CN101689847B - 用于车辆的辅助方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆的控制的辅助方法，该车辆包括借助于离合器连至驱动轮的发动机组，其特征在于，更新离合器的曲线，所述曲线根据其可靠性而将离合器踏板的位置关联于相应离合器所传输的最大扭矩，其可靠性在该车辆的使用初期较低并且随着该车辆的使用而增加。

Description

用于车辆的辅助方法

技术领域

本发明涉及一种用于具有手动或自动变速箱的车辆的控制的辅助方法，该方法应用离合器曲线学习算法。

本发明具体地涉及一种斜坡起步辅助方法和设备，但是也适用于估算车辆的离合器磨损，或者是4x4车辆的电子牵引力控制系统(更为普遍的名称是电子牵引力控制装置ETC)的控制。

背景技术

在一些车辆中，汽车制造商提出一种助动停车制动。

这种助动停车制动应当为客户带来有价值的补给，因为其价格比传统的停车制动方案要高。

为了使得该系统更有价值，一些制造商因而决定为其增加斜坡起步辅助功能，特别是辅助在斜坡上起动(或驶离)，其原理是一旦发动机传输给驱动轮的扭矩足以补偿斜坡倾斜度的作用就松开非驱动轮上的制动器。

已经知道这种设备。

文件GB 2376990在此观点上提出一种用于包括手动变速箱的机动车辆的助动停车制动设备的控制模块，当其收到指示加速器踏板的正向移动以及离合器踏板位置到达触点的信号时松开施加于停车制动器上的力。设备松开致动器的时刻还取决于离合器踏板的压下速度、所接合的传动比以及车辆使用者所处斜坡的倾斜度。

这个设备的缺点是对传感器噪声相当敏感，例如倾斜度传感器。另外，其并未考虑离合器曲线上的触点。其因而不能实现在倾斜度较大的斜坡上的最佳驶离。

最后，该方法的另一个缺点是关于基于发动机扭矩估算、与触点相对应地计算由离合器传输的扭矩。其因而未考虑离合器的老化，并且对线路消耗相当敏感，例如空调、交流发电机或任何其他消耗发动机能量的设备。

文件FR 2828450提出一种用于辅助在斜坡上驶离的方法，该方法借助于一种能够估算传输至该离合器的扭矩的算法、利用车辆离合器的特征曲线来在驶离时更准确地控制制动器的松开。

这个估算是通过绘制离合器曲线来实现的，该曲线给出了离合器踏板的位置和相应离合器所传输的最大扭矩。然而，它对于该曲线的初始化以及传感器噪声特别敏感。另外，该曲线的更新相当耗时并且不匹配于其可靠度。

发明内容

本发明的目的是提出一种特别是针对斜坡起步的辅助方法，该方法对于线路消耗并不敏感。

本发明的另一个目的是提出一种特别是针对斜坡起步的辅助方法，该方法基于对离合器曲线的估算并且对于所述离合器曲线的初始化不太敏感。

为此，本发明提出一种辅助方法，其特征在于，它更新离合器曲线，所述曲线根据其可靠性而将离合器踏板位置关联于相应离合器所传输的最大扭矩，其可靠性在车辆使用初期较低并且随着该车辆的使用而增长。

根据本发明的一些非限制性优选方面如下：

-根据曲线的可靠性而使得下列参数中的至少一个改变：

ο针对每个扭矩范围而考虑的升高和/或降低比的改变次数，

ο极限间隔，

ο滑动阈值，或

ο可靠性因子，

-根据每个扭矩范围，对于针对该扭矩范围而考虑的升高和/或降低比的改变次数、极限间隔、滑动阈值、和/或可靠性因子进行参数化，

-离合器曲线的更新是在整个车辆寿命期限内实时进行的，

-其应用根据本发明的辅助设备。

最后，根据本发明的最后一个方面，为了协助车辆使用者执行斜坡起步、为了估算车辆离合器磨损、和/或为了控制4x4车辆的电子牵引力控制系统，提出一种根据本发明的辅助方法对于车辆的应用。

