CN103987595B - 带有防抱死***的车辆和制动车辆的方法 - Google Patents

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Abstract

为在车辆制动时实现车辆的车轮(10)相对于车道(12)的尽可能有利的滑动，可建议可通过ABS主动地通过制动干预降低车轮(10)的转速(w)且在解除制动时通过车道(12)被动地再次加速。在ABS调节期间，车轮(10)的滑动在此围绕最优滑移率变动。本发明所要解决的技术问题是改进车辆的防抱死***。在根据本发明的方法中，为降低车辆相对于滚动面(12)的行驶速度(v)，给车辆的至少一个车轮(10)暂时地施加与车轮(10)的旋转方向(14)相反地作用的制动力矩(Mb)。此外，建议在行驶速度(v)降低期间暂时地通过车辆自身的加速装置给车轮(10)施加作用在旋转方向(14)上的加速力矩(Ma)。

Description

带有防抱死***的车辆和制动车辆的方法
技术领域
本发明涉及一种带有用于制动车辆的制动装置的车辆。通过制动装置可对车辆的至少一个车轮施加制动力矩。本发明也涉及一种制动车辆的方法。通过所述方法降低车辆的行驶速度，以此车辆以至少一个车轮在滚动面上滚动。为制动车辆，在此暂时地对车轮施加以与车轮的旋转方向相反地作用的制动力矩。
背景技术
在本发明的上下文中，车辆理解为汽车，轨道车辆或飞机。通过本发明，对此车辆提供一种用于至少一个车轮的防抱死***。
如果车辆，即例如汽车在车道的滚动面上滚动行驶，则在车辆的车轮上平行于滚动面作用的力可最高与作用在车轮的轮胎的运行面和车道的滚动面之间的附着摩擦力一样大。此平行于滚动面可施加的力在此分为驱动力或制动力以及侧面导向力。
如果车辆被强制动使得超过在滚动面上最高地可施加的制动力，则车轮发生抱死且车轮在滚动面上滑动或打滑。为重新获得轮胎的运行面和车道的滚动面之间的附着，轮胎的运行面必须再次被加速使其与滚动面的相对速度足够小，以再次实现附着。为此，在具有液压摩擦制动器的车辆的情况下规定，可借助于防抱死***暂时松开制动器。该防抱死***为此在液压制动回路中通过电磁阀进行干预。为判断干预的必要性，测量车轮的车轮转速。只要车轮的转速相对于车速下降过多，则松开摩擦制动器，使得摩擦制动器不再在车轮上施加制动力矩。然后，在滚动面上滑动的车轮通过作用在该车轮和车道之间的摩擦力再次进入滚动且加速。当该车轮的转速再次相当于其余车轮的转速时，该车轮可借助于摩擦制动器再次被施加以制动力矩。
防抱死***(ABS)通常并非仅在车轮抱死时进行干预。而是在车轮尚处于滚动时已调节车轮相对于车道的滑动。这在下文中根据图1详细解释。在车辆直线滚动行驶时其作用在车轮上的制动力F从在车辆制动时(且以类似的方式也在车辆加速时)带有滑移率S＝0％的自由滚动的车轮随着滑移率S的升高而首先增加到直至最大值，以便然后大致从S＝30％的滑移率再次下降。为在车辆制动时获得尽可能有利的滑动，通过ABS交替地通过制动干预主动地降低车轮转速且在制动器释放时通过车道再次被动地加速车轮转速。以此，在从例如S＝8％至S＝35％的范围以内调节滑动。在ABS调节期间，车轮的转速在此在相应的转速值之间波动。
从DE4435953A1中已知，为制动乘用车产生了总制动力矩，所述总制动力矩由液压制动***的制动力矩和在再生范围内运行的电动马达的制动力矩组成。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是改进用于车辆的防抱死***。
此技术问题通过根据权利要求1的方法以及根据权利要求9的车辆解决。有利地，方法和车辆的扩展通过各属权利要求给出。
