在車輛中分配驅動力的系統及方法
2023-07-03 09:35:31 1
專利名稱：在車輛中分配驅動力的系統及方法
技術領域：
本發明涉及增強車輛穩定性和性能的車輛控制系統及方法，尤其涉及在車輛中分配驅動力的系統及方法。
背景技術：
機動車輛中越來越多地使用穩定性控制系統。在一些現有的雙驅動橋系統中，車輛前橋和後橋之間設有機械聯軸器。在與主驅動橋相關的一個或兩個車輪失去牽引力的情況下，指令通常斷開的聯軸器裝置連接兩個車橋使得在主車橋和副車橋之間重新分配扭矩。儘管這種機械系統相對於純制動方法(例如防抱死制動系統)提供了改進的性能，然而機械系統具有一些缺點。探測到牽引力損失和機械聯軸器從主車橋的滑動車輪向副車橋的車輪實際重新分配扭矩的時間之間存在延遲。在遇到冰面的情況(其中道路表面狀況會迅速改變)下，機械系統無法足夠快地引起扭矩分配的改變。另外，由於穿過機械聯軸器的摩擦損失和扭矩傳遞能力，供應給兩個車橋的扭矩之和略少於動力系供應給主車橋的扭矩。因此，當使用機械聯軸器時，車輛的縱向性能有所下降，其在加速期間尤其顯著。機械系統重新分配扭矩的能力可能在扭矩方面有所限制，且還受到環境影響(例如溫度)的制約。扭矩分配的轉換在轉向不足和過度轉向的轉彎情況下是有利的。機械聯軸器能夠用於連接主車橋和副車橋以便在車橋之間重新分配扭矩以使得不期望的車輛轉向不足或過度轉向得到補償。然而，由於需要為遇到的轉向不足或過度轉向的前向行駛車輛重新分配扭矩，機械聯軸器響應得比所需的慢並且聯軸器中對扭矩重新分配控制得較為不精確， 使得車輛操作者注意到車輛轉向性能上的不舒適的改變。
發明內容
為了克服背景技術中至少一個問題，本發明公開了一種分配驅動力至車輛的前橋和後橋的方法，其包括估算實際橫擺率；估算所需橫擺率；及在過度轉向期間提供電能至前橋馬達。過度轉向為實際橫擺率超過所需橫擺率多於第一閾值橫擺率。此外，在過度轉向期間可從連接至後橋的馬達汲取電能。或者，在後橋馬達正提供扭矩至後橋的情況下，減少供應至後橋馬達的電能。在一個實施例中，從後橋馬達汲取的電能被直接提供給前橋馬達。在轉向不足期間，向後橋馬達提供電能。同樣，在轉向不足期間從前橋馬達汲取電能。從前橋馬達汲取的電能被直接提供給後橋馬達。以車輛的縱向速度不受較大影響或者車輛駕駛員需要的方式提供從與前橋連接的馬達汲取的電能以及直接提供給與後橋連接的馬達的電能。轉向不足為所需橫擺率超過實際橫擺率多於第二閾值橫擺率。基於連接至車輛的傳感器估算實際橫擺率。或者，取決於傳感器組，直接測量實際橫擺率。基於連接至車輛的方向盤的傳感器估算所需橫擺率。根據本發明另一方面，提供一種在車輛中分配驅動力的系統，該系統包括連接至車輛的第一車橋、連接至第一車橋的內燃發動機、連接至第一車橋的第一車橋馬達、連接至車輛的第二車橋、連接至第二車橋的第二車橋馬達和電連接至發動機和車橋馬達的電子控制單元(ECU)。當車輛正在沿第一車橋引導的方向上行駛並且車輛處於轉向不足情況下時， ECU指令第二車橋馬達增加提供給第二車橋的扭矩。當車輛正在沿第一車橋引導的方向上行駛並且車輛處於轉向不足情況下時，ECU指令第一車橋馬達減小提供給第一車橋的扭矩。 減小的扭矩為制動扭矩以便通過第一車橋馬達產生電能。在一個實施例中，由第一車橋馬達產生的電能被供應至第二車橋馬達。該系統可包括連接至方向盤的轉向傳感器、車輛速度傳感器和連接至車輛並電連接至ECU的橫擺率傳感器。其中ECU(其電連接至傳感器)基於來自轉向傳感器和車輛速度傳感器的信號確定車輛的所需橫擺率。ECU還基於來自橫擺率傳感器的信號確定車輛的實際橫擺率。或者，取決於傳感器組，ECU可基於其它傳感器估算實際橫擺率。轉向不足狀況基於所需橫擺率超過實際橫擺率多於第一閾值，並且過度轉向狀況基於實際橫擺率超過所需橫擺率多於第二閾值。在車輛處於過度轉向情況下，E⑶指令前橋馬達增加施加至前橋的扭矩並且指令後橋馬達減少施加至後橋的扭矩。在車輛處於轉向不足狀況下，ECU指令後橋馬達增加施加至後橋的扭矩並且指令前橋馬達減小施加至前橋的扭矩。如果馬達正向連接至其上的車橋施加正向扭矩，根據需要扭矩可減小至零，在該點通過將馬達運轉為發電機提供進一步的扭矩減小。
