本发明大体上涉及车辆制动系统，尤其是涉及使用车辆制动系统进行牵引力控制的改进方法。
背景技术：
车辆配备有制动系统，以便以可控方式使得车辆的移动减缓或者停止。用于汽车或者轻型卡车的典型制动系统包括用于每个前轮的盘式制动组件和用于每个后轮的鼓式制动组件或盘式制动组件。通过当车辆操作者下压制动踏板时产生的液压或者气动压力来启动制动组件。
制动技术的进步引入了防抱死制动系统(abs)。abs系统监测车轮旋转行为，并且在对应车轮制动器中选择性施加以及释放制动压力，以在选择的打滑范围内保持轮速，以便实现最大制动力。尽管这种系统通常适于控制施加到车辆每个车轮的制动力，但是已经开发了一些系统用于控制多个被制动车轮中仅仅一部分车轮的制动。
电子控制的abs阀位于主缸和车轮制动器之间，包括施压阀和卸压阀。abs阀调节主缸和车轮制动器之间的压力。一般，当启动时这些abs阀以三种压力控制模式工作：施压、卸压和保压。在施压模式期间，施压阀允许增压的制动流体流入到相应车轮制动器，以便增加压力。卸压阀在卸压模式期间从相关的车轮制动器释放制动流体压力。通过关闭施压阀和卸压阀，在保压模式期间保持车轮制动压力恒定。
制动技术的进一步发展引入了牵引力控制系统。一般，在现有abs系统中添加阀，以提供一种在加速期间控制轮速的制动系统。在车辆加速期间过快的轮速会导致车轮打滑和牵引力损失。牵引力控制器模块检测这种情况(即需要牵引力控制)，并且将制动压力自动施加到打滑车轮的轮缸，以便减小打滑且增加可用牵引力。为了实现优化的车辆加速，即使驾驶员没有启动主缸，轮缸也要有可用的增压制动流体。这种牵引力控制系统可以如ganzel的美国专利公开no.2014/0131154中公开的那样，其全部内容在此以引用方式并入本申请。
为了检测因车辆加速期间过快轮速导致需要进行牵引力控制的情况，可以使用转速传感器测量车轮转速。然而，来自轮速传感器的数据不允许牵引力控制器模块优先判断车辆工作参数。此外，转速传感器会发生车轮转速振荡。因此，想要提供一种无须完全依赖于转速传感器数据的牵引力控制方法。
技术实现要素：
本发明涉及车辆制动系统，尤其是涉及使用车辆制动系统进行牵引力控制的改进方法。
根据一个实施例，车辆牵引力控制系统可以按单独和/或组合的方式包括以下特征中的一个或者多个：车轴上的第一和第二车轮；多个加速度传感器；与所述多个加速度传感器通讯的控制器；和制动装置。所述多个加速度传感器测量横向加速度和纵向加速度。控制器根据横向加速度以及纵向加速度确定用于第一车轮的最大可支持驱动扭矩。制动装置将指令矢量制动扭矩施加到第一车轮。在一个实施例中，指令矢量制动扭矩可以具有施加的反作用扭矩的大小，它是输出到第一车轮的动力传动系扭矩超过最大可支持驱动扭矩的量。
根据另一个实施例，用于机动车的牵引力控制方法可以按单独和/或组合的方式包括以下特征中的一个或者多个：测量车辆的横向加速度和纵向加速度；根据横向加速度和纵向加速度计算车辆第一车轮的最大可支持驱动扭矩；和使用制动装置将指令矢量制动扭矩施加到第一车轮。在一个实施例中，可以施加这样大小的指令矢量制动扭矩，它是输出到第一车轮的动力传动系扭矩超过最大可支持驱动扭矩的量。
根据另一个实施例，用于机动车的牵引力控制方法可以按单独和/或组合的方式包括以下特征中的一个或者多个：测量加速度；确定第一和第二法向力；计算最大可支持驱动扭矩；和施加指令矢量制动扭矩。对正在转弯的车辆测量横向加速度和纵向加速度。第一法向力从路面作用于相对于转弯方向而言的车辆内轮。第二法向力从路面作用于相对于转弯方向而言的车辆外轮。内轮的转弯半径小于外轮的转弯半径。第一和第二法向力是横向加速度和纵向加速度的函数。最大可支持驱动扭矩是第一和第二法向力的函数。可以使用制动装置将指令矢量制动扭矩施加到内轮，并且指令矢量制动扭矩的大小是输出到第一车轮的动力传动系扭矩超过最大可支持驱动扭矩的量。
