采用扭矩平衡的车辆速度控制系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及车辆速度控制，更具体地，涉及通过采用扭矩平衡方案以抵消发动机或动力传动系超速来对能够穿越各种不同地形的车辆的速度进行控制的方法和系统。
【背景技术】
[0002]在通常被称为巡航控制系统的公知的车辆速度控制系统中，车辆的设定速度可以通过下述方式来初始地设定:通过手动地使车辆达到期望速度，然后通过操纵诸如例如按钮之类的使用者可选择型用户界面设备来将当前的车辆速度设定成设定速度。当使用者在此后想要改变设定速度时，可以操纵相同或不同的使用者输入设备来增大或减小设定速度。响应于所请求的设定速度的改变或所指令的设定速度的改变，速度控制系统通过向诸如例如车辆的动力传动系子系统和/或制动子系统之类的一个或多个车辆子系统发送指令来酌情使车辆增速或减速，从而达到新设定速度或与新设定速度相同。
[0003]然而，常规的速度控制系统并非没有缺点。例如，尽管使用为在越野驾驶时低速的公路或道路用途而特别设计的速度控制系统可以在减少使用者工作负荷和提高车辆平稳性方面向车辆的使用者提供相当多的优点，但如果使用者试图越过越野障碍如巨石区，则要么车速可能会太高(通常，公路/道路巡航控制系统具有30mph左右(约50kpm)的最小设定速度)、要么车辆发动机可能会在越过这样的障碍所必需的极端的扭矩要求期间突然停机。
[0004]类似地，尽管为在例如越野驾驶时低速的用途而特别设计的速度控制系统由于与使用者工作负荷、车辆平稳性和驾驶员舒适度有关而还可以向使用者提供优点，但当车辆从需要相对较大量的驱动扭矩的环境(例如，斜坡、沙、水、泥等)转换至需要基本上较少量的驱动扭矩的环境(例如，下坡、平坦表面、硬路面等)时，车辆可能在升高的扭矩需求过去时经历动力传动系或发动机超速，从而使车辆速度超出速度控制系统的设定速度。例如，在车辆使用具有特定的设定速度的速度控制系统越过障碍如巨石区时，取决于例如车辆是正在攀爬巨石、还是正在沿着一个或多个巨石的顶部行驶、还是正在沿巨石向下行，将需要改变驱动扭矩的量以保持该设定速度。尽管可能将需要相对较大量的扭矩来使车辆上升到巨石上，但当车辆到达巨石顶部时将需要少得多的量的扭矩，并且因此必须适当地降低驱动扭矩以将车速保持于设定速度。然而，由于内燃发动机对扭矩需求改变的响应的滞后(即，扭矩输出滞后于扭矩需求)，所以当车辆到达巨石顶部时，可能出现动力传动系或发动机超速，从而使车辆的速度至少暂时地超出速度控制系统的设定速度直到发动机或动力传动系能够将驱动扭矩降低至适当水平为止。由此，车辆的驾驶员或使用者可能感到车辆在巨石上突然蹿动而不是以恒定、平稳的速度越过巨石。
[0005]因此，需要一种使以上指出的缺点中的一个或多个缺点最小化和/或消除的速度控制系统及其使用方法。
【发明内容】
[0006]根据要求保护的本发明的一个方面，提供了一种用于对具有多个车轮的车辆的速度控制系统进行操作的方法。所述方法包括:接收表示与车辆相关的信息的一个或多个电信号；基于表示与车辆相关的信息的一个或多个电信号来确定车辆的车轮中的一个或多个车轮已经越过障碍或即将越过障碍，并且确定因此将需要降低通过动力传动系子系统向车辆的车轮中的一个或多个车轮所施加的驱动扭矩以将车辆的速度保持于速度控制系统的目标设定速度；以及确定将需要降低所施加的驱动扭矩以将车辆的速度保持于目标设定速度，自动地指令向车辆的车轮中的一个或多个车轮施加减速扭矩以抵消动力传动系子系统的超速状况的影响，以免使所述车辆的速度增大。
