基于行車制動踏板主動控制的坡道起步輔助系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于行車制動踏板主動控制的坡道起步輔助系統(tǒng)，由信號采集部分、電子控制部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成；信號采集部分檢測汽車車輪的旋轉(zhuǎn)情況和后車橋受力時發(fā)生的扭曲變化情況以及檔位位置，并將這些信息提供給電子控制部分作為輔助起步信息；電子控制部分收集信號采集部分發(fā)送來的信息并進(jìn)行處理，將處理后得到的控制信息發(fā)送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)得到控制信息并執(zhí)行，利用步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動制動踏板來輔助坡道起步。本發(fā)明的有益效果是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，造價低，能很好地輔助汽車坡道起步。
【專利說明】基于行車制動踏板主動控制的坡道起步輔助系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車坡道起步輔助設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及基于行車制動踏板主動控制的坡道起步輔助系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，越來越多的家庭開始購買汽車，截止2013年時，我國的汽車占有量達(dá)到了 1.37億輛。然而在汽車坡道起步的時候如果操縱不當(dāng)，就很容易導(dǎo)致汽車熄火或者后溜，甚至撞上后面的車輛。所以筆者想在此設(shè)計出一款針對手動擋汽車的坡道起步輔助系統(tǒng)，該輔助系統(tǒng)通過對制動踏板進(jìn)行主動控制，在車輛發(fā)生溜車的時候代替駕駛員踩下制動踏板，從而防止了汽車在坡道起步時的后溜現(xiàn)象，簡化了汽車坡道起步的操作過程，緩解了駕駛員對坡道起步的恐懼感，而且不影響平地駕駛。特別是對于重慶這種坡道很多的山城來說，汽車坡道輔助系統(tǒng)不僅可以防止車輛后溜，還能減少汽車起步時的油耗以及磨損。
[0003]對于汽車坡道起步輔助系統(tǒng)(HAS, Hill-start Assist System)的研究，國內(nèi)外都已經(jīng)取得了一定的成果，現(xiàn)階段的主要研究成果以控制原理的不同歸納為三大類:1、基于電子駐車制動系統(tǒng)(EPB)的坡道起步輔助系統(tǒng)；2、基于防抱死制動系統(tǒng)(ABS)的汽車坡道起步輔助系統(tǒng)；3、其它類型的HAS系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供基于行車制動踏板主動控制的坡道起步輔助系統(tǒng)，解決了目前國內(nèi)沒有汽車坡道起步輔助系統(tǒng)的問題。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是由信號采集部分、電子控制部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成；
[0006]所述信號采集部分檢測汽車車輪的旋轉(zhuǎn)情況和后車橋受力時發(fā)生的扭曲變化情況以及檔位位置，并將這些信息提供給電子控制部分作為輔助起步信息；
[0007]所述電子控制部分收集信號采集部分發(fā)送來的信息并進(jìn)行處理，將處理后得到的控制信息發(fā)送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)；
[0008]所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)得到控制信息并執(zhí)行，利用步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動制動踏板來輔助坡道起止/J/ O
[0009]進(jìn)一步，所述信號采集部分包括輪速傳感器、輪速傳感器測量輪速，扭矩傳感器，測量扭矩，一檔開關(guān)信號測量模塊和R檔開關(guān)信號測量模塊采集擋位狀態(tài)；
[0010]所述電子控制部分為ECU模塊，ECU模塊分別通過電路連接輪速傳感器、扭矩傳感器、一檔開關(guān)信號測量模塊、R檔開關(guān)信號測量模塊和步進(jìn)電機(jī)；
[0011]所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)、制動踏板和制動系統(tǒng)；步進(jìn)電機(jī)連接制動踏板，制動踏板連接制動系統(tǒng)。
