CN111114549A - 手动挡车辆坡起辅助装置、手动挡车辆和坡起辅助方法 - Google Patents

手动挡车辆坡起辅助装置、手动挡车辆和坡起辅助方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于车辆制动控制技术领域，公开了一种手动挡车辆坡起辅助装置、手动挡车辆和坡起辅助方法。所述坡起辅助装置包括ABS轮速传感器、坡起辅助开关、CAN总线、ASR电磁阀和ABS电磁阀，ASR电磁阀用于主动施加制动压力P1；ABS电磁阀在发动机输出扭矩T3大于或等于车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻时对制动压力P1进行调节使其梯度释放。本发明通过设置ABS电磁阀和ASR电磁阀，在坡起功能激活时ASR电磁阀对车辆施加制动压力，发动机输出扭矩增加到大于等于车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻时，ABS电磁阀对制动压力进行梯度调节，避免了发动机输出扭矩在小于车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻时的溜坡风险，使手动挡商用车的坡起实现自动控制。

Description

手动挡车辆坡起辅助装置、手动挡车辆和坡起辅助方法
技术领域
本发明涉及车辆坡起控制技术领域，尤其涉及一种手动挡车辆坡起辅助装置、手动挡车辆和坡起辅助方法。
背景技术
坡起辅助系统使车辆坡起操作更为简单，起步更平稳柔顺，防止车辆溜坡造成危险，但是现有的坡起控制系统，多数需要匹配自动挡变速箱才能实现。自动挡车辆的坡起辅助系统，在没有油门开度的情况下通过ECU控制输出扭矩保证车辆不会后溜；当检测到驾驶员踩油门时，发动机输出扭矩大于ECU输出扭矩时坡起辅助系统退出。
对于手动挡车辆，当驾驶员松开驻车制动后，系统维持制动力一段时间，并随着动力系统结合程度、提供驱动力的增加而逐渐退出。车辆在进行上坡起步时，由于制动力和驱动力之间的切换不够平顺，常常会发生车辆溜坡后退的危险情况，从而造成交通事故，为了避免起步时发生后退产生一系列后果的问题，陆续出现了坡道起步辅助控制系统。在驾驶室内设置坡起辅助开关，通过主动开启坡起辅助系统，为驱动轮施加储备驱动力的方式来防止溜坡。与自动挡坡起辅助系统的控制方式相似。
两种坡起辅助系统都是通过加大或储备驱动轮驱动力或扭矩的方式来防止溜坡，因此燃油消耗大，尤其是商用车由于质量大，上坡路段直接将制动力瞬间全部卸载会增加车辆行驶风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种手动挡车辆坡起辅助装置、手动挡车辆和坡起辅助方法，能够使手动挡车辆的坡起实现自动控制。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种手动挡车辆坡起辅助装置，包括：
ABS轮速传感器，用于采集轮速信号；
坡起辅助开关，用于提供坡起开关状态；
CAN总线，用于获取发动机输出扭矩；
ASR电磁阀，用于主动施加制动压力P1；
ABS电磁阀，用于在发动机输出扭矩T3大于等于车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻时对所述ASR电磁阀施加的所述制动压力P1进行调节使所述制动压力P1梯度释放。
可选地，所述ABS电磁阀通过双通单向阀调节所述ASR电磁阀的制动压力P1。
可选地，还包括ABS控制器，所述ABS控制器接收所述ABS轮速传感器、所述坡起辅助开关和所述CAN总线的信号，并向所述ASR电磁阀和所述ABS电磁阀发送控制信号。
一种手动挡车辆，包括本发明提供的一种手动挡车辆坡起辅助装置，实现了手动挡车辆的坡起自动控制。
可选地，所述手动挡车辆为手动挡商用车。
一种手动挡车辆坡起辅助方法，所述手动挡车辆坡起辅助方法使用手动挡车辆坡起辅助装置，包括如下步骤：
S1，采集轮速信号和坡起开关状态信号；
S2，采集发动机输出扭矩F3；
S3，在所述坡起开关状态为启用状态时，对车辆主动施加制动压力P1，以对车辆进行制动；
S4，判断所述发动机输出扭矩T3大于等于所述车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻时，对所述制动压力P1进行调节使所述制动压力P1梯度释放。
可选地，所述制动压力P1的释放梯度大于发动机输出扭矩的增加梯度。
