專利名稱：利用確定車輛相對于地面的瞬時速度控制車輛的系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及陸地交通工具，特別是道路車輛。其特別地針對用于控制這種車輛的 技術以及為此而作出的所述車輛相對于地面的速度的確定，以便于調(diào)節(jié)確定其性能的參數(shù) 且改善運行狀態(tài)和安全性。其特別地適用于車輛在地面上的運動通過一個或多個與驅動輪 聯(lián)接的特定電機控制以根據(jù)需要將驅動扭矩或制動扭矩施加到所述驅動輪的情況。
背景技術：
近年來已經(jīng)提出了大量的電動車輛的建議。可以引用例如專利US 5418 437，其描 述了串聯(lián)混合型的四輪車輛，每個車輪由對于其特定的電機驅動，一控制器使得可以控制 結合在車輪中的馬達以及處理從交流發(fā)電機或電池到所述馬達的能量供給的管理。當能量 供給中斷時，車輪在車輛的慣性作用下的運動可以反過來驅動電機以及通過然后將所謂的 再生制動扭矩施加到所述車輪而使所述電機能夠作為到電負載的發(fā)電機運行。所述專利沒有提及所獲得的電力制動的管理，但是現(xiàn)有技術確實包含這種管理的 實例以補充傳統(tǒng)的基于摩擦的機械制動控制。因此，例如，以文獻號GB 2344799在英國公 布的專利申請描述了一種車輛，所述車輛能夠產(chǎn)生來自電力牽引馬達的多個再生制動，從 而除了傳統(tǒng)的機械制動功能之外，還提供一種功能，所述功能模擬通過壓縮進行的制動或 通常利用內(nèi)燃發(fā)動機可用的發(fā)動機制動。一般地，已經(jīng)提出使用通過車輛車載的電機提供的設備以靈活地且精確地控制施 加到裝有車輪的車輛的車輪上的扭矩。這種可能性例如已經(jīng)用于車輪防抱死系統(tǒng)。專利us 6 709 075描述了一種裝配有電動機牽引系統(tǒng)的車輛。來源于作為發(fā)電機的所述馬達的運 行的制動功能可以依據(jù)由車輛所裝配的ABS系統(tǒng)(防抱死制動系統(tǒng))決定的其性能被添加 到施加到每個車輪的摩擦制動扭矩上。裝置被配置為防止再生制動干涉用于調(diào)整摩擦制動 的ABS系統(tǒng)的正確運行。更一般地，通過制動扭矩單獨調(diào)整或與發(fā)動機扭矩一起進行的調(diào)整，所述用于精 確地控制施加到車輪上的扭矩的設備非常適用于穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。以文獻號W0 01/76902 公布的PCT專利申請描述了一種車輛推進和制動系統(tǒng)，其中可以由內(nèi)燃發(fā)動機驅動的每個 車輪還與電機聯(lián)接，所述電機能夠選擇性地依據(jù)響應于橫擺傳感器運行的車輛穩(wěn)定性控制 系統(tǒng)的控制將額外的發(fā)動機扭矩或制動扭矩施加到所述車輪。最后，以文獻號GB 2 383 567在英國公開的專利申請還描述了一種系統(tǒng)，其中提 供了電機以將扭矩提供到設有內(nèi)燃發(fā)動機的車輛的某些車輪。所述額外力矩的水平依據(jù)通 過橫擺傳感器提供的數(shù)據(jù)而被調(diào)整。因此，公知的是，使用通過電機提供的發(fā)動機扭矩或制動扭矩以調(diào)節(jié)通過內(nèi)燃發(fā) 動機施加到車輛車輪的力。還已知的是，使用通過這種電機產(chǎn)生的扭矩以使得施加到電力 牽引車輛的車輪上的摩擦制動力適應需求。在前面的兩個實例中，在車輛上車載使用橫擺傳感器以確定將被施加到或將被添 加到車輛的某些車輪上的扭矩水平，從而獲得期望的性能的效果。為此可以測量和使用其它的參數(shù)。歐洲專利申請EP 0 881 114給出了一種用于帶有四個車輪的車輛的控制系統(tǒng)， 所述車輪中的每一個都與獨立的電動機聯(lián)接，不管該車輪是否為導向輪，所述電動機都能 夠將發(fā)動機扭矩或制動扭矩施加到每個車輪。還提供了一種傳統(tǒng)的盤式制動器系統(tǒng)，并且 轉向角傳感器使得可以知道導向輪在每個瞬時(時刻)的方向。每個車輪馬達都裝有車輪 速度感傳器。通過結合從來自車輪傳感器的信號中獲得的信息，系統(tǒng)的控制單元獲得車輛 相對于地面的速度的一指示值(indication)。表示出的是(沒有更多的細節(jié))，利用從車 載加速度計和從衛(wèi)星導航系統(tǒng)獲得的信息，可以指定所述指示值。系統(tǒng)的控制單元連續(xù)地 追蹤施加到每個車輪的扭矩水平、所述車輪的速度和轉向角、以及車輛的估算對地速度。還 計算橫擺角速率，并且根據(jù)所有的所述信息確定每個車輪的瞬時滑率?？刂茊卧罁?jù)對于 每個車輪確定的所述滑率的值控制牽引扭矩和制動扭矩，并且以這樣的方式響應于來自駕 駛員的命令使制動、加速度和轉向角最優(yōu)化。實際上，根據(jù)所述文獻所建議的那樣，車輛的對地速度的所述指示值是控制系統(tǒng) 必需的數(shù)據(jù)。并不存在靠其自身就可以不僅容易地而且尤其節(jié)省成本地和可靠地使用所述 數(shù)據(jù)的車輛車載的直接測量，所述數(shù)據(jù)對表征車輛性能來說十分重要。因此其必須通過基 于更容易直接獲得的其它測量的計算而確定。已知每個車輪的瞬時速度都是大致可變的因 素，所述因素在外部受地面狀態(tài)的影響，在內(nèi)部受車輪所接受的命令和車輛本身的動態(tài)反 應的影響，所述地面狀態(tài)關于地面輪廓的平坦度和地面的表面狀態(tài)，所述命令影響車輪的 方向和施加到其上的扭矩，所述動態(tài)反應經(jīng)由車輛的懸架傳遞到所述車輛上。因此，簡單地結合單個車輪傳感器產(chǎn)生的測量信號不足以獲得對于車輛及其車輪 的性能來說足夠精確、動態(tài)且有效的車輛相對于地面的速度的有效確定。此外，為了在實際 應用中值得被接受，一種方案必須在車輛上容易地且便宜地實施。已經(jīng)提出了各種方案以試圖改善所述問題的解決。例如，已公布的法國專利申請 FR 2 871 889描述了一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)基于由連接在車輪上的傳感器提供的旋轉速度執(zhí) 行車輪的縱向速度的每次瞬時測量的質量的診斷，并且根據(jù)由來源于先前的診斷的質量指 數(shù)所獲得和所加權的縱向車輪速度的平均值計算車輛的縱向速度。所述診斷還包括檢查 所考慮的每個車輪的縱向速度是否處于保證該專利的主題的計算方法可適用的數(shù)值范圍 (速度不低于15公里每小時并且不高于250公里每小時)之內(nèi)。所述診斷還包括檢查所考 慮的每個車輪的旋轉速度的導數(shù)是否處于表示所述車輪既不固定也不滑動的一定范圍內(nèi)， 以便排除不合要求的指示值。因此，所述方法不能應用于所述各個范圍之外。所述計算在 用于提供特定的滑率的測量的極限值之外不再有效。在處于給定瞬時處完全沒有任何符合 條件的指示值的情況下，系統(tǒng)提供從先前的瞬時處確定的值推斷的車輛速度值。與關于所 提出的方法在所有情況下的適用性的任何討論無關，所提出的外推技術不適于通過連續(xù)的 系統(tǒng)監(jiān)視車輛性能、或者在可以持續(xù)幾秒鐘的過渡階段期間監(jiān)視車輛性能，這不同于間斷 運行的情況，例如在防抱死制動控制的情況下，其中在故障檢測接下來的零點幾秒鐘之后， 系統(tǒng)常規(guī)地允許包括新的有效速度測量的道路抓地力恢復。用于克服以上困難的另一個建議由公布的法國專利申請FR 2 894 033說明，其 中通過結合從測量車輪旋轉速度的傳感器獲得的某些選定的車輪的縱向速度的估算值，從 而計算車輛的縱向速度。所述計算方法適于每一種車輛驅動模式。