CN1935571A - 用于混合和常规动力系车辆的防回滚控制 - Google Patents

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Abstract

一种防回滚车辆控制系统，其通过基于坡度、制动信号和计算出的制动释放速度而重新起动发动机，由此而减少车辆回滚。在混合动力车辆中，这种控制系统重新起动车辆发动机和电动机。在采用了具有空档怠速模式的变速箱的常规动力系车辆中，这种控制系统指示变速箱退出空档怠速模式。可基于车辆加速度、车辆驱动力和阻力系数来估算坡度。

Description

用于混合和常规动力系车辆的防回滚控制
技术领域
本发明涉及车辆控制系统，更具体地涉及用于减少车辆回滚(rollback)的控制系统。
背景技术
当车辆停止在倾斜的路面上时，车辆回滚就可能发生在释放制动踏板和下压加速踏板之间。为了保存燃料和能量，混合动力车辆会在停车的同时通过切断燃料传输而关闭发动机。驾驶员通过释放制动踏板和压下加速踏板而使车辆继续移动。通常，发动机并不重新起动，直到制动踏板释放行程结束为止，这时制动装置就完全释放。当混合动力车辆停止在倾斜的路面上时，一定量的制动压力对于将车辆保持在倾斜的路面上是必要的。在制动踏板释放行程期间，在发动机重新起动之前，制动压力可能不足以将车辆保持在倾斜的路面上，并且可能会发生车辆回滚。
类似地，车辆回滚可能发生在采用空档怠速模式的常规动力系车辆上。在车辆停止时，这种车辆中的变速箱移动到空档，以便保存燃料，并减少怠速振动。当车辆停止在倾斜的路面上时，车辆由制动系统保持。通常，车辆退出空档怠速模式，并与位于制动踏板释放行程末端的车辆离合器相接合。当制动压力不再足以将车辆保持在倾斜的路面上时，在车辆退出空档怠速模式之前，可能发生车辆回滚。
发明内容
因此，本发明提供一种用于具有发动机的车辆的回滚减少系统。这种回滚减少系统包括产生坡度信号的坡度传感器，以及产生制动信号的制动传感器。控制模块基于制动信号来计算制动释放速度，并基于坡度信号和制动释放速度而重新起动发动机。
在一个特征中，当制动释放速度大于预定的释放速度时，控制模块重新起动发动机。
在其它特征中，控制模块产生过滤后的制动信号，基于制动信号的位移平均值来计算制动解除(brake-off)阀值，并在过滤后的制动信号小于制动解除阀值时重新起动发动机。
在另一特征中，这种回滚减少系统通过产生发动机重起动信号而重新起动发动机。当坡度信号小于预定的坡度，并且当制动信号大于预定的制动最小值时，发动机重起动信号被重置。
这种回滚减少系统的另一实施例包括产生制动信号的制动传感器，产生速度信号的车辆速度传感器，以及产生发动机转速信号的发动机转速传感器。控制模块基于制动信号来计算制动释放速度，基于速度信号来计算加速度，基于制动信号来计算制动力，并基于发动机转速信号来计算驱动力。控制模块基于预定的车辆质量、加速度、驱动力和制动力来计算坡度估算值。控制模块基于该坡度估算值和制动释放速度而重新起动发动机。
从后文所提供的详细说明中，将清楚本发明可适用的其它领域。应该懂得，该详细说明和特定示例虽然显示了本发明的优选实施例，但只是用于示例性目的，而并不意图限制本发明的范围。
附图说明
从详细说明和附图中，将更全面地了解本发明，其中：
图1是基于根据本发明的回滚减少系统来操作的示范性混合动力车辆的示意图；
图2是流程图，显示了由根据本发明的回滚减少系统所执行的用于产生和重置发动机重起动信号的步骤；
图3是流程图，显示了由根据本发明的回滚减少系统来执行的用以设定发动机的目标RPM(每分钟转数)的步骤；
图4是显示了根据本发明产生发动机重起动信号的信号流程图。
具体实施方式
以下对优选实施例的详细描述本质上只是示例性的，而并决非意图限制本发明、其应用或用途。出于清楚起见，相同标号将在附图中用于表示相似的元件。本文所用的用语“模块”指专用集成电路(ASIC)、电子电路、可执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或集群的)和存储器、组合逻辑电路，和/或任何其它提供所述功能的合适器件。
