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CN108698575B - 用于提高车辆防抱死制动和防滑调节的性能的装置和方法 - Google Patents

用于提高车辆防抱死制动和防滑调节的性能的装置和方法 Download PDF

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CN108698575B CN201780011871.5A CN201780011871A CN108698575B CN 108698575 B CN108698575 B CN 108698575B CN 201780011871 A CN201780011871 A CN 201780011871A CN 108698575 B CN108698575 B CN 108698575B
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Abstract

本发明公开了用于提高车辆的防抱死制动(ABS)和/或防滑调节(ASR)和/或电子稳定控制(ESC)系统的性能的装置，所述装置至少包括用于控制制动压力的流体动力系统，所述流体动力系统由至少一个标准ABS管理控制单元及制动伺服单元和流体压力泵构成；连接到油或空气的管道的螺线管阀以及至少音轮和转速计传感器各自代表所述车辆的每个车轮的一者，所述装置包括与作用于每个车轮的制动盘上的至少一个制动片中的至少一个制动片相关联的以便收集附加数据的附加智能传感器，以及用于管理所述附加数据并且与至少所述ABS控制单元交互的至少一个专用ECU控制单元。所述方法包括借助于所述片和所述专用控制单元来检测轮胎‑地面摩擦系数的实际值，在制动期间使用来源于所述制动片的制动扭矩数据不断更新所述轮胎‑地面摩擦系数的实际值，以便将制动压力分布调节到在所述车辆的所述制动期间存在于所述轮胎与所述地面之间的所述实际摩擦系数的值。

Description

用于提高车辆防抱死制动和防滑调节的性能的装置和方法
技术领域
众所周知，防抱死制动系统(ABS)旨在避免响应于尤其是在光滑地面上行车制动器的过度致动而使车辆车轮抱死，因此确保在物理可能性的极限内对任何类型车辆的驾驶进行控制。
背景技术
此外，在采用ABS系统的情况下，提高了轮胎与地面之间的附着力的利用，因此优化了车辆的减速度特性和制动距离。
还应当考虑到，在光滑地面上的制动事件期间，由于轮胎与地面之间的摩擦值减小，由制动系统传输到车辆车轮的制动力易于超过轮胎与地面之间的摩擦力值，结果是车轮抱死。
在这种情况下，轮胎纯粹仅以动态轮胎/道路摩擦值(低)相对于地面滑动，并且它们几乎不可能传输任何横向导向力，即转向和俯仰力，结果是车辆不再可控，且制动距离大大增加。
因此，当前防抱死制动系统可确保所有地形上的更稳定制动行为，它们保持转向能力且通常缩短制动距离，尤其是它们减少轮胎磨损。
然而，当前防抱死制动系统虽然是有效安全装置，但无法完全抵消行驶物理的极限，所述行驶物理可为实时测量的实际车辆速度和实际轮胎/地面摩擦系数。
当前，还在车辆上安装了防滑调节系统(ASR)。此类ASR系统特别可用于机动车辆以及卸载或部分装载的商业车辆，这是由于在存在附着力较差的地面的情况下，发动机功率或加速度的过度增加易于导致超过一个或所有驱动轮上的最大附着力，由此造成滑动。
ASR系统在车辆上的应用仅需要为实现ASR功能而扩展的电子控制单元以及用于调节差异制动和驱动力的一些附加部件，以便将ABS系统转变成完整ABS/ASR调节装置。
因此，ASR系统仅可用于与ABS系统组合。
总之，可以认为ABS系统依赖于轮胎与地面之间生成的摩擦系数，该摩擦系数受到地面条件和轮胎状态、车轮上或车轴上的负载、车辆速度、温度、轮胎的偏航角或横向导向力的影响。
具体地讲，在ABS防抱死制动系统中，连接到车轴的固定传感器在音轮的帮助下连续地检测车轮的相应旋转运动。传感器内生成的电脉冲被传输到电子ABS控制单元，随后电子ABS控制单元计算车轮的速度。
与此同时，电子ABS控制单元根据所确定的操作模式来检测几乎与车辆的实际速度相等的参考速度。该速度可例如借助于GPS或者借助于车载加速度计来检测，可借助于这些装置重建车辆的速度。然而，众所周知，在这两种情况下，此类测量都没有真实精确度。
根据所有该信息，电子ABS控制单元连续地计算车轮的加速度值或者车轮延迟和制动滑移值。
在超过滑移给定值的情况下，操纵能降低液压系统对制动片的压力的螺线管阀，从而将车轮保持在理想滑动范围内。