圖1顯示了混合動力電動車輛(HEV)的示意圖。圖2A顯示了 HEV在所期望的轉向路徑和過度轉向路徑以及轉向不足路徑上。圖2B顯示了在過度轉向情況下如何增加扭矩至HEV的前橋以影響橫擺率。圖2C顯示了在轉向不足情況下如何增加扭矩至HEV的後橋以影響橫擺率。圖2D顯示了車輛指示在重心和車橋之間的距離。圖3為摩擦圓或輪胎牽引力場的圖表。 圖4為根據本發明的實施例在車橋之間重新分配扭矩的方法的流程圖。
具體實施例方式如本領域技術人員已知，參考任一附圖所說明並描述的實施例的多個特徵可與一個或多個其它附圖中所說明的特徵相結合來得到未明確說明並描述的替代實施例。所說明的特徵的組合為典型應用提供了代表性實施例。然而，對於特定應用或實施方案，可能需要對與本發明教導相一致的特徵進行多種組合和修改。本領域技術人員可了解到與本發明相一致的類似應用或實施方案，例如其中以與附圖中實施例所示略微不同的順序設置組件。 本領域技術人員可認識到本發明的教導可用在其它應用或實施方案中。在圖1中，示意性顯示了混合動力電動車輛(HEV) 10的一個實施例。後輪12通過後橋16與後橋馬達18連接。後橋16具有差速器19。前輪14連接至前橋20。差速器及主減速齒輪組22連接至前橋20。車輛動力系統通過變速器24連接至差速器22。變速器 24通過離合器26連接至前橋馬達28。前橋馬達28通過離合器32連接至內燃發動機34。圖1中所示裝置中的前橋馬達28可稱為集成起動機發電機(ISG)，因為其可用於旋轉發動機34用於起動。取決於準確的配置，所有動力系組件可能無法在HEV 10的寬度內首尾相連。在圖1所示的實施例中，鏈條傳動30設置在發動機34和前橋馬達28之間使得發動機 34沿第一軸線旋轉而前橋馬達28和變速器24沿基本上與第一軸線平行的第二軸線旋轉。 圖1中的配置簡單說明了一個HEV配置。有許多不脫離本發明的範圍的配置HEV的替代方式。HEV 10顯示了內燃發動機34連接至前輪的設置。在另一實施例中，發動機34連接至後橋。前橋馬達28和後橋馬達18可作為馬達向相關的車橋提供扭矩，或者作為發電機從相關的車橋吸收扭矩(即，在與車橋相關的車輪上提供制動力)。繼續參考圖1，車輪12和14設置有牽引力傳感器36，其連接至電子控制單元 (ECU) 38。在一個實施例中，牽引力傳感器36為防抱死制動系統(ABS)。ABS比較車速與車輪轉速。當二者相差超過預定 量時，確定車輪在滑動。ABS只是一個簡單的示例，可使用任何合適的牽引力傳感器。取決於其運轉模式，電池40連接至後橋馬達18和前橋馬達28以提供電能或吸收電能。電池40也可通過傳感器電連接至E⑶38以檢測電池的荷電狀態、電池狀況等。在一個實施例中，電池40為高壓電池以有助於從電池汲取較大能量或存儲在電池中。在一個實施例中，E⑶38連接至橫擺率傳感器42、與方向盤連接的傳感器44、以及多個其它傳感器46 (例如車速傳感器、溫度傳感器、變速器傳感器、壓力傳感器、及加速傳感器)。在不帶有橫擺率傳感器42的實施例中，可基於來自其它傳感器46的信號估算橫擺率。圖1中顯示了 HEV。在替代實施例中，車輛為具有前橋馬達和後橋馬達的電動車輛(EV)。在這種實施例中，不再包括下列組件離合器26、鏈條傳動30、離合器32、及發動機34。在一些實施例中，還不包括變速器24。在圖2A中，車輛50(HEV或EV)顯示為處於轉向操縱期間。經由駕駛員施加至方向盤(未顯示)的轉向輸入使得連接至前橋52的車輪轉向。通過駕駛員已經轉動方向盤的量，能夠確定車輛50的所需路徑。圖2中顯示了過度轉向路徑58和轉向不足路徑60的一個示例。為了使得車輛50沿所需路徑而非過度轉向路徑58行駛，增加提供至前橋52的扭矩。