CN104755342B - 坡道起步辅助方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于车辆的坡道起步辅助方法，由车载控制器感测坡道起步意图，并将感测到的坡道阻力换算成目标扭矩，通过控制器使发动机提前具有足够的扭矩储备，因此在随后的进一步起步时，驱动轮能够获得足够的驱动力，由此确保车辆不会后溜。另外，在手动挡汽车的情况下，由于在驾驶员松离合器过程的较早阶段便将发动机扭矩提升，进而使得发动机的转速升高，相比在发动机完全怠速的情况下，可以一定程度上避免由于离合器松的过快或过深而导致发动机被憋熄火。

Description

坡道起步辅助方法
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的坡道起步辅助方法。
背景技术
目前，手动挡汽车在坡道上的起步过程一般分为如下四个步骤：1、驾驶员脚踩制动踏板产生制动力，确保车辆在坡道上停稳；2、接着慢松离合器踏板，致使车身抖动，让离合器处于半联动状态，以便将一定的驱动力传递到驱动轮；3、驾驶员松开制动踏板转而去踩油门，此时原先确保车辆坡道停稳的制动力将消失；4、驾驶员同时或稍后松开离合踏板，使离合器处于完全联动状态或将处于完全联动状态；5、车辆的驱动轮将随之获得足够的驱动力，由此，车辆在坡道上的起步成功。
在上述手动挡汽车在坡道上的起步过程中，驾驶员对于第2步骤的火候把握最为困难。在第2步骤中，如果驾驶员松离合过快，则离合器快速进入完全联动状态，容易导致车辆发动机熄火。然而，在此步骤中，如果驾驶员松离合过浅，则无法将足量的驱动力传递到驱动轮，在随后第3步骤下制动力消失的情况下，车辆很容易沿着坡道后溜，出现道路危险状况。
为此，现有技术的解决之道是为车辆提供坡道起步辅助功能，但是该功能必须通过ESC(Electronic Stability Control，电子稳定性控制)产品来实现，具体实现方式为：在第1步骤中，ESC通过纵向加速度传感器得知坡道的大小；如果在第2步骤中驾驶员松离合过浅，则在第3步骤中，在驾驶员开始松开制动踏板时，ESC通过关闭其内部的电磁阀，制动管路中可继续保留制动力，由于制动力依然保留，则车辆在坡道上仍可继续停稳而不会后溜；随后在第4步骤中，ESC与发动机通讯，探测到驾驶员踩油门的过程中出现足够的驱动力来克服坡道阻力时，立即将制动管路内的制动力释放，此时尽管没有了制动力，但车辆在驱动力作用下将克服坡道阻力开始起动而不会后溜；随着驾驶员继续踩动油门，驱动力也相应地逐渐增大，车辆将开始向前行驶，而上述坡道起步辅助功能将退出。
现有技术所普遍使用的上述由ESC实现的坡道起步辅助方法的缺陷在于，这一方法只能通过ESC产品来实现，然而ESC在现有市场上的装配率很低，例如，在中国市场只有约15％。而且装配有ESC产品的车辆大部分是高端的自动挡汽车，因此手动挡汽车中装有ESC坡道起步辅助功能的比例更低。另外，ESC产品的价格较为昂贵，在中国售价约800-1000元。
还需要注意的是，对于上述传统的坡道起步辅助***，为了能够在驾驶员松开制动踏板时在制动管路中继续保留制动力，需要安装一种特定的所谓的“隔离阀”，例如前面所述的电磁阀。而这种隔离阀通常只能装配于ESC产品中，在广泛使用的车辆防抱死(ABS)产品中通常不设置这种阀。
发明内容
本发明提供了一种坡道起步辅助方法，旨在解决现有技术中存在的起步时容易后溜或者易于熄火等缺陷。
具体而言，本发明提供一种用于车辆的坡道起步辅助方法，所述方法包括：第一步骤：在车辆停驻在坡道上时，感测坡道阻力的大小；第二步骤：基于车辆在坡道上起步时出现的车辆相关参数或状态的变化而探测坡道起步意图；第三步骤：在探测到坡道起步意图后，将所感测到的坡道阻力换算成发动机的目标扭矩，控制发动机以将其扭矩提升至所述目标扭矩。
本发明还提供一种用于辅助车辆的坡道起步的控制器，其特征在于，所述控制器包括：第一装置，所述第一装置用于在车辆停驻在坡道上时，感测坡道阻力的大小；第二装置，所述第二装置用于基于车辆在坡道上起步时出现的车辆相关参数或状态的变化而探测坡道起步意图；第三装置，所述第三装置用于在探测到坡道起步意图后，将所感测到的坡道阻力换算成发动机的目标扭矩，控制发动机以将其扭矩提升至所述目标扭矩。
