CN109890670A - 用于控制车辆的牵引力的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于控制车辆(10)的牵引力的装置(100)，其中，车辆(10)包括具有弹簧加载的制动缸的驻车制动系统(50)，该制动缸可操作以使用加压空气克服弹簧力释放驻车制动器，且驻车制动系统(50)配置成能制动车辆(10)的一个或多个驱动车轮(11)。该装置包括数据接口模块(110)和制动控制模块(120)。数据接口模块(110)配置成能接收根据车辆(10)的一个或多个车轮(11)的车轮滑移的输入信息(115)。制动控制模块(120)配置成能基于所接收的信息确定车轮滑移，以及控制驻车制动系统(50)以将车轮滑移保持在阈值以下，从而控制车辆(10)的牵引力。

Description

用于控制车辆的牵引力的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的牵引力控制的装置和方法，尤其涉及一种对于商用车辆关于车轮滑移超控驾驶员驻车制动请求的方法。
背景技术
许多车辆需具有两个制动系统，一个是用于正常制动动作的行车制动器，另一个是驻车制动器。两个制动系统是独立的，以保证车辆安全停止。如果行车制动器失效，则驻车制动器用作辅助制动器。对于商用车辆，驻车制动器通常由加压空气操作，且可包括弹簧加载的制动缸，其中，如果未施加足够的空气压力，弹簧就自动地接合制动器。通过将压缩空气施加到弹簧加载的制动缸以克服弹簧力来释放驻车制动器。永久作用的弹簧力保证车辆只能在车辆操作期间移动，否则驻车制动器就保持安全地施加。
电子控制也越来越多地在商用车辆的驻车制动系统中实现。电子控制允许并改善驻车制动器的操作。在传统应用中，电子控制的驻车制动系统用于自动释放或自动致动驻车制动器。除了这些应用之外，在驻车制动器用作车辆的辅助制动系统的情况下，仍然需要进一步改进。
但是，驻车制动器的任何改进都必须考虑到法律要求。例如，在例如由于主制动器故障而采用辅助制动器时，设计上应保证制动力可由驾驶员按比例控制，以保持车辆的稳定性。此外，通过技术上保证不施加不同于驾驶员请求的制动力，有些车辆满足行车制动ABS系统(ABS＝防抱死制动系统)的强制要求而没有加速牵引力控制功能。
在车辆运动期间应用驻车制动器是罕见的情况。在大多数情况下，只有在行车制动器失效时才应用驻车制动器作为辅助制动系统。因此，驾驶员使用驻车制动器控制制动力的经验受到限制——特别是当驾驶员在致动驻车制动杆时试图保持车辆稳定时。在这种情况下经常失去稳定性，且安全风险增加。
另一方面，无加速牵引力控制的车辆系统对驾驶员也非常苛求。特别是，打滑的道路情况不仅会引起安全风险，而且可能同样导致交付延迟和额外的运营成本。
尽管针对制动的滑移控制在许多地区都是强制性的，但牵引力控制系统通常是可选的，因此未予实施——即使考虑到安全风险的增加和运输稳健性的损失。
因此，需要通过简单的手段来实现牵引力控制系统。
发明内容
上述问题中的至少一些通过根据权利要求1的装置、根据权利要求10的车辆和根据权利要求13的方法解决。从属权利要求涉及其他特别有利的实施方案。
本发明涉及一种用于控制车辆的牵引力的装置。该车辆包括具有弹簧加载的制动缸的驻车制动系统，该制动缸可操作以使用加压空气克服弹簧力释放驻车制动器。驻车制动系统配置成能制动车辆的一个或多个驱动车轮。该装置包括数据接口模块和制动控制模块。数据接口模块配置成能接收根据车辆的一个或多个(驱动)车轮的车轮滑移的信息。制动控制模块配置成能基于所接收的信息确定车轮滑移，并控制驻车制动系统以将车轮滑移保持在阈值以下，从而控制车辆的牵引力。牵引力控制还可保持至少一个驱动车轮的最小轮速。
应当理解，根据车辆是加速还是减速，车轮滑移可以是正的或负的。因此，阈值可涉及正滑移值或负滑移值。可选地，至少两个阈值还可限定出一滑移范围，驱动车轮的滑移可保持在该滑移范围内，其中，滑移的零值可不包括在该范围内，以保证有效的加速。因此，制动控制模块可配置成将车轮滑移保持在预定的滑移范围内。