现在参看图1，其显示了用于混合动力车辆的这种回滚减少系统10。如下所述也还可在常规动力系车辆中实施这种回滚减少系统10。控制模块12调整发动机14和电动机16的操作。控制模块12控制燃料喷射和点火，以便选择性地关闭和重新起动发动机14。控制模块12还控制电动机16。发动机14和电动机16通过皮带式交流发电机-起动机系统18而相联接起来。电动机也可通过链传动、离合器系统或其它装置而联接在发动机上。电动机16为发动机14提供补充，用于产生变速箱20的驱动扭矩，变速箱20则产生传递至驱动轴(未显示)的驱动扭矩，该驱动扭矩则驱动车辆的车轮。为了重新起动发动机14，电动机16在足以使发动机14起动的速度下旋转。
在常规动力系车辆中，驱动扭矩由发动机14单独提供。在常规动力系车辆中所实施的车辆回滚减少系统10中，控制模块12调整变速箱20的模式。在空档怠速模式下，变速箱20切换到空档。在退出空档怠速模式时，再次施加上离合器。
在使用时，加速踏板22由驾驶员操作。加速器传感器24检测加速踏板22的位置，并产生由控制模块12接收的加速器信号。制动踏板26也是由驾驶员操作的。制动传感器28检测作用于制动踏板26上的力。制动传感器28产生制动信号(BRK)，该制动信号(BRK)与作用于制动踏板26上的力相对应，并由控制模块12来接收。制动踏板26可连接在制动系统30上。在一个备选实施例中，控制模块12可控制制动系统30。
制动系统30会因长时间使用制动系统30而造成制动磨损。制动传感器28可包括制动压力传感器，其可检测驾驶员施加在制动踏板26上的制动压力量。制动压力传感器提供了与制动磨损无关的制动信号。制动压力传感器提供了与制动压力最大可能值的百分比相对应的制动信号。作为备选，制动传感器28可包括制动踏板位置传感器，其对于驾驶员移动制动踏板26是敏感的。制动踏板位置传感器提供了与制动磨损相关的制动信号。为实现预期制动效果所需的制动踏板26位移将随着制动系统30经受的制动磨损而增加。出于这种原因，制动压力传感器最好是制动踏板位置传感器。
车辆速度传感器34产生由控制模块12接收的车辆速度信号(VS)。车辆速度传感器34可连接在变速箱20上。或者，可将车辆速度传感器34连接在其它车辆部件上以产生VS，这些车辆部件例如为车轮、防锁死制动系统等等。
坡度传感器32产生与车辆倾斜度相对应的坡度(Grade)信号。坡度传感器32可包括倾斜仪。控制模块12接收来自坡度传感器32的坡度信号。
在一个备选实施例中，坡度可由控制模块12基于公式：力＝质量×加速度来进行估算。在这种实施例中，基于车辆质量(M)、车辆加速度(A)、车辆驱动力(FDrive)和阻力系数来估算坡度。阻力系数可包括预定的防滚动阻力(FRolling)和空气动力学阻力(FAero)。车辆质量乘以车辆加速度(M×A)等于作用在车辆上的作用力总和，其包括由于当前坡度而施加在车辆上的重力(FGrade)。因而，FGrade可基于以下公式来估算：
M×A＝FDrive-FGrade-FAero-FRolling-FBrake
或(用于解算FGrade)：
FGrade＝FDrive-FAero-FRolling-FBrake-(M×A)
其中，FBrake是制动施加的力，其基于制动信号来进行计算。A基于VS来计算出。A在车辆加速时是正数，在车辆减速时是负数。
FDrive根据以下公式来进行计算：
                        FDrive＝TDrive/RR
其中，TDrive是主动车轮扭矩，而RR是轮胎的有效滚动半径。对于给定的车辆而言，FRolling、RR和M是常数。TDrive基于发动机转速(ERPM)，发动机转速ERPM由发动机转速传感器33产生。控制模块12接收ERPM(如图1中的虚线所示)。
FAero基于以下公式来进行计算：
FAero＝VehDrag×VehFrontalArea×VS2×P
其中，VehDrag是预定的车辆阻力系数，VehFrontalArea是车辆的预定的突出的正面面积(Frontal Area)，VS如上所述，而P是空气密度。