具体地，所述控制器选自如下组中任一种：发动机控制器、安全气囊控制器、ABS控制器、ESC控制器。
可选地，所述纵向加速度传感器可独立于控制器设置，或者集成在控制器内。
可选地，所述车辆是手动挡汽车，在第二步骤中所述控制器基于发动机转速的变化来探测坡道起步意图。
具体而言，发动机转速变化的探测通过如下过程实现：开始慢松离合踏板，发动机由完全怠速空转状态逐渐变成怠速负载状态，则探测到发动机的转速发生变化。
更具体地，在第三步骤后，继续松离合踏板，当发动机转速下降到正常的怠速转速时，发动机的目标扭矩被完全传递到驱动轮上。
可选地，所述车辆是自动挡汽车，在第二步骤中，通过制动踏板开关信号探测到制动踏板被完全松开来探测所述坡道起步意图。
本发明的坡道起步辅助方法通过控制器使发动机提前具有足够的扭矩储备，因此在随后的进一步起步时，驱动轮能够获得足够的驱动力，由此确保车辆不会后溜。本发明所提到的坡道起步辅助方法由于不依赖于ESC产品，因此可以在多种车辆中实现，包括手动挡汽车和自动挡汽车。另外，在手动挡汽车的情况下，由于在驾驶员松离合踏板过程的较早阶段便将发动机扭矩提升，进而使得发动机的转速升高，相比在发动机完全怠速的情况下，可以一定程度上避免由于离合器松的过快或过深而导致发动机被憋熄火。通过上述方法，使车辆在坡道起步过程中更加易于操作，因此更具实际应用价值。
附图说明
图1示出采用本发明坡道起步辅助方法在车辆坡道起步过程中的工作流程图；
图2示出在ABS控制器的控制下本发明所应用的坡道起步辅助方法的***框图；
图3示出在安全气囊控制器的控制下本发明所应用的坡道起步辅助方法的***框图。
具体实施方式
在下文中，相同的附图标记指代相同的元件。
本发明的坡道起步辅助方法可以由车辆中具有CAN通讯功能的控制器进行整体控制，例如可由如下控制器进行控制：发动机控制器、安全气囊控制器、ABS控制器、ESC控制器中的任一种。
本发明所提到的坡道起步辅助方法由于不依赖于ESC产品，因此可以在多种车辆中实现，包括手动挡汽车和自动挡汽车。
图1示出采用本发明坡道起步辅助方法在车辆坡道起步过程中的工作流程图。
如图1所示，在步骤101中，初始时，车辆在坡道上停稳，此时可以通过控制器的第一装置，例如纵向加速度传感器，来感测坡道阻力的大小。
所述纵向加速度传感器既可以独立于控制器之外设置，也可以集成在控制器内，例如集成于控制器内的电路板中。
上述坡道阻力大小的具体计算公式如下：
Fx＝m*i
Fx--坡道阻力，单位：牛顿(N)
m-汽车重量，单位：千克(kg)
i-坡道大小，单位：米每平方秒(m/s2)。
在步骤101中，驾驶员踩下制动踏板，以确保车辆在坡道上停稳。另外，在这一步骤中，如果车辆是手动挡汽车，则驾驶员还需踩下离合踏板，为随后的车辆起步做准备。
随后，在步骤102中，当驾驶员试图在坡道上起步时，可以通过控制器，例如控制器的第二装置，基于起步时出现的车辆相关参数或状态的变化而探测到驾驶员具有在坡道上起步的意图。
例如，对于手动挡汽车而言，可以通过发动机转速的变化来探测驾驶员的起步意图。特别地，当驾驶员试图在坡道上起步时，驾驶员开始慢松离合踏板，使离合器进入半联动状态，在此期间，发动机逐渐和车辆传动***连接，由此，发动机由完全怠速空转状态(怠速转速例如约为800-900转/分钟)逐渐变成怠速负载状态(此时发动机转速例如约为500-600转/分钟)，由此，就可以探测到驾驶员具在坡道上起步的意图。特别注意的是，发动机转速可以由发动机管理***中配置的发动机转速传感器感测，所感测的发动机转速的变化可以通过CAN通讯传送到控制器。
对于自动挡汽车而言，可以通过制动踏板的松开来探测驾驶员的起步意图。具体而言，当驾驶员试图在坡道上起步时，驾驶员松开制动踏板。松开制动踏板可被制动踏板开关探测到，而制动踏板开关变化的信号则意味着司机准备启动车辆，而该信号也可通过CAN通讯传送到控制器。