可选地，所述车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻通过下面的公式计算得出，
Figure BDA0002332086570000031
式中，T1为车辆在坡路上且停驶前第一时刻发动机输出扭矩、a1为第一时刻车辆加速度；T2为车辆在坡路上且停驶前第二时刻发动机输出扭矩、a2为第二时刻车辆加速度。
可选地，所述第一时刻车辆加速度a1和所述第二时刻车辆加速度a2通过采集所述ABS轮速传感器的所述轮速信号并微分得到。
可选地，所述制动压力P1在车辆起步完成时完全释放。
本发明的有益效果：
本发明提供一种手动挡车辆坡起辅助装置，通过设置ABS电磁阀和ASR电磁阀，在坡起功能激活时对车辆施加制动压力，发动机输出扭矩增加到大于等于车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻时，ABS电磁阀开启，对制动压力进行梯度调节，避免了发动机输出扭矩在小于车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻时的溜坡风险；通过对发动机输出扭矩增加到大于等于车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻时刻的判断，使手动挡车辆的坡起实现自动控制。
本发明提供一种手动挡车辆坡起辅助方法，在发动机输出扭矩增加到大于等于车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻时，ABS电磁阀开启，对制动压力进行梯度调节，避免了发动机输出扭矩在小于车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻时的溜坡风险，使手动挡车辆的坡起实现自动控制。
附图说明
图1是本发明实施例提供的坡起辅助装置组成示意图；
图2是本发明实施例提供的坡起辅助装置的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
首先对本实施例中涉及到的英文简称进行解释说明如下：
ABS：Anti-locked Braking System，防抱死刹车系统。
ASR：Traction Control System，牵引力控制系统。
CAN：Controller Area Network,控制器局域网络。
本发明实施例提供一种手动挡商用车坡起辅助装置，如图1所示，包括：
ABS轮速传感器，用于采集轮速信号；
坡起辅助开关，用于提供坡起开关状态；
CAN总线，用于获取车辆输出扭矩；
ASR电磁阀，用于主动施加制动力P1；
ABS电磁阀，用于在发动机输出扭矩T3大于等于所述车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻时对ASR电磁阀施加的制动力进行调节以达到制动力梯度释放。
需要解释的是，在手动挡商用车坡起辅助装置中，ABS轮速传感器、坡起辅助开关和CAN总线分别连接在ABS控制器的输入端，用于采集轮速信号、坡起开关状态和CAN总线上的发动机输出扭矩，并据此计算和判断商用车的阻力和输出扭矩之间的关系；ABS电磁阀和ASR电磁阀分别连接在ABS控制器输出端，坡起功能激活时开启ASR电磁阀对车辆主动施加制动力，在坡起制动力释放阶段，开启ABS电磁阀对ASR电磁阀施加的制动力进行调节，以达到制动力梯度释放的目的，进而避免了坡起时制动力全部卸载可能产生的溜坡风险，使手动挡商用车的坡起实现自动控制。
可选地，本发明的一个实施例中，ASR电磁阀和ABS电磁阀之间通过一双通单向阀相连，ABS电磁阀通过双通单向阀调节ASR电磁阀的制动压力P1。
如图2所示是本发明提供的手动挡商用车坡起辅助装置的原理图，当坡起辅助开关打开状态时，坡起功能激活，ABS控制器控制ASR电磁阀开启，施加制动压力P1，该制动压力P1对应ASR电磁阀开度最大的状态。随着发动机输出扭矩增加到车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻时，ABS电磁阀开启，ABS电磁阀调节制动压力P1使其逐步释放，即制动压力P1逐渐减小，此时车辆开始坡起起步，车速逐渐增加，制动压力P1梯度释放，直至车辆起步完成时，制动压力P1完全释放，即制动压力P1为零，发动机持续输出扭矩车辆完成坡起，坡起辅助开关关闭，ASR电磁阀和ABS电磁阀关闭。