這種扭矩增加能夠通過發動機34或前橋馬達28提供的增加的扭矩實現，如圖2B所示。來自前橋馬達28的扭矩增加比來自發動機34的扭矩增加快得多。發動機34經歷進氣歧管充氣延遲，這會損害發動機快速增加發動機扭矩的能力。為了快速地響應確定車輛 50正處於過度轉向路徑58上，增加由前橋馬達28產生的扭矩。在一個示例中，當接收到增加扭矩指令時，前橋馬達28正運轉為馬達，或者根本沒有運轉。在這種情況下，指令前橋馬達28提供正向扭矩。在另一示例中，當接收到增加扭矩的指令時，前橋馬達28正運轉為發電機。在這種情況下，指令前橋馬達28減少電能產生。如果所需的扭矩增加大於通過減少電能所能實現的，則指令前橋馬達28從運轉為發電機改變為運轉為馬達。扭矩增加(通過指令前橋馬達28施加扭矩至前橋)導致車輛50的縱向驅動力超過操作者的請求。因此， 在一個實施例中，後橋馬達18向後橋16施加制動扭矩。確定前橋20的扭矩增加和後橋16 的扭矩減小以便為車輛50提供所需的路徑和縱向驅動力。為了響應車輛50正處於轉向不足路徑60上的確定，通過後橋馬達18向後橋16 施加扭矩，如圖2C中所示。為了維持車輛50的縱向驅動力，指令前橋馬達28減小施加至前橋20的扭矩。在圖3中，輪胎力極限特性繪製為牽引力場的正象限區。這有時稱為摩擦圓70。 因為輪胎可優化用於橫向或縱向牽引力，曲線組72(根據偏離角的函數)不是圓，而是橢圓。輪胎的摩擦極限由摩擦係數乘以負荷確定。可用摩擦可用於橫向力、縱向力或兩者的組合。因此，圖3中的曲線顯示了摩擦極限，其中如果縱向力和橫向力的組合使得落到相應於偏離角(slipangle)的曲線之外則輪胎滑動。正縱向力為加速力而負縱向力為制動力。 通過遵循一組極限曲線中的一個，能夠看出當輪胎縱向力增加時，可用的橫向力減小並且反之亦然。為了增加與一個車橋相關的輪胎的可用摩擦力，如果車輛上有合適的硬體，能夠在前橋和後橋之間重新分配扭矩或動力。例如，當將驅動力從後橋重新分配至前橋時，前橋橫向力將減小AFyf並且後橋橫向力將增加AFy-這樣，車輛的橫擺率狀態將會改變並且橫擺運動(yaw moment)的變量如下計算Fyf_new=Fyf+△FyfFyf_new=Fyf+△Fyf△Myaw= AFyflf-AFyrlr其中Fyf nra^nFfr mw*牽引力重新分配之後的相應的前橋橫向力和後橋橫向力。在圖2D中，If顯示為車輛50的重心80和前橋52之間的距離；並且L顯示為車輛的重心80 和後橋54之間的距離。通過利用先進的控制方法，這種輔助橫擺運動ΔΜ胃能夠用於增強轉向能力或限制過度的橫向車輛動力而不會有損車輛縱向性能。在左轉向操縱中，正AMyaw 可用於校正過度的車輛的過度轉向，例如圖2B中所示。負ΔΜ胃可用於補償過度的車輛轉向不足，例如圖2C中所示。然而，由於希望避免引起車輪空轉(即，輪胎和地面之間的不足的牽引力)，並且由於電池的荷電狀態不足或由於電池的溫度過高限制電池以提供所需電流水平至牽引馬達，可限制能夠重新分配的車輪扭矩。取決於當前扭矩請求水平和地面的牽引力狀況重新分配總可用車輪扭矩。為了避免引起車輪空轉的控制，車輪滑動控制器/調節器在每個車橋上實施為牽引力控制器以監視車輛滑動並且調節車輛滑動至指令的最佳滑動設定點。在單電動驅動車橋的情況下，可通過車輛瞬時功率極限、電池放電極限(荷電狀態(SOC)和溫度的函數)、電動車輛控制模式和馬達扭矩極限進一步限制總扭矩重新分配水平的量。所有的這些因素將最終確定可用於車輛動態控制的最大Δ M胃。在圖4中，通過流程圖顯示了控制方案的一個實施例。控制方案開始於框100中
的轉向請求。在框102處，基於駕駛員輸入、傳感器數據和車輛動態狀態(例如車輛速度、
橫擺率、橫向加速度和縱向加速度)確定所需和實際車輛橫擺率Ydes和Yart以及所需和實
際車輛偏離角(或側偏角)和3a。t。需要最小化橫擺率誤差Ydes-Yart和車身偏離角
