的‘草地、碎石或雪地’驾驶模式，适用于缓慢地驶过岩石表面的‘岩石缓行’驾驶模式；以及适用于在泥地、车辙地形中驾驶的‘泥地和车辙’驾驶模式。此外，或替代地，可以提供其他驾驶模式。
在一些实施例中，LSP控制系统12可以处于工作条件、待机条件或‘关闭’条件下中的一个条件下。在工作条件下，LSP控制系统12通过控制传动系扭矩和制动系统扭矩来主动管理车辆速度。在待机条件下，在用户按压恢复按钮173R或‘设定速度’按钮173之前LSP控制系统12不控制车辆速度。在关闭条件下，LSP控制系统12不负责输入控制，除非LSP控制系统选择器按钮172被按压。
在本实施例中，LSP控制系统12还可操作成采用与主动模式的条件对应的中间条件，其中，防止LSP控制系统12命令由动力系129对车辆100的一个或更多个车轮施加正驱动扭矩。因此，借助于制动系统22和/或动力系129仅可以施加制动扭矩。也可以使用其他布置。
在LSP控制系统12处于工作条件的情况下，用户可以借助于“+”按钮174和“-”按钮175来增大或减小车辆设定速度。此外，用户还可以通过分别轻微地下压加速器踏板161或制动踏板163来增大或减小车辆设定速度。在一些实施例中，在LSP控制系统12处于工作条件的情况下，“+”按钮174和“-”按钮175被关闭，使得仅可以借助于加速器踏板161和制动踏板163来调节LSP_set-speed的值。后一特征可以防止例如由于意外按压“+”按钮174和“-”按钮175中的一个按钮而发生设定速度的不期望的变化。例如，在越过其中可能需要相对大地且相对频繁地变化转向角的难度较大的地形时，可能发生意外按压。也可以使用其他配置。
要理解，在本实施例中，LSP控制系统12可操作成使得车辆根据在2kph至30kph的范围内的设定速度的值来行驶，同时，巡航控制系统可操作成使得车辆根据在25kph至150kph的范围内的设定速度的值行驶，但也可以使用其他值。如果当车辆速度大于30kph但是小于或大致等于50kph时选择LSP控制系统12，则LSP控制系统12采用中间模式。在中间模式下，如果驾驶员在行驶在30kph以上的同时释放加速器踏板161，则LSP控制系统12利用制动系统22来使车辆100减速至与参数LSP_set-speed的值对应的设定速度的值。当车辆速度下降至30kph或更小时，LSP控制系统12采用其中可操作成经由传动系129施加正驱动扭矩以及经由传动系129(经由发动机制动)和制动系统22施加制动扭矩的工作条件，以便根据LSP_set-speed值来控制车辆。如果没有设定LSP设定速度值，则LSP控制系统12采用待机模式。
要理解，如果LSP控制系统12处于工作模式，则抑制巡航控制系统16的操作。因此，两个系统即系统12、系统16以彼此独立的方式操作，使得根据车辆正在行驶的速度在任一时刻仅有一个系统可操作。
在一些实施例中，可以在同一硬件内配置巡航控制HMI 18和LSP控制HMI 20，使得例如经由同一硬件输入速度选择，其中，一个或更多个单独的开关被设置成在LSP输入与巡航控制输入之间切换。
图4示出了在LSP系统12中控制车辆速度的方式。如上所述，将用户选择的速度(设定速度)经由LSP控制HMI 20输入至LSP控制系统12。与动力系129(图1中所示)关联的车辆速度传感器34将指示车辆速度的信号36提供给LSP控制系统12。LSP控制系统12包括比较器28，比较器28将用户选择的设定速度38(也称为“目标速度“38)与测量的速度36进行比较并且提供指示该比较的输出信号30。输出信号30被提供至VCU 10的评估单元40，评估单元40根据是需要增大车辆速度还是需要减小车辆速度以保持速度LSP_set-speed来将输出信号30解释为需要对车辆车轮111至115施加附加扭矩，或者需要减小施加给车辆车轮111至115的扭矩。