专利名称：上坡辅助起步装置及上坡辅助起步方法
技术领域：
本发明涉及车辆控制，特别涉及一种上坡辅助起步装置及上坡辅助起步方法。
背景技术：
车辆在坡道停车后再开启行驶的过程中，有可能出现车辆溜坡的现象，如控制不好还会使车辆熄火或与后车发生擦碰，给驾驶员带来不少困扰。一般驾驶者的上坡辅助起步方法都是先拉手刹制动，然后踩下离合器挂上I挡，左脚慢慢抬起离合器，感觉到发动机声音变化比较明显并且车辆伴有抖动现象之后将右脚踩到油门踏板，这个时候放下手刹并同时左脚放开离合器，右脚踩下油门，这样就可以顺利起步了。但是这种方法比较复杂，需要驾驶者始终保持精力专注，而且重复拉、放手刹的动 作也增加了驾驶者的劳动强度，使驾驶者容易疲劳。目前车辆一般都没有防止溜坡装置，在坡道停车后再起步的过程中，因为需要同时兼顾离合踏板、油门踏板及手刹之间的协调配合关系，尤其对新手来说并不能熟练地进行操控，有可能出现使车辆溜坡的现象，发生不必要的意外。
发明内容
本发明提供一种上坡辅助起步装置，免除了车辆手动制动的频繁使用，提高车辆本身的安全性能并且降低了驾驶员的劳动强度。本发明还提供一种上坡辅助起步方法，辅助车辆在没有溜车的风险下起步前行。为达上述优点，本发明提供一种上坡辅助起步装置，包括坡度传感器、制动保持装置、离合保持装置、及电子控制单元；所述坡度传感器、制动保持装置及离合保持装置各自与所述电子控制单元相连；所述坡度传感器测量坡道坡度并判断上下坡方向，并将信号传递给所述电子控制单元；所述电子控制单元控制制动保持装置和离合保持装置的开启或关闭，所述制动保持装置开启时保持车辆的制动力，所述离合保持装置开启时使离合器保持分离状态，所述制动保持装置关闭时解除车辆的制动力，所述离合保持装置关闭时解除对离合器的牵制使离合器结合；所述电子控制单元根据坡道坡度计算车辆沿坡道向下的力矩，并与发动机的输出转矩比较。在本发明的一实施例中，所述上坡辅助起步装置还包括车速传感器，所述车速传感器与所述电子控制单元相连，用于采集车辆的车速信号并将车速信号传递给所述电子控制单兀。在本发明的一实施例中，所述上坡辅助起步装置还包括制动传感器，所述制动传感器与车辆的制动踏板及所述电子控制单元相连，用于采集车辆的制动信号并将制动信号传递给所述电子控制单元。在本发明的一实施例中，所述上坡辅助起步装置还包括离合传感器，所述离合传感器与车辆的离合踏板及所述电子控制单元相连，用于采集车辆的离合信号并将离合信号传递给所述电子控制单元。
在本发明的一实施例中，所述制动保持装置包括设置在制动管路上的保压阀和对车轮进行制动的制动缸，所述保压阀保持制动缸的压力使车辆处于制动状态或者卸除制动缸的压力使车辆制动状态解除。在本发明的一实施例中，所述保压阀为电磁换向阀，由所述电子控制单元控制其得电或者失电而换位，进而控制制动缸的动作。在本发明的一实施例中，所述离合保持装置包括设置在离合管路上的保压阀和与离合器相连的离合缸，所述保压阀保持离合缸的压力使离合器处于分离状态或者卸除离合缸的压力使离合器处于压紧结合状态。在本发明的一实施例中，所述保压阀为电磁换向阀，由所述电子控制单元控制其得电或者失电而换位，进而控制离合缸的动作。本发明还提供一种上坡辅助起步方法，包括如下步骤 由车速传感器检测车速，及由坡度传感器测量坡道坡度并判断上下坡方向；
由电子控制单元接收坡度传感器和车速传感器传来的信号；
当电子控制单元判断车辆已停止且处于上坡时，由电子控制单元输出控制信号使制动保持装置和离合保持装置开启，所述制动保持装置对车辆保持制动力，所述离合保持装置保持离合器处于分离状态；
由电子控制单元根据坡道坡度计算车辆沿坡道向下的力矩，并与发动机的输出转矩比较；以及
