用于车辆翻转发动机保护、紧急呼叫和定位服务的方法和系统与流程

本申请要求于2014年5月15日提交的美国临时申请第61/993,688号的优先权，其全部内容以引用的方式并入本文。

背景技术：

本发明涉及对三轮或者四轮车辆的增强，包括：电子稳定程序（ESP）、电子控制单元（ECU）、性能手制动器、驾驶员可配置的偏航控制器、稳定模式开关、以及用于提供翻转保护的布置。

诸如并排式车辆（SxS）、露营越野车辆（ROV）、多用途地形车辆（UTV）、以及全地形车辆（ATV）等四轮越野车辆已知用于在崎岖地形上行驶。其它四轮车辆包括：沙滩车、拉力赛车、以及为了竞赛或者娱乐而驾驶的其它道路车辆或者越野车辆。拉力赛车通常使用液压手制动器来为后卡钳供应制动压力以发起车辆过度转向。三轮车辆包括道路应用和越野应用两者。

当UTV或者ATV遭到翻转时，车辆发动机会继续操作。然而，由于车辆的方向改变，所以油盘不再需要包含油。因此，当发动机在重力不会将油返回至油盘的位置中操作时，就会出现发动机损坏。因此，目的在于，除了避免使可燃流体泄漏到车辆上或者接近车辆的明显风险外，还防止在越野车辆翻转的情况下的发动机操作。

车辆的手制动器长时间都是驾驶员在高性能行驶中使用的工具，以便改变车辆的轨线。在密集的赛车道上、拉力赛台上、或者其它专用情况下，驾驶员使用手制动器来达到比通常可能的要更高的偏航率并且迅速地改变车辆轨线。传统手制动器的致动是通过由缆线系统或者单独的液压回路组成的机械联动装置来进行。

技术实现要素：

本发明涉及对车辆的增强。一个实施例是一种用于包括发动机的车辆的车辆翻转发动机保护系统，该车辆翻转发动机保护系统包括：用于感测车辆的翻转的惯性传感器单元；燃料喷射控制器；燃料泵控制器；包括处理器和存储器的电子控制单元；以及通信总线，该通信总线用于提供从惯性传感器单元至电子控制单元的通信、以及用于在电子控制单元与燃料喷射控制器和燃料泵控制器中的每一个之间提供通信。当电子控制单元接收到指示已经发生了车辆翻转的惯性传感器单元信号时，电子控制单元的处理器配置为：使用燃料喷射控制器来关闭燃料喷射器以中断到车辆的发动机的燃料，以及使用燃料泵控制器来停止发动机的燃料泵的操作。

在一个实施例中，该车辆来自由如下车辆组成的组：全地形车辆、露营越野车辆、并排式车辆、多用途地形车辆、沙滩车、以及拉力赛车。

在一个实施例中，惯性传感器单元感测关于至少z-轴线的力。

在另一个实施例中，一种用于在车辆翻转事件中保护越野车辆的发动机的方法包括：感测该越野车辆的翻转并且提供惯性传感器单元信号；响应于感测越野车辆的翻转，使用燃料喷射控制器来关闭燃料喷射器以中断到越野车辆的发动机的燃料；以及响应于感测越野车辆的翻转，停止越野车辆的发动机的燃料泵的操作。

在一个实施例中，一种用于包括发动机的车辆的车辆翻转发动机保护和定位系统包括：用于感测车辆的翻转的惯性传感器单元、燃料喷射控制器、燃料泵控制器、全球定位系统、翻转紧急呼叫器、位置信号发射器、包括处理器和存储器的电子控制单元、以及通信总线，该通信总线用于提供从惯性传感器单元和全球定位系统至电子控制单元的通信、以及用于在电子控制单元与燃料喷射控制器、燃料泵控制器、位置信号发射器、和翻转紧急呼叫器中的每一个之间提供通信。当电子控制单元接收到指示已经发生了车辆翻转的惯性传感器单元信号时，电子控制单元的处理器配置为：关闭燃料喷射器以中断到车辆的发动机的燃料；使用燃料泵控制器来停止发动机的燃料泵的操作；从来自全球定位系统的信号确定车辆的位置；执行翻转紧急呼叫以主动地指示车辆的翻转并且提供车辆识别和位置；以及发射位置信号。