通常通过增大传递至给定传动系例如发动机输出轴的位置、车轮或任何其他合适的位置的动力系扭矩的量来实现扭矩的增大。通过减小传递至车轮的动力系扭矩并且/或者通过增大对车轮的制动力来实现将给定车轮处的扭矩减小至较小的正值或较大的负值。要理解，在其中动力系129具有可操作为发电机的一个或更多个电机的一些实施例中，可以由动力系129通过电机对一个或更多个车轮施加负扭矩。在一些情形中，也可以至少部分地基于车辆100正在行驶的速度借助于发动机制动来施加负扭矩。如果设置可操作为推进电动机的一个或更多个电机，则可以借助于一个或更多个电机来施加正驱动扭矩。
来自评估单元40的输出42被提供至动力系控制器11和制动控制器13，动力系控制器11和制动控制器13继而控制施加给车辆车轮111至车辆车轮115的净扭矩。可以根据对评估单元40是需要正扭矩还是负扭矩来增大或减小净扭矩。为了使得对车轮施加所需要的正扭矩或负扭矩，评估单元40可以命令由动力系129对车辆车轮施加正扭矩或负扭矩和/或由制动系统22对车辆车轮施加制动力，正扭矩或负扭矩或者制动力或者二者可以用于实现获得或保持所需要的目标车辆速度所需要的扭矩的变化。在所示的实施例中，单独地对车辆车轮施加扭矩，以便使车辆保持所需要的速度，但在另一实施例中，可以共同地对车轮施加扭矩以保持所需要的速度。在一些实施例中，动力系控制器11可以操作成通过控制动力传动系部件例如后驱动单元、前驱动单元、差速器或任何其他合适的部件来控制施加给一个或更多个车轮的扭矩的量。例如，动力传动系130的一个或更多个部件可以包括一个或更多个离合器，一个或更多个离合器可操作成能够改变施加给一个或更多个车轮的扭矩的量。也可以使用其他布置。
其中，动力系129包括一个或更多个电机，例如，一个或更多个推进马达和/或发电机，动力系控制器11可以操作成借助于一个或更多个电机来调节施加给一个或更多个车轮的扭矩。
LSP控制系统12还接收指示发生车轮滑移事件的信号48。该信号可以是提供至车辆的公路巡航控制系统16的相同信号48，并且在随后触发公路巡航控制系统16中的操作的撤销或禁止模式的情况下，使得中止或取消公路巡航控制系统16对车辆速度的自动控制。然而，并不将LSP控制系统12布置成根据对指示车轮滑移的车轮滑移信号48的接收来取消或中止操作。而是，系统12被布置成监测并随后处理车轮滑移，以便减少驾驶者工作量。在滑移事件期间，LSP控制系统12继续将测量的车辆速度与LSP设定速度的值进行比较，并且继续自动控制施加给车辆车轮的扭矩，以便使车辆速度保持在所选择的值。因此，要理解，LSP控制系统12被配置成不同于巡航控制系统16，对于巡航控制系统16，车轮滑移事件具有撤销巡航控制功能的作用，使得必须通过按压恢复按钮173R或设定速度按钮173来恢复对车辆的手动操作或者恢复巡航控制系统12的速度控制。
在本发明的另外的实施例(未示出)中，车辆滑移信号48不仅从车轮速度的比较得出而且还使用指示车辆相对于地面的速度的传感器数据来改善。可以经由全球定位(GPS)数据或者经由被布置成确定车辆100与车辆100正在行驶的地面的相对移动的车载雷达或基于激光的系统来进行这样的相对地面的速度的确定。在一些实施例中，相机系统可以用于确定相对地面的速度。
在LSP控制处理的任何阶段，用户可以通过下压加速器踏板161和/或制动踏板163来撤销功能，以沿正向或沿负向调节车辆速度。然而，在经由信号48检测到车轮滑移事件的情况下，LSP控制系统12保持工作并且不中止LSP控制系统12对车辆速度的控制。如图4所示，这可以通过将车轮滑移事件信号48提供至LSP控制系统12来实现，然后LSP控制系统12管理对车辆速度进行管理。在图1所示的实施例中，SCS 14产生车轮滑移事件信号48并且将其提供至LSP控制系统12和巡航控制系统16。