从已经提及的内容得出，即使目前市场上最复杂的控制单元、因此最复杂的ABS和ASR系统，也仅能专门地分析由当前为该目的而设计的车辆的那些机械部件所传输的数据和信息。
举例来说，除车辆的实际速度及轮胎与地面之间的实际摩擦系数之外，当前ABS/ASR系统无法检测控制阀中的任何可能机械误差，特别是在根据其他制动装置的相应误差正确地校验制动系统的范围内仅可识别的、引起抓地失效和压力损失的误差。
就当前可用于更复杂商业ABS系统的控制逻辑而言，可以认为其基于三种不同类型的变量，即，车辆的估计速度、车轮的角旋转以及车轮的角加速度。就估计速度而言，正如已经看到的，使用GPS单元或车载加速度计，或在应用的情况下，基于“最快对角”值，即基于取自两个对角线上的车轮(右前车轮和左后车轮且反之亦然)的旋转速度的估计速度最大值来估计车辆的速度。相反，通过使用所谓的音轮直接采集来获得车轮的角旋转和加速度。
总之，可以认为有两个主要点使当前可用的ABS逻辑在某些情形下有缺陷，特别是估计实际速度的方式在低速(20km/h)或低制动压力下不太有效的事实，以及测量摩擦系数的方式是简单估计值的事实，考虑到最大滑移和纵向力均依赖于1)连续改变的轮胎-地面摩擦系数以及2)车辆和音轮的速度的估计器的精度，该音轮估计车辆车轮的速度和角加速度。
第1点中设定的条件例如被验证是否适合光滑表面上的制动施加，诸如冰和其他条件，在这些条件中，一对车轮在低附着力表面上且第二对在高附着力表面上，此时在使用制动器期间地面上发生附着力的突变。
就第2点而言，已使用一系列策略和算法来改进根据车轮的旋转速度和角加速度对车辆速度的测量。
在一些情况下，采用更高级的算法，这些算法利用卡尔曼滤波技术并结合经过特别细化的气动模型的特定使用，以便估计轮胎-地面摩擦和滑移值，然后使用这些值来细化最终估计值。然而，无论这些算法得出的复杂程度如何，它们仍仅为可在光滑表面上反复失效或者因轮胎磨损及其老化效应而反复失效的估计值，因此数据趋于变得不太准确并且由ABS控制器管理的数据内的干扰增加。
为了克服现有技术的上述限制，斯凯孚公司(SKF)已使用集成到车轮轴承中的力传感器(加速度计和应变仪)开发了基于直接在车轮上的力测量的技术。然而，该方法尚未有实际应用，尤其是考虑到由于与在驾驶车辆时作用于车轮上的力相比可测量的力极小并从而几乎不可能准确检测这一事实，故所收集的数据存在重大误差。与轮胎相关联的力传感器(加速度计)也会发生该问题，其中纵向力很大，但由于轮胎发生磨损，存在与所收集的数据相关的相当大的不确定性。
发明内容
本发明的该目的消除上文诉说的现有技术缺点。作为该目标的一部分，本发明的一个目的是设计用于提高车辆的防抱死制动和防滑系统的性能的装置和方法，从而允许在车辆制动器的激活期间即时检测轮胎关于地面的实际摩擦系数。
本发明的另一个目的是设计用于提高车辆的防抱死制动和防滑系统的性能的装置和方法，从而允许使用车辆的另外机械部件来提供适用于管理防抱死制动和防滑系统的附加数据。本发明的另一个目的是设计用于提高车辆的防抱死制动和防滑系统的性能的装置和方法，从而允许在制动期间实时更新实际摩擦系数测量值。
本发明的另一个目的是设计用于提高车辆的防抱死制动和防滑系统的性能的装置和方法，从而允许将车辆的制动压力分布连续调节到在整个制动间隔期间生成的实际轮胎/地面摩擦系数的值。
本发明的另一个目的是设计用于提高车辆的防抱死制动和防滑系统的性能的装置和方法，从而允许为所检测到的实际摩擦系数的特定值设定最佳减速度分布。
本发明的另一个目的是设计用于提高车辆的防抱死制动和防滑系统的性能的装置和方法，从而允许滑移和/或车轮速度和加速度阈值为固定的，以便保持理想减速度分布。
本发明的另一个目的是设计用于提高车辆的防抱死制动和防滑系统的性能的装置和方法，从而允许提高控制逻辑的可靠性及其在所有使用条件下的性能。
本发明的另一个目的是设计用于提高车辆的防抱死制动和防滑系统的性能的装置和方法，从而允许获得附加ABS系统控制参数以验证车辆相对于地面的实际停止或其在车轮抱死的情况下的滑动以便记录实际系统操作条件。
本发明的目的尤其是设计用于提高车辆的防抱死制动和防滑系统的性能的装置和方法，该装置和方法可应用于配备有任何ABS和/或ASR和/或ESC(电子稳定控制)系统的任何类型的车辆。