在一个实施例中，位置信号发射器的位置信号包括失事信标。

通过考虑具体实施方式和附图，本发明的其它方面将变得明显。

附图说明

图1是车辆控制系统的实施例的框图。

图2是用于检测车辆的稳定性的惯性传感器单元的透视图。

图3是示出了车辆翻转发动机保护和定位系统的操作的流程图。

图4是手制动器的侧视图。

图5是用户界面上的显示器的视图。

具体实施方式

在对本发明的任何实施例进行详细解释之前，应理解，本发明在其应用上不限于如下说明书中列出的或者如下附图中示出的部件的构造和布置的细节。本发明能够实现其它实施例并且以多种方式进行实践或者执行。

图1示出了用于车辆的多功能车辆控制系统10，该多功能车辆控制系统10用作稳定控制系统和越野车辆翻转发动机保护系统。车辆控制系统10包括电子控制单元，并且更加具体地，在一些实施例中，包括电子稳定程序（ESP）电子控制单元（ECU）12。该ECU 12包括处理器14和存储器16。在一个实施例中，存储器16储存可由处理器14执行的程序和算法。通信总线（在一个实施例中为控制器局域网（CAN）总线18）在ECU 12与下文讨论的其它装置之间提供通信。也设想了其它通信总线，包括FlexRay总线和以太网。

图1还示出了用户界面20以供用户将输入或者输出提供至车辆控制系统10。该用户界面20向用户提供视觉和/或音频信息。在一个实施例中，用户界面20是设置为触屏的图形用户界面以供用户选择菜单和其它项目。用户界面20经由CAN总线18与ECU 12通信。

图1中的惯性传感器单元22感测包括围绕x-轴线、y-轴线和z-轴线的偏航、滚动和力的多种力，这包括基于至少围绕z-轴线的力来确定车辆的翻转。惯性传感器单元22经由CAN总线18与ECU 12通信。图2示出了惯性传感器单元22的一个实施例。在一个实施例中，惯性传感器单元22用作翻转传感器，该翻转传感器输出指示车辆的翻转的翻转传感器信号。在其它实施例中，翻转传感器设置为开关装置、或者其它类型的传感器。在一个实施例中，车辆的翻转是通过围绕惯性传感器单元22的z-轴线的力来感测。在一些实施例中，设想了用于确认翻转的附加传感器。

图1的稳定模式输入开关26是用于选择操作模式的触觉选择开关。在一些实施例中，用户界面20执行稳定模式选择。稳定模式输入开关26经由CAN总线18与ECU 12通信。

图1中示出的手制动器传感器30设置为电子手制动器上的传感器。该手制动器传感器30感测施加至手制动器的力并且经由CAN总线18向ECU 12提供力信号，并且在一些实施例中，提供电气力信号。

图1中示出的后轮制动器单元31设置为响应于电子手制动器的使用而向车辆的后轮施加制动压力。后轮制动可以引起过度转向，如后文所描述的。

车辆控制系统10包括燃料喷射控制器32。在一个实施例中，该燃料喷射控制器32关闭燃料喷射器以便阻塞来自车辆发动机的燃烧室的燃料。燃料喷射控制器32经由CAN总线18从ECU 12接收燃料中断信号。燃料喷射控制器32响应于输入信号或者命令而操作为关闭燃料喷射器。

图1的车辆控制系统10进一步包括燃料泵控制器34。在一个实施例中，燃料泵控制器34是车辆的动力系统的一部分，该动力系统使供应至车辆发动机的燃料泵的功率中断。在操作中，ECU 12经由CAN总线18向燃料泵控制器34发送燃料泵停止信号。因此，燃料泵功率断开连接。

