CN106347368B - 用于机动车辆坡道启动辅助的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于机动车辆(50)的坡道启动辅助的控制系统(1、1a、1b、1c)，机动车辆(50)具有前车桥(51)和后车桥(52)，其中控制系统(1、1a、1b、1c)被设计为评估来自至少一个传感器(3‑9)的传感器数据。为了提供具有增强相应特性的坡道启动辅助，根据本发明的规定，控制系统(1、1a、1b、1c)被设计为至少在车桥(51、52)中的确切一个的区域内的行驶表面(100)中存在局部向上坡度(102、104)时，根据来自所述传感器(3、4、5、6、7、8、9)的传感器数据自动并且与机动车辆(50)是否向上倾斜独立地激活坡道启动辅助。

Description

用于机动车辆坡道启动辅助的控制系统

技术领域

本发明涉及用于机动车辆的坡道启动辅助的控制系统。

背景技术

在向上的坡度上启动在传统机动车辆情况下的对于驾驶员而言存在一些挑战，尤其是具有手动变速器的机动车辆。在所述启动期间，驾驶员必须配合地释放制动器和接合离合器以及按压加速器，以在该车辆没有向后滑动的情况下使车辆理想地从制动状态直接移动到行驶状态。然而，现实中，在陡峭的向上坡度的情况下，即使技术高超的驾驶员也不能总阻止这种情况。为了应对这些问题，早在20世纪30年代就研发了所谓的坡道启动辅助，所述坡道启动辅助确保，在向上的坡度上，即使是在制动踏板已经释放之后，制动器仅在发动机提供足够的扭矩时被释放，从而阻止所述车辆向后滑动。在这种情况下，通常利用倾斜传感器来确定向上坡度的存在，在特定的阈值(如1％到3％向上坡度)下自动激活坡道启动辅助。

虽然这类系统原理上操作可靠并且已被证实有效果，但在车辆停下来时会产生问题，如在洼地情况下，前车轮位于洼地的上升边缘而后车轮位于平面上。在这种情况下，在特定情形的车辆倾斜极低或甚至是零，并且因此即使在前车轮区域内存在相当大的局部向上坡度大小(例如5％或10％)，坡道启动辅助也不会被激活。当尝试启动时，该局部向上坡度会使车辆向后滑动，这潜在地导致与后方车辆或在最糟糕情况下甚至是行人的碰撞。

虽然也存在驾驶员可以根据需要手动转换到坡道启动辅助的系统，但这首先需要驾驶员另外的注意力并且其次驾驶员要么根本没有注意到局部向上坡度或由于车桥不在他的视野内而发现难以估计所述车桥相对于局部向上坡度的位置。

发明内容

本发明是基于提供具有增强的响应特性的坡道启动辅助的目的。

根据本发明，该问题通过以下说明书中阐述的控制系统来解决。

应指出的是，在下列说明书中单独描述的特征和措施可以以任何所需的、技术上合适的方式彼此组合并且表明本发明的进一步改进。说明书尤其另外结合附图描述和具体说明了本发明。

本发明提供一种用于机动车辆坡道启动辅助的控制系统。机动车辆包含前车桥和后车桥，并且可以尤其是乘用轿车或货车。存在另外的车桥也是可行的，例如机动车可以包含多个后车桥或甚至是多个前车桥。在该情况下，术语“坡道启动辅助”等同于“坡道起步辅助”并且表示在启动期间初期应用(或设置)制动器并且仅在机动车辆的发动机提供向前运动的足够扭矩时再次释放所述制动器的系统。在下文中更明显的是，具体结合本发明，该术语不应解释为意味着该系统仅在坡道或向上的坡度上做出响应。

不言而喻的是，该控制系统部分通过软件实施并且控制系统的硬件资源(如处理器、存储器、总线系统等)也可以被该车辆另外的系统使用。

控制系统被设计用于评估来自至少一个传感器的传感器数据。至少一个传感器自然与机动车辆相关联。所述传感器可以只与控制系统相关或另外也可以被其它车辆系统使用。传感器的类型理论上不作限制，但尤其包括用于检测车辆周围区域和/或车辆相对于周围区域的位置或方向的传感器。