通过用于提高车辆的防抱死制动(ABS)和/或防滑调节(ASR)和/或电子稳定控制(ESC)系统的性能的装置来实现该目的以及这些和其他目的，该装置至少包括用于控制制动压力的流体动力系统，该流体动力系统由至少一个标准ABS管理控制单元及制动伺服单元和流体压力泵构成；连接到油或空气的管道的螺线管阀以及至少音轮和转速计传感器各自代表配备有ABS的车辆的每个车轮的一者，其特征在于这一事实：该装置包括与作用于每个车轮的制动盘上的至少一个制动片相关联的用以收集附加数据的附加智能传感器，以及用于管理所述附加数据并且与至少所述ABS控制单元交互的至少一个专用ECU控制单元。本发明的目的还是用于提高车辆的防抱死制动(ABS)和防滑调节(ASR)系统的性能的方法，其特征在于该方法包括检测轮胎-地面摩擦系数的实际值，在制动期间使用来源于每个车轮的至少一个制动片的制动扭矩数据不断更新轮胎-地面摩擦系数的实际值，以便在制动期间将液压制动系统压力分布调节到实际轮胎-地面摩擦值。
附图说明
从附图中以非限制性示例的方式示出的用于提高车辆的防抱死制动和防滑系统的性能的装置和方法的优选但非排他性实施方案的描述中，本发明的附加特征和益处将变得更明显，在附图中：
图1是根据本发明的装置的示意图。
图2是根据本发明的制动片的示意图。
图3是根据本发明的装置的控制单元的架构的示意图。
图4示出了根据本发明的制动施加中的角速度和压力的变化。
图5示出了制动施加中根据本发明的智能片对的典型行为。
图6示出了根据本发明的制动压力的变化以使其接近最佳值。
图7是使用根据本发明的制动片及传统ABS系统对该系统的控制方案，并且
图8是使用根据本发明的制动片的扭矩测量方案。
图9是ABS在两种不同地面条件下的制动施加期间由片测得的扭矩的典型趋势。
图10是在测试期间测得的车辆速度。
图11是在相同条件下两次制动施加的结果。
具体实施方式
参照所引用的附图，用于提高车辆的防抱死制动(ABS)和防滑调节(ASR)系统的性能的装置和方法至少包括用于控制制动压力的油或空气流体动力系统，该油或空气流体动力系统至少由标示为2的ABS管理控制单元以及可能的ASR管理控制单元3、制动伺服单元4和液压油或空气压力泵5构成。制动系统通常还包括螺线管阀和油或空气的管道以及至少音轮50和转速计传感器51，配备有ABS的车辆的每个车轮9分别有一个。
在下文中，在相同特性和本发明也适用于ABS/ASR系统的前提下将考虑本发明对ABS系统的应用。
此外，在下文中，将提及配备有盘式制动器的机动车辆，但这适用于任何类型的车辆，包括卡车、拖车、起重机，一直到飞机。
该装置有利地包括一般标示为6的附加智能传感器，该附加智能传感器与作用于每个车轮9的制动盘8上的至少一个制动片7相关联以便测量附加数据。该装置还具有至少一个专用ECU控制单元10以便管理附加数据并且与ABS和/或ASR控制单元交互。
附加传感器6由电子电路11组成，该电子电路集成到片的背板中，优选地借助于丝网印刷获得，并且耐受接近或高于300℃的高温。
电子电路11包括被布置在背板上的丝网印刷电路的特定位置中且焊接在那些位置中的压电陶瓷剪切力传感器12和温度传感器13。
为了闭合该电子电路并允许连接到外部电子系统，插入连接装置14以便收集由集成到背板中的剪切力传感器12和温度传感器13提供的信号。
除此之外，为了确保电绝缘和机械保护，还将保护罩15设置在所述传感器12和13及该电路的任何导电部分上方。
这可优选地使用由树脂或陶瓷绝缘材料制成的未表示的特殊“拱形结构”实现。
最后，将上述所有物件嵌入在片的摩擦材料内，或如果存在的话，嵌入在底层内。在这种情况下，摩擦材料将位于底层上方。就集成到ABS应用的制动片中的传感器而言，最小配置将具有至少>200℃高温(居里温度)且优选地操作温度>300℃的压电陶瓷剪切力传感器12，以及优选地操作温度>300℃的温度传感器13(PT1000)。
有利地，电子电路11还包括剪切传感器16，该剪切传感器优选地基于其尺寸和几何形态定位在片的压力中心。
温度传感器13必须优选地被定位成尽可能接近剪切传感器16。温度传感器主要用于补偿的目的。
在图2中，剪切传感器16带有箭头21，该箭头显示在施加制动时沿着向片施加的切向力的直接极化，所述力与制动扭矩测量值直接相关。
很明显，在可改变传感器的相对位置或可添加其他附加传感器的前提下，图2所示的实施方案只是可能解决方案之一。
例如，四个或同样仅两个压电陶瓷压力传感器可被定位成接近表示背板21的矩形的上拐角，以便测量片的制动钳活塞在制动施加期间传输的正交力。
另外，可使用双轴或三轴压电传感器(未表示)，以便提供比单个剪切力传感器12更多的信息。
这些附加传感器仅具有辅助功能，因为它们可用于优化压力的分布或确定盘-片摩擦系数以便优化制动效率。