附图说明

参考附图，通过阅读下面作为非限制性例子而给出的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将变得明显，其中：

图1示出了配备有根据本发明的设备的车辆的功能结构；

图2示出了自动机的工作原理，该自动机估算本发明所应用的车辆的、传输至车轮的扭矩；

图3示出了根据本发明的离合器曲线的离散性。

具体实施方式

配备有根据本发明的斜坡起步辅助设备的车辆包括发动机组、助动停车制动器5、其上传输来自车辆剩余部分6的信号的总线4、以及控制发动机组的计算机。

总线4优选地是符合CAN^TM(用于控制区域网络的控制局域网)标准的总线。

发动机组包括通过传输设备与驱动轮联结的热机，所述传输设备包括可由使用者或计算机控制的变速箱和离合器，这取决于变速箱的类型。

作为变型，发动机组可以包括一个或多个具有或没有热机的电动机。

所述斜坡起动辅助设备与用于控制助动停车制动器5的计算机1配合，该计算机还连至总线4。

计算机1如已知地那样配备有用于生成压紧或松开助动停车制动器5的命令的装置，制动器5的命令是在至该助动停车制动器的连接线上生成的。必要时，计算机1还配备有用于向总线4传输助动停车制动器5的状态信息的装置。

控制助动停车制动器5的计算机1通过合适的线路连至倾斜度传感器2。

当车辆停在斜坡上时，倾斜度传感器2递送代表车辆停止的斜坡的倾斜度的信号。

当控制助动停车制动器5的计算机1产生压紧命令时，制动器的活动部分压紧圆盘以使得助动停车制动器5被压紧。

相反，当控制助动停车制动器5的计算机1产生松开助动停车制动器5的命令时，该制动器的活动部分被松开。

另外，在起动的情况下(无论是在斜坡上还是在平坦路面上)，车辆的发动机组产生一扭矩，该扭矩按照离合器为激活还是非激活以及取决于离合器位置的分数而被传输或不被传输至车轮。

因此，本发明的设备确定助动停车制动器5的松开条件，该条件特别地取决于斜坡倾斜度以及对传输至离合器的扭矩CT的估算。这个条件被确定成一旦超过特定阈值或斜坡效应被发动机扭矩抵消就使得车辆处于驶离情形。

为了驶离，斜坡上的静止车辆应克服由于地心引力造成的斜坡效应。

这个效应取决于斜坡特征和车辆质量并且等于

m·g·sin(θ_pente)， (等式1)

其中：

οm是车辆质量，

οg是重力加速度，

οθ_pente是斜坡倾斜度。

应当借助于车轮传动链传输至离合器以使得车辆能够驶离(即在斜坡上起动)的最小扭矩C_{T_seuil}因而应当至少等于

C_{T_seuil}＝ECT(θ_{emb_seuil})＝m·g·sin(θ_pente)·r(b)·ρ_roues (等式2)

其中：

οr(b)是与变速杆位置b相对应的所接合的传动比，

οECT(θ_{emb_seuil})是当踏板被压低至位置θ_{emb_seuil}时离合器所传输的扭矩，

ορ_roues是负载下的车辆车轮的半径。

这个扭矩C_{T_seuil}是极限驶离扭矩。

本发明提出的策略是基于对法国专利申请FR 2828450介绍的算法的改进的，该法国专利申请提出一种能够估算离合器曲线(其将离合器踏板位置关联于离合器所传输的最大扭矩)的设备，对离合器曲线的估算使得该设备能够相比基于计算的方法而言对于离合器的磨损和老化以及对线路损耗较不敏感。这个算法在图2中示出并且不再对其进行赘述。当传输至离合器的扭矩ECT大于由等式2给出的极限驶离扭矩C_{T_seuil}时，有关方法控制助力停车制动器的松开。