从以下根据附图对优选实施例的详细描述中，本领域技术人员将了解本发明的其它优点。
附图说明
图1是车辆驱动和牵引力控制系统的示意图；
图2a是沿着图1的系统的纵向轴线的自由体受力图；
图2b是沿着图2的系统的横向轴线的自由体受力图；
图3是根据在此描述的各实施例和用于图1示出系统的牵引力控制方法的流程图；
图4是用于牵引力控制系统和方法实施例的牵引力控制系统输入值的曲线图；
图5是用于牵引力控制系统和方法实施例的牵引力控制系统测量值和计算输出值的曲线图；
图6是用于牵引力控制系统和方法的牵引力控制系统对车辆工作参数评估值的曲线图；
图7是用于牵引力控制系统和方法实施例的牵引力控制系统计算值和控制系统输出值的曲线图；
图8是与图4类似的牵引力控制系统输入值的曲线图，示出了用于牵引力控制系统和方法实施例的系统指令输出参数。
具体实施方式
现在参照图1，大体用100示意性示出了车辆，其具有大体用102表示的液压制动系统和大体用104表示的车辆动力总成。车辆100具有纵向x和横向y。
液压制动系统102包括连接到主缸108的制动踏板106。大体用110表示的作为液压控制单元(hcu)的液压回路提供了在主缸108和多个车轮制动器之间的流体连通。车轮制动器分别包括左前、右前、左后和右后液压车轮制动器110a、110b、110c和110d。车轮制动器示出为盘式制动器，但是也可以是本领域技术人员已知的任何其它合适类型的车轮制动器。
示出的hcu110包括至少一个泵构件，泵构件为流体增压并且在主缸108和车轮制动器之间传输流体。hcu110还包括与泵流体连通的各种阀和其它部件，以便例如在控制器124指导下提供防抱死制动、牵引力控制、车辆稳定性控制和动态制动力比例分配功能。应当理解的是，hcu110可以按图示之外的方式构造，可以包括另外的、更少的或者不同的部件，并且可以根据具体性能要求和/或由制动系统102提供的功能而以不同的流体连通布置方案来构造。
在一个实施例中，动力总成104可以构造成发动机112和变速器114。发动机112和变速器114为动力传动系提供动力，动力传动系继而为前轴118提供动力。前轴118将扭矩分别供应到左前轮和右前轮120a和120b。在示出的实施例中，左后轮和右后轮120c和120d在后轴122上无动力。在示出的实施例中，动力总成104是前轮驱动配置，但是动力总成104也可以是其它适当的配置。例如，动力总成104可以是后轮驱动配置或者全轮驱动配置。
替代地，变速器114可以由电机替代，电机可以是电动机或者电动发电机，使得动力总成104是并联式混合电动动力总成。替代地，发动机112和电机可以构造成本领域技术人员已知的其它动力总成，例如串联式混合电动动力总成或者分动力式混合电动动力总成。此外，发动机112和变速器114可以由电机代替，使得动力总成104是纯电动动力总成。
车辆100包括控制器124和传感器126。控制器124与hcu110和动力总成104通讯。传感器126与控制器124通讯。
传感器126包括多个加速度传感器，每个加速度传感器测量沿着任意轴向移动方向(纵向、横向或竖直)或旋转移动方向(翻滚、俯仰或偏航)中至少一个移动方向的车辆加速度。在一个实施例中，加速度传感器测量车辆纵向加速度ax和车辆横向加速度ay。加速度传感器可以位于或者可以不位于车辆100的重心128处(如图2a和2b所示)。当加速度传感器不位于重心128处时，可以使用校正因子，以便分别对车辆纵向加速度以及横向加速度ax和ay补偿相对于重心128的偏移量。
传感器126还包括转向传感器、惯性模块传感器和轮速传感器。转向传感器、惯性模块传感器和轮速传感器与控制器124通讯，并且结合用于车辆100的参数值来评估前轴118的侧滑。类似地，后轴122的侧滑也可以由控制器124评估。