每個車輪的縱向速度依 據(jù)轉向時車輪的可能的位置被校正，然后車輪的狀態(tài)(固定不動或滑動)依據(jù)施加到所述車輪的扭矩值被測試。然后對從在之前獲得的縱向速度中獲得的加速度值和由車輛車載加 速度計提供的縱向加速度測量值之間的一致性進行測試。如果一致性檢驗無誤，則保留所 計算的縱向速度。否則，其為通過對來自所采用的加速度計的測量值積分而獲得的值。實際上，根據(jù)車輛在其上運動的地面可能有的坡度，來自加速度計的測量值受到 由于地球加速度的分量引起的誤差的影響。由此可見，一方面，在所提出的用于車輪的縱向 速度測量上作出的有效性測試沒有呈現(xiàn)足夠的精確性以提供關于所述車輛速度的可靠的 指示值，而且另一方面，用于測試加速度一致性以及在發(fā)生一致性故障的情況下用于確定 速度的所提出的方法受到誤差的影響，從而不適宜在可以延長到幾秒鐘的時間段期間、例 如在長時間緊急制動(或顯著的加速)的情況下連續(xù)運行。因此車輛相對于地面的總速度的確定在開發(fā)車輛性能控制系統(tǒng)中留下了重要的 問題。這更特別地是以上已經(jīng)說明的具有各自與一獨立電機聯(lián)接的一個或多個車輪的車輛 的情況。此外，在電動車輛的情況下這個問題特別重要，對于所述電動車輛來說，不僅牽引 而且制動都完全地且直接地來源于電能。例如在專利申請No. W0 2007/107576中，本申請 人最近已經(jīng)建議了裝配有可靠裝置的這樣一種車輛，所述可靠裝置用于確保在所有情況下 都存在在所考慮的每個車輪上具有足夠保證車輛安全性的再生電力制動扭矩的能力?？山?議的是能夠具有這樣一種車輛，其受益于通過用于控制這種車輛的性能的電機提供的動態(tài) 且精確的牽引扭矩和制動扭矩的控制可能性。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到剛剛已經(jīng)描述的在現(xiàn)有技術水平下已經(jīng)提出的技術發(fā)展狀態(tài)，本發(fā)明的目 的在于提供方案，其用于在每個瞬時確定車輛相對于地面的速度的足夠精確、動態(tài)且可靠 的估算值，其包括驅動階段，在所述驅動階段例如為車輛車輪旋轉速度的常用車輛監(jiān)視參 數(shù)并不能在每個瞬時始終提供用于獲得所述速度的可靠信息。其特別地非常適于控制車輛 的性能，所述車輛具有每一個都通過至少一個對于所述車輪特定的電機控制的一個或多個 車輪。為此，本發(fā)明的主題是一種車輛控制系統(tǒng)，其包括確定車輛的瞬時對地速度，所述 車輛具有每一個都裝配有被設計為提供依據(jù)所述車輪的運動而變化(作為所述車輪的運 動的函數(shù))的測量值的傳感器的至少兩個車輪。所述系統(tǒng)包括a)模塊，所述模塊適于根據(jù)相應的傳感器在每個瞬時提供依據(jù)所述車輪中的每一 個的圓周速度變化的指示值，b)第一車輛速度指示器，所述第一車輛速度指示器適于依據(jù)至少一個車輪的來源 于模塊a)的指示值生成車輛相對于地面的總體速度估算值，c)車輛車載的加速度傳感器，所述加速度傳感器適于提供依據(jù)所述車輛的至少一 個縱向加速度分量而變化的測量值，以及d)第二車輛速度指示器，所述第二車輛速度指示器適于在從所述第一指示值獲得 的估算值無效時，通過將來源于來自所述加速度傳感器c)的測量值的指示值積分生成車 輛相對于地面的總體速度的估算值。特別地，所述系統(tǒng)的特征在于其還包括e)診斷級，所述診斷級適于在所考慮的瞬時依據(jù)相應車輪的狀態(tài)測試從所述模塊
6a)中獲得的所述指示值中每一個的可靠性，以及f)估算器，所述估算器依據(jù)來自所述加速度傳感器c)的測量值和從所述車輪傳 感器中獲得的至少一個加速度測量值估算車輛運動相對于地面的加速度，以特別地考慮到 車輛碾壓的地面的坡度，并且所述第一車輛速度指示器適于根據(jù)由所述診斷級e)驗證可靠的指示值生成 所述車輛總體速度估算值，用于提供所述相應車輪的位置處相對于地面的車輛速度的可接 受的近似值，第二車輛速度指示器(317)適于當對于所考慮的瞬時在所述診斷級的輸出處 沒有車輪速度指示值已經(jīng)被驗證為可靠時，根據(jù)在先前的瞬時處總速度的確定將由所述運 動加速度估算器f)提供的所述指示值積分，以用于生成車輛相對于地面的總速度的估算 值。根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，所述診斷級適于基于從以下三個標準中選擇的至少兩個 標準測試每個車輪的狀態(tài)、提供圓周速度指示值x)所述車輪的瞬時角加速度，y)根據(jù)來源于相應傳感器的角速度信息和車輛總速度的第一次估算被確定的所 述車輪的瞬時滑動的測量值，以及z)根據(jù)可以車輛車載取得的信息被確定的所述車輪的道路抓地力系數(shù)的值。因此，從每個車輪中獲得的速度信息的有效性從多個角度被診斷，以使得可以決 定在確定所述車輛速度時所述信息能還是不能被考慮。在給定瞬時缺少至少一個車輪的直 接信息時，系統(tǒng)利用確定相對于地面的車輛運動的加速度以通過積分獲得所尋求的速度的 足夠精確的估算值。為了確定車輛的運動加速度，所述系統(tǒng)特別地作出車輛碾壓的地面的坡度的計 算。所述計算有效地表示了，例如5°的坡度在4秒鐘之后引起通過積分獲得的速度的7公 里/小時的誤差。因此，甚至在作出選擇以不考慮由于車輛的橫擺運動引起的更加短暫的 誤差的情況下，所述坡度校正(或修正)也是必不可少的。實際上，其是通常確定的車輛軸 線的傾斜角。根據(jù)本發(fā)明，后者的第一值根據(jù)從至少一個車輪傳感器中獲得的角加速度測 量值以及根據(jù)從車載縱向加速傳感器中獲得的測量值通過第一計算被確定。此外，根據(jù)一 種補充的裝置，所述系統(tǒng)優(yōu)先地包括例如為陀螺測試儀的傳感器以執(zhí)行車輛相對于水平面 的縱向傾斜角的第二計算，所述傳感器易感測車輛的車身外殼關于軸線y的旋轉運動，所 述軸線y相對于車輛在地面上的縱向前進運動軸線呈橫向，并且所述估算器f)依據(jù)所述兩 個角度指示值運行以確定相對于地面的車輛運動的加速度。最后，所述系統(tǒng)有利地設有濾波裝置，所述濾波裝置特別地包括j)低通數(shù)字濾波器，所述低通數(shù)字濾波器用于在所述第一計算裝置的輸出處處理 所述車輛的傾斜角的第一指示值，k)高通數(shù)字濾波器，所述高通數(shù)字濾波器用于通過所述第二計算裝置提供的傾斜 角指示值，以及1)級，所述級用于數(shù)字地合成來自所述濾波裝置j)和k)的指示值，以將地面傾斜 角的經(jīng)校正的指示值傳輸?shù)剿龉浪闫鱢)。總之，根據(jù)本發(fā)明，所述系統(tǒng)盡力根據(jù)從其所裝配的車輪傳感器中獲得的信號計 算車輛相對于地面的總速度的第一估算值。所述確定包括所述車輪中的每一個上的有效性診斷步驟以測試所述信號中的每一個提供在所述車輪位置處車輛的近似速度指示值的能 力。優(yōu)先地，所述測試根據(jù)基本上針對車輪狀態(tài)的標準的范圍被執(zhí)行，所述車輪狀態(tài)適于依 據(jù)車輛運動指示車輪相對于地面正常地旋轉、或相反地指示在車輪圓周速度與所述車輪位 置處車輛相對于地面的速度之間出現(xiàn)異常偏差。典型地，至少兩個標準被使用，所述標準選 自車輪的瞬時角加速度、車輪瞬時滑動的測量值、和所述車輪的道路抓地力系數(shù)的值。在所 述診斷完成時被測試并且被認為無效的所述車輪速度指示值在所述總速度估算值的確定 中不被保持。為了考慮在車輛轉向時每個車輪的位置，例如依據(jù)在校正之后被測試并且被 認為有效的車輪指示值的平均值，從而所尋求的總速度估算值被確定。如果沒有車輪速度指示值通過所述診斷級驗證，則所述系統(tǒng)然后一方面依據(jù)由車 載加速度計執(zhí)行的縱向加速度測量以及依據(jù)來源于所述車輪傳感器的對于所述車輪的角 加速度測量值而確定車輛的瞬時運動加速度。