誤差0des-i3a。t。然而，提供橫擺率調節不會同時最小化兩個誤差。在框104處，通過最小
化成本權重函數能夠發現優化的方案，例如 00
權利要求
1.一種在車輛中分配驅動力的系統，所述系統包括 連接至所述車輛的前橋和後橋；連接至所述前橋的前橋馬達； 連接至所述後橋的後橋馬達；電連接至所述前橋馬達和所述後橋馬達的電子控制單元(ECU)，所述ECU指令所述後橋馬達以在轉向不足情況下增加提供至所述後橋的扭矩。
2.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，還包括 連接至所述車輛的方向盤；連接至所述方向盤並且電連接至所述ECU的轉向傳感器； 車輛速度傳感器；連接至所述車輛和電連接至所述ECU的橫擺率傳感器和橫向加速度傳感器，其中所述 ECU基於來自所述轉向傳感器和所述車輛速度傳感器的信號確定所述車輛的所需橫擺率和所需偏離角並且基於來自所述橫擺率傳感器和所述橫向加速度傳感器的信號確定所述車輛的實際橫擺率和實際偏離角，其中轉向不足包括所述所需橫擺率的大小在轉向方向上超過所述實際橫擺率的大小第一閾值，並且過度轉向包括所述實際橫擺率的大小在轉向方向上超過所述所需橫擺率的大小第二閾值。
3.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，在轉向不足狀況下，所述ECU指令所述前橋馬達減小施加至所述前橋的扭矩。
4.如權利要求3所述的系統，其特徵在於，如下減小所述施加至所述前橋的扭矩 當所述前橋馬達作為馬達時減小至所述前橋馬達的電能；及當由所述前橋馬達提供的所述扭矩基本上為零時，所述前橋馬達作為發電機工作。
5.如權利要求4所述的系統，其特徵在於，由所述前橋馬達產生的所述電能被提供至所述後橋馬達。
6.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，在過度轉向情況下，所述ECU指令所述前橋馬達增加施加至所述前橋的扭矩。
7.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，在過度轉向情況下，所述ECU指令所述後橋馬達減小施加至所述後橋的扭矩。
8.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，在轉向不足狀況下，所述ECU指令所述前橋馬達減小施加至所述前橋的扭矩；及基於提供駕駛員所需的所述車輛縱向驅動力，增加施加至所述後橋的扭矩的大小和減小施加至所述前橋的扭矩的大小。
9.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，在過度轉向情況下，所述ECU指令所述前橋馬達增加施加至所述後橋的扭矩。
10.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，在過度轉向情況下，所述ECU指令所述後橋馬達減小施加至所述後橋的扭矩； 基於提供駕駛員所需的所述車輛縱向驅動力，減小施加至所述後橋的扭矩的大小和增加施加至所述前橋的扭矩的大小。
11.一種分配驅動力至車輛的前橋和後橋的方法，所述方法包括 估算所需橫擺率和所需車輛偏離角；估算實際橫擺率和實際車輛偏離角；及在過度轉向期間增加施加至連接至所述前橋的電動馬達的電能以最小化基於橫擺率誤差和車輛偏離角誤差的成本權重函數。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述橫擺率誤差基於所述實際橫擺率和所述所需橫擺率之間的差，並且所述車輛偏離角誤差基於所述所需車輛偏離角和所述實際偏離角之間的差，所述方法還包括在轉向不足期間增加施加至連接至所述後橋的電動馬達的電能以最小化所述橫擺率誤差和所述車輛偏離角誤差的成本權重函數。
13.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，還包括從連接至所述後橋馬達的電動馬達汲取電能與向前橋馬達提供電能相協調。