根据本发明，控制系统被设计为至少在其中确切一个车桥区域内的行驶表面存在局部向上坡度时，根据传感器数据自动并且与机动车辆是否处于向上倾斜处独立地激活坡道启动辅助。在该情形下，行驶表面通常是道路表面，而该系统也可以用于越野地形。在该情形下，局部向上坡度尤其位于所述车桥(后车桥或前车桥)下方，以使对应车桥的至少一个车轮(通常是一对车轮)位于局部向上坡度上。在概述情况下，局部向上坡度位于确切一个车桥的区域内，也就是说前车桥或后车桥，并且因此位于该区域内。因此，所述向上坡度与从前车桥延伸到后车桥的向上坡度不同并且可以利用倾斜传感器可靠地确定后者的存在。然而，在局部向上坡度的情形下，车辆向上的坡度可以是微小的或车辆可以水平定向或甚至(轻微)向下倾斜。然而，如上文已经概述的，如果所述车辆在不利用坡道启动辅助的情况下启动，局部倾斜可以潜在地引起车辆向后滑动。可以如通过倾斜或洼地的后部、凸起的前部、凹缘等形成这种局部向上的坡度。应注意的是，即使是在两个车桥区域内存在局部向上坡度的情形下(如双连续凸起情况)，控制系统可以潜在地进一步激活坡道启动辅助。

坡道启动辅助根据传感器数据自动被激活，也就是说，没有驾驶员的干预。换言之，控制系统评估传感器数据，并且在没有驾驶员干预的情况下确定是否激活坡道启动辅助。而且，不论车辆是否向上倾斜，坡道启动辅助都被激活。在一些改进中，甚至是在向下倾斜的情况下可以激活。在该情形下，向上倾斜或向下倾斜表示绕车辆的Y轴线倾斜，前部局部高于后部或反之亦然。控制系统自然总体也包含坡道启动辅助的传统功能，以在相当大的向上坡度(如1％或更多的向上坡度)的情形下另外激活坡道启动辅助。然而，在没有向上倾斜的情形下，也可以通过根据本发明的控制系统激活坡道启动辅助。至少在存在局部向上坡度时激活坡道启动辅助，因此这也包括同样在其它情形下激活所述坡道启动辅助的可行性，这将在下文中进一步说明。在该情形下，对于精确的改进而言，存在非常广泛的选择，这将在下文中进一步说明。然而，在所有这些情形中，确保避免由于局部向上坡度的向后滑动，更具体地，在该过程中不需要驾驶员实施人工干预。

根据一个改进，控制系统被设计用于评估来自倾斜传感器的传感器数据并且在车辆的倾斜至少等于预先设定的零阈值时，与局部向上坡度的存在独立地激活坡道启动辅助。在该情形下，倾斜表示与水平(水平方向与重力方向成直角地延伸)相关地倾斜，其中向上倾斜(对应于向上坡度)是正的并且向下倾斜(对应于向下坡度)是负的。在该变形中，控制系统确定车辆的倾斜(绕所述车辆的Y轴线)并且将该倾斜值与阈值比较，阈值等于零并且对应于车辆的水平定向。因此，在该情形下，不针对是否存在实际的局部向上坡度作出核验，而是“按规定”激活坡道启动辅助。不言而喻的是，为了考虑如倾斜传感器受限的测量准确性，阈值可以选定为在某种程度上小于或大于零。

根据另一优选改进，控制系统被设计用于评估来自至少一个传感器的传感器数据，从而识别局部向上坡度的存在并且之后激活坡道启动辅助。即使该变形比上述变形在实施上更复杂，但该变形具有优势，其优势在于仅在实际需要时启动该坡道启动辅助。在该情形下，控制系统从来自至少一个传感器的传感器数据识别是否存在局部向上的坡度。在第一种情形下，激活坡道启动辅助。传感器或多个传感器可以理解为控制系统的部分或“之外”的部分。在这种情形下，所述传感器可以是仅与控制系统相关的传感器或在任何情况下已有的且被车辆其它系统使用的其它传感器。这将在下文中参照示例进一步说明。应注意的是，为此，控制系统也可以是仅能够识别其中一个车桥(如前车桥)区域内的局部向上坡度而不识别其它车桥(如后车桥)区域内的局部向上坡度的控制系统。然而，控制系统优选能够识别前车桥区域和后车桥区域两者内的局部向上坡度。

