用於調節車輛動力學特性的方法和系統的製作方法

2023-10-23 02:12:52

專利名稱：用於調節車輛動力學特性的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及車輛動力學特性(dynamics)領域。本發明特 別涉及調節車輛行駛動力學特性，並且更特別的涉及一種通過控制來 自車輛發動機的轉矩在車輛的至少兩個軸之間的分配來調節車輛行駛 動力學特性的方法。
背景技術：
用於車輛的轉矩分配器已知是一例如用於四輪驅動車輛的硬體， 該硬體被設置在變速箱輸出和兩軸車輛的兩個驅動軸之間。該硬體確 保在變速箱輸出和兩軸之間的總的轉矩容量總是大於變速箱輸出的最 大轉矩。同時地，當總是保持一個離合器被鎖住或者在所謂的同時狀 態時，前軸和後軸之間的轉矩能自由地改變。除非雙離合器裝置也用 作用來換檔的離合器脫開機構。例如WO 2005/035294 7〉開了這樣的石更件。更精確地，WO 2005/035294中公開了 一種車輛動力傳動系統和一種用於控制和調節 車輛動力傳動系統的方法。一齒輪箱置於車輛發動機和兩個車軸之間。 一個被控制且被調節的離合器設置在齒輪箱和車軸之間，其中可通過 一致動系統來調節該-故調節的離合器的傳遞率(transmissibility )。這 樣，依據兩個離合器的可調節的轉矩傳遞率在車軸之間分配驅動轉矩。 離合器的傳遞率可通過致動系統以這種方式調節，以便使一個離合器 可以在滑動模式中操作，而另一個離合器被維持在大致同時狀態，從 而在該兩軸之間分配驅動轉矩。該公開僅提及一種機械裝置，該機械 裝置可用於在軸之間分配轉矩。本領域的技術人員應理解，在軸之間 的轉矩分配影響車輛的行駛動力學特性。該文獻沒有公開如何以有效 方式控制該分配以便提供車輛行駛動力學特性的有利特徵。因此，需要有一種通過控制來自車輛發動機的轉矩在車輛的至少兩個軸之間的分配來調節車輛行駛動力學特性的方法，例如像WO 2005/035294中公開的通過控制轉矩分配控制器那樣。WO 2005/07311 7>開了一種控制機動車輛轉矩傳遞離合器的方 法，該離合器的接合狀態決定車輛的第一和第二車輪裝置之間驅動轉 矩的分配比率。至少一個和車輛的速度不同的車輛的操作參數在預定 情形被監控，該預定情形代表被車輛駕駛員發起並導致車輛速度增加 的加速過程。當辨認出一加速過程時，離合器被設置在一固定的預定 加速接合狀態中。由車輛驅動發動機提供的發動機轉矩和/或車輛的加 速踏板的位置優選地用作用於辨認加速度過程的代表性操作參數。然 而，在WO 2005/07311中公開的方法僅考慮到縱向加速度的發生，因 此從車輛動力學特性控制的角度來說該方法非常有限，例如沒有考慮 轉彎或減速的情形。US-4，966，249 7>開了在機動車輛的四個車輪上的主動轉矩分配控 制。藉助兩個加速度傳感器檢測車輛經受的縱向加速度和側向加速度。 基於通過傳感器測量的這些縱向和側向加速度，檢測車輛的運行模式， 響應於用於所檢測到的運行模式的預定控制程序而改變轉矩分配率和 差速器限制力，所述轉矩分配率是傳遞到前輪的轉矩部分與傳遞到後 輪的轉矩部分的比率。然而，如上所述，所公開的系統需要加速度傳 感器，這是主要缺點，因為任何附加設備，即，僅用於車輛動力學特 性的加速度傳感器，易於出錯並且昂貴。此外US-4，966，249討論了單 離合器裝置，限制了用於分配驅動轉矩的車輛動力學特性控制。因此， 一種通過控制來自車輛發動機的轉矩在車輛的至少兩個軸 之間的分配來調節車輛的行駛動力學特性的改進方法將是有利的，並 且尤其允許增加柔性和成本效益將會是有利的。發明內容因此，根據所附權利要求書，本發明通過提供一種方法、信號、 計算機可讀介質和一種系統，用於通過控制來自車輛發動機的轉矩在車輛的至少兩個軸之間的分配來調節車輛的行駛動力學特性，而設法 以單個或任何組合的方式減輕、緩和或消除現有技術中的 一個或多個上述不足和缺點，並解決至少以上提及的問題。按車輛動力學特性觀點，本發明允許轉矩分配控制器的全面控制。根據該發明的一個方面，提供一種用於通過控制來自車輛發動機的方法，其中該方法包括利用在不同的軸之間的名義(nominal)速度 差作為輸入值來控制轉矩分配。根據該發明的另一個方面，提供一種用於調節車輛的行駛動力學 特性的系統。該系統適於控制來自車輛發動機的轉矩在車輛的至少兩 個軸之間的分配。該系統包括用於利用不同的軸之間的名義速度差作 為輸入值來控制所述轉矩分配的裝置。根據本發明的另一方面，提供一種計算機可讀介質，該計算機可 讀介質包含包含在其中的用於被計算機處理的電腦程式，該計算機 程序用於調節車輛行駛動力學特性。該電腦程式包括用於計算機可 讀介質的代碼段，該計算機可讀介質具有包含在其中的用於被計算機 處理的電腦程式，該電腦程式用於調節車輛的行駛動力學特性， 其中所述電腦程式被配置成控制來自車輛發動機的轉矩在車輛的至 少兩個軸之間的分配。該電腦程式包括一代碼段，用於利用不同的 軸之間的名義速度差作為輸入值來控制轉矩分配。根據本發明的又一方面，提供一輸入信號，用於調節車輛的行駛 動力學特性。該信號是在一系統中用於調節行駛動力學特性的輸入信 號，所述系統適於控制來自車輛發動機的轉矩在車輛的至少兩個軸之 間的分配。所述信號包括用於根據不同的軸之間的名義速度差來控制 轉矩分配的信息，其中所述信號是用於調節車輛的行駛動力學特性的 輸入值。本發明相對於現有技術的優點在於，本發明提供了調節車輛的行 駛動力學特性的有利方式。更精確地說，本發明的一些實施例能夠避 免車輛的牽引問題。本發明的這些和其它的方面、特徵及優勢將會從下述關於本發明一個具體的實施例的描述而顯現和闡明，參照附圖，其中圖l是在ISO坐標系中輪胎接地點處的速度向量的示意圖；和 圖2是用於實施本發明的示例性動力傳動系統的示意圖。
具體實施方式
以下說明本發明的實施例，該實施例適用於兩軸、四輪驅動汽車。 然而，應理解，本發明不限於該應用，而是能應用在許多其它車輛上， 包括例如卡車。另外這種車輛可具有兩個以上的軸。圖2是用於實施本發明的示例性動力傳動系統的示意圖。在該圖 中，示意地描述一兩軸全輪驅動車輛。該車輛具有一左前輪1， 一右 前輪2， 一左後輪3，和一右後輪4。來自發動機100的轉矩傳遞到變 速箱110並且進一步傳遞到設置在變速箱110的輸出和兩軸車輛的兩 個驅動軸之間的轉矩分配器。動力傳動系統還包括在變速箱和前軸之 間的第一離合器120和在變速箱和後軸之間的第二離合器130。該硬 件確保在變速箱輸出和兩軸之間的總的轉矩容量總是大於變速箱輸出 的最大轉矩。同時地，當總是保持一個離合器被鎖住或者在所謂的同 時狀態下時，前軸和後軸之間的轉矩可自由地改變。除非雙離合器裝 置用作用於換檔的離合器脫開機構。此外，該動力傳動系統包括一前 差速器125和一後差速器135。如下所述，