空气密度基于气温和气压来进行估算。控制模块12接收由气温传感器35所产生的气温信号，以及气压传感器37所产生的气压信号(如图1中虚线所示)。气温传感器35和气压传感器37可定位在进气歧管中(未显示)中或其它合适的位置。
一旦计算出FGrade，坡度(Grade)估算值就可基于以下公式来计算得出：
sin(Grade)＝FGraae/(M×G)，
其中FGrade和M如上述，G是重力常数(9.8m/s2)。
控制模块12基于发动机重起动信号(ERS)重新起动发动机14。ERS基于BRK、坡度(或坡度估算值)、VS和制动踏板释放速度，而制动踏板释放速度基于BRK计算得出。当在混合动力车辆中产生ERS时(即当ERS设为接通(on)时)，控制模块12重新起动发动机，并通过增加发动机14和/或电动机16的目标RPM而产生前进驱动扭矩。当在常规动力系车辆中产生ERS时，变速箱20退出空档怠速模式。不管制动踏板26仍保持略微压下还是加速踏板22仍没有压下，都将采取这些步骤。
现在参看图2，其显示了用于产生和重置ERS的步骤。控制开始于步骤102。在步骤104中，控制确定ERS是否为接通(on)。当ERS为on时，控制利用步骤106来确定是否应重置ERS。在步骤106中，控制确定坡度(或坡度估算值)是否小于预定的最小坡度(GradeMin)。GradeMin选择成与相对较平坦的坡度相对应。当坡度小于GradeMin时，控制在步骤108中确定BRK是否大于预定的制动最小值(BRKMin)。当BRK大于BRKMin时，制动踏板26在压下，并且控制在步骤中110通过将ERS设为off而重置ERS。当BRK不大于BRKMin时，控制返回到步骤106。
在步骤106中，当控制确定坡度不小于GradeMin时，控制继续步骤112。在步骤112中，控制计算制动施加阀值(BRKOn)，其作为坡度和VS的函数。通过参考保存在可由控制模块12访问的存储装置(未显示)中的查询表，可确定BRKOn。在下表1中显示了用于BRKOn的示范性查询表。坡度以百分比给出，0％代表水平，100％代表垂直。BRKOn以百分比给出，0％代表驾驶员没有施加制动，100％代表驾驶员施加了最大制动。表1配置成与制动传感器28一起使用，该制动传感器28采用了制动压力传感器而非制动踏板位置传感器。
           表1：BRKOn查询表
坡度     车辆速度(kph)
    0     25     50
    0％     2     2     2
    4％     4     3     3
    8％     6     5     4
    12％     8     6     5
    16％     10     8     6
在步骤114中，控制确定BRK是否大于或等于BRKOn。在步骤110中，当BRK大于或等于BRKOn时，控制重置ERS。当BRK不大于或等于BRKOn时，控制返回到步骤106。作为一个示例，当车辆在8％的坡度上以25kph的速度移动，并且驾驶员施加了5％的最大制动压力时，ERS被重置。
在步骤104中，当ERS断开时，控制确定是否利用步骤116产生ERS。在步骤116中，当BRK小于或等于BRKMin时，制动踏板26没有被压下，并且通过在步骤118中将ERS设置为on，因此控制产生ERS。当BRK不小于或等于BRKMin时，控制在步骤120中确定坡度是否小于GradeMin。在步骤120中，当坡度小于GradeMin时，控制返回到步骤116。这样，当坡度小于GradeMin时，就不会产生ERS，除非BRK小于或等于BRKMin。
在步骤120中，当坡度不小于GradeMin时，控制在步骤122中根据以下公式来计算制动释放速度：
制动释放速度＝-ΔBRK/dt，
其中ΔBRK是BRK的变化，而dt是时间变化。
当在释放制动踏板26时，BRK将减小，并且ΔBRK/dt将是负数。当制动踏板26缓慢释放时，ΔBRK/dt将是相对较小的负数，并且制动释放速度将是相对较小的正数。当制动踏板26快速释放时，ΔBRK/dt将是相对较大的负数，并且制动释放速度将是相对较大的正数。控制在步骤124中将-ΔBRK/dt与预定的释放速度阀值(RelThresh)进行比较。当-ΔBRK/dt大于或等于RelThresh时，制动踏板26快速地释放，并且控制继续步骤126。当-ΔBRK/dt不大于或等于RelThresh时，制动踏板26并不快速进行释放，并且控制返回到步骤116。