[0012]進(jìn)一步，所述E⑶模塊由AT89C51芯片構(gòu)成的小系統(tǒng)電路組成。
[0013]本發(fā)明的有益效果是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，造價低，能很好地輔助汽車坡道起步。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明基于行車制動踏板主動控制的坡道起步輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明E⑶模塊小系統(tǒng)電路原理圖；
[0016]圖3是本發(fā)明輔助控制方法示意圖；
[0017]圖4是本發(fā)明E⑶監(jiān)測保持與解除制動示意圖；
[0018]圖5是本發(fā)明汽車坡道受力情況示意圖。
[0019]圖中，1.輪速傳感器，2.扭矩傳感器，3.—檔開關(guān)信號測量模塊，4.R檔開關(guān)信號測量模塊，5.ECU模塊，6.步進(jìn)電機(jī)，7.制動踏板，8.制動系統(tǒng)。

【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0021]本發(fā)明基于行車制動踏板7主動控制的MT汽車坡道起步輔助系統(tǒng)由信號采集部分、電子控制部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成；
[0022]信號采集部分檢測汽車車輪的旋轉(zhuǎn)情況和后車橋受力時發(fā)生的扭曲變化情況以及檔位位置，并將這些信息提供給電子控制部分作為輔助起步信息；
[0023]電子控制部分收集信號采集部分發(fā)送來的信息并進(jìn)行處理，將處理后得到的控制信息發(fā)送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)；
[0024]執(zhí)行機(jī)構(gòu)得到控制信息并執(zhí)行，利用步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動制動踏板7來輔助坡道起止/J/ O
[0025]如圖1所示，所述信號采集部分包括輪速傳感器1、輪速傳感器I測量輪速，扭矩傳感器2，測量扭矩，一檔開關(guān)信號測量模塊3和R檔開關(guān)信號測量模塊4采集擋位狀態(tài)；
[0026]所述電子控制部分為E⑶模塊5，E⑶模塊5可選擇AT89C51小系統(tǒng)電路組成，對輪速傳感器1、扭矩傳感器2、一檔開關(guān)信號測量模塊3和R檔開關(guān)信號測量模塊4采集的信號進(jìn)行處理，得到控制命令發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)6，從而通過步進(jìn)電機(jī)6控制制動踏板7對整個制動系統(tǒng)8進(jìn)行控制；
[0027]所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)6、制動踏板7和制動系統(tǒng)8，步進(jìn)電機(jī)6執(zhí)行控制命令，直接控制制動踏板7，制動踏板7帶動制動系統(tǒng)8制動。
[0028]其中，E⑶模塊5分別電路連接輪速傳感器1、扭矩傳感器2、一檔開關(guān)信號測量模塊3、R檔開關(guān)信號測量模塊4和步進(jìn)電機(jī)6，步進(jìn)電機(jī)6機(jī)械連接制動踏板7，制動踏板7機(jī)械連接制動系統(tǒng)8。
[0029]其中E⑶模塊5肩負(fù)著信息處理的重任，要將傳感器傳來的電信號通過A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號以供CPU進(jìn)行處理、運算，最后將處理后得到的控制命令從數(shù)字信號通過D/A轉(zhuǎn)換成電信號發(fā)送到執(zhí)行器，ECU模塊5是實現(xiàn)該系統(tǒng)邏輯控制能力的部分，是系統(tǒng)的核心所在。本發(fā)明設(shè)計的汽車坡道起步輔助系統(tǒng)由一個ECU模塊5中的兩個程序分別控制上陡坡起步和下陡坡起步，開始運行需要輪速傳感器I的監(jiān)測數(shù)據(jù)和設(shè)置在檔位上的開關(guān)來完成，制動的執(zhí)行部分則是由步進(jìn)電機(jī)6控制制動踏板7從而控制制動系統(tǒng)8來完成的，終止輔助需要扭矩傳感器2來提供相關(guān)檢測數(shù)據(jù)。對于ECU模塊5單片機(jī)的選擇，采用MCS系列的80C196KC單片機(jī)，該單片機(jī)是一款16位高性能單片機(jī)，它除了被用于ABS外還被用于點火系統(tǒng)及燃料系統(tǒng)中，這點足以證明它很適合要求很高的實時控制場合，而本發(fā)明就采用了這種快速做出反應(yīng)的單片機(jī)。
