在车轮空转情况下对4WD车辆的车辆速度估计

摘要

本发明公开了用于检测车辆的车轮空转情况的系统和方法。一个系统包括控制器。控制器被配置成基于从多个车轮速度传感器接收的信息来确定车辆的每个车轮的速度，基于每个车轮的速度来识别车辆的第二最慢的车轮，基于车辆的第二最慢的车轮的加速度和车辆的质量来计算车辆加速转矩，基于车辆加速转矩和车轮驱动转矩来计算转矩比，以及在转矩比大于预定阈值时启动牵引控制系统。

说明书

相关申请

本申请要求2011年3月29日提交的美国临时申请61/468,971的优先 权，该临时申请的全部内容特此通过引用被并入。

概述

在正常驾驶情况下，车辆加速度大约等于车轮加速度。换句话说，车 辆加速转矩大约等于车轮旋转转矩、车轮惯性转矩、风阻力转矩和车轮制 动转矩的总和。车轮加速转矩和车轮驱动转矩可由车辆控制系统使用，以 确定车轮是否失去牵引力并正在空转。例如，当大量驱动转矩施加到全轮 或四轮驱动车辆时，所有四个车轮可同时空转。这在车辆位于具有低同质 摩擦系数（“μ”）的表面（例如，冰面）上时尤其如此。当失去牵引力时， 牵引控制系统（“TCS”）可控制转矩以提高车辆性能。

为了检测车轮空转情况，车辆控制系统可通过使车辆加速转矩的总和 除以实际车轮驱动转矩来计算转矩比。如果车轮未空转，则转矩比将大约 为1.0。然而，如果车轮正在空转，则车轮驱动转矩将小于车辆加速转矩， 且转矩比将实质上大于1.0。因此，如果转矩比实质上大于1.0，则车辆控 制系统确定车轮中的一个或多个正在空转，且需要来自TCS的帮助。

然而，在四轮空转情况期间，车辆速度与车轮速度相同，因此，TCS 可能不启动（或可能启动得太迟），这将导致不稳定的车辆控制。

本发明的实施例提供了用于控制经受车轮空转情况的车辆的方法和系 统。方法和系统（1）检测车轮空转情况，（2）检查车轮空转进入条件，以 及（3）更新参考车辆速度以提高随后的车轮空转检测。

本发明的一个实施例提供了用于检测车辆的车轮空转情况的系统。该 系统包括控制器。控制器被配置成基于从多个车轮速度传感器接收的信息 来确定车辆的每个车轮的速度，基于每个车轮的速度来识别车辆的第二最 慢的车轮，基于车辆的第二最慢的车轮的加速度和车辆的质量来计算车辆 加速转矩，基于车辆加速转矩和车轮驱动转矩来计算转矩比，以及在转矩 比大于预定阈值时启动牵引控制系统。

本发明的另一实施例提供用于检测车辆的车轮空转情况的计算机实现 的方法。该方法包括在处理器接收来自多个车轮速度传感器的信息，并基 于来自多个车轮速度传感器的信息来确定车辆的每个车轮的速度。该方法 还包括基于每个车轮的速度识别车辆的第二最慢的车轮，基于车辆的第二 最慢的车轮的加速度和车辆的质量来计算车辆加速转矩，并基于车辆加速 转矩和车轮驱动转矩来计算转矩比。该方法还包括在转矩比大于预定阈值 时启动牵引控制系统。

通过考虑详细描述和附图，本发明的其它方面将变得明显。

附图说明

图1示出包括车辆控制系统的车辆。

图2示意性示出图1的车辆控制系统。

图3是示出由图1的系统执行的车轮空转检测方法的流程图。

图4是示出由图1的系统执行的车辆加速转矩计算方法的流程图。

图5是示出由图1的系统执行的车轮空转标志管理方法的流程图。

图6a和7a是示出当检测到车轮空转情况时由图1的系统执行的反应 方法的流程图。

图6b和7b图形地示出各种标志的值和由图1的系统使用来执行图3-5、 6a和7a的方法的值。

图8是示出由图1的系统执行的车辆参考速度更新方法的流程图。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施例之前，应理解，本发明在其应用中不 限于在以下描述中阐述或在以下附图中示出的部件的结构和布置的细节。 本发明能够具有其它实施例并能够以各种方式被实践或实现。

图1示出车辆10。车辆10包括车辆控制系统12。系统12包括控制器 14和多个传感器。在图1中，使用附图标记20以及第二附图标记来标记每 个传感器。在下面更详细描述的第二附图标记提供特定的标记，以将各种 类型的传感器彼此区分开。传感器20连接到网络，例如控制器区域网 （“CAN”）总线22。传感器22提供关于车辆10的操作参数的信息。