14.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，還包括基於最小化的所述成本權重函數確定所需輔助橫擺運動；及確定可用輔助橫擺運動，所述可用輔助橫擺運動受到下面至少一個限制車輪的牽引力狀況、連接至所述前橋馬達的電池的荷電狀態和所述電池的電池放電極限，其中確定提供至所述前橋馬達的所述電能和從所述後橋馬達汲取的所述電能以便提供所述所需輔助橫擺運動大小和所述可用輔助橫擺運動大小中的較小者。
15.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，還包括在轉向不足期間增加提供至連接至所述後橋的電動馬達電能以最小化所述成本權重函數。
16.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，還包括基於最小化的所述成本權重函數確定所需輔助橫擺運動；及確定可用輔助橫擺運動，所述可用輔助橫擺運動受到下面至少一個限制車輪的牽引力狀況、連接至所述前橋馬達的電池的荷電狀態和所述電池的電池放電極限，其中確定提供至所述前橋馬達的所述電能和從所述後橋馬達汲取的所述電能以便提供所述所需輔助橫擺運動大小和所述可用輔助橫擺運動大小中的較小者；及在轉向不足期間減小從連接至所述前橋的所述電動馬達汲取電能，其中當所述馬達正運轉為馬達時所述電能的大小減小並且當所述馬達正運轉為發電機時所述電能的大小增加。
17.—種分配驅動力至車輛的前橋和後橋的方法，所述方法包括估算實際橫擺率；估算所需橫擺率；及當所述所需橫擺率的大小超過所述實際橫擺率的大小時，向連接至所述後橋的後橋馬達提供電能。
18.如權利要求17所述的方法，其特徵在於，還包括當所述所需橫擺率的大小超過所述實際橫擺率的大小時從連接至所述前橋的馬達汲取電能；基於使得所述實際橫擺率基本上等於所述所需橫擺率確定所需輔助橫擺運動；及確定可用輔助橫擺運動，所述可用輔助橫擺運動受到下面至少一個限制車輪的牽引力狀況、連接至所述前橋馬達的電池的荷電狀態和所述電池的電池放電極限，其中確定提供至所述前橋馬達的所述電能和從所述後橋馬達汲取的所述電能以便提供所述所需輔助橫擺運動的大小和所述可用輔助橫擺運動的大小中的較小者。
19.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，基於連接至所述車輛的傳感器估算所述實際橫擺率並且基於轉向傳感器估算所述所需橫擺率。
20.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，以所述車輛的縱向速度不受較大影響的方式提供從連接至所述前橋的所述馬達汲取的所述電能以及直接地提供至與所述後橋連接的所述馬達的所述電能。
全文摘要
本發明提供一種在車輛中分配驅動力的系統及方法，所述系統包括連接至車輛的前橋和後橋；連接至前橋的前橋馬達；連接至後橋的後橋馬達；電連接至前橋馬達和後橋馬達的電子控制單元(ECU)，ECU指令後橋馬達以在轉向不足情況下增加提供至後橋的扭矩。本發明還提供一種分配驅動力至車輛的前橋和後橋的方法，該方法包括估算實際橫擺率；估算所需橫擺率；及在過度轉向期間向前橋提供電能，在轉向不足期間向後橋提供電能。此外，在過度轉向期間可以從後橋馬達汲取電能，在轉向不足期間，可以從前橋馬達汲取電能。本發明的優點在於在轉向不足和過度轉向的拐角情況下實施精確的扭矩分配增強車輛穩定性和性能。
文檔編號B60W30/18GK102218988SQ20111008392
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月31日 優先權日2010年4月16日
發明者於海, 梁偉, 瑞安·亞伯拉罕·麥吉, 鄺明朗 申請人:福特環球技術公司