СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МАНЕВРИРОВАНИЯ НА СКЛОНЕ
METHOD OF MANEUVERING ON SLOPE

Настоящее изобретение относится к способу обеспечения маневрирования транспортного средства на склоне.
В частности, оно относится к способу обеспечения трогания с места на склоне для автотранспортного средства с механической или автоматической коробкой передач.
На некоторых транспортных средствах конструкторы автомобилей предлагают использовать автоматический стояночный тормоз.
Этот автоматический стояночный тормоз должен полностью удовлетворять запросам клиента, так как он стоит относительно дорого по сравнению с традиционным стояночным тормозом.
Чтобы соотнести эффективность этой системы с ее стоимостью, конструкторы решили дополнить ее функцией обеспечения маневрирования на склоне и, в частности, функцией обеспечения начала движения (или трогания с места) на склоне, принцип который основан на отключении тормозов от неведущих колес, как только момент, передаваемый двигателем на ведущие колеса, оказывается достаточным, чтобы компенсировать влияние угла наклона склона.
Такие устройства уже известны.
В этой связи в документе GB 2376990 предложен модуль управления устройством автоматического стояночного тормоза для автотранспортного средства, содержащего механическую коробку передач, который отключает усилие, действующее на стояночный тормоз, при получении сигналов, указывающих, с одной стороны, на положительное перемещение педали акселератора и, с другой стороны, на то, что педаль сцепления достигла точки соприкосновения дисков сцепления. Момент, в который устройство отпускает тормоз, зависит также от скорости нажатия на педаль сцепления, от включенной передачи и от наклона склона, на котором находится транспортное средство.
Недостатком этого устройства является его чувствительность к угловому колебанию кузова в продольной плоскости, связанному, например, с движениями пассажиров, или к угловому продольному колебанию транспортного средства во время трогания с места.
Перед отпусканием тормозов транспортное средство стремится приподняться, при этом колеса остаются неподвижными, пока их движению препятствует тормоз, несмотря на подаваемый на них момент. Отрицательным следствием этого является запоздалое трогание с места транспортного средства, так как расчетный момент, передаваемый на сцепление, искажается данными, передаваемыми датчиком наклона.
Чтобы избежать этого явления, можно, например, установить фильтр низких частот для фильтрования помех и высокочастотных составляющих датчика. Однако этого оказывается недостаточно, если оценка передаваемого момента была неточной.
Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков известных технических решений при помощи способа обеспечения маневрирования на склоне, не чувствительного к угловым продольным колебаниям кузова транспортного средства.
Другой задачей настоящего изобретения является разработка способа обеспечения маневрирования на склоне, который можно применять для транспортных средств, оборудованных механической или автоматической коробкой передач.
В этой связи объектом настоящего изобретения является способ обеспечения маневрирования на склоне транспортного средства, содержащего силовую установку, соединенную с ведущими колесами при помощи сцепления, и автоматический стояночный тормоз, характеризующийся тем, что содержит этап, на котором генерируют команду на сохранение в памяти характеристики склона, которая соответствует состоянию, в котором считается, что пользователь и транспортное средство готовы тронуться с места, на основании условий, которым должны отвечать заданные физические параметры транспортного средства.
Способ в соответствии с настоящим изобретением содержит некоторые следующие предпочтительные, но не ограничительные признаки:
1) заданными параметрами являются:
- скорость транспортного средства,
- время остановки транспортного средства,
- включенная передача,
- положение педали акселератора,
- угловая скорость вращения силовой установки;
2) условиями, которым должны одновременно отвечать заданные параметры транспортного средства, являются следующие:
- скорость транспортного средства должна быть меньше заданной минимальной скорости, начиная от времени, превышающего заданное время остановки,
- передача коробки передач должна быть включена,
асс
- педаль акселератора должна быть нажата до положения (θ), меньшего заданного порогового положения,
- угловая скорость вращения силовой установки должна превышать минимальную угловую скорость вращения;
3) условия выполняются, если, кроме того, педаль сцепления нажата до положения, превышающего заданное пороговое положение;
4) отключение тормозов осуществляется, только если осуществлен этап генерирования команды на запоминание характеристики склона;
5) отключение тормозов происходит, только когда момент, передаваемый на сцепление, достигает порогового передаваемого момента, называемого моментом трогания с места;
6) передаваемый момент трогания с места оценивают или вычисляют в зависимости от записанной в память характеристики склона;
7) пороговый момент трогания с места равен:
- нулю, если записанная в память характеристика склона является положительной или нулевой и если включена задняя передача или если записанная характеристика склона является отрицательной и включена передняя передача,
pente
roues
- m·g·sin(θ)·r(b)·ρ, если записанная характеристика склона является строго положительной и включена передняя передача или если записанная характеристика склона является строго отрицательной и включена задняя передача,
где m - масса транспортного средства;
g - сила земного притяжения;
pente
θ - характеристика склона;
r(b) - включенная передача коробки, соответствующая положению рычага передач;
roues
ρ - радиус колес транспортного средства под нагрузкой;
8) пороговое положение педали акселератора определяют при помощи картографии педали акселератора.