还应理解，驻车制动器可独立于正常驾驶操作期间使用的正常行车制动器使用。弹簧加载的缸包括具有弹簧的室，该弹簧保证采用驻车制动器且因而车辆被制动，除非至少最小压力施加于室以释放驻车制动器，从而允许车辆移动。
可选地，制动控制模块配置成：能在没有车辆驾驶员的输入的情况下操作和/或能超控驾驶员的驻车制动请求。例如，当启动车辆时，驾驶员将释放驻车制动器并在正常制动操作期间使用行车制动器。然而，在车辆的该正常驾驶操作期间，该装置可配置成能超控驾驶员的释放请求，以便实现车辆的牵引力控制。因此，驻车制动器不仅用作辅助制动系统，而且主动用于实现牵引力控制。如果驻车制动器是电子控制的，且不仅通过使用驾驶员的手柄来释放或启用驻车制动器，则可实现这一点。由于牵引力控制通过使用驻车制动器(而不是行车制动器)来实现，因此行车制动器仍然可独立于驻车制动器用于防抱死作用(作为ABS)。由于驻车制动器在大多数车辆中仅实施为在正常行车制动器失效的情况下使用的辅助制动系统，因此在车辆的正常操作期间多数情况下不使用，因此可用于牵引力控制而不会干扰其目的。
可选地，制动控制模块配置成：能控制驻车制动器以与车辆的其他车轮中的一个不同地制动一个或多个驱动车轮。牵引力控制通常在驱动轴的车轮上实现。因此，通过制动驱动轴的至少一个车轮，可驱动轴的所有车轮上施加的动量均衡，而不需要控制由发动机施加在驱动轴的车轮上的加速力矩。因此，可在车辆加速期间控制施加在车辆上的横摆力矩。
当然，车轮滑移可直接通过将车轮的转速与车辆的速度进行比较来确定。然而，该装置本身不必确定或计算车轮滑移。相反，该装置可从车辆的另一控制单元获取该量，以便相应地作用在至少一个驱动车轮上。因此，数据接口模块还可配置成能从车辆的控制单元检索指示当前车轮滑移的值。
车辆还可包括动态传感器，所述动态传感器能够操作以感测车辆的横摆力矩，且数据接口模块还可配置成能接收来自动态传感器的传感器数据。因此，制动控制模块可配置成：能基于横摆力矩修改用于车轮滑移的阈值。
此外，车辆可包括轮速传感器和/或车速传感器，在这种情况下，数据接口模块可配置成能接收指示轮速和/或车速的数据，且制动控制模块可配置成能将车轮滑移确定为轮速与车速变量的比。
车辆还可包括以下附加传感器中的至少一个：发动机速度、传动轴传感器、里程表、转速传感器，其中，所述至少一个附加传感器永久地或暂时地与一个或多个驱动车轮连接。因此，数据接口模块还可配置成能接收来自至少一个附加传感器的附加传感器数据，且制动控制模块可配置成能基于所接收的附加传感器数据确定轮速。
可选地，车辆还包括以下补充传感器中的至少一个：GPS传感器、环境物体检测传感器。因此，数据接口模块还可配置成能接收来自至少一个补充传感器的补充传感器数据，且制动控制模块还可配置成能基于补充传感器数据确定车速。
本发明还涉及一种包括如前所述的装置和具有弹簧加载的制动缸的驻车制动系统的车辆，该制动缸可操作以使用加压空气克服弹簧力释放驻车制动器，其中，驻车制动系统配置成能制动车辆的一个或多个驱动车轮。
可选地，车辆包括至少一个动态传感器或摄像机，其配置成确定以下中的至少一个：轮速、横摆角速度、转向角、发动机速度、车速、车辆环境中的物体。驻车制动系统还可配置成能控制与车轮有关的空气压力。
本发明还涉及一种用于控制车辆的牵引力的方法，其中，车辆也包括具有弹簧加载的制动缸的驻车制动系统，该制动缸可操作以使用加压空气克服弹簧力释放驻车制动器，且驻车制动系统也配置成能制动车辆的一个或多个驱动车轮。该方法包括以下步骤：接收根据车辆的一个或多个车轮的车轮滑移的信息；基于所接收的信息确定车轮滑移；以及控制驻车制动系统以保持车轮滑移低于阈值，从而控制车辆的牵引力。
该方法也可在软件中实施或实施为计算机程序产品。因此，本发明还涉及一种计算机程序产品，其具有存储在其上的程序代码，用于当计算机程序在计算机或处理器上执行时执行上述方法。另外，先前结合装置描述的所有功能都可实现为进一步的方法步骤，且可在软件或软件模块中实现。
本发明的实施例通过使用示例性商用车辆的驻车制动系统用于牵引力控制而解决了上述问题中的至少一些。与仅在制动操作(即车辆减速)期间操作的已知车轮滑移控制系统相比，本发明的实施例在车辆应当加速时使用驻车制动器，同时在打滑路面情形下保持对车辆的控制。因此，根据本发明的装置不应避免车轮的阻挡，而是应保证足够的牵引力以加速车辆，同时防止不希望的横摆力矩。特别是，应消除车轮的滑转，否则会限制车轮–道路摩擦。如果车轮在滑转且没有足够的道路牵引力，则侧向支撑(向车辆右手侧的左侧)也会受到损害。