当在车辆车轮中的任何一个车轮处发生牵引力丧失时，触发车轮滑移事件。当例如在雪地、冰泥地或沙地以及/或者斜坡或横坡上行驶时，车辆和轮胎可能更易于失去牵引力。在这样的环境中，即，相比于在处于正常道路条件的公路上驾驶，地形更不平坦或更陡峭，车辆100可能更易于失去牵引力。因此，本发明的实施例在车辆100在非公路环境下或者在可能经常发生车轮滑移的情况下发现特别的益处。在这样的情况下，由用户手动操作可能是困难的事且经常有压力的体验，并且可能导致不舒适的乘坐。
车辆100还设置有另外的传感器(未示出)，这些传感器表示与车辆运动和车辆状态关联的多种不同的参数。这些另外的传感器可以为LSP控制系统12或HDC控制系统12HD唯一的惯性系统或者乘客约束系统或任何其他子系统的一部分，其可以提供来自传感器例如陀螺和/或加速度计的可以指示车体移动的数据并且可以将有用的输入提供至LSP控制系统12和/或HDC控制系统12HD。来自传感器的信号提供或用于计算指示车辆正在行驶的地形条件的性质(例如，泥地和车辙、沙地、草地/碎石/雪地)的多个驱动条件指标。
车辆100上的传感器(未示出)包括但不限于对VCU 10提供连续的传感器输出的传感器，所述传感器包括如先前提及并如图5中所示的车轮速度传感器34、环境温度传感器、大气压力传感器、轮胎压力传感器、车轮铰接传感器、检测车辆横摆、摇晃和俯仰角度和速率的陀螺传感器、车辆速度传感器、纵向加速度传感器、发动机扭矩传感器(或发动机扭矩估算器)、转向角传感器、方向盘速度传感器、坡度传感器(或坡度估算器)、可以为SCS 14的一部分的横向加速度传感器、制动踏板位置传感器、制动压力传感器、加速器踏板位置传感器、纵向、横向和竖直运动传感器以及形成车辆涉水辅助系统(未示出)的一部分的水检测传感器。在其他实施例中，仅可以使用前述传感器的选择。
VCU 10还接收来自转向控制器170C的信号。转向控制器170C呈电力辅助转向单元(ePAS单元)的形式。转向控制器170C将指示施加给车辆100的可转向道路车轮111、112的转向力的信号提供至VCU 10。该力对应于用户对方向盘171施加的力与由ePAS单元170C产生的转向力的组合。
VCU 10估算各种传感器输入，以确定多个不同的控制模式(驾驶模式)中的每个模式适合于车辆子系统的可能性，其中，如上所述，每个控制模式对应于车辆正在行驶的特定地形类型(例如，泥地和车辙、沙地、草地/碎石/雪地)。
如果用户在自动驾驶模式选择条件下已经选择车辆的操作，则VCU10然后选择一个或更多个控制模式中最合适的一个控制模式并且被自动配置成根据所选择的模式来控制子系统。在共同专利申请GB2492748和GB2492655中详细描述了本发明的该方面，其全部内容通过引用并入本文中。
在LSP控制系统12中也可以利用车辆正在行驶的地形的性质(如参照所选择的控制模式确定的那样)以确定施加给车辆车轮的驱动扭矩的合适的增大或减小。例如，如果用户选择不适于车辆正在行驶的地形的性质的LSP设定速度的值，则系统12可操作成通过减小车辆车轮的速度来自动向下调节车辆速度。在一些情况下，例如，用户选择的速度可能不能够实现或者不适于经过特定地形类型，特别是在不平坦或粗糙表面的情况下亦是如此。如果系统12选择的设定速度不同于用户选择的设定速度，则经由LSP HMI 20向用户提供速度限制的可见指示，以指示已经采用的替代的速度。
VCU 10可操作成接收指示车辆的倾斜率的信号，其为车辆的倾斜姿态随时间变化的速率。在一些实施例中，倾斜率与车辆绕纵(或‘东-西’)轴旋转通过车辆参考位置例如车辆的质心的速率对应。
VCU 10周期地监视倾斜率。如果VCU 10确定出车辆100的前部正在以超过规定值的速度沿向下的方向倾斜，则VCU 10被配置成命令对车轮111、112、114、115施加制动扭矩。在本实施例中，对四个车轮中的每个车轮施加制动扭矩。在一些可选实施例中，可以仅对车辆的后轮施加制动扭矩，以便减少前轮过度滑移的风险。在一些实施例中，对四个车轮中的每个车轮施加制动扭矩，但是被施加给车辆的后车轮的制动扭矩的量被布置成大于被施加给前车轮的扭矩的量。该特征在减少前车轮的过度滑移并同时使得从前车轮获得一些制动作用时是非常有用的。