对于坡起工况，首先需要人工启动坡起辅助开关，ABS控制器输出控制信号给ASR电磁阀以开启并提供最大制动压力P1。同时ABS控制器实时接收CAN总线上的发动机输出扭矩数据信号，当发动机的某一时刻的输出扭矩大于或等于车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻时，制动压力P1开始释放。
可选地，在发动机的某一时刻的输出扭矩大于车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻时，制动压力P1开始释放，避免由于计算和信号检测造成的误差影响。
车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻可以通过下面的公式计算得出，首先根据牛顿第二定律，有：
F1-F阻1＝ma1
F2-F阻2＝ma2
式中，F1为车辆在坡路上且停驶前第一时刻牵引力、a1为第一时刻车辆加速度；F阻1为第一时刻车辆受到沿斜坡向下的阻力；F2为车辆在坡路上且停驶前第二时刻牵引力、a2为第二时刻车辆加速度；F阻2为第二时刻车辆受到沿斜坡向下的阻力；m为车辆整车质量。
其中，第一时刻和第二时刻为车辆在坡路上且停驶前的任意两个时刻，假设两个时刻车辆受到的阻力相等，F阻1＝F阻2，进而可以得到：
Figure BDA0002332086570000071
Figure BDA0002332086570000072
由于车辆在坡路停驶前和车辆坡起是同一个位置，因此车辆在坡路停驶前所受到的阻力与车辆坡起时所受的阻力是相同的，即F阻1＝F阻2＝F阻，所以有：
Figure BDA0002332086570000073
根据车辆牵引力和输出扭矩之间的关系，可以得到：
Figure BDA0002332086570000074
其中，T阻为车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩，T1为车辆在坡路上且停驶前第一时刻发动机输出扭矩、a1为第一时刻车辆加速度；T2为车辆在坡路上且停驶前第二时刻发动机输出扭矩、a2为第二时刻车辆加速度。发动机输出扭矩T1、T2可从CAN总线信号中获取，a1、a2可通过ABS轮速传感器的轮速信号微分得出。
根据车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻，当发动机输出扭矩T3大于或等于阻力矩T阻时，ABS控制器控制ABS电磁阀开启，对制动压力P1进行调节，制动压力P1开始梯度释放，直至完成平稳起步。
本实施例中ABS控制器从坡起辅助开关启动激活开始控制ASR电磁阀施加制动压力P1；根据坡起位置的阻力矩T阻对坡起输出扭矩进行判断，将坡起时发动机输出扭矩T3大于等于阻力矩T阻时刻作为制动压力P1释放时刻，并通过ABS电磁阀调节ASR电磁阀的制动压力P1释放，直到车辆平稳起步，在手动挡车辆上实现了坡起辅助控制，降低了手动挡车辆的溜坡概率。
其中，ASR电磁阀的制动压力释放是指制动压力P1梯度下降，并且下降梯度大于发动机输出扭矩梯度，保证车辆有足够的牵引力起步运行。
本发明提供的手动挡商用车坡起辅助装置适用于任意具有ABS控制器的手动挡车辆的坡起辅助。
基于所述的手动挡商用车坡起辅助装置，本发明还提供一种坡起辅助方法，所述方法包括如下步骤：
S1，采集轮速信号和坡起开关状态信号；
S2，采集发动机输出扭矩T3；
S3，在所述坡起开关状态为启用状态时，对车辆主动施加制动压力P1，以对车辆进行制动；
S4，判断所述发动机输出扭矩T3大于等于所述车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻时，对所述制动压力P1进行调节使所述制动压力P1梯度释放。
其中，车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻可以通过下面的公式计算得出，首先根据牛顿第二定律，有：
F1-F阻1＝ma1
F2-F阻2＝ma2
式中，F1为车辆在坡路上且停驶前第一时刻牵引力、a1为第一时刻车辆加速度；F阻1为第一时刻车辆受到沿斜坡向下的阻力；F2为车辆在坡路上且停驶前第二时刻牵引力、a2为第二时刻车辆加速度；F阻2为第二时刻车辆受到沿斜坡向下的阻力；m为车辆整车质量。
其中，第一时刻和第二时刻为车辆在坡路停驶前的两个相邻时刻，假设两个相邻时刻车辆受到的阻力相等，F阻1＝F阻2，进而可以得到：
Figure BDA0002332086570000091
Figure BDA0002332086570000092