Вторым объектом настоящего изобретения является устройство обеспечения маневрирования на склоне для автотранспортного средства, содержащего силовую установку, соединенную с ведущими колесами посредством сцепления, при этом устройство содержит автоматический стояночный тормоз, средства управления отключением тормозов, датчик наклона склона, средства определения скорости транспортного средства, средства определения включенной передачи коробки передач, средства определения положения педали акселератора, в случае необходимости, средства определения положения педали сцепления и вычислительное устройство, характеризующееся тем, что указанные средства позволяют применять способ обеспечения маневрирования на склоне в соответствии с настоящим изобретением.
Объектом заявленного изобретения является также транспортное средство, в котором применяют устройство обеспечения маневрирования на склоне в соответствии с настоящим изобретением.
Другие особенности, задачи и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлено следующее:
фиг.1 - функциональная структура транспортного средства, оборудованного устройством в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.2 - принцип работы автомата, производящего оценку момента, передаваемого на колеса транспортного средства с механической коробкой передач, используемый в изобретении;
фиг.3 - автомат, используемый для обнаружения ситуации, в которой транспортное средство и пользователь готовы к троганию с места;
фиг.4 - принципиальная схема способа обеспечения трогания с места на склоне в соответствии с настоящим изобретением.
Транспортное средство, оборудованное устройством обеспечения трогания с места на склоне в соответствии с настоящим изобретением, содержит силовую установку, автоматический стояночный тормоз 5, шину связи 4, по которой передаются сигналы, поступающие от остальной части транспортного средства 6, и вычислительное устройство управления силовой установкой.
Предпочтительно шина 4 является шиной CAN™ (Control Area Network, то есть сеть зоны управления).
Силовая установка представляет собой тепловой двигатель, соединенный с ведущими колесами при помощи устройства трансмиссии, содержащего коробку передач и сцепление, которые могут управляться непосредственно пользователем (в случае транспортных средств с механической коробкой передач) или при помощи автоматики (в случае транспортного средства, оборудованного автоматической коробкой передач).
В предпочтительном варианте выполнения силовая установка может содержать одну или несколько электрических машин с тепловым двигателем или без него.
Устройство обеспечения трогания с места на склоне взаимодействует с вычислительным устройством 1 управления автоматическим стояночным тормозом 5, которое тоже соединено с шиной 4.
Как известно, вычислительное устройство 1 управления оборудовано средством для создания команд на включение и на отключение автоматического стояночного тормоза 5, при этом указанные команды управления тормозом 5 генерируются на линии связи с самим автоматическим стояночным тормозом 5. В случае необходимости, вычислительное устройство 1 может быть также оборудовано средством для передачи на шину 4 данных о состоянии автоматического стояночного тормоза 5.
Вычислительное устройство 1 управления автоматическим стояночным тормозом 5 соединено через соответствующую линию с датчиком 2 наклона. В других вариантах выполнения, если информация о наклоне склона поступает на шину 4, датчик 2 наклона заменяют эквивалентным средством, которое выделяет эту информацию из потока данных, проходящего через шину 4.
Когда транспортное средство стоит на склоне, датчик 2 наклона выдает сигнал, характеризующий наклон склона (который называют также характеристическим выражением склона), на котором стоит транспортное средство.
Когда вычислительное устройство 1 управления автоматическим стояночным тормозом 5 выдает команду на включение тормоза, подвижные части тормозов сжимают диски, за счет чего автоматический стояночный тормоз 5 оказывается затянутым.
Наоборот, когда вычислительное устройство 1 управления автоматическим стояночным тормозом 5 выдает команду на отключение автоматического стояночного тормоза 5, подвижные части тормозов отводятся.
Кроме того, в ситуации трогания с места (как на склоне, так и на ровном месте) силовая установка транспортного средства создает момент, который передается или не передается на колесе в зависимости от того, является сцепление активным или нет, и в зависимости от трения, которое зависит от положения сцепления.