在一些实施例中，VCU 10可以被配置成确定倾斜率是仅由进入凹陷例如坑洞的前车轮111、112中的一个车轮引起还是由这两个车轮引起。与未进入坑洞的前车轮相比，VCU10可以可操作成减少施加给已经进入坑洞中的前车轮的制动扭矩的量，可选地减少至基本为零。也可以使用其他布置。在一些实施例中，VCU 10可以可操作成通过监视由转向控制器170C所检测到的前车轮上的力来确定车辆100的前车轮中的一个车轮或二者是否已经遇到障碍。此外，或替代地，也可以使用其他指标，例如与车轮铰接、横向和纵向车辆加速度、车体滚动率和车辆横摆率有关的数据。要理解，在一些实施例中，可以使用这些现象中的一个或更多个现象来监视障碍对车辆前进的影响。
由VCU 10根据当前选择的驾驶模式来确定触发制动扭矩的施加的规定倾斜率。如上所述，可以由用户借助于选择器141S来选择驾驶模式或者由VCU 10来自动选择驾驶模式。在一些实施例中，还基于速度控制系统例如LSP控制系统12或HDC控制系统12HD是否正在操作来确定触发制动扭矩的施加的规定倾斜率。
图6是由VCU 10所检测到的倾斜率P随时间t的曲线图，以及由VCU 10响应于所检测到的倾斜率值而命令的制动扭矩TB的对应的曲线图。将沿倾斜向下方向上的倾斜的两个倾斜率阈值P1和P2叠加在倾斜率随时间的曲线图上。倾斜率P1与当在‘沙地’驾驶模式下驾驶时触发制动的阈值对应，而倾斜率P2与当在‘泥地和车辙’驾驶模式下驾驶时触发制动的阈值对应。在可替选的实施例中，倾斜率P1可以与‘泥地和车辙’驾驶模式对应，而倾斜率P2可以与‘沙地’驾驶模式对应。也可以使用其他布置。要理解，针对驶过具有相对低的表面摩擦系数的相对滑的地形，可以将倾斜率阈值设定为比当驶过具有相对高的表面摩擦系数时的值更低的值。然而，也可以考虑表面粗糙度，因为在相对粗糙的表面(例如，与‘泥地和车辙’模式或‘岩石缓行’模式对应的地形中会经历的表面)上的可允许悬架铰接的量比在相对平缓的地形的情况下更低。
在所示的示例中，车辆100正在‘沙地’模式下驾驶。因此，如果VCU 10确定倾斜率P已经超过阈值P1，则VCU 10命令借助于制动系统22施加制动扭矩TB，以控制或管理车辆的加速度。VCU 10被配置成通过命令增大制动器压力来命令增大制动扭矩。
从图6可以看出，在时刻t1处，倾斜率沿向下倾斜方向增大至阈值P1以上。因此，VCU 10命令增大由制动系统22所施加的制动扭矩TB。以相对突然的方式增大制动扭矩TB，以便减少车辆由于倾斜率的突然变化而加速的量。
在时刻t2处，倾斜率下降至阈值P1以下。在本实施例中，在该时刻处，VCU 10开始以平缓的方式减小所施加的制动扭矩，以为车辆的驾驶员提供借助于制动踏板163开始制动动作和/或例如通过释放加速器踏板161减少所要求的动力系扭矩的时间。在一些实施例中，VCU 10可以被配置成在倾斜率减小至P1以下之后响应于在规定时间段内倾斜率上的增大来命令制动扭矩TB。也可以使用其他布置。
例如，在一些实施例中，当VCU 10响应于倾斜率沿向下方向已经超过规定值来命令施加制动扭矩TB时，VCU 10监视车辆倾斜，以检测车辆100什么时候开始沿向上的方向改变倾斜姿态。当VCU 10检测到车辆100已经开始向上倾斜时，VCU 10可以命令减少由于检测到向下方向的倾斜而由VCU 10命令的另外的制动扭矩的量，可选地，减少至大致为零。因此，要理解，VCU 10可以被配置成检测车辆100的一个或更多个前车轮在驾驶表面中什么时候到达凹陷或其他向下斜坡的底部，并且释放制动扭矩，以使得车辆100继续前进。