在下文中，根据本发明的专用ECU控制单元10是指具有与ABS控制单元物理分离或集成到标准ABS控制单元中的运算逻辑的控制单元，该标准ABS控制单元在这种情况下将具有由一个或多个制动片检测到的数据信号的物理和/或模拟输入。
在这两种情况下，专用控制单元10与标准ABS控制单元交互。
在上述两种解决方案中，专用ECU控制单元10将包括具有实时处理能力的CPU或数据处理单元、数字通信接口(一般为CANBUS)以及逻辑，该逻辑被设计为在物理上且根据需要整合到处理算法中及标准ABS控制单元的控制逻辑中的数据来整合来自制动片的信号。
就ABS应用而言，由来自片7的数据提供的主要信息是在制动期间向车辆的对应车轮9施加的制动扭矩。这是由片7借助于集成于其中的剪切传感器16实时测量的。
这点的原因与纵向力有关，这些纵向力在所有制动施加期间作用于轮胎/地面接触面上，并且决定车轮的动力学并因此决定车辆的动力学。
实际上可以认识到，在光滑平坦地形上施加制动期间有两个主要力作用于轮胎/地面接触面内的车轮上：因制动片对制动盘的摩擦在制动期间所施加的制动扭矩而引起的力，以及轮胎/地面接触表面反作用力，同样是轮胎/地面摩擦力。
在不存在牵引力或不存在具有负或正斜率的地面的情况下，车轮的运动方程将为：
Figure GDA0002916518250000081
其中Fx是纵向制动力，Rw是车轮的有效半径，Mf是剪切力对制动盘施加的制动力矩，其将来自相同制动钳22的两个智能片7的制动扭矩的贡献加在一起，并且最后，J是惯性力矩且ω是车轮9的角速度。
从该方程可明显看出，在车轮抱死之时，轮胎/地面接触面内的纵向力的扭矩和力矩必须相等。
因此我们可得出结论：基于这些假设且在这些条件下，若Fx＝μN(其中N是车轮上的已知垂直负载且μ是轮胎/地面摩擦系数)，则车轮抱死时制动扭矩将与轮胎/地面摩擦力直接相关：
Mf_lim＝|Fx|Rw＝μNγ＝f(μ)
其中γ是第一近似值中的常数。
必须指出，在这种情况下测量的μ的值是所谓的μ滑动，即，车轮抱死时Fx与N之间的比率值，而不是所谓的μ峰值，即，Fx在验证车轮抱死之前在制动期间采取其最大值时Fx与N之间的比率值。
尽管如此，μ滑动将明显与所有轮胎中的μ峰值相关，因此将是μ峰值的良好估计值。
在采用该技术解决方案的情况下，所测摩擦系数μ的值有利地仍然与μ峰值的值直接相关且仍然更小，并且在单是基于该值施加制动时可造成低效率。
如上所确定的Mf-lim的值可用于确定车轮是否正在滑动，特别是车轮是否抱死但车辆在运动。
例如每当标准ABS的控制逻辑在光滑表面(冰)上失效时，都会发生这种现象。
该方法可用于检测车轮是否在制动期间抱死时正在滑动，或车辆是否为静止的，车轮是否为静止的且是否尚未施加制动器。
实际上，第一条件暗指：
·ω＝0e M(f-lim)≠0且通常远大于0(也对于μ的较小值而言)，通常为数十Nm
第二条件暗指：
·ω＝0e M(f-lim)＝0或极小，即<1Nm
不同的技术解决方案基于在施加制动期间检测到的在接近Mf-lim时(即，在制动力趋于变得大于地面/轮胎接触面内有效的摩擦力时)车轮的角速度ω(t)的斜率的突变。
从图4中可以看出，制动钳22中的液压压力最初几乎线性地增加，而角速度的对应值减小。
在不存在轮胎胎面区域内和周围的滑动的情况下，纯滚动(低滑移值)的条件暗指因制动扭矩引起的轮胎/地面接触面内的力以及来自与地面的摩擦的那些力将相等且相反。
一直到与轮胎/地面接触面相对应的纵向力的μ峰值的值都是这种情况。
从这时起，制动压力(和因此制动扭矩)的任何增加将不再被摩擦力抵消。
结果将是因制动扭矩与摩擦力的力矩之间的不平衡而引起的曲线ω(t)的斜率的快速且突然的变化的观察结果，如从与黑色垂直实线相对应的图4中可看出。
根据该基本观察结果，专用控制单元10获得Mf-Lim.的正确值并且可操作如下：
1.在制动施加期间检测ω(t)
2.例如在超过最大参考阈值时检查曲线ω(t)的斜率的突变
3.刚好在曲线ω(t)的斜率变化之前将Mf-lim视为扭矩值M
一旦确定Mf-lim的新值，专用ECU控制单元10就使用上述相同程序重复相同逻辑步骤以便获得μ峰值的最终值，以此用来代替基于在标准ABS控制单元中计算摩擦所使用的模型和算法的估计方式。
鉴于以上所述，基于从片7接收的数据的专用ECU控制单元10的控制逻辑具有两种不同方法：基于滑移的方法和基于扭矩的方法。
在第一解决方案中，作为本发明主题的方法基于地面上的轮胎滑移。
该方法的主要目的是保持ABS操作尽可能接近标准商业ABS的操作，但有两个重大改进：