在步骤126中，控制计算BRK的位移平均值(BRKMovingAvg)。BRKMovingAvg是BRK在预定的时间间隔内的平均值。该时间间隔可以是预定数量的时钟周期，例如12个时钟周期。在这种情况下，BRKMovingAvg是BRK在12个最近时钟周期内的平均值。
在步骤128中，控制计算过滤后的制动压力(BRKFiltered)。如果驾驶员烦躁地以不稳定的方法压下制动踏板26，那么BRK将变得不稳定。为了抵消这种不稳定，在步骤128中对BRK进行去抖动或过滤。控制通过计算BRK在相对较短的时间间隔内的位移平均值而对BRK进行过滤。BRKFiltered可被计算为BRK在1个时钟周期内的位移平均值。
然后，控制在步骤130中计算制动百分比(Braking％)。Braking％是坡度(Grade)的函数，并且随坡度的增加而增加。Braking％可从查询表中确定。在陡坡上，Braking％可能是85％。在不太陡的坡上，Braking％可能是75％。在一个备选实施例中，Braking％对于所有坡度可以是预定的百分比，例如80％。
控制在步骤132中根据以下公式来计算制动解除阀值(BRKOff)：
             BRKOff＝Braking％×BRKMovingAvg，
其中，Braking％和BRKMovingAvg是在之前步骤126和130中进行计算得到的。BRKOff对应于在制动释放行程期间产生ERS时的点。
控制在步骤134中将BRKFiltered与BRKOff进行比较。当BRKFiltered小于或等于BRKOff时，控制在步骤118中产生ERS。否则，控制返回到步骤116。这样，就在以下两种情况下会产生ERS：(1)当在步骤116中，BRK小于或等于BRKMin时；和(2)当在步骤124中-ΔBRK/dt大于或等于RelThresh，并且当在步骤134中BRKFiltered小于或等于BRKOff时。
在控制于步骤118或110中产生或重置ERS之后，控制在步骤130中基于ERS和坡度而为发动机14和电动机16设置目标RPM(RPMTarget)。之后，控制返回到步骤104。
现在参看图3，其显示了基于ERS和坡度而用于设置RPMTarget的步骤。可以理解，图3中所述的步骤包含在图2的步骤130中。控制开始于步骤150。控制在步骤152中确定是否ERS为on。当ERS接通时，控制在步骤154中确定坡度是否大于或等于预定的最大坡度(GradeMax)。GradeMax相当于相对较陡的坡度。当坡度大于或等于GradeMax时，控制在步骤156中将RPMTarget设置为至少是RPMCreepMax。RPMCreepMax相当于发动机14和电动机16(或者常规动力系车辆中的单独发动机14)使车辆在大于或等于GradeMax的倾斜路面上爬行所需要的RPM。当控制在步骤154中确定坡度不大于或等于GradeMax时，那么控制将RPMTarget设置成至少为RPMCreep，其中RPMCreep相当于使车辆在小于GradeMax的倾斜路面上爬行所需的RPM。在步骤156和158中，如果已经将RPMTarget设置为比RPMCreepMax或RPMCreep更高的水平，那么RPMTarget将保持在那个较高的水平。在常规动力系车辆中，在步骤156和158中，控制还指示变速箱20退出空档怠速模式。
在步骤152中，当控制确定ERS断开时，控制在步骤160中确定坡度是否大于或等于GradeMax。当坡度大于或等于GradeMax时，控制在步骤159中将RPMTarget设置成至少为RPMIdleHold。RPMIdleHold是为变速箱20和驱动轴提供足量扭矩以便将车辆保持在当前倾斜路面上所需的RPM。当控制在步骤160中确定坡度不大于或等于GradeMax时，那么控制在步骤161中通过设置RPMTarget为0而关闭发动机。在RPMTarget于步骤156，158，159和161中进行设置之后，控制终止于步骤162。