在起步时，当电子控制单元判断车辆的输出转矩足以克服车辆沿斜坡向下的力矩时，电子控制单元输出控制信号使制动保持装置和离合保持装置松开，所述制动保持装置解除对车辆的制动，所述离合保持装置解除对离合器的牵制使离合器压紧结合，使车辆起步前行。在本发明的一实施例中，所述制动保持装置包括设置在制动管路上的保压阀和对车轮进行制动的制动缸，所述保压阀保持制动缸的压力使车辆处于制动状态或者卸除制动缸的压力使车辆制动状态解除。在本发明的一实施例中，所述离合保持装置包括设置在离合管路上的保压阀和与离合器相连的离合缸，所述保压阀保持离合缸的压力使离合器处于分离状态或者卸除离合缸的压力使离合器处于压紧结合状态。在本发明的一实施例中，所述方法还包括由电子控制单元在车辆上坡停止后即刻发出提示，提示驾驶员踩下离合踏板。与现有技术相比，本发明提出的上坡辅助起步装置及上坡辅助起步方法利用坡度传感器来测量坡道坡度并判断上下坡方向，利用制动保持装置保持制动力，使车辆在松开制动踏板仍不会溜车，不需要拉手刹，免除了车辆手动制动的频繁使用，结合利用离合保持装置使离合器处于分离状态，起步时由电子控制单元判断发动机输出的转矩足以平衡车辆整车质量沿坡道向下的力矩时，制动保持装置自动松开解除制动，离合保持装置自动松开使离合器逐渐进入结合状态，使车辆在没有溜车风险下起步前行，整个起步过程只需驾驶员踩踏油门踏板加油即可完成，无需配合操作离合踏板和手刹(手刹甚至可省去)，可以有效防止车辆在坡道溜坡，提高了车辆本身的安全性能并且降低了驾驶员的劳动强度。为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
图I为本发明实施例中上坡辅助起步装置的示意图。图2为本发明实施例中制动保持装置的其中一种示意图。图3为本发明实施例中离合保持装置的其中一种示意图。图4为本发明实施例中上坡辅助起步方法的流程图。
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合 附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如下。有关本发明的前述及其它技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式
的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。图I为本发明实施例中的上坡辅助起步装置的示意图，该上坡辅助起步装置10包括坡度传感器11、制动传感器12、车速传感器13、制动保持装置14、离合传感器15、离合保持装置16、选择开关17、工作指示灯18以及电子控制单元(Electronic Control Unit,ECU) 19。其中坡度传感器11、制动传感器12、车速传感器13、制动保持装置14、离合保持装置16、选择开关17以及工作指示灯18各自与电子控制单元19相连，以将信号传递给电子控制单元19或者接受电子控制单元19的控制；电子控制单元19可以集成在原有车载电脑里面或者与原有车载电脑分开设计。坡度传感器11用于测量车辆在坡道上的当前倾斜度和车辆上下坡方向，并将信号输出给电子控制单元19，坡度传感器11例如安装在底盘上，可以采用倾角传感器或传感陀螺仪等。制动传感器12与车辆的制动踏板20及电子控制单元19相连，用于采集车辆的制动信号，当驾驶员踩下制动踏板20时，制动传感器12并将制动信号传递给电子控制单元19。制动传感器12例如安装在制动踏板20上或其附近，可以采用制动开关、接近开关或位移传感器，由于制动踏板20上的机械推移力还可以方便地转换为扭力、压力等，故制动传感器12还可以是上述作用力形式的传感器。车速传感器13用于采集车辆的车速信号并将该车速信号传递给电子控制单元19，车速传感器13例如安装在车轮上或者车桥上，可以采用磁电式车速传感器或光电式车速传感器等。制动保持装置14用于对车辆在已制动的基础上保持其制动力，此时即使松开制动踏板20，由于制动保持装置14保持对车辆制动，车辆也不会溜车。本实施例中，如图2所示，制动保持装置14包括设置在制动管路30上的保压阀31和对车轮进行制动的制动缸32(油缸或者气缸)，保压阀31可保持制动缸32的压力使车辆处于制动状态，也可以卸除制动缸32的压力使车辆制动状态解除；保压阀31可以选用电磁换向阀，由电子控制单元19控制其得电或者失电而换位，以改变管道的通路，进而控制制动缸32的动作。图2仅为制动保持装置14的其中一种示例，可以理解地，对于本领域普通技术人员而言，制动保持装置14可以采用任何能够保持车辆制动力的装置，例如在其他实施例中制动保持装置14也可以采用由步进电机控制制动钳的方式，由电子控制单元19控制步进电机正向转动以锁定制动钳，对车辆保持制动力；解除制动力时，由电子控制单元19控制步进电机反向转动使制动钳解除对车辆的制动。