在一些实施例中，VCU 10还可操作成通过向悬架系统控制器发出命令来命令改变车辆的悬架系统的刚度。在倾斜姿态沿向下方向的变化速率超过与瞬时驾驶模式对应的当前阈值P1或P2时，VCU 10命令增大制动扭矩TB并且此外改变悬架刚度。在一些实施例中，VCU 10被配置成命令增大悬架系统的刚度。在一些可替选实施例中，VCU 10被配置成命令减小悬架刚度。也可以使用其他布置。此外，或替代地，在一些实施例中，悬架系统控制器可以改变一个或更多个车轮的阻尼率。此外或替代地，在一些实施例中，悬架系统控制器可以改变承载高度。
VCU 10可以可操作成当车辆正在速度控制系统工作的情况下驾驶时以及当车辆正在速度控制系统不工作的情况下驾驶时监视倾斜率并且命令施加制动扭矩TB(并且，在一些实施例中，悬架系统的一个或更多个设置上的改变)。因此，VCU 10可以可操作成根据倾斜率来命令施加制动扭矩以用于速度控制，而不考虑是选择HDC系统12HD、LSP控制系统12还是巡航控制系统16。也可以使用其他布置。在一些实施例中，VCU10可以被布置成仅当HDC系统12HD工作时根据倾斜率来命令施加制动扭矩。
在一些实施例中，VCU 10可以可操作成当车辆100正在沿正向行驶时或向后行驶时根据倾斜率来命令施加制动扭矩。如果车辆正在向后行驶，则VCU 10可以可操作成如果车辆100的后部以超过规定倾斜率P的速率向下倾斜则命令增大制动扭矩。在给定驾驶模式下的规定倾斜率P可以小于在相同的模式下沿正向行驶的对应速率。可选地，规定倾斜率可以大于用于正向行驶的对应值，或者与用于正向行驶的值大致相同。
在一些实施例中，可以使用变化的倾斜率阈值Pn，根据确定车辆是否正在拖拽并且根据车辆的有效载荷的重量来设定Pn的值。要理解，如果确定车辆正在拖拽，则可以使用较小的倾斜率阈值，以便增强车辆和拖拽载荷的稳定性。类似地，可以随车辆载荷重量增大来减小倾斜率阈值。因此，可以增大在相对大的载荷的情况下非公路行驶时的车辆稳定性。在一些实施例中，从而可以减小当承载较重的负载时由于越过驾驶表面地形中的坑洞或其他极端变化而对车辆引起损坏的风险。
本发明的一些实施例提供了一种控制系统，该控制系统被布置成接收与车辆的倾斜角度的变化速率(倾斜率)对应的输入信号。如果倾斜率指示车辆的前端正在向下倾斜，则系统可操作成根据倾斜率来命令改变被施加给车辆的一个或更多个车轮的扭矩的量。在一些实施例中，如果倾斜率超过规定值，则系统可操作成对一个或更多个车轮施加制动。本发明的一些实施例的优点在于，如果车辆的一个或更多个车轮遇到其中驾驶表面沿向下的方向的坡度中呈现出相对急剧或突然的变化的地形特征例如坑洞、车辙等，则可以防止车辆速度过度增大。在一些实施例中，控制系统可以被配置成应用制动系统以使得车辆减速。该特征的优点在于，可以减小车辆越过地形特征时的速度。因此，如果车辆的前车轮到达地形特征的较低的区域并且开始爬出该地形特征，与如果没有响应于倾斜率自动施加制动扭矩的情况下所经历的冲击相比，可以减小车辆从下降转换至爬升时由车辆承受的冲击。因此，可以增强车辆稳定性和乘客舒适性。另外，可以减少由于车辆着地(其中车辆的底面与地面之间发生接触)而对车辆引起损坏的风险。
要理解，上述实施例仅作为示例给出并且不意在限制本发明，本发明的范围在所附权利要求中限定。
在本申请文件的整个说明书和权利要求书中，词语“包括”和“包含”及词语的变体例如“包括(comprising)”和“包括(comprises)”是指“包括但不限于”，并且不意在(并且不是)排除其他成分、添加、部件、整体或步骤。
在权利要求书的范围内，单数形式包括复数，除非文本另有要求。特别地，在使用不定冠词时，申请文件应理解为考虑复数形式和单数形式，除非文本另有需要。
在权利要求书的范围内，结合本发明的特定方面、实施例或示例描述的特征、整体、特性、复合物、化学成分或群体应当被理解成可应用于本文中所描述的任何其他方面、实施例或示例，除非与之不相兼容。