图1还示出了翻转紧急呼叫器38，该翻转紧急呼叫器38用于响应于包括车辆控制系统10的车辆的翻转而呼叫官方或者其它预选方。翻转紧急呼叫器38预编程有警察、消防队、救护车、以及其它电话号码。当发生了紧急条件时，ECU 12提供输出以便经由CAN总线18为翻转紧急呼叫器38提供紧急号码。

图1示出了用于车辆的全球定位系统（GPS）40以便获取设有GPS 40的车辆的定位信息。该GPS 40是从卫星接收信号的接收器。CAN总线18将来自GPS 40的GPS信号提供至ECU 12。GLONASS（俄罗斯全球导航卫星系统）和GALILEO（伽利略定位系统）是设想用在车辆控制系统10中的附加全球定位系统40。

车辆控制系统10包括位置信号发射器42。该位置信号发射器42基本上连续地发射位置或者归航信号，诸如，信标（beacon）。该位置信号允许搜索器直接追踪和定位在车辆上固定有位置信号发射器42的车辆。

尽管翻转紧急呼叫器38、GPS 40和位置信号发射器42在图1中示出为分别具有单个天线，但在一些实施例中，天线由多个装置共享。

翻转发动机保护

如在图3的流程图50中示出的，在操作中，第一步骤52是：惯性传感器单元22感测车辆的翻转，以便经由CAN总线18或者直接连接将翻转条件的惯性传感器单元信号提供至ECU 12的处理器14。该处理器14然后执行程序以前进至步骤54。

在步骤56处，ECU 12的处理器14确定惯性传感器单元22是否感测到翻转。如果不是，则处理器返回至第一步骤52，如果是，则处理器使程序前进至步骤58。

在步骤58处，ECU 12的处理器14经由CAN总线18向燃料喷射控制器32提供燃料中断信号。燃料喷射控制器32响应于该燃料中断信号而关闭燃料喷射器以阻塞来自车辆发动机的燃料。关闭燃料喷射器提供了供应至发动机的燃料几乎立即中断。处理器14前进至步骤60。

在步骤60处，处理器14向燃料泵控制器34提供燃料泵停止信号。燃料泵控制器34响应于该燃料泵停止信号而停止向车辆燃料泵提供功率。在一个实施例中，燃料泵控制器34防止电力流向车辆发动机的燃料泵的马达。通过当油盘由于翻转而没有设置在发动机下方时使燃料泵以及因此车辆发动机的操作停止，避免了对发动机的损坏。因此，实现了使发动机免于在没有充足发动机油的情况下操作。然后，处理器14前进至步骤62。

翻转定位

在步骤62处，ECU 12的处理器14向翻转紧急呼叫器38发送呼叫信号。翻转紧急呼叫器38自动地操作为：经由预编程或者选择的电话号码在移动电话无线电频率上进行呼叫，或者在另一个通信频率（诸如，警察频道）上进行呼叫，主动地指示和通知车辆翻转事件，并且自动地从警察、消防队、救护车、或者其它地方请求援助。也设想了其它移动电话通信布置。自动地执行呼叫在用户不能够执行此操作时提供帮助。在一些实施例中，ECU 12的处理器14为翻转紧急呼叫器38提供紧急号码以便提供翻转紧急呼叫，该翻转紧急呼叫包括识别由GPS 40确定的车辆及其位置的预定消息。其后，处理器14前进至步骤66。

在步骤66处，处理器14经由CAN总线18向位置信号发射器42提供信号。该位置信号发射器42连续地或者间断地发射失事信标或者信号。该失事信号允许搜索器在不使用GPS位置坐标的情况下或者在车辆的位置在紧急呼叫之后发生变化或者其它情况下找到车辆。

上述方法使车辆在翻转之后免于发送机损坏，并且定位布置援助搜索器找到翻转之后的越野车辆。因此，远程SxS、ROV、UTV、ATV或者其它越野车辆保护车辆发动机并且提供定位和车辆识别信号，包括发射用于定位目的的信号。