在根据本发明的方法中，为降低车辆相对于滚动面的行驶速度，也暂时地给车辆的至少一个车轮施加以与车轮的旋转方向相反地作用的制动力矩。此外建议，在降低行驶速度期间，通过车辆自身的加速装置对车轮暂时地施加以在旋转方向上作用的加速力矩。车辆在此尤其是乘用车或卡车。
通过根据本发明的方法获得了如下优点，即在滑动过大时不再依赖于仅通过由车道作用在车轮上的摩擦力加速车轮。如果车轮被制动过强或滚动面沿制动路径的表面特性变化且因此产生了降低的附着摩擦，则在制动期间也通过加速装置主动地匹配车轮的滑动。
根据本发明的车辆可以以有利的方式根据本发明的方法被制动。为此，根据本发明的车辆一方面具有用于制动车辆的制动装置。制动装置构造为给车辆的至少一个车轮施加以制动力矩。另一方面提供了加速装置，所述加速装置构造为给车轮施加以加速力矩。通过根据本发明的车辆的控制设备，通过制动装置和加速装置可根据本发明的方法的实施形式制动车辆。
制动力矩和加速力矩在此分别是合成的总体上作用在车轮上的力矩。为可在制动力矩和加速力矩之间交替，例如可构思通过车辆的内燃机为车轮施加以驱动力矩且同时通过摩擦制动器对车轮施加以与驱动力矩反作用的摩擦力矩。然后，通过这两个力矩的平衡，可产生制动力矩或加速力矩而形成作为合成力矩。
优选地，当然建议加速装置包括至少一个电机。以此，可在特别短的时间段内提供加速力矩。根据本发明的车辆的特别优选的实施形式，电机是车轮的轮毂电机或轮毂驱动器。这实现了在车轮上的无间隙的联接，使得通过制动力矩和加速力矩之间的频繁交替产生设备的磨损相对低。
在加速力矩方面，根据本发明的方法的实施形式建议，通过加速力矩降低车轮相对于滚动面的滑动的大小。换言之，使过慢的或抱死的车轮再次处于更有利的滑动的范围内，而在此不总体上使车辆加速，即不增大行驶速度。仅将车辆加速直至实现了希望的更小的滑移率。
根据本发明的方法的另外的实施形式，在识别到车辆的弯道行驶时，通过加速力矩增加在车轮和滚动面之间作用的侧面导向力。以此，可以以有利的方式防止车辆的侧滑。希望的侧面导向力的调节可例如根据通过Kamm摩擦圆描述的关系来进行。
根据本发明的车辆的制动装置在其实施例中包括摩擦制动器。以此摩擦制动器可提供特别高的制动功率。根据本发明的方法的扩展，在此建议在至少一个时刻，借助摩擦制动器产生仅一部分制动力矩值。以此产生的优点是可通过例如电机的更精确且更快速可调节的装置来调节最终的制动力矩。所述装置在此可不必施加完全的制动功率，以此可保持更精确且更快速可调节的装置的低制造成本。
作为摩擦制动器的补充或替代，在根据本发明的车辆中可建议，制动装置包括至少一个电机。如所提及，以此电机可实现制动力矩的更精确且更快速的调节。此外，可实现回收制动运行，其中将车辆的动能转化为可利用的电能。
根据本发明的方法的扩展，在车轮施加以制动力矩和车轮施加以驱动力矩之间基于调节交替。以此，可更精确地将车轮保持在希望的最优滑动点处。在此已被证明特别有利的是PID调节。以此PID调节可尤其结合作为加速装置的电机在制动过程期间将滑动调节到单独的最优额定值而无明显偏差。
在根据本发明的方法的实施形式中，控制装置具有两个调节回路，其中一个形成外调节回路且一个形成内调节回路，以调节合成作用在车轮上的力矩。通过此实施形式实现将常规的ABS与表示为根据本发明的方法的实施形式的调节方法组合。如果使用电机作为加速装置，则常规的ABS的(相对缓慢的)调节回路可形成外调节回路，且(相比之下更快的)用于电机的调节回路可形成内调节回路。以此，可提供可改装的制动***。
为可精确地确定车轮的转速，根据本发明的车辆的扩展提供了转速测量装置，所述转速测量装置构造为基于电机的旋转变压器的信号确定车轮的转速。
附图说明
本发明在下文中根据实施例详细解释。为此，各图为：