[0007]根据要求保护的本发明的另一方面，提供了一种用于具有多个车轮的车辆的速度控制系统。所述系统包括电子控制单元，所述电子控制单元被配置成:接收表示与车辆相关的信息的一个或多个电信号；基于表示与车辆相关的信息的一个或多个电信号来确定车辆的车轮中的一个或多个车轮已经越过障碍或即将越过障碍，并且确定因此将需要降低通过动力传动系子系统向车辆的车轮中的一个或多个车轮所施加的驱动扭矩以将车辆的速度保持于速度控制系统的目标设定速度；以及响应于确定将需要降低所施加的驱动扭矩以将车辆的速度保持于目标设定速度，自动地指令向车辆的车轮中一个或多个车轮施加减速扭矩以抵消动力传动系子系统中的超速状况的影响，以免使车辆的速度增大。
[0008]根据要求保护的本发明的另一方面，提供了一种具有多个车轮的车辆，所述车辆包括本文所描述的系统。
[0009]根据要求保护的本发明的又一方面，提供了一种载体媒介，所述载体媒介载有用于控制具有多个车轮的车辆以执行如本文所描述的发明的方法的计算机可读代码。
[0010]根据以上所述的本发明的一个或多个方面的一个或多个示例，提供了能够在例如非公路状况下操作的速度控制系统，其中，该系统指令动力传动系向车辆的一个或多个车轮传送所需扭矩(即驱动扭矩)以保持在地面上的规定的设定速度，该系统是可自动操作的，用以响应于确定车辆例如到达障碍顶部而向车辆的一个或多个车轮施加减速扭矩，从而抵消动力传动系超速并且在车辆越过障碍时基本上保持所述设定速度。
[0011]减速扭矩可以借助于选自制动系统、电机、换档机构和任意其他合适的装置中的一个或多个来施加。相应地，要理解的是，用于向一个或多个车轮施加减速扭矩的装置可以是可操作的，用以直接地向一个或多个车轮施加减速扭矩、或者例如通过向动力传动系的一部分施加减速扭矩来间接地向一个或多个车轮施加减速扭矩。因此，在具有可操作为发电机的电机的混合动力车辆的情况下，越野速度控制系统能够操作成通过该电机向动力传动系施加减速扭矩。其他设置也是适用的。
[0012]本发明的实施方式具有下述优点:可以在无过度的速度变化的情况下保持车辆平稳性，该过度的速度变化可能会导致乘员在车辆通过障碍时感到车身突然急动。
[0013]响应于例如经由控制器局域网(CAN)或其他合适的数据总线、直接传感器输入或任意其他合适的装置而由系统接收到的表示车辆姿态的信号，可以确定车辆正要到达障碍顶部或正在以其他方式越过障碍(例如从障碍中出来)。例如，所述系统能够操作成例如通过参照车辆姿态、车辆姿态变化、车辆悬架铰接(延伸或压缩)和任意其他合适的参数中的一者或多者来检测车辆的一个或多个车轮到达顶部。另外地或替代地，当在为了保持行进而需要所请求的扭矩急剧升高之后检测到关于所需扭矩的骤降时，可以推断到达顶部。
[0014]任选地，该系统能够操作成:当在检测到到达顶部之前随着车辆攀爬障碍的至少一部分而检测到车辆正要越过障碍时向一个或多个车轮施加减速扭矩。此外，该系统能够操作成依据确定车辆正要到达顶部来调节所施加的减速扭矩的量，从而基本上保持设定速度。该特征具有下述优点:在一些情形下可以进一步提高车辆的平稳性，原因是动力传动系抵抗由减速力施加的阻尼力而工作，减小了在越过障碍时车辆速度的波动。此外，该阻尼力作用以减轻不期望的车轮的扩展(滑移)，并且该阻尼力提高在困难地形上的车辆牵引力。