附图说明
以下将仅通过示例并参考附图来描述系统和/或方法的一些示例，其中：
图1示出了具有根据本发明实施例的装置的商用车辆；
图2示出了随滑移变化的车轮和道路之间的摩擦的函数关系。
图3示出了根据本发明实施例用于控制车辆牵引力的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了具有根据本发明实施例的装置100的商用车辆10。车辆10包括具有弹簧加载的制动缸(未示出)的驻车制动系统50，该制动缸可操作以使用加压空气克服弹簧力释放驻车制动器50，且驻车制动系统50配置成能制动车辆10的一个或多个驱动车轮11。然而，驻车制动系统50可配置成，不仅能控制驱动车轮11上的制动致动器，而且还能控制车辆10的非驱动车轮12上的制动致动器。为此，提供相应的连接60，其可包括布线(例如车辆通信总线)和/或液压管线和/或气动管线。
装置100包括数据接口模块110和制动控制模块120。数据接口模块110配置成能接收根据车辆10的一个或多个车轮11的车轮滑移的输入信息115。制动控制模块120配置成能基于所接收的信息确定车轮滑移，并控制驻车制动系统50以将车轮滑移保持在阈值以下，从而控制车辆10的牵引力。
驻车制动系统50尤其可以是电子控制的，且用压缩空气操作弹簧加载的室(弹簧加载的制动缸)。室中的压力可根据来自控制电子装置的命令由电磁阀控制，控制电子装置例如连接到车辆通信总线60。该命令可包括关于轮速的信息。因此，在没有驾驶员请求驻车制动操作的情况下保持弹簧制动器的制动力，且将驱动车轮11的(旋转)速度保持在预定的滑移范围内。
车辆10还可包括用于检测轮速、横摆角速度、转向角或环境物体的车辆动态传感器。该动态传感器可例如包括雷达、摄像机、激光雷达等。因此，连接60可用于将相应的传感器数据从车辆动态传感器传送到控制单元，或直接传送到数据接口模块110作为输入信息115。
驻车制动系统50还可配置成，能将驱动轴的至少一个车轮11的(气动)压力设置为与其他车轮12的压力不同。这可由制动控制模块120控制。
根据实施例，基于车辆10中的转速传感器的传感器数据确定轮速，所述转速传感器可耦接到与驱动车轮永久或暂时连接的车轴。该一个或多个转速传感器可通过感测传动轴来检测发动机速度。它们也可以是里程表或轮速传感器。
在又一实施例中，可依赖外部信息来检测车速。例如，车速可直接从或通过组合用于评估各个车轮速度的传感器和/或GPS传感器(GPS＝全球定位系统)和/或环境物体检测传感器来确定。这些传感器可以是所提到的车辆动态传感器的一部分，但也可以是独立的传感器。同样，它们可例如至少部分地使用连接60将相应的传感器数据通信到控制单元，或直接通信到数据接口模块110作为输入信息115。
图2示出了随滑移变化的车轮和道路之间的摩擦的函数关系。滑移定义为：
s＝(v-r·ω)/v (1)，
其中，v是道路上的车速，r是半径，ω是与道路接触的相应车轮的角速度。实施例可使用该定义或简单地将滑移s确定为轮速r·ω和车速变量v的比。
摩擦力被定义为施加的水平力Fhor和垂直力Fvert之比，且因此如果没有施加水平力则为0，尽管车轮旋转(没有任何牵引力的滑转轮)。垂直力基本上由车辆10的重量给出，而水平力限定了期望的制动或加速度。对于给定的车辆，垂直力Fvert在大多数情况下是恒定的(如果道路是平坦的)，而对于特定的滑移值，水平力Fhor是最大的。
在该思想中，车辆10的制动涉及滑移值s的正值。在图2所示的示例中，最大水平力Fhor在大约s＝0.15时实现。对于更高的滑移值，根据道路状况、轮胎、天气条件和其他条件，水平力Fhor减小并渐近地达到值μ。
对于牵引力，滑移值s是负的。此外，对于大约s＝-0.15的滑移值，实现最大水平力Fhor(对于给定发动机扭矩而言的最大加速度)，对于更负的滑移值，水平力绝对值再次变小。因此，执行牵引力控制的目的是，在大约滑移值s＝-0.15，尽可能接近负水平力Fhor的最大值。这保证了由车辆发动机施加在驱动车轮11上的动量以最大效率用于加速车辆10。图2还示出了正常牵引力发生在大约s＝0处，此时车辆缓慢地加速且几乎没有滑移。