图1示出了带有曲线的图形，通过所述曲线解释了车轮的滑动和作用在车轮上的制动力之间的原理关系，和
图2是表示根据本发明的车辆的实施形式的乘用车的车轮的示意性图示。
具体实施方式
示例图是本发明的优选实施形式。
在图2中示出了在道路12上滚动的车轮10。车轮10属于以行驶速度v沿道路12运动的(未进一步图示的)乘用车。车轮与(未图示的)轮毂电驱动器联接，所述轮毂电驱动器具有例如同步电机或异步电机的电机。通过轮毂驱动器可加速和制动乘用车。
对于如下解释，认为乘用车的驾驶员正执行全制动。乘用车在此直线滚动行驶。
响应于对于乘用车的制动踏板的操作，轮毂驱动器产生了与车轮10的旋转方向14相反地作用在车轮10上的制动力矩Mb。为产生制动力矩Mb，通过轮毂驱动器的控制装置将控制信号传递到电机的逆整流器的功率开关上，然后通过它将在电机的定子内的绕组电流调节为，使得在电机内的旋转磁场将制动力矩Mb施加在与车轮10机械联接的电机的转子上。由于作用在车轮上的制动力矩Mb，车轮10的转速降低。这使车轮10的相对于道路12的滑移率S增加(见图1)，且导致由道路12作用在车轮10上的制动力F。以此，最后降低了乘用车的行驶速度v。
轮毂驱动器是高动态可控制的驱动器。通过轮毂驱动器的控制装置将车轮10的滑移率S调节到额定值S0＝15％。当仍应准备对于S>15％的滑移率的小的预先确定的力储备时，此额定值S0是使得制动力F具有最大值的最优值。在此，在过强的制动(S>15％)或在车轮10在道路12上的滑动的情况中，可通过电机也在制动期间主动地加速车轮10，以将滑移率S再次调节到额定值S0。为此，在此示例中，通过相应地控制功率开关简单地在小于5ms的时间内将电机的旋转磁场转换为，使得电机在车轮10上施加作用在旋转方向14上的加速力矩Ma。因此，又将车轮10的转速w调节到最优值，在此最优值处获得滑动的额定值S0。以此，产生了与常规的ABS相比的时间优点，该常规的ABS在车轮的过强的制动时依赖于通过车道和车轮之间作用的摩擦力导致的车轮的被动加速。
此外，在示例的乘用车的情况中提高了车辆的行驶动力学稳定性，因为带有直接作用在转子上的干预的控制单元的调节回路比通过其控制摩擦制动器的液压***的ABS的调节回路更快。
电机通常具有旋转变压器，所述旋转变压器比在常规的ABS中使用的转速传感器具有更好的转速分辨率。由于电机和车轮之间的机械联接，此旋转变压器也可例如用于确定车轮的转速。但当然也可以使用分开的转速传感器来测量车轮的转速。
如在示例中所示，在使用电机时也可进行电机制动，即不通过摩擦制动器制动。在此情况中，控制单元的调节算法控制车轮的减速和加速。以此，可降低跳动，即围绕最优的滑移率的波动。车轮保持在最大制动力中。可更好地调节指令变量“车轮的转速w”。在制动期间，与常规的ABS相比，车轮在最优滑动点处时间更长。
后者的原理也可与摩擦制动器组合使用。为此，在摩擦制动器上形成仅一部分制动力。因此，调节在此通过电机制动器的控制来进行。来自摩擦制动器和电机制动器的制动力的加和在此产生了将车轮保持在最大制动力中所需的制动力。
可通过对于电驱动的主动干预来缩短抱死的或与行驶速度相比过慢的车轮的再次加速阶段。不再依赖于与地面摩擦系数有关的、车轮的自身加速。因此，车轮更好地保持在最优滑动中。以此，可缩短制动距离，降低车轮的轮胎的磨损，且提高了稳定性。
当使用存在于电机内的旋转变压器传感器来获得转速信息时，可省掉外部轮速传感器。这节约了轮速传感器的成本、安装、布线和对应的评估电路。

Claims (13)