在探测到驾驶员的坡道起步意图后，在步骤103中，控制器，例如控制器的第三装置，将感测的坡道阻力大小换算成发动机的目标扭矩，具体换算如下：
Ttarget＝Fx*r/i0/i1
Ttarget-发动机目标扭矩
Fx--坡道阻力，单位：牛顿(N)
r-车轮半径，单位：米(m)
i0-主减速器比，单位：无
i1-一挡传动比，单位：无
随后，控制器通过软件控制或通讯控制(例如，与发动机相关的CAN通讯连接)来发送升扭请求到发动机以将其扭矩提升至所述目标扭矩，例如提升至目标扭矩Ttarget，使得发动机有足够的扭矩储备，由于此时离合器处于较轻的半联动状态，发动机只有较小的扭矩输出，而大部分的扭矩储备用来加速发动机自身，所以发动机转速转而升高(例如，转速约为1200-2000转/分钟)
随后，在步骤104中，由于发动机已经提升至目标扭矩，因此，作为扭矩储备的目标扭矩通过车辆传统***传递到驱动轮上用于负载，由此使驱动轮获得足够的驱动力以克服坡道阻力。因此，在驾驶员开始松开制动踏板转而踩油门踏板的过程中，车辆不会后溜。
特别地在手动挡汽车的情况下，驾驶员继续松离合踏板，离合器逐渐处于较重的半联动状态，当发动机转速下降到正常的怠速转速时，表明发动机的扭矩储备已经被大部分用于负载，即已经被传递到驱动轮上。
另外，在自动挡汽车的情况下，驾驶员继续松开制动踏板，直至完全松开。如上文所述，扭矩储备使驱动轮获得足够的驱动力。因此，在从松开制动踏板到踩下油门踏板的过程中，车辆不会后溜。
最后，在步骤105中，驾驶员踩下油门踏板，使车辆获得更多的驱动力，由此，车辆就可以向前行驶，此时将退出坡道起步辅助功能。
另外，在手动挡汽车的情况下，本发明还可以具有防止熄火功能。由于在驾驶员在松离合器过程的较早阶段便将发动机扭矩提升，进而使得发动机的转速升高，相比在发动机完全怠速的情况下，可以一定程度上避免由于离合器松的过快或过深而导致发动机被憋熄火。
上文提到，对坡道起步辅助方法进行控制的控制器可以是发动机控制器、安全气囊控制器、ABS控制器、ESC控制器中的任一种。
以ABS控制器为例，如图2所示，ABS控制器通过CAN通讯从发动机管理***得到发动机转速和扭矩，从纵向加速度传感器感测坡道阻力的大小。通过发动机转速的变化，就可以探测到驾驶员在坡道上起步的意图。随后，ABS控制器将所感测的坡道阻力的大小换算成发动机的目标扭矩。随后，ABS控制器通过CAN通讯给发动机发出进行扭矩储备的指令。然后，驾驶员开始踩油门踏板，在此过程中由于扭矩储备的存在使驱动轮获得足够的驱动力，车辆不会后溜。继续踩油门踏板，车辆就将向前行驶。
另外，还以安全气囊控制器为例。类似地，如图3所示，安全气囊控制器通过CAN通讯从发动机管理***得到发动机转速和扭矩，通过CAN通讯从安全气囊控制器得到四个轮速信号和制动踏板开关信号，从内置于安全气囊控制器自身的纵向加速度传感器得到坡道阻力的大小，然后经过判断，通过CAN通讯给发动机发出扭矩储备的指令。通过发动机转速的变化，就可以探测到驾驶员在坡道上起步的意图。随后，安全气囊控制器将所感测的坡道阻力的大小换算成发动机的目标扭矩。随后，安全气囊控制器通过CAN通讯给发动机发出进行扭矩储备的指令。然后，驾驶员开始踩油门踏板，在此过程中由于扭矩储备的存在使驱动轮获得足够的驱动力，车辆不会后溜。继续踩油门踏板，车辆就将向前行驶。
本领域技术人员还可以理解的是，本发明的保护范围并不仅限于上述实施例，所有对本发明的等同变换均落在本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种用于车辆的坡道起步辅助方法，其特征在于，所述方法包括：
第一步骤：在车辆停驻在坡道上时，感测坡道阻力的大小；
第二步骤：基于车辆在坡道上起步时出现的车辆相关参数或状态的变化而探测坡道起步意图；
第三步骤：在探测到坡道起步意图后，将所感测到的坡道阻力换算成发动机的目标扭矩，控制发动机以将其扭矩提升至所述目标扭矩，
第四步骤：将所述目标扭矩传递到驱动轮上，使车辆获得足够的驱动力而不会后溜并保持在停驻状态；以及