[0030]執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇:
[0031]因為汽車一般使用的是液壓制動系統(tǒng)，但是改動制動系統(tǒng)8的結(jié)構(gòu)方法比較復(fù)雜，且成本較高。本發(fā)明選用專門制作的步進(jìn)電機(jī)6拉制動踏板7的方式進(jìn)行控制制動系統(tǒng)8，與改動制動系統(tǒng)8結(jié)構(gòu)相比它具有以下優(yōu)點:
[0032]I)步進(jìn)電機(jī)6轉(zhuǎn)動的角度容易控制，只需要開環(huán)控制既可。
[0033]2)步進(jìn)電機(jī)6可以轉(zhuǎn)動一定角度后維持不動，這樣保持一種剎車狀態(tài)并維持一段時間。
[0034]3)步進(jìn)電機(jī)6可以來回轉(zhuǎn)動可以模擬駕駛員常使用的點剎。
[0035]4)這樣對汽車的改動小，對汽車傷害小。
[0036]由于步進(jìn)電機(jī)6的驅(qū)動電流較大，所以E⑶模塊5采用ULN2003驅(qū)動芯片作為與步進(jìn)電機(jī)6的接口及驅(qū)動電路。如圖2中的(a)至(c)所示為ECU模塊5的小系統(tǒng)電路圖，圖中E⑶模塊5小系統(tǒng)分別連接了信號采集系統(tǒng)，及通過ULN2003驅(qū)動芯片連接步進(jìn)電機(jī)6。
[0037]如圖3所示為本發(fā)明的輔助控制方法示意圖，本發(fā)明基于行車制動踏板7主動控制的MT汽車坡道起步輔助系統(tǒng)工作流程為:
[0038]步驟1:啟動汽車；
[0039]步驟2:當(dāng)一檔開關(guān)信號測量模塊3檢測到汽車掛I檔時，進(jìn)行步驟3，當(dāng)R檔開關(guān)信號測量模塊4檢測到汽車掛R檔時，跳轉(zhuǎn)至步驟5 ；
[0040]步驟3:E⑶模塊5運行上陡坡E⑶程序；
[0041]步驟4:輪速傳感器I檢查輪速是否為0，如果為0，執(zhí)行前進(jìn)擋起步輔助，如果不為0，結(jié)束上陡坡ECU程序；
[0042]步驟5:E⑶模塊5運行下陡坡E⑶程序；
[0043]步驟6:輪速傳感器I檢查輪速是否為0，如果為0，執(zhí)行倒擋起步輔助，如果不為O，結(jié)束下陡坡E⑶程序。
[0044]本文設(shè)計的坡道起步輔助系統(tǒng)由于是自動運行的，所以對兩個起始運行條件的判斷將是關(guān)鍵。掛入I檔或倒檔并且輪速傳感器I所測得輪速為0，則相應(yīng)的運行坡道起步輔助程序，少了任何一樣將不會啟動坡道輔助系統(tǒng)。
[0045]如圖4所示，對于解除制動而言，只需要ECU采集制動時的扭矩情況，記錄下來與后面采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，如果扭矩恢復(fù)到了在平路時的狀態(tài)，即驅(qū)動力與下滑力達(dá)到平衡，這是就可以解除制動，從而起步了。
[0046]另外，本設(shè)計對于駕駛員在有些時候可能希望汽車下滑的情況也有考慮，并設(shè)置了相關(guān)功能。當(dāng)駕駛員希望下滑時，可以把換擋桿掛入空擋，這樣I檔、倒檔開關(guān)將不會被激活，坡道起步輔助程序也就不會啟動，駕駛員就可以按自己的想法使汽車下滑了。
[0047]如圖5所示為汽車坡道受力情況示意圖，當(dāng)車輛在坡道上停駐并準(zhǔn)備起步時會發(fā)生一個動作和存在一個狀態(tài)，分別是掛檔和輪速為零，這兩個條件就是汽車坡道起步輔助系統(tǒng)開始工作的條件了。為了能夠?qū)崿F(xiàn)坡道輔助系統(tǒng)上坡道起步防止后溜、下坡道起步防止前滑的功能，根據(jù)所獲得信號的不同分別控制上坡道起步和下坡道起步。這里我們假設(shè)是在上坡道起步，首先駕駛員在起步時會掛入I檔，然后ECU就會先收集輪速傳感器的數(shù)據(jù)，監(jiān)測在接下來的起步過程中車輛是否發(fā)生了下滑，以此來判斷是否需要啟動坡道輔助系統(tǒng)，但該輔助系統(tǒng)旨在防止汽車起步時下滑，在沒有下滑的情況下(駕駛員操作得當(dāng)，完美起步)就不需要啟動輔助系統(tǒng)了。當(dāng)車輛發(fā)生下滑時，車輪會向后旋轉(zhuǎn)，該現(xiàn)象將被輪速傳感器檢測到并將數(shù)據(jù)傳遞給ECU，ECU在收到該信號后就會向步進(jìn)電動機(jī)發(fā)出控制信號，讓步進(jìn)電動機(jī)代替駕駛員踩踏制動踏板7至最深處并保持制動，這樣防后溜工作就完成了，輔助系統(tǒng)的功能也實現(xiàn)了一半了。