困难在于尽可能准确地估算传输至离合器的扭矩。

为此，本发明所提出的算法和方法改进了图2中的块B和E，即输入信号产生块和离合器曲线更新块。

在离合器曲线上将触点定义成对应于离合器开始传输扭矩时的踏板位置。这个最小扭矩例如可以是约3N.m。

触点因而对应于离合器处于滑动阶段时的离合器踏板位置。

由于车辆的飞轮以及离合器摩擦片的涂层的磨损、对离合器施加压力的弹簧由于其重复使用而产生的刚性变化等，这个特征随时间而演进。

离合器传输的扭矩因而基于对离合器曲线的提前获知而被确定。为此，应当确定传输由等式2确定的极限驶离扭矩C_{T_seuil}时的离合器踏板位置。由此推导应当踩下离合器踏板以执行成功的斜坡起步时的位置θ_{emb_seuil}。

由于离合器曲线对于离合器磨损和老化相当敏感，因此应当在车辆的整个使用期限内反复调整该曲线。

在下文以及附图中，使用下列符号来标识本发明所使用的数学变量：

-C_{m_CME}是发动机递送的有效平均扭矩，其是由发动机计算机估算的，

-ω_m是发动机转动角速度，

-ω_R是前轮转动角速度，

-v是车辆的纵向速度，

-θ_emb是离合器踏板的位置，

-θ_acc是加速器踏板的位置，

-θ_pente是车辆的倾斜度，

-RE是所接合的传动比，死点时RE＝0，而接合任一传动比时RE＝1，除非是接合倒档，接合倒档时RE＝-1，

-是变量x相对于时间的导数。

根据本发明，离合器曲线是基于在车辆传动比改变的阶段所获取的点来估算的，优选地是在降低比改变的阶段。实际上，在降低比改变时，车辆的发动机计算机递送最佳发动机扭矩估算值C_{m_CME}，因为不应当在活塞的进气阶段考虑其下降带来的效应，然而当升高比改变时，发动机计算机应当考虑混合气体燃烧温度、实际注入的汽油量等。这使得发动机扭矩的估算值C_{m_CME}变得特别复杂并且不太可靠。

车辆传感器所递送的信号的加工块的改进：

本发明的方法所基于的动力学等式是：

$m\stackrel{\·}{v}=F_X-F_{\mathrm{res}}$

$J_R\·{\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_R=C_R({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{emb}},{\mathrm{\ω}}_m-{\mathrm{\ω}}_R)-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{roues}}\·F_X$

$J_m\·{\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_m=C_{m\_\mathrm{CME}}({\mathrm{\ω}}_m,{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{acc}})-r\left(b\right)\·C_R({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{emb}},{\mathrm{\ω}}_m-{\mathrm{\ω}}_R)$ 等式3

也就是说：

$F_X=m\·\stackrel{\·}{v}+F_{\mathrm{res}}$

$C_R({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{emb}},{\mathrm{\ω}}_m-{\mathrm{\ω}}_R)=J_R\·{\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_R-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{roues}}\·F_X$

$C_{m\_\mathrm{CME}}({\mathrm{\ω}}_m,{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{acc}})=J_m\·{\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_m+r\left(b\right)\·C_R({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{emb}},{\mathrm{\ω}}_m-{\mathrm{\ω}}_R)$ 等式4

其中：

οr(b)·C_R(θ_pente，ω_m-ω_R)是离合器在位置θ_emb所传输的扭矩，其将表示为ECT(θ_emb)，

οF_x是车轮与地面之间的接触力的纵向分量，

οF_res是车辆移动阻力的纵向分量。

当滑动量充足时，可以使用等式4来估算离合器曲线。由此获得等式：

$\mathrm{ECT}\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{emb}}\right)={\mathrm{Cm}}_{\mathrm{CME}}-J_m{\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_m$

ω_R-r(b)·ω_m＞Δω_seuil 等式5

第二等式是关于滑动的条件。它表示了车轮角速度ω_R与离合器角速度r(b)·ω_m之差应当大于极限角速度Δω_seuil，从而保证离合器传输的扭矩是离合器在相关的位置θ_emb所传输的最大扭矩。