当然，制动保持装置14的形式并不限于以上举例。离合传感器15与车辆的离合踏板21及电子控制单元19相连，用于采集车辆的离合信号，当驾驶员踩下离合踏板21时，离合传感器15将离合信号传递给电子控制单元19，离合传感器15例如安装在离合踏板21上或其附近，可以采用离合开关、接近开关或位移传感器，由于离合踏板21上的机械推移力还可以方便地转换为扭力、压力等，故离合传感器15还可以是上述作用力形式的传感器。离合保持装置16用于在车辆的离合器与飞轮分离的基础上(例如踩下离合踏板21时)，保持离合器处于分离状态，此时即使松开离合踏板21，由于离合保持装置16将离合器保持在分离状态，离合器也不会与飞轮结合。本实施例中，如图3所示，离合保持装置16 包括设置在离合管路40上的保压阀41和与离合器相连的离合缸42 (油缸或者气缸)，保压阀41可保持离合缸42的压力使离合器处于分离状态，也可以逐渐卸除离合缸42的压力使离合器逐渐处于压紧状态直至与飞轮结合；保压阀41可以选用电磁换向阀，由电子控制单元19控制其得电或者失电而换位，以改变管道的通路，进而控制离合缸42的动作。图3仅为离合保持装置16的其中一种示例，可以理解地，对于本领域普通技术人员而言，离合保持装置16可以采用任何能够牵制离合器使其保持分离状态的装置，例如离合保持装置16也可以采用由步进电机控制离合器的方式，由步进电机正向转动带动离合器与飞轮分离，保持离合器处于分离状态；松开离合器时，由步进电机反向转动解除对离合器的牵制，使离合器松开至与飞轮结合。当然，离合保持装置16的形式并不限于以上举例。选择开关17用于开启上坡起步辅助功能，驾驶员可以自由选择是否开启上坡起步辅助的功能，当驾驶员打开选择开关17时，则启用上坡辅助起步装置10的防溜坡功能，当驾驶员关闭选择开关17时，则为不启用上坡辅助起步装置10。当驾驶员启用上坡辅助起步装置10时，则工作指示灯18亮起，提示已启用上坡辅助起步装置10的上坡起步辅助功倉泛。电子控制单元19根据制动传感器12和车速传感器13所传递的信号判断车辆是否已制动且停止，并同时根据坡度传感器11所传递的信号，判断车辆是否在上坡的坡道上且坡度为多少，如果车辆在上坡的坡道上制动且停止，则电子控制单元19输出控制信号以开启制动保持装置14和离合保持装置16，制动保持装置14对车辆在已制动的基础上保持其制动力，离合保持装置16在离合器与飞轮分离的基础上保持离合器的分离状态，如此车辆在斜坡上驻车且不会溜车；同时电子控制单元19根据坡道坡度计算车辆沿坡道向下的力矩，并与发动机的输出转矩进行比较，以在起步时判断力的平衡，当起步时驾驶员踩踏油门使发动机的输出转矩升高至足以克服车辆下溜时，电子控制单元19输出控制信号以关闭制动保持装置14和离合保持装置16，制动保持装置14松开以解除制动力，离合保持装置16松开使离合器逐渐压紧并与飞轮结合，使车辆在没有溜车风险下起步前行。针对计算车辆沿坡道向下的力矩，假定整车质量为m，该质量可以预设在电子控制单元19中，再结合坡度传感器11测量出的坡道角度参数α，由电子控制单元19自动计算出车辆沿坡道向下的分力为Fx=mg · sin α ,此时车辆沿坡道向下的滚动力矩为Nx=mg · sin α τ,其中r为车辆质心高度,该质心高度可以预设在电子控制单元19中；而发动机的输出转矩为Ns，当Ns > (l+k)*Nx时，其中k为安全系数，例如取O. Γ0. 2，则电子控制单元19判定可以松开制动保持装置14和离合保持装置16，使车辆前进。为了充分反映车辆平时载重的不同，比如车里乘坐I个人和乘坐4个人时总质量有差别，可以在车内每个座椅上设置例如重量传感器或红外线传感器等，感测车内实际乘坐的人数，并传递给电子控制单元19，电子控制单元19得出整车质量m=ml+m2，其中ml为净车重量，m2为所有乘员的重量，使计算结果更加精确，起步控制更灵敏和有效。请同时参图4，图4为本发明实施例中上坡辅助起步方法的流程图，以下结合图I与图2介绍上坡起步时的工作原理