根据一个改进，至少一个传感器被设计用于测量机动车辆的行驶表面和底面之间的至少一个距离。这通常意味着至少一个传感器测量沿车辆Z轴线的距离。将当前测量的距离与车道完全是平地时的距离比较容许得出关于是否存在局部向上坡度的结论。

在该情况下，至少一个传感器优选地被设计用于在每种情况下测量前车桥区域和后车桥区域内的至少一个距离。以这种方式，首先可以识别在两个车桥中的每一个的区域内的局部向上坡度，并且其次可以通过将关于前车桥和后车桥的传感器数据结合而得出与竖直轮廓相关的进一步的结论。可以使用如电磁波(如无线电波(雷达)或光(激光雷达))或另外使用超声波来操作这类传感器。如果传感器是以超声波传感器的形式，则该超声波传感器例如可以被用于激活前照灯调整的系统同时使用。也就是说，在已经具有这类前照灯调整系统的车辆中，不需要提供另外的传感器，这实现了控制系统更容易的结合。

根据另一改进，至少一个传感器被设计用于测量在机动车辆行驶方向上的行驶表面的竖直轮廓，并且控制系统被设计用于将传感器数据与速度数据结合，从而从所述组合中推算至少一个车桥的区域内的竖直轮廓。在这种情况下，“行驶方向”表示在各种情形下车辆移动的方向，也就是在车辆倒车时位于车辆后方并且在车辆向前移动时位于车辆前方。此处也可以包括竖直轮廓的测量仅在车辆前方可行而不在所述车辆后方的实施例。不言而喻的是，可以通过测量竖直轮廓来识别位于车辆行驶方向上的局部向上坡度。与速度数据的结合可以确定局部向上坡度在什么时候(或是否)位于前车桥或后车桥的区域内。也就是说，即使至少一个传感器不能直接检测车辆下方的区域，也可以通过概况外推确定竖直轮廓。

不言而喻的是，在该改进中的控制系统必须具有存储器或必须连接到存储器，与行驶方向上的竖直轮廓相关的传感器数据存储在该存储器中，在车辆定位在合适的区域上时可以访问所述存储器。在该情形下，至少一个传感器可以还是雷达传感器或激光雷达传感器的形式。在这种情形下，可以使用如在特定车辆中用于自适应或主动底盘控制从而识别车辆前方不平整的区域并且根据所述不平整区域以针对性的方式调整悬架的传感器，或使用紧急制动辅助装置的扩展传感器(通常是激光雷达)或自适应巡航控制系统的传感器(通常是雷达)。在车辆型号已经具有这类传感器的情况下，因此不需要安装任何另外的传感器以与根据本发明的控制系统结合。应注意的是，在行驶方向上的竖直轮廓的测量可以与上文概述的车辆底面与行驶表面之间的距离测量结合。下文概述的实施例也可以与一个或两个变形结合。

根据进一步的实施例，至少一个传感器被设计用于至少间接测量后车桥和前车桥的制动扭矩，并且控制系统被设计用于将传感器数据与存储比较值比较。间接测量表示对可以确定制动扭矩的至少一个变量的测量(以及反过来也可行)。不言而喻的是，不一定是向制动扭矩的显式变换并且因此比较值也不一定明确地表明制动扭矩。此处的观点是，当车辆制动时，根据行驶表面是否存在平地或存在局部向上坡度，而在各车桥需要不同的制动扭矩。因此，倾向于认为在如后车桥处存在平地行驶表面而前车桥处存在局部向上坡度时，前车桥处的制动扭矩轻微降低，而后车桥的制动扭矩在某种程度上增加。此处确切的关系在检测上复杂，并且因此使用比较值并且将所述比较值与每种情况下的测量值比较是合适的，比较值在控制实验条件下确定。由于制动扭矩也取决于车桥负荷，此处利用对应传感器测量前车桥和后车桥上的载荷是合适的。这可以通过如在行程开始之前或在车辆静止并且理想地位于平面基底上(也就是没有倾斜)时来完成。