T
Таким образом, как будет показано ниже, принцип изобретения состоит в определении условия отключения автоматического стояночного тормоза 5, в частности, в зависимости от характеристики склона, измеряемой, когда пользователь и транспортное средство готовы тронуться с места, и от момента C, передаваемого на сцепление. Это условие определяют таким образом, чтобы транспортное средство оказалось в ситуации трогания с места, как только будет превышен заданный порог, при котором влияние склона будет уравновешено крутящим моментом.
Для трогания с места транспортное средство, стоящее на склоне, должно преодолеть влияние склона, связанное с силой земного притяжения.
Это влияние зависит от характеристики склона и от массы транспортного средства и равно
pente
m·g·sin(θ),
где m - масса транспортного средства;
g - сила земного притяжения;
pente
θ - характеристика склона.
T
seuil
Минимальный момент C_, который необходимо передать на сцепление через кинематическую цепь колеса, чтобы позволить транспортному средству тронуться с места (то есть начать движение на склоне), должен быть, по меньшей мере, равен
T
pente
roues
C_seuil=m·g·sin(θ)·r(b)·ρ,
где r(b) - включенная передача коробки, соответствующая положению b рычага передач;
roues
ρ - радиус колес транспортного средства под нагрузкой.
T
seuil
Момент C_ является пороговым моментом трогания с места.
Предлагаемая изобретением стратегия основана на использовании этого отношения.
T
T
seuil
В частности, она состоит в отпускании автоматического стояночного тормоза в фазе трогания с места после остановки, когда момент C, передаваемый на сцепление, превышает пороговый момент C_ трогания с места.
T
Для механических коробок передач оценку передаваемого момента C производит автомат, описанный, например, во французской патентной заявке FR 2828450 (показан на прилагаемой фиг.2 для механической коробки передач, и его подробное описание опускается), тогда как для автоматических или роботизированных коробок передач его вычисляет и затем передает преобразователь момента при помощи известных технологий.
Далее следует описание принципа работы алгоритма трогания с места согласно способу в соответствии с настоящим изобретением.
T
Алгоритм использует оценку или вычисление передаваемого момента C и интерпретирует намерение водителя.
T
seuil
Во время трогания с места транспортное средство стремится приподняться, что увеличивает информацию, выдаваемую датчиком о характеристике склона, и, следовательно, увеличивает оценку порогового момента C_ трогания с места.
Таким образом, обнаруживают момент, в который транспортное средство и пользователь готовы тронуться с места, и «замораживают» характеристику склона, соответствующую этому моменту времени.
pente
Замораживание характеристики представляет собой запоминание при помощи запоминающих средств значения характеристики θ склона, соответствующей этому моменту времени.
Обнаружение указанного момента времени осуществляют при помощи автомата, показанного на фиг.3, который может принимать четыре отдельных и последовательных состояния.
min
В первом состоянии 10 скорость v транспортного средства превышает заданную минимальную скорость v. В этом случае автомат считает, что транспортное средство находится в движении.
min
min
Во втором состоянии 20 скорость v транспортного средства меньше минимальной скорости v в течение заданного времени . В этом случае автомат считает, что транспортное средство стоит (или, по крайней мере, что транспортное средство готовится совершить маневр на склоне). Если в этом втором состоянии в течение заданного времени  скорость v становится больше минимальной скорости v, автомат возвращается в первоначальное состояние 10.
acc
pente
Если физические параметры скорости v, времени t, положения θ педали акселератора (это положение может быть выражено, например, в процентах величины нажатия педали) и угловой скорости вращения ω силовой установки отвечают заданным условиям, автомат считает, что пользователь и транспортное средство готовы тронуться с места. В этом случае он генерирует команду на запоминание характеристики склона θ, которая соответствует состоянию, при котором параметры отвечают указанным условиям, и переходит в третье состояние 30. Переход из состояния 20 в состояние 30 может произойти только при условии осуществления этого запоминания.
pente
store
Для генерирования команды на запоминание достаточно простого механизма «Sample and Hold» (то есть механизма дискретизации с функцией фиксации). В дальнейшем эта записанная в память характеристика будет обозначаться θ-_.
min
асс
pente
seuil
min
Условиями, которым должны отвечать параметры, являются следующие: скорость v транспортного средства должна быть меньше минимальной скорости v, начиная от времени t, превышающего время ; передача коробки передач должна быть включена; пользователь должен нажать на педаль акселератора до положения θ, меньшего заданного порогового положения θ_; и угловая скорость вращения ω силовой установки должна превышать минимальную угловую скорость вращения ω.
pente_seuil
pente_store
Предпочтительно θ зависит от значения записанной характеристики склона θ и от угловой скорости вращения ω. Это значение, может быть например, наименьшим значением, получаемым из картографии акселератора.
emb
emb_seuil
В случае механических коробок передач дополнительным условием для оценки готовности транспортного средства и водителя к троганию с места является проверка нажатия педали сцепления до положения θ (это положение выражают, например, в процентах величины нажатия педали), превышающего заданное положение θ.