图2示意性更详细地示出车辆控制系统12。如图2所示，系统12包 括控制器14、一个或多个传感器20和总线22。在一些实施例中，控制器 14直接从一个或多个传感器20而不是通过总线22获得传感器读数。在一 些情况下，控制器14使用补偿的传感器读数而不是原始数据。例如，控制 器14可通过应用偏移来补偿一个或多个传感器读数。控制器14可使用偏 移来补偿传感器老化、污损、以及可能出现的其它信号劣化。此外，应理 解的是，在一些实施例中，在系统12中可包括其它类型的传感器20。此外， 控制器14可只使用来自图1-2中所示的传感器20的子集的信息，以检测 车轮空转情况。此外，图1-2所示的系统部件的布置和位置仅为了例示性 目的。此外，在一些实施例中，控制器14可与其它控制器（例如发动机控 制器）组合。

如图2所示，传感器20包括与车辆10的每个车轮46相关联的车轮速 度传感器44。每个车轮速度传感器44提供车轮46的速度。在一些实施例 中，车轮速度传感器44还提供每个车轮46的加速度。在其它实施例中， 单独的传感器提供车轮加速度，或控制器14基于由车轮速度传感器44所 提供的车轮速度来计算车轮加速度。

传感器20也可包括发动机传感器（未示出），其通过连接到总线22的 发动机控制器50来发送表示车辆发动机的当前状态的信息。例如，发动机 控制器50可提供表示输送到车轮46的发动机或驱动转矩的信息。可选地 或此外，在一些实施例中，控制器14直接从可包括发动机凸轮轴传感器的 这种发动机传感器而不是通过发动机控制器50接收与发动机相关联的信 息。传感器20还可包括横向加速度传感器54。

如图2所示，控制器14包括输入/输出接口60、电子处理单元（“EPU”） 62、以及一个或多个非临时存储器模块64，例如随机存取存储器（“RAM”） 和只读存储器（“ROM”）。输入/输出接口60通过总线22发送和接收信息， 其包括来自传感器20的传感器读数。输入/输出接口60可与车辆10内部 （例如，通过CAN22）和车辆10外部的其它组件进行通信。例如，输入/ 输出接口60可包括允许系统12通过网络（例如局域网或互联网）发送和 接收信息的网络接口，例如以太网卡或无线网卡。

EPU62从输入/输出接口60接收信息，并通过执行一个或多个指令或 模块来处理信息。指令或模块存储在非临时计算机可读介质64中。EPU62 将信息（例如，从总线22接收的信息或通过由EPU62所执行的指令或模 块而产生的信息）存储到计算机可读介质64。应理解的是，虽然在图2中 只示出单个EPU、计算机可读介质模块、以及输入/输出接口，控制器14 可包括多个处理单元、存储器模块、和/或输入/输出接口。

存储在计算机可读介质中的指令在被EPU62执行时提供特定的功能。 通常，指令为系统12提供一种或多种方法以检测车轮空转情况并对车轮空 转情况做出反应。例如，图3-6是示出车轮空转检测和由控制器14执行的 反应方法70的流程图。

如图3所示，为了检测车轮空转情况，控制器14计算车辆加速转矩（在 72）。不同于使用车轮旋转转矩、车轮惯性转矩、风阻力转矩和车轮制动转 矩来估计车辆加速度的现有系统，控制器14使用第二最慢的车轮46的加 速度来计算车辆加速转矩。具体来说，如图4所示，控制器14通过CAN 总线22从每个车轮速度传感器44获得车轮速度（在72a）。为了确定第二 最慢的车轮46，控制器14将来自车轮速度传感器44的读数进行比较（在 72b）。控制器14随后确定所识别的第二最慢的车轮的加速度（在72c）。控 制器14随后使用公式：力=质量×加速度（F=ma），以使用车辆10的第二 最慢的车轮22的加速度和车辆的质量来计算车辆加速转矩（在72d）。

所产生的乘积表示车辆加速转矩，控制器14使用该车辆加速转矩来计 算转矩比（在74，图3）。如以上在概述部分中描述的，通过使车辆加速转 矩除以实际车轮驱动转矩（例如，基于来自发动机控制器50的信息）来计 算转矩比。通过基于第二最慢的车轮的加速度计算车辆加速转矩，控制器 14防止了车辆加速转矩遵循车轮条件并隐瞒车轮空转情况。因此，在车轮 空转情况中，车辆加速转矩将大于实际车轮驱动转矩，且转矩比将大于正 常值（即，大于大约1.0），且可以是大约3.0。

因此，如图3所示，在计算转矩比（在74）之后，控制器14确定所 计算的转矩比是否大于预定阈值（例如，大约1.0或大约3.0）（在76）。如 果该比不大于预定阈值，则控制器14再次开始检测过程。在一些实施例中， 控制器14实质上连续地计算当前车辆加速转矩和相关联的转矩比。在其它 实施例中，控制器14在与预定的定时（例如，每20毫秒）相关联的周期 上计算当前车辆加速度和相关联的转矩比。