1.摩擦估计器被替换为μ值的实际测量
2.在施加制动时不断更新有效轮胎-地面摩擦
因此来自片7的扭矩数据用于在制动期间将制动压力分布调节到实际摩擦的值。
结果是理想制动效应以及对变化摩擦条件或异常情况的更快响应。
参照图5所示的扭矩曲线的典型分布，其是在光滑表面(摩擦系数为大约μ＝0.2)上处于30km/h的初速度时在ABS制动施加期间以1kHz校准的片7得出的。
如上所解释的μ实际值是在初始制动施加阶段之后，在制动扭矩增加到使车轮抱死为止时得出的。
在识别τlim(扭矩极限)的值之后，由专用控制单元10借助于可易于来源于车轮上的垂直负载及与特定车辆的制动系统的特性相关的其他参数的函数μ(τlim)来计算有效摩擦μ的参考值。
一旦这两个值由专用控制单元10寄存，它们就用作标准ABS的控制逻辑的参考以实现以下目的：
1.为该μ特定值设定理想减速度分布
2.设定车轮的滑移或速度和加速度阈值以便保持理想减速度分布。
图6示意性地示出了该逻辑方案：具体地讲，当执行制动压力调制以便基于μ(τlim)的实际测量值保持减速度接近理想减速度曲线时，示出了随时间变化的速度的分布。
借助于标准阈值线(基于滑移或旋转速度)获得压力调制以便打开和关闭连接到ABS控制单元的液压系统的液压阀。
车轮的圆周速度(车轮的旋转速度)的这些参考线在图6中用30和31及虚线标记。
它们限定用于激活液压压力控制阀的阈值。
具体地讲，在从上到下超过标示为30的阈值时，制动压力升高，而在从下到上超过标示为31的阈值时，制动压力将降低。
还可使用车轮的圆周加速度而非速度来获得类似逻辑，对应的值是加速度的阈值。
每当轮胎/地面摩擦系数μ发生任何变化时，专用控制单元10中的控制逻辑都必须能够获取μ(τlim)的新正确值。
对于递减μ的值的变化而言，易于自然地通过以下方式获取新值：取得车轮抱死条件的新τlim(明显比之前要小)，并计算新μ(τlim)。
该新值用于生成专用控制单元10的控制逻辑的一组新参数。
该组参数将例如为减速度目标，即，车辆速度曲线的斜率或者速度或加速度阈值。
该组新参数将用于更新先前的参数，并且用于专用ECU控制单元10的控制逻辑中以替换此前的参数。
在μ值增大的情况下，控制逻辑必须能够识别μ跳跃条件。
这可例如通过以下方式进行：引入车轮的圆周减速度的周期性增加(借助于调制压力的周期性增加)以便测试在施加制动器时μ的增加。
这可例如根据ABS控制逻辑的所需响应程度以0.1s的周期执行。
另一种可能性可为验证正常压力调制期间圆周速度曲线的斜率的变化。
实际上，μ值的增大将引起制动期间车轮的角速度调制的减小，因此可使用变化中的该特定条件以便实现τlim新测定的程序。
然后在图7中示出逻辑流程图。
1.第一“测试τlim”框是在制动施加开始时或作为借助于片7获得的轮胎/地面摩擦系数的变化的结果而执行的扭矩最大值的评估；
2.“ABS参数”框使用轮胎-地面摩擦系数μ的实际值以便设定ABS控制逻辑所使用的ABS参数(c0,c1,c2...cm)，如对该μ特定值进行优化。预定值可用于该目的并且对布置在查找表中的此类参数进行优化以便于控制逻辑内的有效利用。
3.“ABS逻辑控制”框表示标准ABS控制逻辑(例如依据滑移或基于加速度/圆周速度的方法)，其将依赖于与所使用的特定控制逻辑相关的特定参数(c0,c1,c2...cm)(它们可例如为速度或加速度值阈值)并且将依赖于所测量的μ(τlim)的实际值。
4.“μ跳跃测试”框是在制动施加期间朝更大μ值的变化的测试。该测试是依据时间或依据条件执行的(例如，依赖于在制动压力升高时检测到的圆周速度变化)。
整体控制逻辑是ABS系统的自适应控制方案，其利用现有ABS控制逻辑，但借助于以下方式加以改进：添加基于实际制动扭矩值及其在制动施加期间的变化进行的更细化的ABS操作优化。
因此，将获得实际制动性能的优化。
第二方法(本发明的目的)基于制动扭矩并且旨在利用片7的全部潜能，因此这将提高所有条件下控制逻辑的可靠性和性能。
如图8所示，该新控制逻辑的框图是类似的，但主要框存在显著差异，它们在控制逻辑内的使用方式也存在显著差异。
第一差异基于第一测试的最终结果，其提供制动扭矩的最大值，即，这样的值，车轮的角速度曲线的斜率若高于此值，则在施加制动时会突变。该扭矩值用作使用ABS ECU控制单元所发送的特定命令对制动器的液压压力调制的参考值。
每当检测到车轮旋转突变时，都更新扭矩极限值τlim并且重复该循环。