由于此处仅在车辆进入静止之前紧邻的时间段和物理区域是相关的，原理上这足以实施仅针对制动过程的最后部分(例如速度在5km/h以下等)的对应比较，其中最后记录的值是重要的。所述值表示在制动过程的结束处的局部向上坡度的存在以及因此在重新启动时也必然存在。应注意的是，制动扭矩通常可以引起不仅定性得出局部向上坡度的存在的结论，而且局部向上坡度的定量估算也是可行的。因此，比较值可以包含关于不同大小的局部向上坡度的信息。在制动过程期间车辆经过比前车桥和后车桥之间的距离更大的距离的那些情形下，也可以使用所确定的与前车桥相关的值，从而在稍后的时间验证所确定的与后车桥相关的值。在这种情形中，自然需要将传感器数据与速度数据结合，从而确定前车桥已经过的行驶表面的特定区域在什么时候位于后车桥下方。不言而喻的是，考虑到制动器的已知设置和设计，制动力的测量容许直接获得关于制动扭矩的结论(并且反之亦然)，并且因此制动力的测量对应于这方面的制动扭矩的间接测量。在实践中，通常利用在主制动缸或车轮制动缸中的压力测量来确定制动扭矩。因此，压力值(以巴为单位)在转换之后对应于具体的制动扭矩(Nm)，并且压力测量对应于制动扭矩的间接测量。如已经说明的，该测量可以在车轮制动缸处实施，结果是车轮特定的测量值是可行的。

制动扭矩通常取决于车辆的当前速度。为了将其纳入考量，比较值可以是依靠速度的并且控制系统可以被设计用于将传感器数据与速度数据结合。在这样的情形下，因此控制系统确定车辆的当前速度并且仅使用与当前速度对应的那些比较值。通过考虑速度，该方法可以限定的更精确。

附图说明

本发明进一步有利的细节和效果在下文更具体地参照附图中示出的不同示例性实施例进行说明。该附图示出：

图1示出了第一交通情形的示意图；

图2示出了第二交通情形的示意图；

图3示出了具有根据本发明的第一控制系统的机动车辆的示意图；

图4示出了具有根据本发明的第二控制系统的机动车辆的示意图；

图5示出了具有根据本发明的第三控制系统的机动车辆的示意图；

图6示出了具有根据本发明的第四控制系统的机动车辆的示意图。

具体实施方式

在不同的附图中，相同的部分总是设置为具有相同的附图标记，并且因此所述部分通常也仅描述一次。

图1示出了第一交通情形的示意图。多个车辆40、50、60在相对短的距离内一前一后地位于行驶表面100上，例如在红灯处。在该情形下，位于中间的机动车辆50通过前车桥51位于行驶表面100的平地部分，而后车桥52位于行驶表面100内洼地101的局部向上坡度102处。局部向上坡度102幅度处于大约10％-15％，但仅使车辆50产生微小的倾斜。在所示的情形下，由于车辆50的向上倾斜被评估为非常低，因此使用倾斜传感器运行的传统坡道启动辅助可能不会被激活。事实上，局部向上坡度102会使车辆50在启动时向后滑动，这具有与位于它后方的车辆60碰撞的危险。

根据另一交通情形，如图2所示，前车桥51位于局部向上的坡度102上，而后车桥52位于行驶表面100的平地部分。这种情形甚至可能会被倾斜传感器记录为车辆50向下倾斜，并且因此通常不会引起坡道启动辅助激活。事实上，如图1所示，这里也存在当尝试启动时车辆50向后滑动并且与车辆60碰撞的危险。