在常规动力系车辆中，控制可在步骤161中指示变速箱进入空档怠速模式。类似地，控制可在步骤156和158中指示变速箱退出空档怠速模式。
应该懂得，控制对图3中所包含的RPMTarget的设置方式的描述只是示例性的，而且存在许多备选的实施例。例如，可以只基于ERS来设置RPMTarget。在这种实施例中，当ERS重置时，RPMTarget将为0，而RPMTarget在产生ERS时为RPMCreep。
现在参看图4，信号流程图显示了由控制模块执行以产生和重置ERS的信号处理。变量输入信号包括：从坡度传感器32接收(或由控制模块12估算得到)的坡度200；从制动传感器28接收的BRK202；和从车辆速度传感器34接收的VS204。另外，预定的输入信号包括：GradeMin206，BRKMin208，和RelThresh210。输出包括ERS212。
采用了两个″如果-则-否则″模块214，216。大致说来，″如果-则-否则″模块配置有三个输入：″如果″输入、″则″输入和″否则″输入。当″如果″输入为on时，那么输出就与″则″输入相同。否则，输出与″否则″输入相同。
第一″如果-则-否则″模块214的输出对应于ERS212。当坡度200小于或等于GradeMin206时，比较器模块218的输出信号为on。在这种情况下，ERS212对应于比较器模块220的输出。当BRK202小于或等于BRKMin208时，比较器模块220为on。如果坡度200不小于或等于GradeMin206时，那么比较器模块218的输出为off，而ERS212对应于另一″如果-则-否则″模块216的输出。当第二″如果-则-否则″模块216的″如果″输入为on时，那么ERS212也为on。
当BRK202小于或等于BRKMin208时，那么逻辑或模块222的输出为on，并且第二″如果-则-否则″模块216的″如果″输入以及ERS212为on。BRK202由-ΔBRK/dt计算模块224、BRKFiItered计算模块226和BRKMovingAvg计算模块228接收。坡度200由Braking％计算模块230和BRKOn计算模块232接收。
BRKOff236对应于乘法器模块238的输出，乘法器模块238将BRKMovingAvg计算模块228所确定的BRKMovingAvg乘以Braking％计算模块230所确定的Braking％。当如比较器模块234所确定的那样，-ΔBRK/dt大于或等于RelThresh210时，并且当如比较器模块240所确定的那样，BRKFiltered小于或等于BRKOff236时，逻辑与模块242的输出以及ERS212将设为on。
反馈信号244由第二逻辑与模块246接收。当如比较器248所确定的那样，BRK202大于或等于BRKOn时，逻辑与模块246的输出以及ERS212为off。
本领域中的技术人员现在从前面的详细描述中应该懂得，本发明的广泛讲述内容可以各种形式来实现。因此，虽然已经结合具体示例描述了本发明，但是，本发明的真实范围不应受到这样的限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求之后，本领域的技术人员将会清楚其它的变型。

Claims (20)

1.一种在具有发动机的车辆中的回滚减少系统，其包括：
产生坡度信号的坡度传感器；
产生制动信号的制动传感器；和
控制模块，其基于所述制动信号来计算制动释放速度，并基于所述坡度信号和所述制动释放速度而重新起动所述发动机。
2.根据权利要求1所述的回滚减少系统，其特征在于，当所述制动释放速度大于预定的释放速度时，所述控制模块重新起动所述发动机。
3.根据权利要求2所述的回滚减少系统，其特征在于，所述控制模块产生过滤后的制动信号，基于所述制动信号的位移平均值来计算制动解除阀值，并在所述过滤后的制动信号小于所述制动解除阀值时重新起动所述发动机。
4.根据权利要求3所述的回滚减少系统，其特征在于，所述制动解除阀值是所述位移平均值的预定百分比。