除此之外，如先前控制逻辑中一样，可设定μ跳跃条件存在的周期性评估，从而周期性地升高制动压力以便执行抱死车轮测试并因此改变(增加)新扭矩极限(如果验证了该条件的话)，或继续使用先前极限(如果未验证所述条件的话)。
图8的框图可总结如下：
·第一“τlim测试”框是在制动施加开始时或作为轮胎/地面摩擦系数的变化的结果而借助于片7执行的制动扭矩极限值的评估
·“扭矩ABS参数”框使用扭矩极限值τlim的有效值以便设定ABS控制逻辑所使用的ABS参数(c0,c1,c2...cm)，这些参数本质上将至少包括与ωlim(t)斜率和τlim有效值相关的那些值的阈值。参数的完整列表自然地依赖于所采用的控制逻辑的细节。原则上，这些参数可以借助于查找表预先确定并用于ABS控制逻辑中以便于控制逻辑内的有效利用，前提是其依赖于τlim的实际测量值，通常实现这一点以便降低计算和系统成本并提高计算速度。
·相对于前一例添加的“扭矩ABS逻辑控制”框是ABS控制逻辑，其基于借助于控制制动器的液压压力以便保持制动扭矩尽可能接近τlim而在制动片处测得的扭矩。在不对车辆的“真实”速度的估计值作任何参照的情况下对由音轮测得的制动施加期间ω(t)单个值的斜率的变化设定进一步控制。后一控制用于考虑摩擦系数朝更低值的变化，控制逻辑将迅速补偿该变化。除此之外，稳定性的一般条件(EBD)(其中ωf>ωr，即，前轮必须以比后轮更高的速度转动)还将完成该新类别ABS控制逻辑的基本控制逻辑。
·“μ跳跃”框是在制动施加期间μ朝更高值的变化的测试。该测试是依据时间或依据条件执行的(例如，依赖于在制动压力升高时检测到的圆周速度变化)。
如以上框图中已经指示，该控制逻辑相对于标准控制逻辑的主要差异是消除了车轮速度的任何估计值作为控制逻辑调制由专用控制单元10控制的压力的资源并与安装在车辆上的标准ABS控制单元交互。
之所以可实现这一点是由于这一事实：制动施加期间的实际制动扭矩是已知的并且可实时控制所述扭矩。
明显优点是消除了由在控制逻辑中用于控制制动强度压力的车辆实际速度的错误或近似测定造成的任何低效率，而是相反，在整个制动距离内始终使用理想制动力。
另外，作为附加益处，消除了与当前ABS/ESC系统的控制逻辑相关联的潜在摩擦的估计有关的不确定性。
另一个优点源自这一事实：专用控制单元10从ω与τlim之间的交叉校验接收另一个控制参数以便验证车辆实际上已停止(车辆相对于地面静止)或存在滑移(车轮抱死)，这可用于恢复无法用标准ABS系统有效恢复的条件。
已在轨道上测试了用于提高车辆的防抱死和/或防滑系统的性能的装置和方法。
在以下曲线图所示的第一组结果中，示出了ABS在两种不同地面条件下的制动施加期间由片7测得的扭矩的典型趋势。
在图9的左侧，我们示出了由前轮上的四个片7(每个制动钳有两个)在干燥条件下测得的扭矩数据。在这种情况下，已知的是，该表面具有约1(略大)的摩擦系数。
在施加制动时，我们观察到扭矩值继续保持相当稳定，仅在400daNm的平均值周围有小振荡。
考虑到车轮的半径为大约0.32m并且计入由作用于该车轮上的一对制动片提供的双重数据贡献，则总轮胎/地面接触面内的纵向制动力为约5000N。
如果我们将该值与纵向力的典型Pacejcka曲线进行比较，参见例如图3，我们可以看出对于接近1的摩擦系数值而言，该值非常接近纵向力的峰值极限。
这意味着ABS在这些条件下发挥良好作用，并且即使施加根据本发明的系统，也只可预期小幅的改善。
右图示出了在光滑表面上使用ABS施加制动时对应的扭矩结果(参见图9)。
具体地讲，考虑了湿滑表面，其对应于约0.2(介于0.1与0.2之间，但更接近0.2)的摩擦系数。
我们现在可以看出，ABS系统的性能似乎迥然不同。
实际上，相对于干燥条件而言，波动大得多并且扭矩的稳定性低得多。
另外，车轮处的总扭矩的平均值为64daNm，这对应于车轮处大约410N的总纵向力。
如果我们观察以下曲线图，我们可以看到在测试期间测得的车辆速度，对于制动施加的重要部分，ABS系统保持减速度接近摩擦系数为约0.1时的预期值，从而证明在这种情况下摩擦估计器运算得不准确。
右边示出了摩擦值为0.1和0.2时的理想减速度分布，以及制动期间车辆的实际速度分布(参见图10)。
同样我们可以在曲线图的中心部分看出摩擦系数为0.1时的直线与实际速度分布之间平行。
在开始和结束时，我们可相反看出在摩擦值为0.2时实际速度分布的斜率变得更接近减速度分布的理想斜率。
换句话讲，我们还可从这些速度分布中看出，商业ABS系统的摩擦估计方式无法获得低μ的正确值并且在制动周期的大部分时间内该值被低估。
从扭矩角度看，可以观察到在制动施加开始和结束时，扭矩值实际上比中心部分更大，从而产生更大的制动力。