当车辆100从纵向x以第一转角θ转弯时，右前轮和右后轮120b和120d分别是内轮130，而左前轮和左后轮120a和120c分别是外轮132。对于给定的轴，例如前轴118或后轴122，内轮130被限定为转弯半径小于外轮132的转弯半径。同样地，当车辆100从纵向以第二转角β转弯时，左前轮和左后轮120a和120c分别将为内轮，而右前轮和右后轮120b和120d分别将为外轮。
在一个实施例中，如下所述，导出支持牵引力控制算法的等式，用于当车辆100以第一转角θ转弯时设定指令矢量制动扭矩tb。然而，本领域技术人员将易于认识到，还可以通过切换内轮指定和外轮指定而以相同的方式导出当车辆以第二转角β转弯时用于指令矢量制动扭矩tb的等式。
现在参照图2a，示出了沿着图1的车辆100的纵向的大体用134表示的自由体受力图。如在纵向自由体受力图134中所示，车辆100的重心128在距前轴118第一距离a、距后轴122第二距离b、距路面136高度h处。第一距离a、第二距离b和高度h是对于车辆100设定的常数，并且可以对于其它车辆进行调节或者调整。第一距离a和第二距离b之和等于轴距l。
通过沿着纵向x的力的平衡，作用在前轴118上的前轴力ff和作用在后轴122上的后轴力fr之和等于车辆纵向力fx，其中，车辆纵向力fx等于车辆质量m乘以测量的纵向加速度ax：
m*ax＝fr+ff(等式1)
车辆质量m是对于车辆100设定的常数，并且可以对于其它车辆进行调节或调整。车辆100的重量w按比例分别在左前轮和右前轮120a和120b上的前轴重量wf以及左后轮和右后轮120c和120d上的后轴重量wr之间分配。
w＝wr+wf(等式2)
车辆重量w是对于车辆100设定的常数，并且可以对于其它车辆进行调节或者调整。
对关于重心28的力矩求和，得出：
wr*b＝(fr*h)+(ff*h)+(wf*a)(等式3)
把等式1与等式3组合，得出：
wr*b＝[(h*w*ax)/g]+(wf*a)(等式4)
其中，车辆质量m等于车辆重量w除以引力常量g。把等式2与等式4组合，得出：
wr*b＝[(h*w*ax)/g]+a(w-wr)(等式5a)
重新整理各项并记得轴距l是第一距离a和第二距离b之和，得出：
wr*l＝w[(h*ax)/g+a](等式6a)
使用等式2与等式6，得出：
wr=[(w*a)/l]+[(w*h*ax)/(g*l)](等式7a)
类似地，通过在等式4中代入wr＝w-wf并且对等式5a、6a和7a进行类似的运算，得出：
(w-wf)b＝[(h*w*ax)/g]+(wf*a)(等式5b)
wf*l=w[b-(h*ax)/g](等式6b)和
wf＝[(w*b)/l]-[(w*h*ax)/(g*l)](等式7b)
等式7a和7b给出了作为纵向加速度ax的函数的前轴重量wf和后轴重量wr。
现在参照图2b，示出了沿着图1的车辆100的横向y大体用138表示的自由体受力图。如在图2b的横向自由体受力图138中所示，车辆100的重心134在距路面136高度h处。内轮和外轮130和132分别间隔开轮距tw。轮距tw是对于车辆100设定的常数，并且可以对于其它车辆进行调节或者调整。
通过横向y的力的平衡，作用在外轮132上的外轮力fo和作用在内轮130上的内轮力fi之和等于车辆横向力fy，其中，车辆横向力fy等于车辆质量m乘以测量的纵向加速度ay：
m*ay＝fo+fi(等式8)
对于横向自由体受力图138而言，车辆重量w分别在左前轮和左后轮120a和120c的外轮重量wo以及右前轮和右后轮120b和120d上的内轮重量w1之间分配：
w＝wo+wi(等式9)