1.一种用于车辆制动的方法，所述车辆带有至少一个在滚动面(12)上滚动的车轮(10)，其中在所述方法中降低车辆相对于所述滚动面(12)的行驶速度(v)，且为此对所述车轮(10)暂时地施加与车轮(10)的旋转方向(14)相反地作用的制动力矩(Mb)，并且在所述行驶速度(v)降低期间，暂时地通过车辆的加速装置给所述车轮(10)施加作用在旋转方向(14)上的加速力矩(Ma)，其中，在至少一个时刻通过摩擦制动器产生制动力矩(Mb)的大小的至少一个部分并且
在至少一个时刻分别通过电机产生制动力矩(Mb)和加速力矩(Ma)的大小的至少一个部分，其特征在于，在至少一个时刻，通过摩擦制动器产生制动力矩的大小的仅一部分，其余制动力矩通过电机调节，其中，控制装置具有两个调节回路，其中一个调节回路形成外调节回路，其中另一个形成用于调节作用到至少一个车轮(10)上的力矩(Ma,Mb)的内调节回路，其中，
交替地通过制动干预主动降低车轮转速且在解除摩擦制动时通过车道被动地再次加速车轮转速并由此在范围内调节滑移的ABS调节回路形成外部调节回路，相比ABS调节回路更快的用于电机的调节回路形成内部调节回路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述加速力矩(Ma)降低所述车轮(10)相对于滚动面(12)的滑动(S)的大小。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，基于调节，在给所述车轮(10)施加制动力矩(Mb)的加速和给所述车轮(10)施加驱动力矩的加速之间交替。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过所述调节将所述车轮(10)相对于所述滚动面(12)的滑动(S)调节到预先确定的额定值(S0)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，识别所述车辆的弯道行驶且通过所述加速力矩(Ma)增加在所述车轮(10)和所述滚动面(12)之间作用的侧面导向力的大小。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述车轮(10)的转速测量通过电机的旋转变压器执行。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述调节是PID调节。
8.一种车辆，所述车辆带有：
用于车辆制动的制动装置，所述制动装置构造为对车辆的至少一个车轮(10)施加以制动力矩(Mb)；
加速装置，所述加速装置构造为对所述车轮(10)施加以加速力矩(Ma)，其中，加速装置包括至少一个电机，制动装置包括摩擦制动器，
其特征在于，
具有带有两个调节回路的控制装置，其中一个调节回路形成外调节回路，另一个调节回路形成用于调节作用到至少一个车轮(10)上的力矩(Ma,Mb)的内调节回路，所述控制装置构造为根据前述权利要求中一项所述的方法通过制动装置和加速装置对车辆进行制动。
9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述加速装置包括至少一个电机。
10.根据权利要求8或9所述的车辆，其特征在于，所述制动装置包括摩擦制动器。
11.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述制动装置包括至少一个电机。
12.根据权利要求8或9所述的车辆，其特征在于，具有转速测量装置，所述转速测量装置构造为基于电机的旋转变压器的信号确定所述车轮(10)的转速(w)。
13.根据权利要求9或10所述的车辆，其特征在于，所述至少一个电机是轮毂电驱动器。
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