5.根据权利要求3所述的回滚减少系统，其特征在于，所述控制模块基于所述坡度信号来计算制动百分比，并且所述制动解除阀值基于所述制动百分比和所述位移平均值。
6.根据权利要求1所述的回滚减少系统，其特征在于，当所述坡度信号小于预定的坡度，而且所述制动信号小于预定的制动最小值时，所述控制模块重新起动所述发动机。
7.根据权利要求1所述的回滚减少系统，其特征在于，所述控制模块通过产生发动机重起动信号而重新起动所述发动机。
8.根据权利要求7所述的回滚减少系统，其特征在于，当所述坡度信号小于预定的坡度，而且所述制动信号大于预定的制动最小值时，所述控制模块重置所述发动机重起动信号。
9.根据权利要求7所述的回滚减少系统，其特征在于，还包括产生速度信号的车辆速度传感器，其中，所述控制模块基于所述坡度信号和所述速度信号来计算制动施加阀值，并且当所述坡度信号大于预定的坡度，且所述制动信号大于所述制动施加阀值时，重置所述发动机重起动信号。
10.根据权利要求1所述的回滚减少系统，其特征在于，当所述车辆停止时，所述控制模块基于所述坡度信号为所述发动机设置目标RPM，以便保持所述车辆没有回滚。
11.根据权利要求10所述的回滚减少系统，其特征在于，当所述控制模块重新起动所述发动机时，所述控制模块基于所述坡度信号为所述发动机设置所述目标RPM，以使所述车辆向前爬行。
12.一种包括如权利要求1所述的车辆回滚减少系统并且还包括与所述发动机相联的电动机的系统，其特征在于，当所述控制模块重新起动所述发动机时，所述控制模块为所述电动机设置目标RPM。
13.一种包括如权利要求1所述的回滚减少系统并且还包括具有空档怠速模式的变速箱的系统，其特征在于，当所述控制模块重新起动所述发动机时，所述变速箱退出空档怠速模式。
14.一种在具有发动机的车辆中的回滚减少系统，包括：
产生制动信号的制动传感器；
产生速度信号的车辆速度传感器；
产生发动机转速信号的发动机转速传感器；和
控制模块，其基于所述制动信号来计算制动释放速度，基于所述速度信号来计算加速度，基于所述发动机转速信号来计算驱动力，基于所述制动信号来计算制动力，并基于预定的车辆质量、所述加速度、所述驱动力和所述制动力来计算坡度估算值，并且基于所述坡度估算值和所述制动释放速度而重新起动所述发动机。
15.根据权利要求14所述的回滚减少系统，其特征在于，所述控制模块基于所述速度信号来计算空气动力学阻力，并基于所述空气动力学阻力和预定的防滚动阻力来计算所述坡度估算值。
16.根据权利要求15所述的回滚减少系统，其特征在于，还包括产生气温信号的气温传感器和产生气压信号的气压传感器，其中，所述控制模块基于所述气温信号和所述气压信号来计算空气密度，并且基于预定的正面面积、预定的车辆阻力系数和所述空气密度来计算所述空气动力学阻力。
17.一种用于减少具有发动机的车辆回滚的方法，该方法包括：
确定坡度；
接收制动信号；
基于所述制动信号来计算制动释放速度；以及
基于所述坡度和所述制动释放速度而重新起动所述发动机。
18.根据权利要求17所述的减少回滚的方法，其特征在于，还包括：
基于所述制动信号来计算过滤后的制动信号；
基于所述坡度和所述制动信号的位移平均值来计算制动解除阀值；
当所述制动释放速度大于预定的释放速度，并且所述过滤后的制动信号小于所述制动解除阀值时，重新起动所述发动机。
19.根据权利要求17所述的减少回滚的方法，其特征在于，还包括，基于所述坡度来设置发动机的目标RPM，以便在所述车辆停止时保持所述车辆没有回滚，而在所述发动机重新起动时使所述车辆向前爬行。
20.根据权利要求17所述的减少回滚的方法，其特征在于，所述确定坡度包括：
基于车辆速度来计算车辆加速度，基于发动机转速来计算车辆驱动力，基于所述制动信号来计算制动力，并且基于所述车辆速度、预定的车辆正面面积和车辆阻力系数来计算空气动力学阻力；以及
基于预定的车辆质量、所述车辆加速度、所述车辆驱动力、所述空气动力学阻力、预定的防滚动阻力和所述制动力来估算所述坡度。
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