асс
emb
Если одно из условий, связанных со скоростью v транспортного средства, временем t, включением передачи, положением θ педали акселератора, угловой скоростью вращения ω силовой установки и, в случае необходимости, положением педали сцепления θ, не выполнено, автомат остается в состоянии 20.
асс
emb
Если одно из условий, связанных со временем t, включением передачи, положением θ педали акселератора, угловой скоростью вращения ω силовой установки и, в случае необходимости, положением педали сцепления θ, не выполнено, автомат возвращается в состояние 20.
min
Если скорость v транспортного средства превышает минимальную скорость v, автомат возвращается в состояние 10. Такой случай происходит, когда, например, транспортное средство остановилось перед светофором на ровной поверхности. В этом случае пользователь не нуждается в помощи для трогания с места.
T_seuil
pente_store
В этом случае вычисление минимального момента C происходит в зависимости от этой записанной информации θ, а не в зависимости от характеристики, выдаваемой датчиком склона.
T_seuil
В этом случае пороговый момент C для трогания с места принимает значение:
pente_store
pente_store
- нуля, если записанная в память характеристика склона (θ) является положительной или нулевой и если включена задняя передача или если записанная характеристика склона (θ) является отрицательной или нулевой и включена передняя передача,
pente
roues
pente_store
pente_store
- m·g·sin(θ)·r(b)·ρ, если записанная характеристика склона (θ) является строго положительной и включена передняя передача или если записанная характеристика склона (θ) является строго отрицательной и включена задняя передача.
T_seuil
T_seuil
Таким образом, это определение порогового момента C трогания с места позволяет зафиксировать указанный пороговый момент C на нуле в случае, когда пользователь трогается с места на склоне в направлении спуска.
T
T_seuil
pente_store
асс
emb
Если момент C, передаваемый на сцепление (оцененный при помощи способа, описанного в заявке FR 2828450, или вычисленный при помощи преобразователя момента коробки передач), превышает или равен моменту C трогания с места, вычисленному в зависимости от записанной характеристики склона θ, и если условия скорости, времени t, включения передачи, положения θ педали акселератора, скорости вращения ω силовой установки и, в случае необходимости, положения педали сцепления θ по-прежнему соблюдаются, автомат переходит в четвертое состояние 40.
commande
commande
В этом четвертом состоянии условия трогания с места имеются в наличии в течение времени t, меньшего второго заданного времени Δt (t<Δt).
T
T_seuil
Под условиями трогания с места в данном случае следует понимать условия, при которых автомат считает, что пользователь и транспортное средство готовы тронуться с места, и условие, связанное с передаваемым моментом C>C.
4
4
При переходе автомата в состояние 40 вычислительное устройство 1 управления дает команду на отключение автоматического стояночного тормоза 5. В этом случае t=t, где t соответствует времени перехода автомата в состояние 40.
4
commande
В конце второго заданного времени (то есть, когда t-t>Δt) автомат возвращается в состояние 1 и переводит время t на ноль.
T
T_seuil
T
В теоретический момент трогания с места, то есть в момент, когда пользователь и транспортное средство готовы тронуться с места и когда момент C, передаваемый на сцепление, превышает или равен моменту C трогания с места, момент, создаваемый двигателем, должен, по меньшей мере, превышать момент C, передаваемый сцеплением.
Действительно, в противном случае двигатель транспортного средства может заглохнуть.
Чтобы избежать остановки двигателя, необходимо:
- чтобы пользователь прибавил газ, или
- чтобы режим двигателя был достаточным для создания момента, затребованного пользователем.
Очевидно, что первое условие является нежелательным.
Чтобы избежать вмешательства пользователя на этом уровне, создают картографию педали акселератора.
acc_seuil
Для всех склонов и режимов, внесенных в картографию, измеряют минимальное положение θ педали акселератора, необходимое для того, чтобы режим двигателя был достаточным для создания момента, затребованного пользователем, чтобы тронуться с места без остановки двигателя.
Эту картографию можно определить предварительно при испытаниях на дорогах.