对关于内轮130的力矩求和，得出：
wo*tw＝(m*ay*h)+(w*tw/2)(等式10)
使用等式9和等式10，外轮重量和内轮重量wo和wi可以分别写成：
wo＝[(m*ay*h)/tw]+(w/2)(等式11a)和
wi＝(w/2)-[(m*ay*h)/tw](等式11b)
在左前轮120a上的左前轮胎接触路面136处第一法向力n1作用，在右前轮120b上的右前轮胎接触路面136处第二法向力n2作用，在左后轮120c上的左后轮胎接触路面136处第三法向力n3作用，并且在右后轮120d上的右后轮胎接触路面136处第四法向力n4作用。可以分别使用等式7a、7b、11a和11b将第一、第二、第三和第四法向力n1、n2、n3和n4表达为：
wf＝n1+n2＝[(w*b)/l]-[(w*h*ax)/(g*l)](等式12a),
wr＝n3+n4＝[(w*a)/l]+[(w*h*ax)/(g*l)](等式12b),
wo＝n1+n3＝(w/2)+[(m*ay*h)/tw](等式12c)，和
wi＝n2+n4＝(w/2)-[m*ay*h)/tw](等式12d)。
可以分别为第一、第二、第三和第四法向力n1、n2、n3和n4求解等式12a至图12d：
n1＝(1/2){[(w*b)/l]-[(w*h*ax)/(g*l)]+[(m*ay*h)/tw]}(等式13a)，
n2＝(1/2){[(w*b)/l]-[(w*h*ax)/(g*l)]+[(m*ay*h)/tw]}(等式13b)，
n3＝(1/2){[(w*a)/l]-[(w*h*ax)/(g*l)]+[(m*ay*h)/tw]}(等式13c)，和
n4＝(1/2){[(w*a)/l]-[(w*h*ax)/(g*l)]+[(m*ay*h)/tw]}(等式13d)。
添加翻滚力矩分布因子(rmd)(作为分布在图2a中大体用140表示的车辆前部的车辆横向力fy的百分比)并且代入w＝m*g，得出：
n1＝(1/2){[(m*g*b)/l]－[(m*h*ax)/l]+[(m*ay*h)(2*rmd)(1/tw)]}(等式14a)，
n2＝(1/2){[(m*g*b)/l]-[(m*h*ax)/l]-[(m*ay*h)(2*rmd)(1/tw)]}(等式14b)，
n3＝(1/2){[(m*g*a)/l]+[(m*h*ax)/l]+[(m*ay*h)(2*(1-rmd))(1/tw)]}(等式14c)，和
n4＝(1/2){[(m*g*a)/l]+[(m*h*ax)/l]-[(m*ay*h)(2*(1-rmd))(1/tw)]}(等式14d)。
rmd因子是对车辆100设定的常数，并且可以对其它车辆调节或者调整。提取公因数车辆质量m，得出：
n1＝(m/2){[(g*a)/l]-[(h*ax)/l)]+[(ay*h)(2*rmd)(1/tw)(等式15a)，
n2＝(m/2){[(g*a)/l]-[(h*ax)/l)]+[(ay*h)(2*rmd)(1/tw)]}(等式15b)，
n3＝(m/2){[(g＊a)/l]+[(h＊ax)/l]-[(ay＊h)(2＊(1－rmd)(1/tw)]}(等式15c)，和
n4＝(m/2){[(g＊a)/l]+[(h＊ax)/l]-[(ay＊h)(2＊(1－rmd)(1/tw)]}(等式15d)。
等式15a至图15d还可以用前静态项sf、后静态项sr、纵向转移项tx和横向转移项ty、前横向转移项tyf和后横向转移项tyr改写，这些项定义为：
sf＝(g＊b)/l(等式16)，
sr＝(g＊a)/l(等式17)，
tx＝(h＊ax)/l(等式18)，
ty＝(2＊ay＊h)/tw(等式19)，
tyf＝ty＊rmd(等式20)，和
tyr＝(ty)(1-rmd)＝ty-tyf(等式21)