由于车辆在坡路停驶前和车辆坡起是同一个位置，因此车辆在坡路停驶前所受到的阻力与车辆坡起时所受的阻力是相同的，即F阻1＝F阻2＝F阻，所以有：
Figure BDA0002332086570000093
根据车辆牵引力和输出扭矩之间的关系，可以得到：
Figure BDA0002332086570000094
其中，T阻为车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩，T1为车辆在坡路上且停驶前第一时刻发动机输出扭矩、a1为第一时刻车辆加速度；T2为车辆在坡路上且停驶前第二时刻发动机输出扭矩、a2为第二时刻车辆加速度。发动机输出扭矩T1、T2可从CAN总线信号中获取，a1、a2可通过ABS轮速传感器的轮速信号微分得出。
在ABS电磁阀对ASR电磁阀的制动压力P1进行调节过程中，制动压力P1的释放梯度大于发动机输出扭矩的增加梯度，以保证车辆的平稳和快速起步。
通过上述坡起辅助方法可知，本发明通过在车辆坡起激活时刻对车辆施加制动压力的方式来防止溜坡，与现有技术中通过对车辆施加驱动力的方式相比，本发明的方案更安全可靠，避免了商用车在制动踏板抬起时刻的溜坡风险。本发明提供的坡起辅助方法，弥补了手动挡商用车仅仅依靠输出扭矩克服车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻进行坡起的不足，通过ABS控制器中连接ASR电磁阀释放制动压力的方式，避免了在发动机输出扭矩小于车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻阶段的溜坡问题。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种手动挡车辆坡起辅助装置，其特征在于，包括：
ABS轮速传感器，用于采集轮速信号；
坡起辅助开关，用于提供坡起开关状态；
CAN总线，用于获取发动机输出扭矩T3；
ASR电磁阀，用于主动施加制动压力P1；
ABS电磁阀，用于在发动机输出扭矩T3大于或等于所述车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻时对所述ASR电磁阀施加的所述制动压力P1进行调节使所述制动压力P1梯度释放。
2.根据权利要求1所述的手动挡车辆坡起辅助装置，其特征在于，所述ABS电磁阀通过双通单向阀调节所述ASR电磁阀的制动压力P1。
3.根据权利要求1所述的手动挡车辆坡起辅助装置，其特征在于，还包括ABS控制器，所述ABS控制器接收所述ABS轮速传感器、所述坡起辅助开关和所述CAN总线的信号，并向所述ASR电磁阀和所述ABS电磁阀发送控制信号。
4.一种手动挡车辆，其特征在于，包括权利要求1-3任意一项所述的手动挡车辆坡起辅助装置。
5.根据权利要求4所述的一种手动挡车辆，其特征在于，所述手动挡车辆为手动挡商用车。
6.一种手动挡车辆坡起辅助方法，其特征在于，所述手动挡车辆坡起辅助方法使用权利要求1-3任意一项所述的手动挡车辆坡起辅助装置，包括如下步骤：
S1，采集轮速信号和坡起开关状态信号；
S2，采集发动机输出扭矩T3；
S3，在所述坡起开关状态为启用状态时，对车辆主动施加制动压力P1，以对车辆进行制动；
S4，当所述发动机输出扭矩T3大于或等于所述车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻时，对所述制动压力P1进行调节使所述制动压力P1梯度释放。
7.根据权利要求6所述的手动挡车辆坡起辅助方法，其特征在于，所述制动压力P1的释放梯度大于发动机输出扭矩的增加梯度。
8.根据权利要求6所述的手动挡车辆坡起辅助方法，其特征在于，所述车辆受到的沿斜坡向下的阻力矩T阻通过下面的公式计算得出，
Figure FDA0002332086560000021
式中，T1为车辆在坡路上且停驶前第一时刻发动机输出扭矩、a1为第一时刻车辆加速度；T2为车辆在坡路上且停驶前第二时刻发动机输出扭矩、a2为第二时刻车辆加速度。
9.根据权利要求8所述的手动挡车辆坡起辅助方法，其特征在于，所述第一时刻车辆加速度a1和所述第二时刻车辆加速度a2由所述ABS轮速传感器的所述轮速信号并微分得到。
10.根据权利要求8所述的手动挡车辆坡起辅助方法，其特征在于，所述制动压力P1在车辆起步完成时完全释放。
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