有必要强调的是，这并非由于地面摩擦系数的实际变化，该地面摩擦系数是均匀的且更接近0.2。
应当注意，在特定测试电路的区域上对湿润条件进行测试，由于表面条件已知且受控，因此该低估可归因于商业ABS控制逻辑的不良性能和低效率，如此前所述。
我们所讨论的内容的进一步和最终论证体现在图11中。
在这些曲线图中，示出了在相同条件下(相同表面、相同摩擦系数、相同汽车、相同商业控制逻辑和ABS系统)两次制动施加的结果，这些结果快速连续地获得以保持相同条件。
我们可以看出，即使条件相同，两次ABS制动施加也迥然不同，并且涉及迥然不同的停止时间及因此迥然不同的距离。
在这两种情况下，摩擦估计器均运算不良，从而在制动周期的相当大部分内低估摩擦系数。
从摩擦系数更接近实际值(0.2)的估计值时经过的时间量可明显看出两个制动事件的施加的主要差异。
在制动距离方面，摩擦系数低估的总效应使得对于右图中此前检查的情况而言在30km/h的初速度下停止距离增加大约4m(同样假定摩擦系数为0.15时的平均值)，而如果我们假定摩擦系数为0.2，则其将为8m。
对于以上表示的情况而言，在50km/h的初速度下对于左图中的情况而言停止距离增加10m，而对于右图中的情况而言则为约5m。
下表示出了ABS系统基于摩擦系数的实际测量值得出的根据本发明的专用控制单元10的运算逻辑的结果，并在初速度为100km/h时的制动距离方面与具有已知控制逻辑的商业ABS系统进行比较。
Figure GDA0002916518250000171
在绝对距离方面，使用来自制动片7的数据和使用专用控制单元10获得的益处大大增强了车辆的控制，即使地面光滑也是如此，而在恢复地面上的附着力的情况下摩擦系数增加且因此车辆的控制增强时绝对距离趋于变得忽略不计。
如此构思的本发明易于作出许多修改和变化，它们全部落入发明概念内。
此外，所有细节都可以替换为技术上等效的元件。

Claims (17)

1.用于提高车辆的防抱死制动(ABS)和/或防滑调节(ASR)和/或电子稳定控制(ESC)系统的性能的装置，所述装置至少包括用于控制制动压力的流体动力系统，所述流体动力系统由至少一个标准ABS管理控制单元以及制动伺服单元和流体压力泵构成；连接到油或空气的管道的螺线管阀以及至少音轮和转速计传感器各自代表所述车辆的每个车轮的一者，其中，所述装置包括与作用于每个车轮的制动盘上的制动片中的至少一个制动片相关联的以便收集附加数据的附加剪切力传感器，以及用于管理所述附加数据并且与至少所述标准ABS管理控制单元交互的至少一个专用ECU控制单元，其特征在于，基于由在车辆制动期间存在于轮胎与地面之间的摩擦系数计算的实际值来调节制动压力分布，所述实际值由剪切传感器探测到的在车轮抱死时刻的极限制动扭矩计算，或者基于在施加制动期间所述剪切传感器在车轮的角速度ω(t)的斜率突变之前的时刻探测到的极限制动扭矩来调节制动压力曲线。
2.根据权利要求1所述的用于提高车辆的防抱死制动(ABS)和/或防滑调节(ASR)和/或电子稳定控制(ESC)系统的性能的装置，其特征在于所述附加剪切力传感器存在于电子电路中，所述电子电路集成到所述制动片的支撑件中，并且耐受高温。
3.根据权利要求2所述的用于提高车辆的防抱死制动(ABS)和/或防滑调节(ASR)和/或电子稳定控制(ESC)系统的性能的装置，其特征在于，所述电子电路借助于丝网印刷获得。
4.根据权利要求3所述的用于提高车辆的防抱死制动(ABS)和/或防滑调节(ASR)和/或电子稳定控制(ESC)系统的性能的装置，其特征在于所述剪切传感器是压电陶瓷，并且在集成电路上还提供了被布置在所述支撑件上的丝网印刷电路的特定位置中且焊接在那些位置中的温度传感器。
5.根据权利要求4所述的用于提高车辆的防抱死制动(ABS)和/或防滑调节(ASR)和/或电子稳定控制(ESC)系统的性能的装置，其特征在于所述制动片包括连接装置，所述连接装置被设计为收集来源于集成到所述支撑件中的所述温度传感器和所述剪切传感器的所有信号，并且闭合所述电子电路并允许与外部电子系统相连接。