可选地，如果转矩比大于预定阈值（在76），控制器14在推断出出现 车轮空转情况之前可选地确保满足各种条件。例如，如图3所示，控制器 14确定在预定的时间上的转矩比的微分是否大于大约零（在78）。具体来 说，控制器14确定转矩比是否已经改变或已相对恒定。如果转矩比微分不 大于大约零（即，转矩比已相对恒定），则控制器14推断出没有出现车轮 空转情况并再次开始检测周期。

可选地，如果转矩比微分大于大约零，则控制器14确定车辆是否处于 加速模式（在80）。为了确定车辆是否处于加速模式，控制器14可确定所 计算的车辆加速转矩是否是恒定的或已改变。可选地，控制器14可基于车 辆速度、平均车轮速度和平均车轮加速度来计算车辆加速度。如果车辆未 处于加速模式（例如，车辆速度在预定的时间内是恒定的），则控制器14 推断出没有出现车轮空转情况并再次开始检测循环。

如果车辆处于加速模式（在80），则控制器14确定当前车辆速度是否 小于预定阈值（例如，每小时70公里）（在82）。控制器14可基于车轮速 度来计算车辆速度。如果当前车辆速度大于预定阈值，则控制器14再次开 始检测过程。

如果当前车辆速度小于预定阈值（在82），则控制器14确定实际车轮 驱动转矩是否大于预定阈值（在84）。车轮驱动转矩由控制器14基于发动 机转矩来确定。例如，在一些设置中，控制器14通过确定由车辆发动机输 送的转矩来检查最小驱动转矩（例如，使用车辆的法向力乘以非常低的摩 擦系数，例如0.1）。如果车辆10的车轮46未由高的转矩力（例如，800 牛顿-米）驱动，则不可能出现车轮空转情况。因此，如果车轮驱动转矩不 大于预定阈值，则控制器结束当前检测过程并再次开始该过程。

如图3所示，如果车轮驱动转矩大于预定阈值，则控制器14确定车辆 10是否当前正在碎石路上行进（在86）。如果车辆10正在碎石路上行进， 则预期某个程度的车轮空转，且车辆的TCS可能不能够在这种情况下帮助 驾驶员。在一些实施例中，控制器14基于车轮速度、加速度和加速度变化 率（jerk）来确定车辆10是否在碎石路上。如果车辆在碎石路上，则控制 器14再次开始检测过程。

可选地，如果车辆不在碎石路上行进，则控制器14推断出出现车轮空 转情况且满足所有进入条件（在78、80、82、84、86）。因此，控制器14 设定车轮空转检测标志（例如，“真”）（在88）。应理解的是，控制器14 可按各种顺序来检查上述的进入条件（78、80、82、84、86），且在一些实 施例中控制器14可并行地检查所述条件中的一些。此外，控制器14可在 推断出车轮空转情况出现之前检查额外的进入条件。

在一些实施例中，为了防止车轮空转请求的错误检测，控制器14跟踪 车轮空转检测标志已被设定到“真”多长时间，以识别真实的车轮空转请 求何时出现。例如，图5是示出由控制器14执行的车轮空转检测标志管理 方法100的流程图。如图5所示，控制器14跟踪车轮空转检测标志已被设 定到“真”的时间量，并在车轮空转检测标志已被设定到“真”一段预定 的保持时间（例如，大约40毫秒）之后将全轮空转标志（即， “ALLWheelSpin”）设定为“真”。在全轮空转标志被设定为“真”之后， 控制器14开始无功测量，以抵消车轮空转情况。

具体来说，如图5所示，在车轮空转检测标志被设定为“真”（在102） 之后，控制器14启动定时器（“定时器A”）并启动定时器向上计数（在104）。 当仍未设定车轮空转检测标志时，控制器14启动定时器（即，定时器A） 向下计数（在106），直到它达到零（在108）。

在已启动定时器（在104）之后，控制器14跟踪定时器是否已达到或 超过预定的保持时间，且仍未设定全轮空转标志（即，全轮空转标志当前 被设定为“假”）（在110）。在这个出现之前，在定时器小于保持时间（例 如，小于大约20毫秒）时（在114），控制器14将全轮空转标志设定为“假” （在112）。可选地，一旦定时器达到保持时间且全轮空转标志仍未被设定 为“真”（在110），控制器14就将全轮空转标志设定为“真”（在116）。 在该标志被设定为“真”之后，控制器可采取校正行动，以减轻车轮空转 情况。此外，为了确保控制器14在全轮空转标志被设定为“假”之前采取 正确的反应措施，控制器14可在全轮空转标志随后被重置为“假”（在120） 之后（例如，在全轮空转标志的持续时间的下降沿被检测到之后且在TCS 未运行时）延长该标志的持续时间（在118）。例如，控制器14可在全轮空 转标志被重置为“假”之后允许额外的200毫秒，以为控制器14提供足够 的处理时间。