首先打开选择开关17，启用上坡辅助起步装置10的防溜坡功能。制动传感器12检测是否有制动信号且车速传感器13检测车速，当车辆制动停止时，驾驶者踩下制动踏板20，制动传感器12检测到制动信号且车速传感器13检测到车速为零，电子控制单元19会接收到制动信号及车速为零的信号；同时，坡度传感器11检测车辆上下坡方向及坡道的坡度， 因此电子控制单元19还会接收到坡度传感器11传来的是否处于上坡且所在坡道的坡度信号；当电子控制单元19判断车辆处于上坡且坡度大于特定值(例如大于3° )时，电子控制单元19控制制动保持装置14和离合保持装置16开启，通过制动保持装置14对车辆在已制动的基础上保持其制动力，通过离合保持装置16对车辆在离合器与飞轮分离的基础上保持离合器的分离状态，此时驾驶员的右脚即使离开制动踏板20，车辆也不会溜坡；然后电子控制单元19根据坡道坡度计算车辆沿坡道向下的力矩，并与发动机的输出转矩比较，以判断力的平衡；当起步时，驾驶员换挡并加油以提高发动机的功率，当踩踏油门到一定程度时，电子控制单元19判断车辆的输出转矩足以克服车辆沿斜坡向下的力矩时，即满足Ns>(l+k) -Nx时，电子控制单元19输出控制信号使制动保持装置14和离合保持装置16松开，制动保持装置14解除对车辆的制动，同时离合保持装置16松开并解除对离合器的牵制，离合器逐渐压紧并与飞轮结合，使车辆在没有溜车风险下起步前行，整个起步过程只需驾驶员踩踏油门踏板加油即可完成，无需配合操作离合踏板和手刹(手刹甚至可省去)。在完成起步后，制动保持装置14和离合保持装置16不起作用，直到下次坡道上制动停车时才启用。为确保车辆的离合器与飞轮分离，在电子控制单元19判断车辆在上坡的坡道已制动停止且坡度大于特定值时，可以由电子控制单元19在车辆制动停止后即刻发出提示，提示驾驶员踩下离合踏板21，当驾驶员踩下离合踏板21时，离合传感器15检测到离合分离的信号并传递至电子控制单元19，电子控制单元19接收该信号后发出控制信号使离合保持装置16开启，对车辆在离合器与飞轮分离的基础上保持离合器的分离状态。可以理解地，为了减轻驾驶员的操作强度，将离合器与飞轮分离的操作也可以交由离合保持装置16自动进行，即在电子控制单元19判断车辆在上坡的坡道已制动停止且坡度大于特定值时，离合保持装置16先行将离合器与飞轮分离，再在此基础上保持离合器的分离状态，直到起步时在电子控制单元19的控制下再松开，此种情形下需要离合保持装置16具有将离合器与飞轮分离的功能，例如可以采用步进电机驱动、油压驱动或气压驱动等方式实现将离合器与飞轮分离。
综上所述，本发明利用坡度传感器来测量坡道坡度并判断上下坡方向，再将坡度信号输入到电子控制单元，利用制动保持装置保持制动力，使车辆在松开制动踏板仍不会溜车，不需要拉手刹，免除了车辆手动制动的频繁使用，结合利用离合保持装置使离合器处于分离状态，起步时电子控制单元判断发动机输出的转矩足以平衡车辆整车质量沿坡道向下的力矩时，制动保持装置自动松开解除制动，离合保持装置自动松开使离合器逐渐进入结合状态，使车辆在没有溜坡风险的情况下前进，可以有效防止车辆在坡道溜坡，提高了车辆本身的安全性能并且降低了驾驶员的劳动强度，成本不高且故障和安全风险很低，大多数车辆都可以安装通过此方案设计出的装置。以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本 发明已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种上坡辅助起步装置(10)，其特征在于包括坡度传感器(11)、制动保持装置(14)、离合保持装置(16)、及电子控制单元(19);所述坡度传感器(11)、制动保持装置(14)及离合保持装置(16)各自与所述电子控制单元(19)相连；所述坡度传感器(11)测量坡道坡度并判断上下坡方向，并将信号传递给所述电子控制单元(19);所述电子控制单元(19)控制制动保持装置(14)和离合保持装置(16)的开启或关闭，所述制动保持装置(14)开启时保持车辆的制动力，所述离合保持装置(16)开启时使离合器保持分离状态，所述制动保持装置(14)关闭时解除车辆的制动力，所述离合保持装置(16)关闭时解除对离合器的牵制使离合器结合；所述电子控制单元(19)根据坡道坡度计算车辆沿坡道向下的力矩，并与发动机的输出转矩比较。
2.如权利要求I所述的上坡辅助起步装置(10)，其特征在于所述上坡辅助起步装置(10)还包括车速传感器(13)，所述车速传感器(13)与所述电子控制单元(19)相连，用于采集车辆的车速信号并将车速信号传递给所述电子控制单元(19)。