为了估算离合器曲线，如等式5所示，变量C_{m_CME}、θ_emb、ω_m、ω_R和应当是同相的。

因此，对于在块B的输入端接收的信号实施滤波和/或微分和/或延迟以使得块B输出端的信号是同相的，所述信号通过总线CAN来自车辆的不同传感器。

所述传感器例如可以是倾斜度传感器、离合器传感器、发动机转动角速度传感器等。

为此，本申请的设备应用FIR(有限脉冲响应)滤波器。当其收到来自传感器的输入信号时，以已知方式对该信号实施延迟，该延迟的作用是减少相应传感器的噪声。针对输入信号x(t)的FIR滤波器的输出信号y(t)因而是：

$y\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i\·x(t-i\·T)$ 等式6

其中：

οa_i是FIR滤波器的第i个系数，

οN是FIR滤波器的系数总数，

οx(t-i·T)是延迟i·T秒的滤波器输入信号。

根据本发明的设备还可以包括针对m个采样的微分滤波器，其也以已知的方式引入了延迟(m/2型)。

例如，这种滤波器可以根据下面的等式来实现：

$y\left(t\right)=\frac{\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}x\left(k\right)-x(k-m)}{m\·\mathrm{Ts}}$ 等式7

其中，Ts是采样时间。

还可以引入常量延迟来弥补由于微分滤波操作(特别是在求ω_m的倒数以获得这一操作期间)或者是具有总线CAN上的不同采样间隔的滤波操作所带来的延迟，因此，将输出信号y(t)表示成相对于输入信号x(t)具有常量延迟，例如：

y(t)＝x(t-T) 等式8

其中，x(t-T)是延迟T秒的输入信号。

最后，可以引入变化的延迟，该延迟与特定传感器的特性有关。

例如，发动机速度传感器传递关于发动机的以“转/每分钟”为单位的转速的信息：根据该发动机转速，可以较为频繁或较不频繁地递送该信息，因为它是在发动机转一整圈的时刻获得的。因此，例如发动机扭矩估算值C_{m_CME}的其他信号应当与发动机信号ω_m的递送时刻同相。因而将输出信号y(t)表示成相对于输入信号x(t)具有变化的延迟，例如：

等式9

其中：

οω_m ⁱ是发动机角速度的第i个阈值，

οx(t-iT)是延迟了i·T秒的输入信号。

对输入信号使用这些滤波器因而可以通过在估算离合器曲线时考虑由于使用特定参数而产生的延迟，来增加本申请的设备所使用的算法对于传感器噪声的健壮性。

离合器曲线更新的改进

为了获得离合器曲线，将离合器踏板位置θ_emb关联于离合器所传输的最大扭矩ECT的点CC(θ_{emb_cc}，ECT_cc)被测量，然后被记录。离合器曲线因而被分成扭矩ECT的N_plages个范围，如图3所示，每个范围i(1≤i≤N_plages)都关联于一个点CC_i(θ_{emb_cc}(i)，ECT_cc(i))。

优选地，范围i(1≤i≤N_plages)是有规律的间隔，其由离合器传输的扭矩ECT_Min(i)和ECT_Max(i)所围绕，其中ECT_Max(i)＝ECT_Min(i+1)(对于1≤i≤N_plages-1)。

可以设想任何其他分隔，例如参见图3。然而，对于较小的ECT值而言越小的分隔越有利，因为这能够在触点附近获得更准确的离合器曲线。

优选地，为了加工离合器曲线所考虑的信号是在块B的输出端所获得的信号，即为了对于传感器噪声更健壮而进行滤波的信号和/或为了实现同相而被延迟的信号。

根据本发明的算法和方法包括下列步骤。

在第一步骤期间，如果检测到传动比改变，则生成关于存储点的命令，以使得关于离合器踏板位置θ_emb、发动机转速ω_m、车轮转速ω_R和离合器传输的扭矩ECT的信息能够被存储在存储装置中。当换低档时，多个点也因而被捕获。

在第二步骤期间，该方法确定传动比是否被接合，并且在必要时确定传动比的改变是否是降低。如果这个条件未满足，则该方法不考虑所捕获的点并且将其丢弃。否则，它进入分析所捕获的点的第三步骤。