[0048]當(dāng)汽車完成了起步操作后，車輛要前進(jìn)就需要解除制動，在步進(jìn)電動機(jī)完成制動操作之后，ECU就開始收集扭矩傳感器的信號了。當(dāng)車輛出于斜坡上時，他本來應(yīng)該在由自身重量而產(chǎn)生的下滑分力F下滑力的作用下產(chǎn)生后溜，車輪本來應(yīng)該做逆時針旋轉(zhuǎn)運動的，但是在制動的作用下輪胎被鎖死，下滑力F下滑力被地面給予車輪的摩擦力f所抵消掉，從而使車輛能夠停在斜坡上。雖然輪胎停止運動但在下滑力的作用下依然存在逆時針旋轉(zhuǎn)的趨勢，這個趨勢通過制動盤反映到阻止制動盤旋轉(zhuǎn)的制動鉗上，使得制動鉗在與制動盤接觸的位置受到了與制動盤圓邊相切的摩擦力f鉗。制動鉗是通過支架安裝在后車橋上的，后車橋與制動盤同軸且與車身相連，車橋的作用本來就是傳遞輪胎與車身之間各種力、力矩的，而且制動鉗與后車橋在f鉗的垂直方向上存在一段距離，這就使得后車橋上(準(zhǔn)確的說是車橋殼體上)產(chǎn)生了一個逆時針扭矩。該扭轉(zhuǎn)值被扭矩傳感器2檢測出來傳給ECU，只要這個扭矩值存在，ECU就不會解除制動。當(dāng)駕駛員緩抬離合器踏板同時配合緩踏油門踏板時，汽車的驅(qū)動力逐漸上升，驅(qū)動力通過驅(qū)動軸、主減速器、差速器傳到驅(qū)動半軸，半軸帶動制動盤產(chǎn)生順時針運動趨勢，逐漸克服了由于下滑力產(chǎn)生的逆時針旋轉(zhuǎn)趨勢，這樣就逐漸減少了車橋上的扭矩。當(dāng)扭矩傳感器2檢測到后車橋上扭矩值為0，甚至檢測到后車橋上產(chǎn)生順時針的扭矩時，說明此時驅(qū)動力已經(jīng)克服了下滑分離，足以使坡道上的汽車前進(jìn)了，這個時候ECU向步進(jìn)電動機(jī)發(fā)出指令解除制動，從而使汽車平穩(wěn)地起步。
[0049]至于下坡道掛倒檔向后起步實際上是一個道理，掛入倒擋后倒檔開關(guān)連接，倒檔ECU開始工作檢測輪速，若輪速為O則開始坡道輔助，若車輛前滑就采取制動，解除制動時所檢測的扭矩傳感器2的數(shù)據(jù)與前文相反便是。
[0050]以上所述僅是對本發(fā)明的較佳實施方式而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施方式所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于行車制動踏板主動控制的坡道起步輔助系統(tǒng)，其特征在于:由信號采集部分、電子控制部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成； 所述信號采集部分檢測汽車車輪的旋轉(zhuǎn)情況和后車橋受力時發(fā)生的扭曲變化情況以及檔位位置，并將這些信息提供給電子控制部分作為輔助起步信息； 所述電子控制部分收集信號采集部分發(fā)送來的信息并進(jìn)行處理，將處理后得到的控制信息發(fā)送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)； 所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)得到控制信息并執(zhí)行，利用步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動制動踏板來輔助坡道起步。
2.按照權(quán)利要求1所述基于行車制動踏板主動控制的坡道起步輔助系統(tǒng)，其特征在于: 所述信號采集部分包括輪速傳感器(I)、輪速傳感器(I)測量輪速，扭矩傳感器(2)，測量扭矩，一檔開關(guān)信號測量模塊(3)和R檔開關(guān)信號測量模塊(4)采集擋位狀態(tài)； 所述電子控制部分為ECU模塊(5)，ECU模塊(5)分別通過電路連接輪速傳感器(I)、扭矩傳感器(2)、一檔開關(guān)信號測量模塊(3)、R檔開關(guān)信號測量模塊(4)和步進(jìn)電機(jī)(6)；所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)￠)、制動踏板(7)和制動系統(tǒng)(8);步進(jìn)電機(jī)(6)連接制動踏板(7)，制動踏板(7)連接制動系統(tǒng)(8)。
3.按照權(quán)利要求1所述基于行車制動踏板主動控制的坡道起步輔助系統(tǒng)，其特征在于:所述E⑶模塊(5)由AT89C51芯片構(gòu)成的小系統(tǒng)電路組成。
【文檔編號】B60T7/06GK104176022SQ201410384290
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】王亮亮 申請人:重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院