把这些代入，得出
n1＝(m/2)(sf-tx+tyf)(等式22a)，
n2＝(m/2)(sf-tx-tyf)(等式22b)，
n3＝(m/2)(sr+tx+tyf)(等式22c)，和
n4＝(m/2)(sr+tx-tyf)(等式22d)。
对于车辆100的动力轴而言，可以用等式1至22d来计算作用在内轮130上的内轮法向力ni和作用在外轮132上的外轮法向力no。动力轴可以是前轴118(如图1所示)、后轴122、或者前轴和后轴118和122。因为对于牵引力控制系统操作的以下示例而言是为前轴118提供动力并且车辆100以第一角度θ转弯，所以内轮法向力ni作用在右前轮120b上并且外轮法向力no作用在左前轮120a上。
当动力轴是前轴118之外的其它轴并且转角是第一转角θ之外的其它角时，内轮法向力和外轮法向力ni和no分别所作用到的车轮也随之改变。例如，当车辆100以第二角β转弯时，内轮法向力ni作用在左前轮120a上而外轮法向力no作用在右前轮120b上。例如，当为后轴122提供动力并且车辆100以第一角θ转弯时，内轮法向力ni作用在右后轮120d上并且外轮法向力no作用在左后轮120c上。例如，当为后轴122提供动力并且车辆100以第二角β转弯时，内轮法向力n1作用在左后轮120c上而外轮法向力no作用在右后轮120d上。
内轮法向力ni和外轮法向力no可以用来计算动力轴上车轮的指令矢量制动扭矩tb。对于内轮而言，在内轮最大力fmaxi、内轮横向力fyi和最大内轮纵向力fx,maxi之间存在关系：
fmaxi2＝fx,maxi2+fyi2(等式23)
最大内轮纵向力fx,maxi是内轮横向力fyi的函数。内轮最大力fmaxi等于内轮上的轮胎和支撑内轮的路面136之间的摩擦系数μ与内轮法向力ni之积：
fmaxi＝μ*ni(等式24)
控制器124评估内轮上的轮胎和路面136之间的摩擦系数μ。当前内轮横向力fyi是：
fyi＝-cα*α*ni/(ni+no)(等式25)
其中，cα是转向阻力系数并且α是由控制器124评估的轴侧滑。转向阻力系数cα是对车辆100设定的常数，并且可以对其它车辆进行调节或者调整。
把等式24和25与等式23组合并且求解最大内轮纵向力fx,maxi，得出：
fx，maxi＝{(μ*ni)2-[-cα*α*ni/(ni+no)]2}0.5(等式26)
最大可支持内轮驱动扭矩tmaxi为：
tmaxi＝fx,maxi*rt(等式27)
其中，rt是内轮上的轮胎半径。轮胎半径rt是对用在内轮上的轮胎设定的常数，并且可以对可用的其它轮胎进行调节或者调整。最后，指令矢量致动扭矩tb是：
tb＝max(0,taxle/2-tmaxi)(等式28)
其中，taxle是动力传动系轴扭矩，并且taxle/2是输出到内轮的动力传动系扭矩。等式28确保指令矢量制动扭矩tb是零，直到内轮上的动力传动系轴扭矩taxle超过最大可支持内轮驱动扭矩tmaxi为止。
等式28可以用于多个动力轴。使用给予每个内轮的动力传动系轴扭矩taxle和每个内轮的每个tmaxi的最大可支持内轮驱动扭矩来为每个动力轴的内轮计算指令矢量制动扭矩tb。这种应用于多个动力轴的示例包括四轮驱动或者全轮驱动。
现在参照图3，示出了采用了等式1至28的用于车辆100的牵引力控制算法的流程图148。在步骤150中，由加速度传感器测量纵向加速度ax和横向加速度ay，并且将其发送给控制器124。然后，在步骤152中指定内轮和外轮。接下来，在步骤154中，使用等式1至22d由控制器分别确定内轮法向力和外轮法向力ni、no。接下来，控制器124在步骤156中确定最大可支持内轮驱动扭矩tmaxi。在步骤158中，控制器应用等式28以设定指令矢量制动扭矩tb。在步骤160中，使用至少一个制动装置来应用在步骤158中设定的指令矢量制动扭矩tb。制动装置可以仅仅是液压制动系统102、仅仅是电机、或者是组合使用的液压制动系统102和电机114。然后，流程图148返回到步骤150。