当然，如上文所述，换低挡的条件是只有为了增加该方法的相关算法的健壮性才选择的一种限制。如果发动机扭矩的估算值被认为足够可靠，则这个限制可以取消，从而在升高的速度变化时也考虑所存储的点。

当分析所捕获的点时，在第三步骤期间，该方法对于每个点确定它是否属于离合器曲线的范围i。必要时，该点被存储。否则该点被丢弃。

注意：

ο是变量x的捕获信息，

οx是变量x的平均值，

ο是在离合器曲线的第i个范围内在重新接通期间所捕获的第j个点，

为了由所述设备存储而应当满足点的条件是：

-该点应当属于范围i： ${\mathrm{ECT}}_{\mathrm{Min}}\left(i\right)<E\tilde{C}T<E{\mathrm{CT}}_{\mathrm{Max}}\left(i\right),$

-滑动应当大于给定阈值Δω_seul： $\mathrm{\&Delta;\&omega;}={\widetilde{\mathrm{\&omega;}}}_R-{\widetilde{\mathrm{\&omega;}}}_m\&CenterDot;r\left(b\right)>{\mathrm{\&Delta;\&omega;}}_{\mathrm{seuil}},$

-所捕获的点与要在范围i内更新的离合器曲线上的点(θ_{emb_CC}(i))之间的间隔应当较小，例如小于阈值Δθ_emb： $|{\widetilde{\mathrm{\&theta;}}}_{\mathrm{emb}}-{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{emb}\_\mathrm{CC}}\left(i\right)|<\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{emb}}.$

在执行所有n_{re_emb}次换低挡的第四步骤期间，针对每个范围(即对于在1至N_plages范围内的i)来对被存储且被获取的范围i内的n_i个点求平均，从而过滤由于测量值捕获和建模而造成的差错：

${\stackrel{\&OverBar;}{P}}_i=\frac{\underset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}{\tilde{P}}_{i,j}}{n_i}$

其中，P_i＝P_i(θ_emb(i)，ECT(i))是在离合器曲线的第i范围内的被捕获点的平均值。

因此，在捕获了于n_{re_emb}次换低挡期间所获得的一组点并且对其求平均之后(甚至是在升高和/或降低比的n_{re_emb}次改变期间)，确定了离合器曲线。

对于所有的换低挡(甚至是对于所有升高和/或降低比的改变)执行前三个步骤，而只对于全部n_{re_emb}次换低挡(甚至是升高和/或降低比的全部n_{re_emb}次改变)执行第四和第五步骤(见后文)。

另外，所考虑的换低挡次数n_{re_emb}以及捕获点与离合器曲线上的点θ_emb之间的误差Δθ_emb可以随着离合器曲线的可靠性的变化而变化。因此，为了增加根据本发明的算法和方法的健壮性，可以在车辆寿命(及使用)期限内改变这两个参数。

例如，在几乎不太被使用的车辆使用初期，其中离合器曲线较不可靠，即当在车辆上执行最初的换低档时或当车辆行驶的前几千公里时，可以将所考虑的平均换低档次数n_{re_emb}的值固定为平均值并且针对给定范围i将极限误差值Δθ_emb固定在一个较高值，以使得所有被捕获点都被接受并且由于测量和建模造成的差错在实施该方法期间被精细地过滤掉。这个参数化因而能够明显改善离合器曲线的初始化。

接着，在车辆使用期间，可以减少分配给这两个参数的值，因为根据本发明而存储且获得的离合器曲线趋于向实际离合器曲线靠拢。

最后，在第五步骤期间，该方法确定离合器曲线的更新，其优选地借助于一阶低通滤波器来实现，对于全部n_{re_emb}次换低档的每个扭矩范围(1≤i≤N_plages)实施该滤波：