在車輛碾壓的地面并非水平的情況下，從所 述車載加速度計中獲得的信號提供用于所述車輛的縱向加速度指示值，其并不表示所述車 輛運動相對于地面的實際加速度，因為只要超過坡度角一點度數(shù)，在來自所述加速度計的 測量值上就不能不考慮重力平行于地面的分量。根據(jù)本發(fā)明根據(jù)車輪加速度的測量值可以 獲得的校正是必需的，所述測量值直接關于實際車輛運動，優(yōu)先地，所述校正由另一個校正 所補充，所述另一個校正例如根據(jù)提供車輛的橫擺角速率的陀螺測試儀的測量值而獲得。 在所述校正上作出的頻率_定位(frequency-oriented)濾波處理操作使得可以取得運動 加速度值，其足夠穩(wěn)定和精確以使其能夠在缺少來源于車輪傳感器的有效信號的情況下通 過提供車輛速度的適當?shù)闹刀环e分。與之前所描述的方案相比，所述系統(tǒng)主要特征在于其以簡單結構和易于承受的成 本實現(xiàn)關于動態(tài)性和精確性的優(yōu)越性能。因此特別地在其車輪裝配有電機的車輛的情況 下，其使得可以制造車輛性能控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)甚至在表征其運動的參數(shù)涉及潛在不穩(wěn) 定性階段時也有效，所述階段例如在制動的情況下可以延長超過在現(xiàn)有系統(tǒng)中通常遇到的 持續(xù)時間很多。明顯地，在現(xiàn)有技術水平下已經(jīng)已知的通常復雜的系統(tǒng)可以依據(jù)車載測量的參數(shù) 控制行駛中車輛的性能的多個部分，以提高安全性。英國專利申請文獻GB 2 409 914描述 了一種用于控制車輛的姿態(tài)的系統(tǒng)，除了感測相對于地面的車輛速度的傳感器之外，所述 車輛至少裝配有至少一個縱向加速傳感器、一個橫向加速度傳感器和一個橫擺角速率傳感 器?，F(xiàn)在，如之前已經(jīng)說明的那樣，車輛相對于地面的速度參數(shù)雖然重要，但在車輛車載上 不容易直接地取得和在所有情況下取得。實際上，確定所述參數(shù)恰好是本發(fā)明的一個目的。 此外，出現(xiàn)在所述文獻中用于控制車輛的瞬時的俯仰振動(pitch)和滾動的技術手段傾向 于像是支配行駛中車輛的運動學和動力學的物理關系的羅列。確實，使車輪角加速度與車 輛車載測量的縱向加速度相關聯(lián)的關系被提出以表示原則上可以從所述數(shù)據(jù)推出車輛縱 軸傾斜角上的指示值。然而，關于利用所述數(shù)據(jù)以用于估算車輛總速度的任何可能的使用 卻沒有提供信息，也沒有適于解決所述所陳述的問題的任何具體的教導。類似地，歐洲專利申請文獻EP 1 832 881描述了一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)用于根據(jù)由 兩個車載加速度計提供的測量值提供車輛、特別是裝配有ABS系統(tǒng)的摩托車的瞬時加速度 的估算值，所述兩個車載加速度計中的一個易感測沿車輛縱向位移方向的加速度，另一個 易感測其垂直加速度。根據(jù)所述方法，所述車輛的俯仰角根據(jù)所述兩個測量值被確定，以獲得所述車輛沿其位移方向的加速度估算值，特別是在劇烈的加速或制動階段中所述估算值 由于俯仰振動現(xiàn)象被校正，所述階段反映在從測量設備影響測量值的使車輛關于其重心向 前或向后傾斜的扭矩中。根據(jù)所述文獻的所述建議，從加速度計中獲得的測量值通過卡爾 曼濾波處理以消除影響測量的加速度信號的漂移。所校正的加速度值被結合以在每個瞬時 提供除去了所述漂移和俯仰振動作用的精確的車輛運動加速度。當以穩(wěn)定速度(加速度處 于正負0. 2米/秒2的范圍內(nèi))行駛時，所述車輪速度的測量值被使用以提供所述車輛速 度的指示值。一旦車輛隨著加速度或負加速度離開所述穩(wěn)定速度，所述系統(tǒng)被設計用于根 據(jù)補償俯仰振動的加速度的積分而計算車輛速度。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的特征在于，一方面，車輪速度測量值構成用于監(jiān)視對控 制車輛來說必不可少的車輛速度的主要基礎，其包括過渡速度階段，在其中檢測到車輪的 道路抓地狀態(tài)保持與測量精度或安全性相一致。這由于使用用于評定關于每個車輪的速度 信息的有效性的標準范圍而被獲得。將可以想到的是，所述標準的使用主要關于控制施加 到車輛的每個車輪上的扭矩。在這方面，在本發(fā)明的上下文中，甚至在每個車輪上的所述單 個診斷在給定時刻檢測到它們中沒有一個提供用于估算車輛速度的任何有效測量值時，每 個車輪的單個狀態(tài)都保持優(yōu)先。其僅僅存在于在求助于依據(jù)其軌跡的坡度被適時校正的車 輛加速度數(shù)據(jù)的積分的要求發(fā)生的時刻。根據(jù)本發(fā)明，所述校正首先依據(jù)從車輪傳感器中 獲得以及從來自提供了車輛俯仰角速率的陀螺測試儀的測量值中獲得的信息而作出?；氐?現(xiàn)有技術水平，在其間車輛加速度處于正負0. 2米/秒2之間的瞬時極為隨機并且可能根 據(jù)遇到的行駛狀態(tài)而迅速消逝。由此可見，車輛速度相對于車輪速度的重新調(diào)節(jié)也可能隨 機并且迅速消逝，因此用于確定車輛速度的加速度的積分使得漂移可能變得重要。因此本發(fā)明的主題是一種使得可以確定角度參數(shù)的用于陸地車輛的系統(tǒng)，所述角 度參數(shù)影響在地面上運動的車輛的空間位置或姿態(tài)，其例如為車輛碾壓的地面的坡度或車 輛的車身外殼的俯仰和/或傾側角(roll angles) 0這種測量使得可以改進對車輛運動的 了解和監(jiān)視，并且因此提供更有效地作用于其性能的裝置。本發(fā)明特別適用非常適于在其中車輛的每個驅動輪的驅動和制動都完全或全部 從所述車輪所特有的同一個電機獲得的車輛。當車輛行駛時，其對于控制通過電機施加到 所考慮的車輪中的每一個上的扭矩特別有效，特別地，從而提供了其瞬時滑動或道路抓地 力系數(shù)的實時控制。


根據(jù)由以下附圖示出的、示例性優(yōu)選的而非限制性的實施方式的以下描述，本發(fā) 明的其它目的和益處將變得清楚明白，其中圖la示意性地表示出了用于控制帶有四個驅動車輪、帶有車載電能產(chǎn)生的電動 車輛的驅動和制動的系統(tǒng)；圖lb是圖la的一部分的更詳細的圖表；圖2是示出了依據(jù)車輪相對于地面的滑率的車輪的道路抓地力系數(shù)的變化的曲 線圖；圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的用于測量滑率和依據(jù)所述測量值調(diào)節(jié)電 流的模塊的運行的方框圖；圖4a和4b是本發(fā)明的系統(tǒng)的另一個模塊的運行的流程9
圖5a和5b示出了關于根據(jù)由車輛測量的數(shù)據(jù)確定地面的坡度角的說明；圖6非常概略地示出了用于校正坡度和加速度測量值的信號處理級；圖7a、7b和7c是在圖6的信號處理級中生成的信號的曲線圖；圖8說明了作用于車輛上的力的作用點的定義。