3.如权利要求2所述的上坡辅助起步装置(10)，其特征在于所述上坡辅助起步装置(10)还包括制动传感器(12)，所述制动传感器(12)与车辆的制动踏板(20)及所述电子控制单元(19)相连，用于采集车辆的制动信号并将制动信号传递给所述电子控制单元(19)。
4.如权利要求2所述的上坡辅助起步装置(10)，其特征在于所述上坡辅助起步装置(10)还包括离合传感器(15)，所述离合传感器(15)与车辆的离合踏板(21)及所述电子控制单元(19)相连，用于采集车辆的离合信号并将离合信号传递给所述电子控制单元(19)。
5.如权利要求I所述的上坡辅助起步装置(10)，其特征在于所述制动保持装置(14)包括设置在制动管路(30)上的保压阀(31)和对车轮进行制动的制动缸(32)，所述保压阀(31)保持制动缸(32)的压力使车辆处于制动状态或者卸除制动缸(32)的压力使车辆制动状态解除。
6.如权利要求I所述的上坡辅助起步装置(10)，其特征在于所述离合保持装置(16)包括设置在离合管路(40)上的保压阀(41)和与离合器相连的离合缸(42)，所述保压阀(41)保持离合缸(42)的压力使离合器处于分离状态或者卸除离合缸(42)的压力使离合器处于压紧结合状态。
7.一种上坡辅助起步方法，包括如下步骤 由车速传感器(13)检测车速，及由坡度传感器(11)测量坡道坡度并判断上下坡方向； 由电子控制单元(19)接收坡度传感器(11)和车速传感器(13)传来的信号； 当电子控制单元(19)判断车辆已停止且处于上坡时，由电子控制单元(19)输出控制信号使制动保持装置(14)和离合保持装置(16)开启，所述制动保持装置(14)对车辆保持制动力，所述离合保持装置(16)保持离合器处于分离状态； 由电子控制单元(19)根据坡道坡度计算车辆沿坡道向下的力矩，并与发动机的输出转矩比较；以及 在起步时，当电子控制单元(19)判断车辆的输出转矩足以克服车辆沿斜坡向下的力矩时，电子控制单元(19)输出控制信号使制动保持装置(14)和离合保持装置(16)松开，所述制动保持装置(14)解除对车辆的制动，所述离合保持装置(16)解除对离合器的牵制使离合器压紧结合，使车辆起步前行。
8.如权利要求7所述的上坡辅助起步方法，其特征在于所述制动保持装置(14)包括设置在制动管路(30)上的保压阀(31)和对车轮进行制动的制动缸(32)，所述保压阀(31)保持制动缸(32)的压力使车辆处于制动状态或者卸除制动缸(32)的压力使车辆制动状态解除。
9.如权利要求7所述的上坡辅助起步方法，其特征在于所述离合保持装置(16)包括设置在离合管路(40)上的保压阀(41)和与离合器相连的离合缸(42)，所述保压阀(41)保持离合缸(42)的压力使离合器处于分离状态或者卸除离合缸(42)的压力使离合器处于压紧结合状态。
10.如权利要求7所述的上坡辅助起步方法，其特征在于所述方法还包括由电子控制 单元(19)在车辆上坡停止后即刻发出提示，提示驾驶员踩下离合踏板(21)。
全文摘要
一种上坡辅助起步装置，包括坡度传感器、制动保持装置、离合保持装置、及电子控制单元；所述坡度传感器、制动保持装置及离合保持装置各自与所述电子控制单元相连；所述坡度传感器测量坡道坡度并判断上下坡方向，并将信号传递给所述电子控制单元；所述电子控制单元控制制动保持装置和离合保持装置的开启或关闭，所述制动保持装置开启时保持车辆的制动力，所述离合保持装置开启时使离合器保持分离状态，所述制动保持装置关闭时解除车辆的制动力，所述离合保持装置关闭时解除对离合器的牵制使离合器结合；所述电子控制单元根据坡道坡度计算车辆沿坡道向下的力矩，并与发动机的输出转矩比较。本发明还提供一种上坡辅助起步方法。
文档编号B60W40/076GK102826088SQ20121033616
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月12日 优先权日2012年9月12日
发明者张 杰, 喻超, 陈磊, 杨安志, 吴成明, 赵福全 申请人:浙江吉利汽车研究院有限公司杭州分公司, 浙江吉利汽车研究院有限公司, 浙江吉利控股集团有限公司