现在参照图4至图8，示出了牵引力控制系统的非限制示例，采用了图3中示出的牵引力控制算法。在图4中，大体用162表示的第一曲线图示出了沿着时间轴168的加速踏板的踏板位置164、动力传动系轴扭矩taxle和大体用166表示的轮速。轮速166包括左前轮120a的第一轮速166a、右前轮120b的第二轮速166b、左后轮120c的第三轮速166c以及右后轮120d的第四轮速166d。时间轴168以停止及静止的车辆100为起点。转动车辆100的方向盘并且保持尽可能向左。随后缓慢下压加速踏板，从而使踏板位置164前进并且动力传动系轴扭矩taxle增加。轮速166a-d也增加。
在图5中，大体用172表示的第二曲线图示出了纵向加速度ax、横向加速度ay以及第一法向力n1、第二法向力n2、第三法向力n3和第四法向力n4随着时间的变化，时间轴表示为168。随着轮速166a-d增加(如图4所示)，纵向加速度和横向加速度ax和ay分别开始变化。纵向加速度和横向加速度ax和ay的变化分别导致第一和第三法向力n1和n3分别减小以及第二和第四法向力n2和n4增加。第一至第四法向力n1至n4分别由相关的横向加速度和纵向加速度导出。
在图6中，大体用176表示的第三曲线图示出了针对时间轴168标绘的内轮最大力fmaxi、内轮横向力fyi和最大内轮纵向力fx,maxi。一旦如图5所示评估了内驱动轮胎法向力，则标绘为fmaxi的最大内轮力可以使用等式24评估为摩擦系数μ和对应内轮法向力ni的乘积。可以使用等式25将标绘为fyi的内轮横向力(即用作转弯力的最大力的值)评估为转向阻力系数cα、轴侧滑α、内轮法向力ni和外轮法向力no(内轮法向力和外轮法向力ni和no分别为作用于轴的法向力)的乘积。使用等式26将标绘为fx,maxi的最大内轮纵向力评估为内轮最大力fmaxi的平方和内轮横向力fyi的平方之差的平方根。
在图7中，大体用180表示的第四曲线图示出了指令矢量制动扭矩tb、输出到内轮的动力传动系扭矩taxle/2和最大可支持内轮驱动扭矩tmaxi。使用等式27将标绘为tmaxi的最大可支持内轮驱动扭矩评估为最大内轮纵向力fx,maxi(如图6所示)和内轮轮胎半径rt的乘积。如前所述，输出到内轮的动力传动系扭矩taxle/2代表从动力总成104输出的轴扭矩的一半。输出到内轮的动力传动系扭矩taxle/2线与最大内轮纵向力fmaxi线在大体用182表示的大致时间处交叉之后前者超过后者的大小代表超额驱动扭矩，这导致车轮打滑而非车辆加速。可以使用等式28评估指令矢量制动扭矩tb(即所需的制动扭矩)，并且指令矢量制动扭矩tb是输出到内轮的动力传动系扭矩taxle/2和最大可支持内轮驱动扭矩tmaxi之间的增量差。
在图8中，大体用184表示的第五曲线图示出了沿着时间轴168的动力传动系扭矩taxle、轮速166a-d和针对左前轮制动器110的制动钳压力命令186。由控制器124计算制动钳压力186，以提供在时间点188处开始的指令矢量制动扭矩tb。如图8所示，此图中为左前轮制动器确定的制动钳压力命令186是基于图7的指令制动扭矩tb。施加到左前轮120a(即内驱动前轮)的制动器压力减小了左前轮120a的打滑，并且允许更多的驱动扭矩施加到右前轮120b(即外前轮)。
根据专利法规定，已经在优选实施例中描述和图示了本发明的操作原理和模式。然而，必须理解的是，在不背离其实质或者范围的前提下，本发明可以按照除了具体解释和图示的方式之外的方式来实施。