牵引力控制在滑移“s”达到初始阈值时开始以优化发动机扭矩在道路上的传递，且保持在滑移范围Δs中，其中，纵向摩擦的最大值在该滑移范围Δs内(-0.23<s<-0.05)。为了利用该滑移范围Δs，纵向力Fhor应由动力传动系的扭矩和制动的平衡来控制。根据本发明，可为驱动轴的每个车轮单独维持滑移“s”——特别是适应于每侧车轮的不同路况，因为车辆10能够独立控制驱动车轮11上的驻车制动力。
由于车辆10包括用于检测车辆的横摆力矩的可选的车辆动态传感器，因此可根据检测到的车辆10的横摆力矩来修改滑移范围Δs。这些动态传感器可例如包括轮速传感器、横摆角速度传感器、转向角传感器或能够测量车辆相对于车辆周围的非移动物体(例如建筑物、树木、桥梁或其他物体)的相对位置的传感器。
图2中的第二条曲线(在s＝0处具有最大值)示出了车轮的侧向附着系数，并进一步说明了侧向摩擦因纵向滑移“s”的增加而减小，从而导致潜在的侧向运动(向一侧)，因而失去稳定性。由于仅能估计实际道路的滑移曲线，因此可使用某些反馈测量以根据车辆动态传感器估计的横摆力矩调整期望的滑移值“s”。
一旦确定了期望的滑移值，本发明的实施例就在没有驾驶员请求的情况下操作驻车制动器50，以便根据期望值控制至少一个车轮。这样，避免了驱动车轮11的滑转，且纵向力可最大化，同时侧向力保持在足以将车辆10的横摆角速度保持在驾驶员期望的值上。
与由行车制动系统实现的牵引力控制功能相比，这些实施例不需要集成任何附加部件——尤其是在ABS系统的情况下。然而，电子控制的驻车制动系统50具有实现牵引力控制所需的所有特征，使得不需要行车制动系统用于该功能。
图3示出了根据本发明实施例的用于控制车辆牵引力的方法的流程图。该方法包括以下步骤：接收S110根据车辆10的一个或多个车轮的车轮滑移的信息115；基于所接收的信息确定S120车轮滑移；以及控制S130驻车制动系统50以将车轮滑移保持在阈值以下，从而控制车辆10的牵引力。
如前所述的装置100的功能可实现为另外的可选方法步骤。另外，任何定义的功能都可使用专用硬件来提供，比如能够执行与适当软件相关联的软件的控制单元。因此，当计算机程序在计算机或处理器上执行时，根据本发明的方法也可以以具有用于执行该方法的程序代码的计算机程序的形式实现。此外，本文中描述为“模块”的任何实体均可对应于或实现为“一个或多个模块”、“一个或多个装置”、“一个或多个单元”等。还应理解，装置100可例如通过安装适当的软件来实现为车辆10的控制单元中的一个的一部分。
说明书和附图仅说明了本公开的原理。因此，应当理解，本领域技术人员将能够设计出各种布置，这些布置虽然未在本文中明确描述或示出，但仍体现了本公开的原理且包括在其范围内。
此外，尽管每个实施例均可独立地作为单独的示例，但应当注意，在其他实施例中，可不同地组合所定义的特征，即，在一个实施例中描述的特定特征也可在其他实施例中实现。这些组合由本文的公开内容涵盖，除非声明特定组合不是预期的。
附图标记列表
10 车辆
11 一个或多个驱动车轮
12 非驱动车轮
50 驻车制动系统
100 装置
110 数据接口模块
115 输入信息
120 制动控制模块
Δs 滑移范围
v 车速

Claims (14)

1.一种用于控制车辆(10)的牵引力的装置(100)，所述车辆(10)包括具有弹簧加载的制动缸的驻车制动系统(50)，所述制动缸能够操作以使用加压空气克服弹簧力释放驻车制动器，所述驻车制动系统(50)配置成能制动车辆(10)的一个或多个驱动车轮(11)，
所述装置(100)的特征在于：
-数据接口模块(110)，其配置成：能接收根据车辆(10)的所述一个或多个驱动车轮(11)的车轮滑移的输入信息(115)；和
-制动控制模块(120)，其配置成：能基于所接收的信息确定车轮滑移，以及能控制驻车制动系统(50)以将车轮滑移保持在阈值以下，从而控制车辆(10)的牵引力。
2.根据权利要求1所述的装置(100)，