CC_i(k)＝α_{emb_courbe}·CC_i(k-1)+(1-α_{emb_courbe})·P_i(k) 等式10

其中：

οα_{emb_courbe}是可靠性因子，

οk指示了计算间距(全部n_{re_emb}次换低档)。

因此，CC_i(k)是离合器曲线上的扭矩范围i内的点，其计算间隔为k(即在k＊n_{re_emb}次换抵挡之后)。

CC_i(k-1)是离合器曲线上的扭矩范围i内的点，其计算间隔为(k-1)(即在(k-1)＊n_{re_emb}次换抵挡之后)。

P_i(k)是在k＊n_{re_emb}次换抵挡与(k-1)＊n_{re_emb}次换抵挡之间所捕获的点的平均值。

根据离合器曲线的可靠性为可靠性因子α_{emb_courbe}分配0至1范围内的值。

因此，对于可靠的曲线，可靠性因子α_{emb_courbe}与较不可靠的离合器曲线相比更接近于1，而较不可靠的离合器曲线的可靠性因子接近于零。

这个参数α_{emb_courbe}还是可参数化的，并且可以在车辆寿命期限内改变(如所考虑的重新接通次数n_{re_emb}的平均值和极限误差值Δθ_emb那样)以使得通过根据本发明的算法而获得的曲线更快地向实际离合器曲线靠拢。

例如，当前几次换低档时或当车辆行驶的前几千公里时，α_{emb_courbe}的值可以选的较小(接近于0)，然后逐渐增加。对于分配给点CC_i(k)的值而言，上次记录的点CC_i(k-1)的权重因而比平均点权重P_i(k)要小。

因此，在车辆的整个寿命期限内保证了车辆离合器曲线的实时更新和学习。

Claims (5)

1.一种控制车辆的辅助方法，所述车辆包括借助于离合器连至驱动轮的发动机组，所述方法包括：

检测传动比的改变，并在检测到传动比的改变时，存储关于离合器踏板位置、发动机转速、车轮转速和离合器传输的扭矩的点；

确定所存储的点的每一个是否落在离合器特性曲线的多个范围之一中；

对于所述多个范围的每个范围，对被确定为落入所述范围的存储的点进行平均以确定所存储的点的平均值；

根据以下公式更新离合器特性曲线： ${\mathrm{CC}}_i\left(k\right)={\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{emb}\_\mathrm{courbe}}\&CenterDot;{\mathrm{CC}}_i(k-1)+(1-{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{emb}\_\mathrm{courbe}})\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{P_i}\left(k\right)$

其中：CC_i(k)是计算间隔为k的离合器曲线上范围i内的点的更新值，α_{emb_courbe}是可靠性系数，CC_i(k-1)是计算间隔为(k-1)的离合器曲线上范围i内的点的当前值，是用于范围i的所存储的点的平均值，

其中所述曲线将离合器踏板的位置关联于相应离合器所传输的最大扭矩，所述可靠性系数是所述离合器特性曲线的可靠性的函数，它在该车辆的使用初期较低并且随着该车辆的使用而增加；

根据更新的离合器特性曲线确定所述离合器所传输的扭矩，并利用所述计算机在所述离合器所传输的扭矩超过车辆驶离所需要的扭矩时，松开车辆的制动器。

2.根据权利要求1所述的辅助方法，其特征在于，根据所述曲线的可靠性来改变下列参数中的至少一个：

-针对每个扭矩范围而考虑的升高和/或降低比的改变次数(n_{re_emb})，

-极限间隔(Δθ_emb)，

-滑动阈值(Δω_seuil)，或

-可靠性因子(α_{emb_courbe})。

3.根据权利要求2所述的辅助方法，其特征在于，根据每个扭矩范围来对针对每个扭矩范围所考虑的所述升高和/或降低比的改变次数(n_{re_emb})、所述极限间隔(Δθ_emb)、所述滑动阈值(Δω_seuil)和/或所述可靠性因子(α_{emb_courbe})进行参数化。

4.根据权利要求1或2所述的辅助方法，其特征在于，所述离合器的曲线的更新是在整个车辆寿命期限内实时进行的。

5.根据权利要求1或2所述的辅助方法，其特征在于，该方法被应用于车辆从而协助该车辆的使用者执行斜坡起步、估算该车辆的离合器的磨损、和/或控制4x4车辆的电子牵引力控制系统。