6.根据权利要求中4或5所述的用于提高车辆的防抱死制动(ABS)和/或防滑调节(ASR)和/或电子稳定控制(ESC)系统的性能的装置，其特征在于所述电子电路包括设置在所述剪切传感器和所述温度传感器的顶部上的保护罩以便确保电绝缘和机械保护，同时确保所述力的最佳传输。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的用于提高车辆的防抱死制动(ABS)和/或防滑调节(ASR)和/或电子稳定控制(ESC)系统的性能的装置，其特征在于所述制动片测量借助于与其相关联的剪切传感器实时检测到的所施加的制动扭矩，测量所述制动扭矩以便评估所述车辆的所述车轮是否在抱死时正在滑动或所述车辆是否为静止的。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的用于提高车辆的防抱死制动(ABS)和/或防滑调节(ASR)和/或电子稳定控制(ESC)系统的性能的装置，其特征在于所述制动片连同所述专用ECU控制单元一起检测制动力何时大于轮胎与地面之间的接触面内有效的纵向力(Fx)的最大值，从而检测其可能的不平衡。
9.用根据权利要求1至8中任一项所述的装置来提高车辆的防抱死制动(ABS)和/或防滑调节(ASR)和/或电子稳定控制(ESC)系统的性能的方法，其特征在于所述方法包括借助于所述制动片和专用ECU控制单元检测所述轮胎与所述地面之间的接触面内有效的纵向力(Fx)的最大值，在制动期间使用来源于所述制动片的制动扭矩数据不断更新所述纵向力(Fx)的最大值，以便调制制动压力分布，从而将所述制动压力分布调节到所检测到的所述轮胎与所述地面之间的所述接触面内有效的所述纵向力(Fx)的最大值。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述方法包括在车轮抱死时检测所述轮胎与所述地面之间的接触面内有效的纵向力(Fx)的值，所检测的纵向力(Fx)的值是在初始制动施加阶段之后，在所述制动扭矩增加到与所述车轮抱死相对应的极限值时得出的；识别与所检测的纵向力(Fx)的值相对应的制动扭矩极限值；借助于来源于所述车轮上的垂直负载及与所述车辆的制动系统的特性相关的其他参数的函数来计算所述制动扭矩极限的参考值。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述方法包括使用扭矩极限参考值和所检测的纵向力(Fx)的值作为标准ABS管理控制单元的控制逻辑的参考数据，以便为所检测的纵向力(Fx)的特定值设定理想减速度分布，并且确定所述车轮的滑移或速度和加速度阈值，以便保持所述理想减速度分布。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于所述方法包括这一事实：在所检测的纵向力(Fx)的值中检测到的每一变化处，所述控制逻辑都以一定方式恢复所述扭矩极限的正确新值，使得所述新值将用于更新先前值并且在专用控制单元的控制逻辑内使用从而代替所述先前值。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述方法使用所述扭矩极限值作为借助于由专用ECU控制单元向所述标准ABS发送的特定命令对制动器的液压压力调制的参考值。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于每当检测到所述车轮的旋转突变时，都将更新扭矩极限的值并且重复循环。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于可设定所检测的纵向力(Fx)的递增值的条件存在的周期性评估、即跳跃测试，从而周期性地升高所述制动压力以便测试车轮抱死，并且如果验证了所述条件，则增加新扭矩极限值，或如果未验证所述条件，则继续使用旧值。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于所述方法包括在制动施加开始时或作为所述轮胎/地面摩擦系数的变化的结果而执行对所述制动扭矩的极限值的评估；使用所述制动扭矩的极限值的实际值来设定和管理来自所述专用控制单元的所述控制逻辑的参数，所述专用控制单元的所述控制逻辑至少包括所述车轮的角速度值和/或最大角加速度的斜率的阈值及所述制动扭矩的极限值的实际值，所述参数基于借助于校验所述制动器的所述液压压力以便保持所述制动扭矩尽可能接近所述制动扭矩的极限值而在所述制动片处测得的扭矩。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述方法包括使用来源于所述车轮的所述角速度与所述扭矩极限之间的交叉校验的另一个控制参数，以便验证所述车辆实际上已相对于所述地面停止或存在车轮抱死时的滑移，以便恢复实际上无法用标准ABS系统恢复的条件。
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