在全轮空转标志已被设定为“真”（并根据需要被延长）之后，控制器 14采取反应措施来处理车轮空转情况。图6a是示出根据本发明的一个实施 例的由控制器14执行的反应方法150的流程图。如图6a所示，控制器14 为与车辆的TCS相关联的基本或参考车轮速度（“vFzRef”）确定调节因子 （即，“vDeltaSlip”）（在152）。调节因子在被添加到基本速度时提供当前 目标速度，来用于何时启动车辆的TCS。具体来说，在控制器14确定调节 因子之后，控制器14确定车辆10的当前车轮速度是否大于基本车轮速度 和调节值的总和（在154）。如果是，则控制器14将超过目标速度标志设定 为“真”（即，“WhlSpdOverTar”）（在155），并启动车辆的TCS（在156）。 如在本领域中已知的，TCS执行各种行动来试图保证对车辆的牵引。TCS 可被编程来执行行动一段预定的时间，或执行预定数量的行动或周期以试 图停止或减轻车轮空转情况。在其它实施例中，控制器14指示TCS何时 停止校正行动（例如，在控制器14不再检测到车轮空转情况之后）。

如图6a所示，在控制器14启动TCS（在156）之后，控制器14启动 定时器（即，“定时器B”）向上计数（在157）。在定时器达到预定的时间 （例如，大约200毫秒）（在158）之后，控制器14重置定时器（即，“定 时器B”），将调节因子重置到零，将超过目标速度标志设定为“假”，并将 全轮空转标志的延长设定为“假”（在160）。图6b针对示范车辆情况图形 示出了由控制器14使用来执行方法150的标志和定时器的值。

图7a是示出根据本发明的一个实施例的由控制器14执行的另一反应 方法的流程图。具体来说，图7a示出当车辆10的当前车轮速度不大于基 本车轮速度和调节值的总和时由控制器14执行的方法170。例如，如图7a 所示，当全轮空转标志的下降沿已被检测到且TCS未运行（在172）时， 控制器14启动定时器（“定时器C”）向上计数到大约500毫秒（在174）。 定时器允许车辆速度超过目标速度（例如，基本车轮速度和调节值的总和） 的额外时间。虽然定时器（即，定时器C）向上计数，控制器14可继续确 定车辆10的当前车轮速度是否大于基本车轮速度和调节值的总和（参见图 6a，在154）。

如果全轮控制标志的下降沿未被检测到或TCS是运行的（在172），则 控制器将调节因子重置为零，将定时器（即，定时器C）重置为零，并将 全轮空转标志的延长设定为“假”（在176）。

也如图7a所示，当定时器（即，定时器C）向上计数时和/或在定时器 达到大约500毫秒之后，控制器14可确定车辆是否正在加速（在178）。如 果车辆未正在加速，则控制器14可将所有定时器（即，定时器A、定时器 B和定时器C）重置为零，将全轮空转标志设定为“假”，将超过目标速度 标志设定为“假”，并将全轮空转标志的延长设定为“假”（在180）。图7b 针对示范车辆情况示出了由控制器14使用来执行方法170的标志和定时器 的值。

在一些实施例中，当全轮空转标志被设定为“真”时，控制器14也调 节与TCS相关联的基本或参考速度。例如，图8示出由控制器14执行来 调节参考速度的方法200。在一些实施例中，控制器14调节参考速度以遵 循车辆加速模型。特别是，如图8所示，在控制器14设定全轮空转标志且 TCS未运行（例如，TCS未执行动力传动系转矩控制（“!PTC”）（在201） 之后，控制器14将参考速度设定为车辆模型速度（在202）。车辆模型速度 基于车辆加速模型（aModel），其为V=Vk-1+aModel×ΔT。

控制器14也修改速度偏移、卡尔曼滤波器计算的模糊集合（即，“模 糊A集合”）（在204），并修改加速度偏移、卡尔曼滤波器计算的模糊集合 （在206）。

使用所做出的这些调节，控制器14可更好地识别未来的车轮空转情况 （例如，在冰面上出现的），这使TCS正确地启动并在具有低摩擦系数的 表面上的加速期间减小车辆不稳定性。

应理解的是，除了车轮空转检测以外，控制器14还可配置成执行其它 车辆控制过程。例如，在一些设置中，控制器14还可控制车辆的牵引控制 系统（“TCS”）和/或车辆的电子稳定性控制（“ESC”）系统。

在所附权利要求中阐述了本发明的各种特征和有利之处。