[0015]要理解的是，本发明的一些实施方式向越野速度控制系统提供关于车辆正在行驶的地形的信息以及关于车辆姿态、车轮铰接、车轮速度、档位选择、轮胎摩擦力、滚动阻力和TR(地形响应)模式。在一些实施方式中，如果使用者正使用越野速度控制以在诸如路坑或台阶之类的障碍上行驶，则越野速度控制系统可以提供足够的扭矩以越过该障碍并且部署(例如)车辆制动系统以在系统检测到随着车辆到达障碍顶部而对扭矩的需要(以保持设定速度)正在降低时提供适当的抑制力。该系统部署减速力以抵消动力传动系超速，防止车辆无意中超出设定速度并且保持平稳性和控制。
[0016]要理解的是，由于内燃发动机(ICE)对加速器踏板或其他加速器输入信号(例如来自速度控制系统的信号)的改变的响应滞后，因而就施加于车辆的车轮的扭矩的改变率而言，由(例如)车辆制动系统施加的减速扭矩通常比动力传动系响应更迅速。也就是说，由于ICE的物理性质，扭矩输出趋于滞后于扭矩需求。特别地，在扭矩需求从高变低的情况下，发动机的转动动量将扭矩输出保持虚高直到发动机有时间慢下来为止。除非驱动器通过离合器或类似装置而与车轮脱开连接，否则在车辆到达障碍顶部时，发动机的响应滞后本身可能表现为车辆超速，即，车辆速度增大为高于期望车辆速度。这可以被感觉为车辆在障碍上突然急动，使车辆朝向后续障碍过快地行驶和/或使后轮与障碍激烈接触。利用根据本发明的实施方式的越野速度控制系统来克服或至少缓解这些特征。
[0017]如以上所指出的，可以向越野速度控制系统提供关于车辆姿态以及车轮速度、档位选择、轮胎摩擦力、滚动阻力、车轮铰接和TR模式中的一者或多者的信息。以此方式，如果使用者使用越野速度控制来以缓慢速度如3mph(约5kph)越野行驶，则当车辆正在诸如台阶或路坑之类的障碍上行驶时，越野速度控制系统能够通过参照所需扭矩的改变率来确定车辆何时差不多到达障碍顶部，并且借助于(例如)制动系统来部署适当的减速扭矩以克服发动机超速。以此方式，根据本发明的实施方式的越野速度控制系统可以预测可能会由于发动机超速而导致车辆不舒适地向前突然急动的所请求的扭矩降低，并且采取措施以在其对车辆平稳性产生不利影响之前抵消发动机超速。因此，要理解的是，车辆可以将扭矩需求的突然增大以便保持行进解释为可能需要相应的扭矩突然减小的指示。因此，速度控制系统应用制动系统，使得动力传动系抵抗制动系统的作用而工作。一旦车辆到达顶部，则可以增大制动力的量以降低使用者感觉车身运动为突然急动的风险。
[0018]要理解的是，根据本发明的实施方式的越野速度控制系统可以在极端条件下暂时地使车辆停止(或几乎停止)，以便越过诸如具有车辆必须达到其顶部的多个物体的巨石区之类的地形。在这样的情况下，可以是响应于在行走轮中的任何行走轮处的到达顶部事件来施加减速扭矩(例如，通过制动系统的操作)，否则其可能会导致超速状况。
[0019]在一些实施方式中，越野速度控制系统可以操作成控制或以其他方式影响档位和/或“高/低”传动比的选择，以确保车辆在适于避免发动机熄火并且保持适当行进的档位下以低速越野行驶。
[0020]在一些实施方式中，在预测到当施加发动机扭矩时一个或多个车轮滑转的情况下，可以向所述一个或多个车轮施加减速扭矩以平衡所需的发动机扭矩。
[0021]在一些实施方式中，越野速度控制系统可以操作成控制或以其他方式影响车辆速度，以允许有时间来调节一个或多个系统配置。例如，允许有时间来改变行驶高度或轮胎压力或任意其他合适的参数，以确保车辆以适于当前地形的配置行驶。因此，在车辆遇到相对较粗糙的地形的情况下，速度控制系统可以使车辆停止或降低速度，以便使得能够进行行驶高度调节和/或轮胎压力调节。在一些实施方式中，速度控制系统可以降低车辆速度而不是使车辆停止，以便降低车辆失去牵引力而变得动不了的风险。