具體實施例方式圖la示意性地表示出了帶有四個車輪1“、lAvD、lAri^P 的車輛。所述車輪中標 記lAve表示左前輪、lAvD表示右前輪、表示左后輪、而表示右后輪。每個車輪裝備有 與其機械地聯(lián)接的電機?？梢钥吹诫姍C2Av(;、2AvD、2Ari^n2Ari)。在下文中，特別地指定車輛中 車輪1或電機2的位置的所述下標在其并不影響說明的清楚程度時將不再重復。牽引電機 2是自控同步式的三相電機。所述電機各自裝配有結合在所述電機后面的解析器類型的角 位置傳感器11 (圖3)，并且各自通過相應的電子車輪控制模塊23被控制，所述電機通過電 源線21與所述電子車輪控制模塊23連接。電子車輪控制模塊23被設計為基于電機中電流的測量值和基于來自角位置傳感 器11的測量值在扭矩方面控制電機。每個電子車輪控制模塊23使得可以選擇性地將預定 振幅和符號(sign)的控制扭矩施加到所考慮的車輪上。因此，所述電機可以被用作馬達和 用作發(fā)電機。每個電子模塊都使用數(shù)字處理功能以計算電機的轉子的旋轉速度Qr及其角 加速度r。獲知車輪的、或更確切地說是其輪胎的參考發(fā)展狀態(tài)(development)，其被 限定為在沒有任何扭矩和縱向力的情況下車輪轉動一圈車輛行進的直線距離，并且獲知在 轉子的軸線和車輪之間的連接傳動裝置的減小量，每個電子模塊23分別將角速度Qr和加 速度Q ‘ r轉換成恢復到車輛中的線速度t和加速度Yr。然而，應該注意的是，可以利用 獨立的車輪速度測量值實施本發(fā)明的某些原理，例如用于沒有裝配馬達的車輪，以使用霍 爾效應傳感器類型的速度傳感器用于ABS (防鎖死系統(tǒng))，或者按照任何其它的原理運行。為了便于記錄，在所述實例中，在停止時且僅在停止時，后輪1-和中的每一 個還裝配有通過由制動控制單元驅動的電致動器7控制的用于車輪的機械制動器裝置71。 在此所描述的本發(fā)明的應用中，車輛的車輪中沒有一個包括任何機械行車制動器。無論制 動控制信號的振幅如何，也就是說甚至對于最強烈的制動情形，也僅僅通過以發(fā)電機模式 引導電機而處理制動。所述機構被設置，從而甚至在特別強勁的制動情形下也確保消耗所 有生成的功率。所述機構可以包括存儲電容、用于利用實時生成的能量的電路以及用于耗 散先前的兩個消耗模式的剩余功率的機構。每個車輪包括一個或多個專用的電機以便能夠 選擇性地在每個車輪上生成制動力，這不能利用幾個車輪、例如一個輪軸上的車輪所共用 的電機完成，因為在這種情況下在所述車輪之間將會存在機械傳動和差動。電機被恰當?shù)?設定尺寸以將可能的最高的制動力施加到每個車輪上。為了可以吸收高的電力，已經(jīng)安裝了例如通過水的循環(huán)被有效地冷卻的耗散電阻 器，已知的蓄電池不能吸收由緊急制動生成的電力，或者不能吸收由長持續(xù)時間的制動生 成的所有電能，除非通過安裝電容以使得車輛重量達到實際上無法接受的地步。因此，在此 所陳述的電力系統(tǒng)是與環(huán)境隔離的自治電力系統(tǒng)，其更詳細的描述可以從例如以本申請人 中的一個的名義公布的專利申請WO 2007/107576A1中找到，其中沒有電能與車輛外部的 交換，因此所述系統(tǒng)還適用于機動車輛，所述電力制動系統(tǒng)的應用比在車輛與例如為火車或市區(qū)電車的電網(wǎng)連接的情況下困難得多。例如，可以選擇具有其扭矩被加在一起的多個電機。在這種情況下，電子車輪模塊 可以驅動并聯(lián)安裝在同一個車輪中的多個電機。關于多個電機在一個車輪中的安裝，應該 參考例如專利申請W0 2003/065546和專利申請FR 2776966。在此所述選擇和示出的實例描述了一種處理車載電能產(chǎn)生的車輛上的應用。圖la 示出了將電流傳輸?shù)街醒腚娋€40的燃料電池4。明顯地，例如像電池的任何其它供給電能 的裝置都可以被使用。還可以看出在本實例中由一組超級電容器5構成的電能存儲裝置通 過電子回收模塊50與中央電線40連接?？梢钥吹胶纳㈦娮杵?，其優(yōu)選地浸泡在冷卻劑中 將卡路里耗散到交換器(未陳述)中，形成能夠吸收在制動情形期間由該組電機生成的電 能的能量吸收裝置。耗散電阻器6通過電子耗散模塊60與中央電線40連接。中央計算和控制單元3管理各種功能，包括車輛的電力牽引系統(tǒng)。中央單元3經(jīng)由 電線30A(CAN總線 )與電子車輪控制模塊23和與電子回收模塊50通信。中央單元3還 與圖lb中詳細示出的多個控制器通信，即特別地，經(jīng)由電線30E與加速度控制器33通信、 經(jīng)由電線30F與制動控制器32(行車制動器)通信、并且經(jīng)由電線30C與選擇前進檔或倒 檔的控制器31通信。中央單元3還經(jīng)由電線30G與測量傳感器或系統(tǒng)35通信，所述測量 傳感器或系統(tǒng)35與車輛的轉向控制器41連接并且使得可以確定轉向角半徑Ray。最后， 在本實例中為了管理車輛的動態(tài)性能，中央單元3經(jīng)由電線30D與感測沿車輛的縱軸X的 加速度[的傳感器34通信、經(jīng)由電線30H與用于測量沿車輛的橫軸Y的加速度的傳 感器或系統(tǒng)36通信、經(jīng)由線路301與感測關于車輛的垂直軸Z的橫擺角速率Q z的傳感器 37通信、并且最后經(jīng)由線路30J與感測關于橫軸Y的角速度Q_y的傳感器38通信。在車 輛的前后車輪之間以及左右車輪之間的負載偏差產(chǎn)生車輪上的動態(tài)負載時，從這些傳感器 中獲得的信息使得中央單元3能夠連同其它結果一起依據(jù)一方面縱向(沿軸線X)和另一 方面橫向(相對于車輛運動的橫軸Y)的加速度而計算車輪上的動態(tài)負載。中央單元3操作車輛縱向位移的管理，并且為此其控制所有的電子車輪控制模塊 23。其一方面包括通過其振幅代表車輛所需的總牽引力的控制信號啟動的牽引運行模式， 所述控制信號來自加速度控制器33，另一方面包括通過其振幅代表車輛所需的總制動力的 控制信號啟動的制動運行模式，所述控制信號來自制動控制器32。在所述運行模式中的每 一個中，無論相應控制信號的振幅如何，中央單元3都控制所有的電子車輪控制模塊23以 使得來源于所有車輪1上的旋轉電機的軸向力的總和為控制信號的所述振幅的函數(shù)。特別 地對于制動運行模式來說，情況就是如此。換句話說，沒有機械行車制動器；在此所描述的 電力制動系統(tǒng)就是車輛的行車制動器。此外，中央單元3被編程以依據(jù)每個車輪的動態(tài)負載控制特定的設定點扭矩到每 個車輪上的應用，使得每個輪胎根據(jù)預定的性能程序工作。因此，在此所描述的實例中，程 序根據(jù)先驗的固定的外部策略調(diào)節(jié)每個車輪上的扭矩(因此調(diào)節(jié)通過每個車輪分別施加 到地面的切向力)。因此，如下面將可見的那樣，每個電子車輪控制模塊從中央單元接收扭 矩設定點，其從所述扭矩設定點確定用于相應電機的控制電流的相應設定點值I。。?；氐綀Dla，如之前所指出的那樣，機械停車制動器裝置39的致動器7經(jīng)由電線 30K、僅通過所述停車制動器控制器39而絕不通過行車制動器的制動控制器32被控制，一 安全裝置被設置以防止在停車情形之外使用所述制動器。最后，電子回收模塊50經(jīng)由電線