其特征在于，
所述制动控制模块(120)配置成：能在没有车辆(10)的驾驶员的输入的情况下操作和/或能超控驾驶员的驻车制动请求。
3.根据权利要求1或2所述的装置(100)，
其特征在于，
制动控制模块(120)配置成：能控制驻车制动系统(50)以与车辆(10)的其他车轮(11，12)中的一个不同地制动所述一个或多个驱动车轮(11)。
4.根据前述权利要求之一所述的装置(100)，
其特征在于，
所述制动控制模块(120)还配置成：能将车轮滑移保持在预定滑移范围(Δs)内。
5.根据前述权利要求之一所述的装置(100)，
其特征在于，
所述数据接口模块(110)配置成：能从车辆(10)的控制单元检索指示当前车轮滑移的值。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其中，车辆(10)包括动态传感器，所述动态传感器能够操作以感测车辆(10)的横摆力矩，
其特征在于，
-所述数据接口模块(110)还配置成：能接收来自动态传感器的传感器数据作为输入信息(115)，以及
-所述制动控制模块(120)配置成：能基于所述横摆力矩修改用于车轮滑移的阈值。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其中，车辆(10)包括轮速传感器和车速传感器，
其特征在于，
-所述数据接口模块(110)配置成：能接收指示轮速和车速的进一步的数据作为输入信息(115)，以及
-所述制动控制模块(120)配置成：能将车轮滑移确定为轮速和车速变量的比。
8.根据权利要求7所述的装置(100)，其中，车辆(10)还包括以下附加传感器中的至少一个附加传感器：发动机速度传感器、传动轴传感器、里程表、转速传感器，其中，所述至少一个附加传感器永久地或暂时地与所述一个或多个驱动车轮耦合，
其特征在于，
-所述数据接口模块(110)还配置成：能接收来自所述至少一个附加传感器的附加传感器数据作为输入信息(115)；以及
-所述制动控制模块(120)配置成：能基于所接收的附加传感器数据确定轮速。
9.根据权利要求7或8所述的装置(100)，其中，车辆(10)还包括以下补充传感器中的至少一个补充传感器：GPS传感器、环境物体检测传感器，
其特征在于，
-所述数据接口模块(110)还配置成：能接收来自所述至少一个补充传感器的补充传感器数据作为输入信息(115)；以及
-所述制动控制模块(120)配置成：能基于补充传感器数据确定车速。
10.一种车辆(10)，其包括具有弹簧加载的制动缸的驻车制动系统(50)，所述制动缸能够操作以使用加压空气克服弹簧力释放驻车制动器，所述驻车制动系统(50)配置成能制动车辆(10)的一个或多个驱动车轮(11，12)，
其特征在于，所述车辆包括：
根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)。
11.根据权利要求10所述的车辆(10)，
其特征在于，所述车辆包括：
至少一个动态传感器或摄像机，其配置成：能确定以下中的至少一个：轮速、横摆角速度、转向角、发动机速度、车速、车辆(10)的环境中的物体。
12.根据权利要求10或11所述的车辆(10)，
其特征在于，
驻车制动系统(50)配置成：能控制与车轮有关的空气压力。
13.一种用于控制车辆(10)的牵引力的方法，所述车辆(10)包括具有弹簧加载的制动缸的驻车制动系统(50)，所述制动缸能够操作以使用加压空气克服弹簧力释放驻车制动器，所述驻车制动系统(50)配置成：能制动车辆(10)的一个或多个驱动车轮，该方法的特征在于：
-接收(S110)根据车辆(10)的所述一个或多个车轮的车轮滑移的输入信息(115)；
-基于所接收的信息确定(S120)车轮滑移；和
-控制(S130)驻车制动系统(50)以将车轮滑移保持在阈值以下，从而控制车辆(10)的牵引力。
14.一种计算机程序载体，其具有用于在计算机或处理器上执行计算机程序时执行如权利要求13所述的方法的程序代码。
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