[0022]要理解的是，本发明的实施方式可以是能够控制或以其他方式影响车辆的陡坡缓降控制(HDC)系统的操作以与HDC —起工作，从而优化车辆平稳性，即使在下坡坡度上越过障碍时也如此。在一些实施方式中，车辆可以被设置成:其中，在车辆正在行驶的坡度大于规定值的情况下，HDC制动指令可以超越或以其他方式优先于越野速度控制指令。
[0023]本发明的实施方式还可以操作成在请求相对较突然的扭矩增大时对制动系统进行预加载。扭矩的突然增大之后通常是请求降低动力传动系或驱动扭矩并且任选地施加制动扭矩/减速扭矩。相对较快速地提供制动扭矩/减速扭矩在保持车辆平稳性方面一一特别是在到达障碍顶部时一一是有用的。
[0024]在一些实施方式中，越野速度控制系统可以有意地指令动力传动系和用于施加减速扭矩的装置一起操作，以对其在车辆上的扭矩作用进行平衡以及使其彼此平衡，特别是关于与正在操作的设备相关联的任何时间滞后特性而使其彼此平衡。
[0025]在一些实施方式中，如果使用者正在使用越野速度控制以在诸如路坑或台阶之类的障碍上行驶，则越野速度控制系统将提供足够的扭矩以越过障碍，并且与下降信号相比，向升高信号施加不同的增益或滤波值，其中所述信号响应于来自动力传动系和/或用于向一个或多个车轮施加减速扭矩的装置例如制动系统的扭矩需求。这种增益的变化补偿了由信号控制的系统的物理限制，并且越野速度控制系统被设置成使对用于施加减速扭矩的装置(例如制动系统)的控制与对动力传动系的控制相平衡，从而保持平稳性并且提高车辆性能。
[0026]本发明的实施方式具有下述优点:它们可以大大降低使用者在手动驾驶上的工作量，并且通过避免可能使车辆以不必要高的速度接触障碍的情况来使车辆的磨损最小化。所提出的系统用于主动地监视为了越过障碍所必需的扭矩需求以及通过主动地对车辆应用机械约束或阻尼力以减轻到达顶部之后的超速或者以其他方式越过障碍来管理已知的控制延迟，在例如越野行驶期间极大地提高了车辆的平稳性。如上所述，可以通过车辆制动系统、电机、换档机构或任意其他合适的装置来施加阻尼力。
【附图说明】
[0027]现在将参照以下附图仅通过示例的方式来描述本发明的一个或多个实施方式，在附图中:
[0028]图1是车辆的示意性框图；
[0029]图2是图1所示的车辆的另一框图；
[0030]图3是与诸如图1和图2所示的车辆之类的车辆一起使用的方向盘的图；
[0031]图4是示出诸如图1和图2所示的车辆之类的车辆的速度控制系统的示例的操作的示意性框图；
[0032]图5是用于对诸如图1和图2所示的车辆之类的车辆的速度进行控制的方法的流程图；以及
[0033]图6是在诸如图1和图2所示的车辆之类的车辆中在示例性行程的一部分的过程中随时间变化的动力传动系驱动扭矩和减速扭矩或制动扭矩的曲线。
【具体实施方式】
[0034]本文所描述的方法和系统可以用于控制车辆的速度。在一个实施方式中，本方法和系统接收表示与车辆相关的信息的一个或多个电信号、然后使用所接收到的一个或多个电信号和/或由所述一个或多个电信号表示的信息来判定车辆的车轮中的一个或多个车轮是已经越过障碍还是即将越过障碍、以及判定是否因此需要降低通过动力传动系子系统向车辆的一个或多个车轮施加的驱动扭矩以将车辆的速度保持在特定的目标设定速度。如果确定需要降低所施加的驱动扭矩，则本方法和系统可以自动地指令向车辆的车轮中的一个或多个车轮施加减速扭矩以抵消动力传动系子系统中的超速状况的作用以免使车辆的速度增大。通过这样