车辆控制系统10主要设想用于越野车辆，包括三轮和四轮车辆，诸如，来自由如下车辆组成的组的车辆：全地形车辆、多用途地形车辆（utility terrain vehicle）、沙滩车、以及拉力赛车。车辆控制系统10还设想用于吉普车、军用车辆、以及诸如沙滩车的赛车。也设想了包括卡车和汽车的一般车辆的翻转发动机保护布置。

性能手制动器

图4示出了包括手制动器传感器30的性能手制动器70的截面。该性能手制动器70经由使用后轮制动器单元31中的泵产生的压力来效仿传统手制动器的功能。该布置为拉力赛车等保存传统手制动器的功能。因此，该布置扩大了电子手制动系统在高性能车辆中的采用，传统上，高性能车辆反对采用电子手制动系统。此外，在将制动力实际应用至车辆的车轮中，该基于软件的功能远比传统的机械致动手制动器更加先进。

该性能手制动器功能在非稳定车辆操作期间通过如下方式来效仿机械手制动器的操作：通过使用后轮制动器单元31的液压单元的泵来在后轮的车轮回路中产生压力以进行制动。该功能的致动是经由来自制动器传感器30的外部请求、或者来自软件功能集成的内部请求来提供。性能手制动器70通常不包括或者没有制动器锁定机构。因此，当释放时，制动器不再被致动。传统上，机械手制动器仅仅作用在拉力赛车类型的车辆的后轮上，这是此布置效仿的主要功能。如果需要，可以在车辆的前轮上执行附加压力的产生，以便修改车辆的偏航率或者轨线并且提供与ESP ECU 12的进一步集成。

系统输入

对手制动器操作的请求是通过简单系统中的简单开关（接通/断开）。在一个实施例中，手制动器传感器30是踏板或者杆行程传感器，该踏板或者杆行程传感器集成为在更加先进的系统中在请求的制动强度下提供更大精确度。手制动器传感器30通过如下方法安装至驾驶员位置处或者驾驶员座舱中的传统手制动杆或者其它致动装置：该方法模拟制动力随着行程而增加（通常，弹簧和橡胶止动块限制行程），如图4中的截面图中示出的。附加传感器选项包括：液压回路中的力、压力传感器、角位置传感器、线性电位计等。经由专用线路、使用CAN通信协议或者使用车辆制造商使用的任何其它通信协议的CAN总线18将传感器信号发射至ESP ECU 12。

系统功能

ESP ECU 12从手制动器传感器30接收手制动器致动的请求。在基于开关的系统的情况下，ECU 12通过后轮制动器单元31命令在两个后轮回路上同时出现压力的产生。该产生得到校准并且是基于多个系统变量中的一个或多个（车辆速度、车辆加速度、车辆偏航率、时间、允许的最大压力、ESP车辆模型以及干预）。在来自手制动器传感器30或者其它传感器的可变信号的情况下，压力产生通常与来自手制动器传感器30的输入信号成比例，以便为施加至后轴的制动力提供更大精确度。该比例性通常由相同系统变量进一步修改为基于开关的系统。

与电子稳定程序软件的集成

按照与由ESP ECU 12的处理器14执行的软件中的其它压力产生请求相同的方式来调整该压力产生请求。由于电子稳定程序（ESP）是设计用于防止车辆打滑并且该制动功能本质上会引起车辆打滑，所以用于制动转矩、发动机转矩以及其它主动底盘控制的ESP命令是如下至少一个：a）当性能手制动器请求是活跃的时超驰（overridden），b）使用请求来允许进行更迟的且更柔和的干预（从而允许通过旋转来进行受控轨线改变），c）用作基于驾驶员期望车辆旋转的附加ESP控制修改，以及/或者d）在一些特定情况下忽略。性能手制动器功能与电子稳定程序操作模式相关联，以便在激励模式下防止功能，但在“运动”或者“竞赛”环境或模式下允许功能。在一些实施例中，性能手制动器70在操作中：请求马达转矩增加或者减小，如果必要的话，发送请求以便通过车辆架构（若允许）来联接动力传动系统部件或者使动力传动系统部件断开联接，或者致动其它主动控制系统（空气动力学机构、悬架机构、转向机构）。