可以通过根据本发明的用于坡道启动辅助的第一控制系统1来解决这些问题，如图3所示的车辆50配备有所述控制系统。控制系统1具有控制单元2，控制单元2与倾斜传感器3通信。为了清楚，在该图或在进一步的附图中未示出对应总线线路。控制单元2从倾斜传感器3接收倾斜数据并且将所述倾斜数据与存储的阈值比较，该阈值对应于零坡度，零坡度可以被当做平地或水平行驶平面。如果车辆50的倾斜至少等于阈值，如图3中明确属于向上倾斜的情况下，控制单元2激活坡道启动辅助，也就是说在驾驶员松开制动踏板时，开始时不释放制动器，而是在机动车辆50的发动机施加足够的扭矩以容许所述车辆向前行驶或至少阻止所述车辆向后行驶时才释放。凭借预先规定的零阈值，可以有效地阻止车辆在图1和图2所示的情形下向后滑动，在该情况下不存在车辆50向上倾斜或仅为轻微的向上倾斜。如图2，车辆50的前车桥51车轮位于洼地101的情形下，在特定情形下，由于此处在后车桥上重加载和对应偏转的情形下同样会产生零倾斜，因此控制系统1也可以有效地工作。

图4示出了具有根据本发明的第二控制系统1a的车辆50。在该情况下，控制单元2再次连接到倾斜传感器3，但在该情形下设置阈值，该阈值对应于如3％的向上坡度并且这在传统系统中也是已知的。此外，控制单元2被连接到前超声波传感器4和后超声波传感器5，所述超声波传感器各自测量车辆50的底面53与行驶表面100之间的距离。所述超声波传感器可以是如同样用于自动前照灯调整的超声波传感器4、5并且因此独立于控制单元2的存在安装于车辆50内。控制单元2从传感器4、5接收传感器数据并且将其所得到的距离与存储的对应于平地行驶表面的值进行比较。在前超声波传感器4的情形下，在该情况下获得一致，而后超声波传感器5存在较大的偏差。根据这些结果，控制单元2识别洼地101的存在以及在后车桥52的区域内相关局部向上坡度102。因此，尽管倾斜传感器3没有记录合适的向上坡度，可以通过控制单元2激活坡道启动辅助。

图5示出了具有根据本发明的第三控制系统1b的车辆50。在该情况下，控制单元2被连接到雷达传感器6，雷达传感器6设置在车辆50的前部区域。可以通过对应的方式使用安装在挡风玻璃后方的激光雷达传感器9。该雷达传感器6(或激光雷达9)扫描行驶表面100的竖直轮廓105，行驶表面100的竖直轮廓在行驶方向上位于车辆50前方，并且如可以被用于激活底盘控制的系统同时使用。如具有局部向上坡度104的凸起103也通过这种方式被识别。控制单元2存储时间以及局部向上坡度104的位置并且将该信息与车辆50的速度数据结合，从而能够在接下来的时间内确定与车辆相关的局部向上坡度104当前定位在哪里，以及所述局部向上坡度当前是否定位在车桥51、52中的一个的区域内。如果车辆50静止时，控制单元2确定位于其中一个车桥51、52区域内的行驶平面100的竖直轮廓——以这种方式推算的竖直轮廓——包含局部向上坡度，所述控制单元激活坡道启动辅助。同样在这种情况下，控制单元2另外连接到倾斜传感器3并且在倾斜传感器记录到如大于3％的向上坡度时，可以独立于推算的竖直轮廓激活坡道启动辅助。