1130B與電子耗散模塊60通信?，F(xiàn)在將說明考慮到本發(fā)明適當?shù)膶嵤┓绞降姆矫?。圖2顯示了三個曲線，依據(jù)以 與車輛碾壓的地面接觸的方式測量的滑率(X)，所述曲線示出了典型地可以裝配有輪胎的 車輛車輪2的道路抓地力系數(shù)(iO的變化，所述曲線中的一個101表示干燥地面的情況， 另一個102表示濕的、因此更滑的地面的情況，第三個103表示被冰覆蓋的、因此非?；?地面的情況。在這些曲線中，可以分辨出第一陰影區(qū)域Z1，所述第一陰影區(qū)域Z1在右側通 過連接這些曲線的道路抓地力系數(shù)的最大值的線限界。在所述區(qū)域Z1中，車輪的運行穩(wěn) 定，也就是說，滑率增大越多，道路抓地力系數(shù)也增大越多。這使得可以將由施加到車輪的 發(fā)動機扭矩或制動扭矩引起的切向力傳遞到地面。在對應于較高的滑率值的第二區(qū)域Z2 中，運行變得不穩(wěn)定。如由曲線101可以清楚看出的那樣，當滑率超過在這種情況下大約為 15%的一定閾值時，道路抓地力系數(shù)下降。傳到地面的切向力因此下降并且沒有被傳遞的 過多扭矩進一步減慢車輪的旋轉速度，這還導致滑率的增大，等等；這是道路抓地力損失現(xiàn) 象，所述現(xiàn)象或者通過在使其沿車輛位移的相反方向以滑移模式旋轉之前制動而迅速(通 常在零點幾秒內(nèi))導致車輪旋轉速度的短暫消失，或者通過沿車輛位移的方向的加速迅速 導致其滑移。系數(shù)(ii)的最大值取決于輪胎、車輛碾壓的地面的狀態(tài)的性質(干的、濕的等 等)。在裝配有具有良好道路抓地質量的輪胎的情況下，道路抓地力系數(shù)的最優(yōu)值對應于 處于約5%到15%的滑動比率。獲知通過在車輪與地面接觸的區(qū)域內(nèi)相切于地面的力與垂 直于地面表面的負載的比值限定的所述道路抓地力系數(shù)(在此所考慮的)，因此所提及的 值在干燥地面上允許1. 15g(在此g是重力加速度)的最大負加速度、在濕的地面上允許 0. 75g和在冰面上允許0. 18g的最大負加速度，因為在所述最優(yōu)值下將可以維持車輪在地 面上的運行點。本發(fā)明所探求的一個目的是通過每個瞬時施加到車輛的一些車輪上、特別 地施加到通過電機驅動和制動的車輪上的扭矩的恰當控制，從而盡可能接近地達到所述運 行。圖3非常概略地示出了用于依據(jù)在所述車輪上作出的滑率測量控制由相應電機2 施加到每個車輪上的牽引扭矩或制動扭矩的裝置的元件。所述圖示模式便于很好地了解下 面的說明。明顯地，本發(fā)明可以利用被用于管理和控制道路車輛的可編程硬件裝置和常規(guī) 軟件而實施。電子車輪模塊23的首要任務是控制與其關聯(lián)的一個或多個馬達的扭矩。自控 三相同步電機2的扭矩-電流特征是公知的，因此控制所述電機中的電流相當于在扭矩方 面控制所述電機。在車輪控制模塊23中，所述基本功能由模塊23A示意性地表示出，所述 模塊23A根據(jù)電流設定點Ic以及根據(jù)由解析器11傳輸?shù)碾姍C2的轉子角位置測量值a r 控制電源線21上的電流。計算模塊23F使得可以將由中央單元3傳輸?shù)呐ぞ卦O定點Cc轉 換成生成所述扭矩所需要的電流設定點Icc。由解析器11傳輸?shù)碾姍C2的轉子的角位置信 息也由模塊23B使用以計算所述轉子的角速度Qr以及角加速度Q ‘ r。獲知車輪的、 或更確切地說是其輪胎的參考發(fā)展狀態(tài)，其被限定為在沒有任何縱向扭矩和力的情況下車 輪轉動一圈車輛行進的直線距離，并且獲知在轉子的軸線和車輪之間的連接傳動裝置的減 小量，模塊23C分別將轉子的角速度Qr和角加速度Q ‘ r轉換成車輪圓周線速度指示值
如下面將可見的那樣恢復到車輛中)以及轉換成車輪圓周線加速度指示值Qr。所述 車輪圓周速度指示值\和加速度指示值Q r通過CAN通信總線30A被傳輸?shù)街醒雴卧?。
除了扭矩設定點Cc之外，控制模塊23經(jīng)由CAN通信總線30A從中央單元3接收 車輛的適當?shù)淖畲罂山邮艿幕试O定點(X-c)和對地速度(Vv)，對此我們將在后面描述。利用1毫秒到2毫秒的周期，車輪控制模塊23根據(jù)式子(H) /Vv執(zhí)行在所考慮 的瞬時的滑動比率、的計算，所述式子通過從中央單元3接收數(shù)字指示值\和從模塊23C 接收數(shù)字指示值\的方框23D示意性地表示。在車輪加速階段期間，車輪速度大于車輛速 度，并且根據(jù)之前定義的式子，滑動比率(或簡稱滑率)為正，而在制動期間，車輪速度1小 于車輛速度并且滑動比率為負。為簡化說明，在下文中將認為、是滑率的絕對值，同樣，最 大滑率設定點Ac和電流設定點Icc將始終被認為是正的。計算的滑率指示值被用于(如 通過比較模塊16示意性地表示出的那樣)提供指示在計算的滑率和由中央單元3傳輸?shù)?設定點滑率(Ac)之間的偏差￡ A的信號。在計算的滑率\與設定點滑率之間的偏 差￡ A指示所述最大設定點被瞬時滑率超出的情況下，所述信息通過調(diào)節(jié)器23E被使用 以生成電流設定點I、c，所述調(diào)節(jié)器23E例如可以為傳統(tǒng)的PID(比例積分微分)調(diào)節(jié)器。 然后通過對以下因素求和計算(加法器方框17)總電流設定點Ic :(i)從扭矩設定點(方 框23F)生成的初始電流設定點Icc，和(ii)從調(diào)節(jié)器23E中獲得的電流設定點I X c。其 為施加到控制電機2的電流的模塊23A上的總設定點Ic，所述模塊23A還接收由解析器11 傳輸?shù)碾姍C轉子的角位置指示值。因此，例如，只要在加速階段期間滑率、保持小于設定 點入c，則什么都不發(fā)生。如果車輪開始滑移，在這種情況下\變得大于XC，則偏離設定 點滑率的偏差變?yōu)樨?。因此，在模塊23E的輸出處同樣為負的相應電流指示值I \ c減小求 和方框17中的初始設定點電流Icc的指示值，以便減小施加到車輪的扭矩并且將滑率保持 在最大值處Uc處)。通過中央單元3處理的信息(扭矩設定點Cc、車輛速度Vv、和滑率設定點X c)以 10到20毫秒的相對慢的速率被傳輸?shù)杰囕喣K23，所述速率相對慢但卻非常適用于車輛 性能動態(tài)(或動力學)。相反，從指定給每個車輪(23B、23C等等)的模塊以及通過模塊16、 17、23D和23E以相當于1到2毫秒的周期的相對快的速率執(zhí)行的處理操作中獲得的信息非 常適用于車輪動態(tài)。最后，記住，每個電子車輪控制模塊23使得可以選擇性地將振幅和符 號都預定了的控制扭矩施加到所考慮的車輪上，因此存在快速有效的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)允許 對沿制動方向(防止倒轉)和沿運動方向(防滑)并且在牽引和制動都通過電機完全地且 單獨地控制的每個車輪上的滑動進行行進中的控制。車輪及其輪胎的道路抓地力的真正的 自動控制以這樣的方式形成。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述系統(tǒng)被布置為使得可以利用車載獲得的瞬時測量 值而確定總體地表示車輛對地速度的值，以及可以矯正所述值以獲得在每個車輪的位置處 車輛的對地速度，以使得相應的滑率計算在所有情況下、特別地在轉向時保持盡可能精確。所述技術的一些方面依靠在所考慮的瞬時給定車輪道路抓地力系數(shù)的確定，這需 要首先說明。當車輪僅承受通過與其聯(lián)接的一個或多個電機提供的扭矩(或者因為其不包 括任何典型地基于摩擦的內(nèi)燃發(fā)動機驅動或機械制動——按照由本申請人提交的專利申 請或前文中所論述的教導，或者因為其在所考慮的瞬時暫時處于所述狀態(tài))時，車輪上的 所述扭矩直接符合于經(jīng)過所述一個或多個電機2的電流。獲知車輪1的參考半徑，然后可 以從其中推導出在每個瞬時由車輪施加到地面上的切向力。此外，獲知車輛的輪軸距E(參見圖8)、車輛總重量M、在后輪軸系統(tǒng)和前輪軸系統(tǒng)之間的分配情況kM和(l-k)M、以及重心的高度Hg，并且最后獲知/測量由測量傳感器或系 統(tǒng)34和36 (圖lb)提供的直線加速度[和Yy，中央單元3能夠測量每個瞬時前后輪軸 系統(tǒng)上的負載或法向力Fav和Fak。獲知車輛的軌距V，中央單元3還能夠確定前后輪軸系統(tǒng) 中的每一個上的車輪之間的載荷的分布。當車輛通電時，重量和重心位置的量可以通過傳感器的適當系統(tǒng)或任何其它同等 裝置被測量。在此所描述的實例中，我們已經(jīng)更簡單地選取了相當于涉及車載兩個乘客的 車輛模型的標稱值。如之前所指出的那樣，中央單元然后計算作為由車輪在所考慮的瞬時 施加到地面上的切向力和法向力之間的比值的車輪瞬時道路抓地力系數(shù)P r。