驾驶员可配置的ESP

手动校准允许ESP ECU 12由驾驶员编程以便调节偏航控制器以使车辆的行驶条件更快速/更安全。图5中示出的用户界面20是触屏以供用户在现场对ESP性能作出调节/选择。该调节允许例如拉力赛车或者越野车辆的用户手动地进行实时的或者运行中的改变。车辆操纵的编程可以进行改变或者自定义。车辆的稳定控制、平衡和转向响应可以进行改变。图5中示出的选择是：被动、安全、运动和漂移模式，其中，提供了预设性能。触摸用户界面20使得能够选择期望模式。

系统功能的示例1：前轮驱动汽车

驾驶员或者用户处于接合了“运动”模式的闭合路线上。驾驶员在急转弯处进行制动并且使用手制动器70来命令后制动压力。ESP ECU 12命令在后轮上成比例的制动压力产生。车辆开始旋转并且ESP干预受到抑制。当已经到达期望的车辆轨线时，驾驶员释放手制动器70；并且如果需要阻止车辆偏航则允许进行柔和的ESP干预。驾驶员从转弯处开始加速。

系统功能的示例2：前轮驱动汽车（附加功能）

驾驶员处于接合了“运动”模式的闭合路线上。驾驶员在急转弯处进行制动并且使用手制动器70来命令后制动压力。ESP ECU 12命令在后轮上成比例的制动压力产生。车辆开始旋转并且ESP干预受到抑制。在一种情况下，驾驶员手制动器的发起时间不对，并且车辆偏航率低于用于该车辆的速度/转向/偏航条件的目标偏离率。性能手制动器逻辑请求马达转矩增加，并且也请求在内前轮上压力产生，以便增加车辆的偏航率。车辆到达期望的轨线，驾驶员释放手制动器70，如果必要的话，出现ESP柔和激活以便阻止车辆偏航，并且驾驶员加速远离拐角。

系统功能的示例3：全轮驱动汽车

驾驶员处于接合了“运动”模式的闭合路线上。驾驶员在急转弯处进行制动并且使用手制动器70来命令后制动压力。ESP ECU 12命令在后轮上成比例的制动压力产生，并且如果必要的话，发送请求以便使中央差速器断开联接。车辆开始旋转并且ESP干预受到抑制。当已经到达期望的车辆轨线时，驾驶员释放手制动器70；并且如果需要柔和的ESP干预允许阻止车辆偏航。中央差速器重新联接，并且驾驶员从转弯处开始加速。

系统功能的示例4：全轮驱动汽车（附加功能）

驾驶员处于接合了“运动”模式的闭合路线上。驾驶员在急转弯处进行制动并且使用手制动器70来命令后制动压力。ESP ECU 12命令在后轮上成比例的制动压力产生，并且发送请求以便使中央差速器断开联接。车辆开始旋转并且ESP干预受到抑制。驾驶员手制动器的发起时间不对，并且车辆偏航率低于用于该车辆的速度/转向/偏航条件的目标偏离率。性能手制动器逻辑请求马达转矩增加，并且使中央差速器重新联接。根据需要出现压力产生，以便引起过度转向、偏航力矩并且将马达转矩恰当地分布在当前表面转化（mue）上。车辆到达期望的轨线，驾驶员释放手制动器70，如果必要的话，出现ESP柔和激活以便阻止车辆偏航，并且驾驶员加速远离拐角。