第五步骤：踩下油门踏板，使车辆在坡道上向前行驶。
2.根据权利要求1所述的坡道起步辅助方法，其特征在于，当所述车辆是手动挡汽车时，在第二步骤中,基于离合踏板松开过程中发动机转速的变化来探测坡道起步意图。
3.根据权利要求2所述的坡道起步辅助方法，其特征在于，发动机转速变化的探测通过如下过程实现：探测到发动机由完全怠速空转状态逐渐变成怠速负载状态，则确定发动机的转速发生变化。
4.根据权利要求1所述的坡道起步辅助方法，其特征在于，当所述车辆是自动挡汽车时，在第二步骤中，通过制动踏板开关信号探测到制动踏板被完全松开来探测所述坡道起步意图。
5.根据权利要求4所述的坡道起步辅助方法，其特征在于，发动机转速变化的探测通过如下过程实现：在制动踏板松开过程中，探测到发动机由完全怠速空转状态逐渐变成怠速负载状态，则确定发动机的转速发生变化。
6.根据权利要求1所述的坡道起步辅助方法，其特征在于，在第一步骤中，通过如下公式计算坡道阻力：
Fx＝m*i，
其中，Fx表示坡道阻力，单位为牛顿；m表示汽车重量，单位为千克；i表示坡道大小，单位为m/s2。
7.根据权利要求6所述的坡道起步辅助方法，其特征在于，在第三步骤中，通过如下公式换算发动机的目标扭矩：
Ttarget＝Fx*r/i0/i1，
其中Ttarget表示发动机的目标扭矩；Fx表示坡道阻力，单位为牛顿；r表示车轮半径，单位为米；i0表示主减速器比，i1表示一挡传动比。
8.一种用于辅助车辆的坡道起步的控制器，其特征在于，所述控制器包括：
第一装置，所述第一装置用于在车辆停驻在坡道上时，感测坡道阻力的大小；
第二装置，所述第二装置用于基于车辆在坡道上起步时出现的车辆相关参数或状态的变化而探测坡道起步意图；
第三装置，所述第三装置用于在探测到坡道起步意图后，将所感测到的坡道阻力换算成发动机的目标扭矩，控制发动机以将其扭矩提升至所述目标扭矩；
第四装置：所述第四装置用于将所述目标扭矩传递到驱动轮上，使车辆获得足够的驱动力而不会后溜并保持在停驻状态；
其中，在第四装置的上述操作之后，所述车辆的驾驶员踩下油门踏板，使车辆在坡道上向前行驶。
9.根据权利要求8所述的用于辅助车辆的坡道起步的控制器，其特征在于，所述车辆是手动挡汽车，所述第二装置基于离合踏板松开过程中发动机转速的变化来探测坡道起步意图。
10.根据权利要求9所述的用于辅助车辆的坡道起步的控制器，其特征在于，发动机转速变化的探测通过如下过程实现：探测到发动机由完全怠速空转状态逐渐变成怠速负载状态，则确定发动机的转速发生变化。
11.根据权利要求8所述的用于辅助车辆的坡道起步的控制器，其特征在于，当所述车辆是自动挡汽车时，所述第二装置通过制动踏板开关信号探测到制动踏板被完全松开来探测所述坡道起步意图。
12.根据权利要求11所述的用于辅助车辆的坡道起步的控制器，其特征在于，发动机转速变化的探测通过如下过程实现：在制动踏板松开过程中，探测到发动机由完全怠速空转状态逐渐变成怠速负载状态，则确定发动机的转速发生变化。
13.根据权利要求8所述的用于辅助车辆的坡道起步的控制器，其特征在于，所述第一装置通过如下公式计算坡道阻力：
Fx＝m*i，
其中，Fx表示坡道阻力，单位为牛顿；m表示汽车重量，单位为千克；i表示坡道大小，单位为m/s2。
14.根据权利要求13所述的用于辅助车辆的坡道起步的控制器，其特征在于，所述第三装置通过如下公式换算发动机的目标扭矩：
Ttarget＝Fx*r/i0/i1，
其中Ttarget表示发动机的目标扭矩；Fx表示坡道阻力，单位为牛顿；r表示车轮半径，单位为米；i0表示主减速器比，i1表示一挡传动比。
15.根据权利要求8所述的用于辅助车辆的坡道起步的控制器，其特征在于，所述控制器选自如下组中任一种：发动机控制器、安全气囊控制器、ABS控制器、ESC控制器。
16.根据权利要求8所述的用于辅助车辆的坡道起步的控制器，其特征在于，所述第一装置为纵向加速度传感器，所述纵向加速度传感器设置在控制器外，或者集成在控制器内。
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