图6示出了具有根据本发明的第四控制系统1c的车辆50。在这种情形下，控制单元2也被连接到倾斜传感器3并且在向上坡度大于3％的情形下可以独立于其它传感器数据来激活坡道启动辅助。然而，此外，可以利用压力传感器7、8来测量用于前车桥51和后车桥52的车轮制动缸的压力，由此确定车桥51、52处的各制动扭矩。利用控制单元2将所述制动扭矩与预先存储的比较值比较，在关于不同局部向上坡度处的制动过程的实验中确定该比较值。比较值可以对应于车轮制动缸内的压力或另外对应于制动扭矩或制动力。所述变量可以以简单的方式彼此转换。由于此处的制动扭矩通常依赖速度，因此比较值也可以与速度相关。控制单元2在制动过程期间将记录的制动扭矩与当前速度数据结合并且查找与对应速度的比较值的一致性。此外，各车桥51、52上的车桥负荷也可以利用传感器确定，该传感器此处未示出，并且也可以在查找制动扭矩时进行考量。对应车桥负荷可以预先在车辆静止或另外在行驶期间确定。当存在与比较值一致性时，说明存在与对应实验内的值相同的局部向上坡度。如果其结果是其中一个车桥51、52在制动程序结束时定位在局部向上坡度102处，那么在后续启动过程中，控制单元2激活坡道启动辅助。

尤其应注意的是，图4-6所示的传感器4、5、6、7、8、9与控制单元2的组合可以彼此结合。作为结果，通过将利用不同传感器4、5、6、7、8、9所实现的结果相互对比可以进一步增加控制系统的可靠性。

附图标记列表

1、1a、1b、1c 控制系统

2 控制单元

3 倾斜传感器

4、5 超声波传感器

6 雷达传感器

7、8 压力传感器

9 激光雷达传感器

40、50、60 机动车辆

51 前车桥

52 后车桥

53 底面

100 行驶表面

101 洼地

102、104 局部向上坡度

103 凸起

Claims (10)

1.一种用于机动车辆(50)的坡道启动辅助的控制系统(1、1a、1b、1c)，所述机动车辆(50)具有前车桥(51)和后车桥(52)，其中所述控制系统(1、1a、1b、1c)被设计用于评估来自至少一个传感器(4-9)的传感器数据，

其特征在于，

所述控制系统(1、1a、1b、1c)被设计为，至少在前车桥(51)和后车桥(52)中的确切一个的区域内的行驶表面(100)中存在局部向上坡度(102、104)时，根据来自所述传感器(4-9)的所述传感器数据自动并且与所述机动车辆(50)是否向上倾斜独立地激活所述坡道启动辅助，至少一个传感器(4、5)被设计用于测量所述机动车辆(50)的行驶表面(100)和底面(53)之间的至少一个距离。

2.根据权利要求1所述的控制系统，

其特征在于，

所述控制系统被设计为评估来自倾斜传感器(3)的传感器数据并且在所述车辆(50)的倾斜度至少等于预先设定的零阈值时与所述局部向上坡度(102、104)的存在独立地激活所述坡道启动辅助。

3.根据权利要求1所述的控制系统，

其特征在于，

所述控制系统被设计用于评估来自至少一个传感器(4-9)的传感器数据，从而识别所述局部向上坡度(102、104)的存在并且之后激活所述坡道启动辅助。

4.根据权利要求1所述的控制系统，

其特征在于，

至少一个传感器(4、5)被设计用于测量在每种情况下所述前车桥(51)的区域内和所述后车桥(52)的区域内的至少一个距离。

5.根据权利要求4所述的控制系统，

其特征在于，

至少一个传感器(4、5)是超声波传感器的形式。

6.根据权利要求1所述的控制系统，

其特征在于，

至少一个传感器(6、9)被设计用于测量在所述机动车辆(50)的行驶方向上的所述行驶表面(100)的竖直轮廓(105)，并且所述控制系统(1b)被设计为将所述传感器数据与速度数据结合，从而由所述结合推算所述前车桥(51)和后车桥(52)中的至少一个的区域内的竖直轮廓。

7.根据权利要求6所述的控制系统，

其特征在于，

所述至少一个传感器(6)是雷达传感器。

8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述雷达传感器为激光雷达传感器(9)。

9.根据权利要求1所述的控制系统，

其特征在于，

所述至少一个传感器(7、8)被设计为至少间接地测量所述后车桥(52)和所述前车桥(51)的制动扭矩，并且所述控制系统(1c)被设计用于将所述传感器数据与存储的比较值比较。

10.根据权利要求9所述的控制系统，

其特征在于，

所述比较值是依赖速度的，并且所述控制系统(1c)被设计用于将所述传感器数据与速度数据结合。

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