如果我們現(xiàn)在回到車輛速度的確定，則所述確定基于來源于傳感器11測量值的 車輪圓周速度值\的平均值的計算，并且在之前根據(jù)現(xiàn)在將描述的標準被驗證以僅僅保留 所述值中被判定為對于所述計算可靠的值。因此，只要至少一個車輪速度值有效，則根據(jù)所 述標準，其將根據(jù)以下式子被用于確定在給定瞬時的參考車輛速度Vv =有效Vr的總和/Nb_有效_車輪(g) 如果在給定瞬時沒有車輪圓周速度有效，則車輛速度然后由中央單元通過將車輛 的運動加速度的指示值積分根據(jù)所獲得的上一次有效車輛速度計算，所述運動加速度如在 下文中將可見到的那樣被估算。測量值Vj皮認為有效，如果下面的條件滿足的話(a)系統(tǒng)沒有檢測到在CAN總線30A上循環(huán)的數(shù)字信息的交換的任何故障。特別 地對管理CAN總線上的通信負責、并且分別被合并到中央單元3和每一個電子車輪模塊23 中的電子構件檢查通信系統(tǒng)的正確運行和在其中循環(huán)的數(shù)字信息的完整性。所述構件視情 況生成能夠被中央單元3和/或電子車輪模塊23使用的CAN故障信息。此外，中央單元3 將信息(設定點；Vv ；……，參見圖3)以10和20毫秒(在這種情況下為16毫秒)之間的 速率有規(guī)律地發(fā)送到電子車輪模塊23。如果沒有遵循所述速率，則電子模塊檢測到CAN故 障(接著CAN連接的失效、斷開等等的中央單元缺失)并且不考慮來源于CAN總線的數(shù)據(jù)。 對稱地，模塊23以所述相同的16毫秒速率響應于中央單元(V,；電流；故障；等等)。如果 中央單元證實電子模塊23中的一個沒有遵循所述速率，則其表示所考慮的所述模塊缺失 并且不考慮其數(shù)據(jù)(特別是V》。(b)與所考慮的車輪關聯(lián)的電子控制模塊23沒有檢測到解析器11上的任何故障。(c)所述車輪沒有失去其地面道路抓地力。在這方面，認為主要在車輪圓周加速度 Y _r不正常、即對于車輛的物理性質來說過高時存在道路抓地力的損失。例如，認為沿運動 方向超過0. 7g的值和沿制動方向超過1. 2g的值表示車輪道路抓地力損失。注意到這些加 速度值在此來源于通過解析器11提供到車輪控制模塊23和提供到中央單元的信息。當已 經(jīng)在一個車輪上檢測到道路抓地力損失時，只有在用于所考慮的車輪的滑率測量值呈對于 其來說足夠低的值以使其可以認為誤差對于車輛速度測量來說可以接受(3%)時，或者在 Pr足夠低以保證車輪道路抓地力而不考慮地面狀態(tài)(15%給出對應于圖2的曲線103的 非?；牡孛鏍顟B(tài))時，到正常道路抓地力并且因此到用于所述車輪的有效速度測量的回 復才發(fā)生。(d)在所考慮的瞬時計算的道路抓地力系數(shù)(P r)小于一極限值(P _極限)，如 由圖2的曲線y (A)所引起的那樣，超過所述極限值，滑率被認為過高以使得不能繼續(xù)認
14為車輪圓周速度是在所述車輪的位置處車輛速度的可接受的第一近似值。如果我們認為例 如(P-極限)的值表示50%的區(qū)域，則可以證實對應于低于所述極限值的值yr的滑率值 是小的(曲線101和102)。它們導致確定平均速度時不超過1.5%到3%的誤差，所述誤差 被認為是可接受的。圖2的曲線的觀察結果示出了，當?shù)孛嫔系淖畲蟮缆纷サ亓 ^超過極限 (對于曲線101和102的y 和y 的情況)時，對于低于極限的值yr(在50% 的區(qū)域中)，所述曲線很少取決于地面狀態(tài)。然后，獲知所使用的輪胎的特征P (X)，特別 地對于小于50%的y來說，將可以確定在所考慮的瞬時的對應于工作yr的滑率\并且 因此對車輪速度測量值\加權。如所說明的那樣被確定的道路抓地力系數(shù)的指示值可能受誤差的影響，所述誤差 例如對應于用于計算車輪上的法向力而被考慮的車輛的實際負載相對于標稱負載的變化。 然而，通過觀察曲線101和102可以證實的是，道路抓地力系數(shù)上50%左右的大的誤差對 相應的滑率值具有很小的影響。對于在此所描述的有效性標準的應用(即，近似值的有效 性在于利用車輪圓周速度而不是在車輛位置處測量的車輛速度)來說，實際上已經(jīng)確定的 是，這些不精確性并不會顯著地影響基于道路抓地力系數(shù)值作出的判斷的質量。如果我們現(xiàn)在考慮帶有特別低的道路抓地力系數(shù)的地面(曲線103)的情況，則 表示(P-極限)的值超過地面的最大道路抓地力系數(shù)P 所考慮的車輪具有以不正 常的方式非常迅速地加速的傾向，但是道路抓地力損失然后通過之前說明的標準(C)被檢 測。另一方面，可以看出的是，如果道路抓地力系數(shù)P小于15%，則無論地面的狀態(tài)(曲線 101、102或103)如何，車輪都處于相對地面的道路抓地狀態(tài)下。所述值為維持或恢復車輪 的道路抓地力(見圖4中的步驟113)提供了測試標準。因此系統(tǒng)確定并不嚴格地表示車輛的預定固定點的速度的車輛速度值，并且所述 車輛速度值在此將夠條件作為“總”的速度值。為了計算給定的車輪的滑率，系統(tǒng)還必須檢 查在所考慮的時刻所述值是否足夠接近在車輛的軌跡中在所考慮的車輪的位置處的車輛 對地速度。如果車輛沿直線運動，則情況通常如此。在這種情況下，通過中央單元傳輸?shù)侥?塊23的總速度使得可以從車輪速度指示值t直接獲得滑率的表示形式。另一方面，當車輛 轉向時，則情況并非如此。在這種情況下，車輛的總速度和車輛在車輪水平處的速度相差一 校正系數(shù)，所述校正系數(shù)同時是轉向時的轉向半徑和車輪位置(內(nèi)部或外部)的函數(shù)。中 央單元3被編程來依據(jù)從與轉向控制器41連接的測量系統(tǒng)35在線路30G上傳輸?shù)霓D向角 半徑Ray的指示值、并且通過考慮轉向中車輪的位置(內(nèi)側或外側)的因素而確定所述校 正系數(shù)。校正系數(shù)根據(jù)所考慮的每種類型的車輛的經(jīng)驗關系、在本實例中基于所考慮的車 輛上進行的真實測量而被建立。適于車輛的瞬時情形(轉向的方向和半徑)中的每個車輪 的校正系數(shù)的值被中央單元3使用以計算相應的圓周速度校正值AVrArint、AVrArext、AVrAvint 禾口 AVrAvext = f (Ray)(其中Ray在此表示轉向角半徑)，用于前輪(Av)和后輪(J，轉向中的內(nèi)側(int) 和外側(ext)。值Vv被傳輸?shù)綄诿總€車輪的控制模塊23中并且與經(jīng)校正(V,+A V,)的所述 車輪的圓周速度結合，以便以充分的精確性確定在相應瞬時的滑率的值。在此將注意到的是，為清楚起見，圖3不示出傳輸和生成校正的速度值的過程。另一方面，在下文中圖4b的 流程圖中清楚地考慮了所述校正的原理。本申請人的試驗已經(jīng)表明了，可以確定用于每個車輪的校正系數(shù)，所述校正系數(shù) 使得對于所有所考慮的車輪，一致的校正測量值處于1. 5%以內(nèi)。在這一階段，對于類似于圖1的帶有四個在扭矩方面受電控的車輪的車輛，圖4a 和4b給出了用于確定車輛速度的程序的簡化的流程圖。圖4b的流程圖示出了圓周速度 信號VriVD根據(jù)在給定瞬時車輛的右前輪lAvD的處理(步驟101)，所述流程圖以計算(步驟 102)對于任何轉向都通過因子f (Ray，avd)被補償?shù)乃鏊俣萔rcAVD的值開始，所述因子同 時考慮了車輛的轉向角半徑和車輪lAvD相對于轉向方向的位置。系統(tǒng)然后檢驗作為車輛速 度在所述車輪位置或地點的第一近似值的有效性。為此，相繼檢查以下情況CAN網(wǎng)絡上故 障的排除(步驟103)和來自相應的解析器11的信息的故障的排除(步驟105)，然后，如 果結果是肯定的，則檢查所述車輪相對于開始滑移的上限和可導致車輪旋轉方向逆轉的對 應于負加速度的下限的角加速度的值。如果所述加速度值處于所述極限值限定的范圍之 外，則道路抓地力故障指示器啟動(步驟111)。