系统功能的示例5：后轮驱动车辆

驾驶员处于接合了“运动”模式的闭合路线上。驾驶员在急转弯处进行制动，并且使用手制动器70来命令后制动压力。ESP ECU 12命令在后轮上成比例的制动压力产生。车辆开始旋转并且ESP干预受到抑制。当已经达到期望的车辆偏航率和车身侧滑角（贝它（Beta））时，驾驶员释放手制动器70并且恢复正马达转矩请求。EPS进入新的“贝它保持模式”并且使用当前偏航率和车身侧滑角作为目标，并且基于驾驶员转向请求来增加或者减小车辆贝它。驾驶员开始逆向转向，并且贝它目标贝它与逆向转向的量成比例地减小，并且在驾驶员已经获得期望的车辆轨线时结束控制。驾驶员然后从转弯处加速或加速离开转弯。

在一些实施例中，ESP ECU 12包括软件，并且处理器14或者控制器执行多种算法或者程序。在一些实施例中，特定用途集成电路（ASIC）用作处理器14。在另一个实施例中，基于液压制动增压（HBB）的独立单元用于基于手制动器70的位置而在后轮上（以及潜在地在前轮内部）产生压力。在一些实施例中，后轮制动器单元31的输出集成到车辆动态控制器（VDC）中以便基于驾驶员对过度转向的直接请求来修改控制。在一些实施例中，车辆控制系统10由测试系统进行校准以便获得恰当的手制动感觉和系统性能。

在一个实施例中，用于在不同的选择操作模式中提供不同的制动的手制动系统包括：用于为制动系统选择操作模式的输入界面；用于援助控制制动系统的手制动器；以及电子控制单元，该电子控制单元用于从输入界面接收选择的操作模式、以及用于通过从手制动器接收信号来与手制动器进行通信、以及用于控制所施加的力以便调节手制动器，其中，电子控制单元包括处理器和计算机存储器，该处理器和计算机存储器配置为：为电子控制单元确定操作模式；提供信号以生成用于手制动器的“成比例地产生的”偏置力；接收与对施加至手制动器的力作出的响应相对应的制动信号；以及响应于施加至手制动器的力对至少制动系统进行控制。

在手制动系统的另一个实施例中，对手制动系统进行控制包括：对两个后轮的制动进行控制以便使车辆过度转向。在一个实施例中，车辆操作员选择运动模式和竞赛模式中的一个。

在另一个实施例中，车辆操作员选择键盘模式、运动模式和竞赛模式中的一个，其中，手制动器向车辆的后轮施加力以便提供过度转向，并且其中，对于施加至手制动器的给定力的过度转向的量取决于所选择的模式而不同。

在手制动系统的一个实施例中，车辆偏航率传感器感测车辆偏航率，并且将该车辆偏航率传感器提供至电子控制单元。

在一个实施例中，电子控制单元包括电子稳定程序电子控制单元，其中，计算机存储器储存由处理器执行的电子稳定程序。

在一个实施例中，手制动器在安全模式下用作电子驻车制动器。

在另一个实施例中，操作模式包括：用于手制动系统的被动模式、安全模式、运动模式、以及漂移模式，并且用于为制动系统选择操作模式的输入界面包括触屏。

在手制动系统的一个实施例中，电子控制单元配置为接收在触屏处手动地输入的输入以便：调节稳定性；调节与转向不足和过度转向相对应的平衡；以及调节与间接和直接转向响应相对应的转向响应。

在手制动系统的另一个实施例中，电子控制单元配置为接收在触屏处手动地输入的输入以便通过使得用户能够进行如下操作来提供自定义手制动操作：调节稳定性、调节与转向不足和过度转向相对应的平衡、以及调节与间接和直接转向响应相对应的转向响应。

在另一个实施例中，手制动系统包括惯性传感器单元，该惯性传感器单元用于感测惯性并且将该惯性提供至电子控制单元。

因此，本发明尤其提供了在车辆翻转时保护车辆发动机的系统和方法。本发明的其它构造可以使用不同的布置。进一步地，电子手制动器公开为可以使用不同的布置。本发明的多个特征和优点在所附的权利要求书中列出。