Claims (17)

1.一种用于具有多个车轮的车辆的系统，所述系统能够操作成接收与所述车辆的倾斜角度的变化速率即倾斜率对应的输入信号并且根据所述倾斜率来命令施加制动转矩以改变被施加于所述多个车轮中的至少一个车轮的扭矩的量，并且其中，所述系统能够操作成当所述车辆的前缘以超过规定速率的倾斜率沿向下的方向倾斜时命令改变被施加于所述多个车轮中的至少一个车轮的扭矩的量，所述规定速率根据所述车辆正在行驶的地形的类型来确定。
2.根据权利要求1所述的系统，所述系统能够操作成当所述车辆的前缘以超过规定速率的倾斜率沿向下的方向倾斜的时间段超过规定时间段时命令改变被施加于所述多个车轮中的至少一个车轮的扭矩的量。
3.根据权利要求1所述的系统，所述系统能够操作成当所述车辆的前缘以超过规定速率的倾斜率沿向下的方向倾斜的距离超过规定距离时命令改变被施加于所述多个车轮中的至少一个车轮的扭矩的量。
4.根据权利要求1所述的系统，所述系统能够操作成命令改变所述扭矩的量以阻止所述车辆的加速。
5.根据权利要求1所述的系统，所述系统能够操作成根据指示地形类型的一个或更多个输入来确定所述车辆正在行驶的所述地形的类型。
6.根据权利要求1所述的系统，所述系统能够操作成根据来自用户的与地形类型有关的输入来确定所述车辆正在行驶的所述地形的类型。
7.根据权利要求1所述的系统，所述系统能够操作成当所述车辆的前缘以超过规定速率的倾斜率沿向下的方向倾斜的时间段超过规定时间段时命令改变被施加于所述多个车轮中的至少一个车轮的扭矩的量，其中，所述规定时间段根据指示地形类型的一个或更多个输入来确定。
8.根据权利要求1所述的系统，所述系统能够操作成当所述车辆的前缘以超过规定速率的倾斜率沿向下的方向倾斜的距离超过规定距离时命令改变被施加于所述多个车轮中的至少一个车轮的扭矩的量，其中，所述规定距离根据指示地形类型的所述一个或更多个输入来确定。
9.根据权利要求1所述的系统，所述系统能够操作成控制所述车辆在多个相应的驾驶模式中的一个驾驶模式下操作，在所述多个相应的驾驶模式中的每个驾驶模式下，一个或更多个车辆子系统被配置成用于对不同的相应的地形类型操作，其中，所述驾驶模式根据所述地形类型来选择。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，所述系统能够操作成至少部分地根据所述倾斜率来命令改变与车辆悬架系统关联的一个或更多个参数。
11.根据权利要求10所述的系统，所述系统能够操作成至少部分地根据所述倾斜率和所述地形类型来命令改变与所述悬架系统关联的一个或更多个参数。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述一个或更多个参数包括所述悬架系统的刚度。
13.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，所述系统能够自动地操作成使所述车辆根据目标速度值来操作。
14.根据权利要求13所述的系统，所述系统能够操作成通过控制被施加于所述车辆的一个或更多个车轮的扭矩的量来使得所述车辆根据所述目标速度值来操作。
15.根据权利要求13所述的系统，所述系统能够操作成在检测到一个或更多个车轮的滑移时继续使得所述车辆根据所述目标速度值来操作。
16.一种包括根据权利要求1至15中的任一项所述的系统的车辆。
17.一种用于控制车辆的方法，包括：
接收与所述车辆的倾斜角度的变化速率即倾斜率对应的输入信号；以及
当所述车辆的前缘以超过规定速率的倾斜率沿向下的方向倾斜时，命令施加制动扭矩，以使得改变被施加于所述车辆的多个车轮中的至少一个车轮的扭矩的量，其中，所述规定速率根据所述车辆正在行驶的地形的类型来确定。
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