否則，程序測試(步驟113)上一次計算的 滑率值是否小于3%或者道路抓地力系數(shù)y的值是否小于15%從而甚至在曲線103的情 況下(冰，圖3)車輪在道路抓地力損失之后已經(jīng)回到地面道路抓地狀態(tài)。如果測試是肯定 的，則使得道路抓地力指示器啟動(步驟115)。如果結果是否定的，則程序檢查指示器111 和115的狀態(tài)(步驟117)，并且如果已經(jīng)檢測到道路抓地力指示值，則檢查對于在所述瞬時 的車輪而確定的道路抓地力系數(shù)P的值是否低于上限P (步驟107)。如果測試103、 105,117或107中的一個的結果是否定的，則程序直接進行到用于所考慮的瞬時的車輪lAvD 的程序運行的結束(點121)并且進行到下一個車輪(如下面參考圖4a的流程圖所說明的 那樣)。如果測試在步驟107完成時是肯定的，記錄在對于所考慮的瞬時在檢驗的序列中車 輪信號t的處理完成時所選車輪數(shù)量的計數(shù)器執(zhí)行增量操作。上一個所選車輪的速度被 添加到已經(jīng)選擇的車輪速度的總和E Vr中(步驟119)。剛剛論述的過程是用于確定車輛總速度的程序(點300)的步驟301的一部分，所 述程序以初始化(步驟301)所選車輪的計數(shù)器和所選車輪速度求和寄存器開始，這已經(jīng)提 到過。如還指示出的那樣，來自車輪A1的信號在處理步驟303到309中連續(xù)地被處理。在 所述階段完成時，所選車輪的計數(shù)器的狀態(tài)被檢查(步驟311)。如果數(shù)量不為零，則系統(tǒng)計 算所選車輪速度的平均值(步驟313)并且在程序的末尾將其表示為對于所考慮的瞬時的 車輛總速度(點315)。如果步驟311檢測到?jīng)]有車輪已經(jīng)被選擇，則如將在下文中說明的 那樣，輸出觸發(fā)子進程(步驟317)。因此，例如在強力的制動的情況下，當沒有取自車輪傳感器或解析器11的車輪圓 周速度測量值可以被保留以估算給定瞬時的車輛的對地速度時，中央單元3根據(jù)對于先前 的瞬時被確定的總速度通過縱向運動加速度的數(shù)字積分計算車輛速度。每個瞬時i 的車輛速度然后通過式子提供Vv(i) = Vv(i-1) + Yx_ 運動 At (f)其中Vv(i)是在瞬時、估算的車輛速度；Vv(i_l)是在瞬時t(i-l)估算的車輛速 度；^^豸豸是車輛的運動加速度而At是在兩次連續(xù)計算之間的時間間隔(或如本實例所 指示的16毫秒)。
明顯地，重要的是，然后具有車輛運動加速度可靠測量值。傳統(tǒng)地，被用 于本實例中的加速度計34易感測由沿車輛縱向位移的方向和線路施加到車輛上的力而引 起的加速度Yx-j 。為了簡化說明，假定車輛停止時加速度計34的軸線被定向為平行于地 面并且最初不考慮車輛車身外殼的俯仰振動。如果地面水平，則來自加速度計34的測量值
真實地對應于車輛的運動加速度運動。另一方面，當車輛碾壓的地面280是與水 平面形成角度S的斜坡(圖5a)時，車輛285沿其位移軸線XX的運動加速度是沿所述軸線 XX測量的加速度和車輛沿所述位移軸線XX的重力加速度g的分量的合成量。所述 分量的值表示在測量的加速度值和真實的車輛運動加速度值之間的g. sinS 的偏差。因此，例如，如果lg的制動被施加，則未補償?shù)?%的斜坡引起加速度測量值上5% 的誤差(但如果僅有0. 5g的制動被施加則引起10%的誤差)，并且在4秒之后在速度上引 起7公里/小時的誤差。因此必須根據(jù)以下關系校正值，以使得車輛速度測量值可 接受以用于調(diào)節(jié)滑率運動=測量_g. sin 5 y (a)所述校正通過中央單元3作出，因此所述中央單元3需要關于角度5的值的可靠 fn息o角度5可以首先通過利用從車輪傳感器11中獲得的測量值而取得(accessed)。 中央單元3根據(jù)通過車輪模塊23傳輸?shù)狡渖系膩碜悦總€車輪L的圓周加速度值而計算 車輛的運動加速度的第一近似值Yx-￥ft。上文中的關系(a)使得實際上可以根據(jù)以下式子 推導出角度S的估算值Sy_取得=Arcsin[( 測量-(b)所述計算是圖6中方框201所示的信號的數(shù)字處理的第一級(F1)的主題。實際上，對應于所述估算的信號非常易受噪聲影響。此外，可能所考慮的車輪中的 一個在道路抓地力損失狀態(tài)中可見，并且在計算Sy_a。。中使用的指示值YxwhMls暫時受到干 擾。接下來的過程通過圖7a示出，所述圖7a表示(曲線200)曲線的曲線圖，其示出了作 為在地面坡度變化中從0到1 (任意值)的角度5 的時間函數(shù)的變化200以及在F1級 的輸出處估算結果221的相應變化(關系(b))。一個改善測量值質量的另外的步驟在于施 加來源于F1的數(shù)字值的低通數(shù)字濾波(級F2-方框203)。圖7a示出了在F2的輸出處信 號Sy_.R的變化223的曲線，其相對所述角度延遲但是提供了長時間下良好的精確性。為了獲得角度8的精確且充分動態(tài)的改進的指示值，中央單元3將所述結果與角 度^的另一個近似值結合，所述近似值來源于來自車輛關于軸線YY的角速度Qy的傳 感器38的測量值，所述軸線YY平行于地面并且垂直于車輛運動的軸線XX。所述信號是在 時間上的積分(級F3，方框205，圖6)以在表示為圖7b的圖示中的225的F2輸出處提供 角度S (6y-Qy)的變化的估算。所述信號很好地表示短時間內(nèi)所尋求的角度變化，但是經(jīng) 過長時間則會受到漂移的影響。其以與級F2施加的低通濾波相同的時間常數(shù)接受高通數(shù) 字濾波(級F4-方框207-圖6)，以提供其表示形式227在圖7b中可見的數(shù)字指示值。級 F2和F4(圖6)的輸出在級209中被集合以提供用于角度8 (見圖7c的曲線圖中的曲線 210)的所尋求的補償指示值210。用于根據(jù)本發(fā)明確定車輛的總速度的全過程中剛剛已經(jīng)被詳細描述的操作的位 置通過圖4a的流程圖中步驟317表示。以期望的精確性獲知角度S，系統(tǒng)計算如關于關系(a)所說明的運動加速度，然后車輛總速度根據(jù)關系(f)被計算。適時計算的所考慮的瞬時 的車輛總速度在步驟315中示出，如果沒有可直接從車輪信號中獲得的有效確定的話。實際上，坡度角8是兩個分量、即車輛碾壓的實際地面的坡度Si與車輛的位移 軸線XX和地面之間的角度S2的總和，其中所述角度82為車輛關于軸線YY的俯仰振動 的函數(shù)。實際上，所述計算和試驗表示出了，所述角度的變化對所要求的校正的精確性幾乎 沒有影響，記住，嚴格來說，如果情況需要，那么所述校正可以根據(jù)先前的原理通過計算被 執(zhí)行。在基于剛剛詳細描述的原理的示例性的實施方式中，對于帶有僅通過電機控制的 四個驅動車輪的車輛來說，也就是說特別地沒有運動的機械制動，已經(jīng)獲得了干燥地面上1 到1.05g左右的從80公里/小時到零公里/小時的平均制動減速率。在本實施方式中，已 經(jīng)采用了單個滑率設定點值用于所有的車輪，其設定在15%。然而，實施本發(fā)明并不排除采 用更復雜的控制計劃，其中滑率設定點自適應地變化，從而以使得可以在這一瞬時的特定 碾壓狀態(tài)中保持道路抓地力和車輛良好性能的車輪最優(yōu)負加速度盡可能收斂，所述變化例 如通過監(jiān)視道路抓地力或任何其它使得滑率調(diào)節(jié)器在所考慮的時刻啟動的相關因素而進 行。明顯地，實際上存在其它的方法用于取得正確地使用所作出的測量值所必需的某 些數(shù)據(jù)。因此，例如，使用車輛車載的測斜儀可以提供另外的測量以提高角度S的瞬時確 定的可靠性。因此還存在已知的技術，其用于基于施加到一個或多個車輪的扭矩的非常短暫的 中斷確定車輛速度，以直接從相應的車輪傳感器獲得車輛速度的值。車輪系統(tǒng)(例如^或 Ar)上的扭矩可以以零點幾秒定時性地被減小，以短暫地恢復車輪在滑的地面上的道路抓地 力并且獲得速度t的一個或多個測量值，所述測量值被認為是有效的以用于獲得總速度估 算值的復位值，例如運動加速度的積分可以在沒有來源于車輪傳感器的有效信號的情況下 根據(jù)所述估計被求得。重要的是強調(diào)這一點，本發(fā)明的應用在這一點適用于例如在上文以示例的方式保 留的系統(tǒng)。這種車輛裝備有每個都與相應的旋轉電機聯(lián)接的四個驅動車輪，所述旋轉電機 被設計和布置為使得牽引和制動完全從通過所述電機施加到相應的車輪上的扭矩提供，而 沒有機械制動。所述系統(tǒng)實際上始終提供所述扭矩的方向和強度的精確消息，并且因此依 據(jù)所計算的滑率值提供它們的精確控制，以在所有情況下獨立地使每個車輪的道路抓地力 最優(yōu)化。本發(fā)明還可以運用于具有僅有一個或兩個與旋轉電機聯(lián)接的車輪(例如在前側) 和一個或兩個非驅動車輪的車輛。在這種情況下，驅動車輪可以受益于完全的電力制動或 除了機械制動之外的電力制動，制動器控制踏板于是經(jīng)由中央單元在其行進的第一部分致 動傳感器以用于僅僅在兩個前輪上進行電力制動。在其行進的延續(xù)部分中，制動踏板作用 在傳統(tǒng)的液壓回路上以在四個車輪上生成另外的機械制動。用于確定車輛速度的原理可以適用于僅在裝配有馬達的兩個車輪(例如在前側) 上的速度測量。還可以設想，在這種情況下，如上面說明的那樣，對車輛的后輪僅裝配速度 傳感器以便于也幫助生成相對于地面的車輛速度的指示值。自此，滑率調(diào)節(jié)器可以以運動 感測的方式絕佳地運行于前輪上(防止滑移)。其還可以以制動感測方式運行以在制動完全以電力執(zhí)行處、在制動踏板行進的第一部分中避免車輪旋轉的消失和逆轉。 明顯地，本發(fā)明不限于所描述和陳述的實例，并且在不脫離如所附權利要求書所
限定的其范圍的情況下可以作出各種變化形式。
權利要求
車輛控制系統(tǒng)，其包括車輛(285)的瞬時對地速度的確定，所述車輛具有每一個都裝配有被設計以提供依據(jù)車輪的運動而變化的測量值的傳感器(11)的至少兩個車輪，所述車輛控制系統(tǒng)包括a)模塊(23B)，所述模塊(23B)適于在每個瞬時提供依據(jù)來自相應傳感器的所述車輪中的每一個的圓周速度而變化的指示值，b)第一車輛速度指示器(313)，所述第一車輛速度指示器(313)適于依據(jù)至少一個車輪的來源于所述模塊a)的指示值生成車輛相對于地面的總速度估算值，c)車輛車載的加速度傳感器(34)，所述加速度傳感器(34)適于提供依據(jù)所述車輛的至少一個縱向加速度分量而變化的測量值，以及d)第二車輛速度指示器(317)，所述第二車輛速度指示器(317)適于在所述第一指示器獲得的估算值無效時，通過將來源于所述加速度傳感器c)測量值的加速度指示值積分生成車輛相對于地面的總體速度的估算值，其特征在于，所述車輛控制系統(tǒng)還包括e)診斷級(303到309)，所述診斷級(303到309)適于在所考慮的瞬時依據(jù)相應車輪的狀態(tài)測試來源于所述模塊a)的所述指示值的可靠性，f)估算器，所述估算器依據(jù)來自所述加速度傳感器c)的測量值和至少從所述車輪傳感器中獲得的至少一個角加速度測量值估算車輛運動相對于地面的加速度(γ運動)，以考慮到車輛碾壓地面的坡度，并且所述第一車輛速度指示器(313)適于僅僅根據(jù)由所述診斷級e)驗證為可靠的指示值生成所述車輛總體速度估算值(Vx)，以提供在所述相應車輪的位置處相對于地面的車輛速度的可接受的近似值，并且第二車輛速度指示器(317)適于當對于所考慮的瞬時在所述診斷級的輸出處沒有車輪速度的指示值已經(jīng)被驗證為可靠時，根據(jù)在先前的瞬時處車輛總體速度的確定將由所述運動加速度估算器f)提供的所述指示值積分，以通過加速度的積分生成相對于地面的車輛總體速度的所述估算值。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于控制車輛相對于地面的性能的系統(tǒng)，其特征在于，所述 診斷級適于基于從以下三個標準中選擇的至少兩個標準測試每個車輪的狀態(tài)、提供圓周速 度指示值x)所述車輪的瞬時角加速度，y)所述車輪的瞬時滑動的測量值，其根據(jù)來源于相應傳感器的角速度信息和在先前的 瞬時建立的車輛總速度被確定，以及z)所述車輪的道路抓地力系數(shù)的值，其根據(jù)可以車輛車載取得的信息被確定。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的用于控制車輛相對于地面的性能的系統(tǒng)，其特征在于，所 述運動加速度估算器g)連接到g)第一計算裝置(201)，所述第一計算裝置(201)用于導出依據(jù)所述車輛相對于水平 面的縱向傾斜角而變化的指示值，所述傾斜角來自來源于所述加速度傳感器的測量值以及 來自從車輪傳感器中獲得的測量值。
4.根據(jù)權利要求3所述的用于控制車輛相對于地面的性能的系統(tǒng)，其特征在于，所述 控制系統(tǒng)還包括h)易感測所述車輛的車身外殼關于一軸線的旋轉運動(Qy)的傳感器，所述軸線相對于車輛在地面上的縱向前進運動軸線呈橫向，所述傳感器與適于從其中導出依據(jù)所述車輛 相對于水平面的縱向傾斜角而變化的另一個指示值的第二計算裝置(225)關聯(lián)，并且所述估算器f)還依據(jù)從所述傳感器h)中獲得的其它指示值而運行，以確定所述 車輛運動相對于地面的加速度。
5.根據(jù)權利要求4所述的用于控制性能的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 j)低通數(shù)字濾波器(203)，所述低通數(shù)字濾波器(203)用于在所述第一計算裝置的輸 出處處理所述車輛的傾斜角的第一指示值，k)高通數(shù)字濾波器(207)，所述高通數(shù)字濾波器(207)在所述傳感器h)的輸出處用于 通過所述計算裝置提供的坡度的指示值，1)級(209)，所述級(209)用于數(shù)字地合成所述濾波裝置j)和k)的輸出指示值，以將 地面傾斜角的經(jīng)校正的指示值傳輸?shù)剿龉浪闫鱢)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制車輛的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括確定車輛的瞬時對地速度，所述車輛包括每一個都設有能夠基于車輪的運動提供測量的傳感器(11)的至少兩個車輪。所述系統(tǒng)包括基于所述相應的傳感器指示所述車輪中的每一個的圓周速度(Vr)的模塊、基于至少一個車輪的來自所述模塊的指示值生成車輛相對于地面的總體速度的估算值的第一車輛速度指示器、基于所述車輛的至少一個縱向加速度分量(γ測量)提供測量的(285)車載的加速度傳感器、以及能夠在由所述第一指示器所獲得的估算值無效時通過來源于所述加速度傳感器的加速度指示值的積分而生成車輛相對于地面的總體速度的估算值的第二車輛速度指示器。所述系統(tǒng)還包括能夠在給定時刻基于所述相應車輪的狀態(tài)測試來自所述模塊的每一個指示值的可靠性的診斷級以及估算器，所述估算器基于所述加速度傳感器的測量并且基于從所述車輪傳感器中獲得的至少一個加速度測量(Ωr)而估算相對于地面(280)的車輛運動加速度(γ運動)，特別地以便于考慮車輛行駛地面相對于水平面的坡度δy。
文檔編號B60W40/10GK101855116SQ200880115329
公開日2010年10月6日 申請日期2008年11月10日 優(yōu)先權日2007年11月9日
發(fā)明者D·沃爾澤, J-L·琳達 申請人:米其林技術公司;米其林研究和技術股份公司