圖1是車輛的速度矢量的 示意圖，所述車輛具有在適當的位置使用相同附圖標記的動力傳動系 統。如果情況允許，諸如在圖2中所示或在PCT2005035294-A1中公 開的以上提及的雙聯接器的轉矩分配系統能自由地改變在前軸與後軸 之間的轉矩分配。然而，車輛的狀態不能總是允許雙聯接器從一個狀 態轉變到另外的狀態，因為當時車輛的狀態所包括的實際軸速度差太 大並且狀態轉變會導致噪聲、振動和不平順性(NVH)的問題。在本 文中雙聯接器的狀態的含義是前軸或後軸通過鎖住兩個聯接器中的一個而同時地連接至變速箱輸出，並且另一個聯接器的轉矩傳遞通過使 離合器滑動來控制。從車輛動力學特性觀點來看，為了能夠分配驅動 轉矩到前軸和後軸，必須應用兩個狀態。例如在低速下的急彎中，系 統必須主要驅動前軸，並且藉助正在滑動的後離合器上的受控轉矩容 量將轉矩傳遞給後軸。另一方面，在超過某一速度的轉彎時，為了確 保自由地分配驅動轉矩，必須主要驅動後軸。發明人已經認識到，在這些提高的速度下的車輛動力學特性的狀 態導致在前差速器和後差速器之間的名義速度差，所述名義速度差在 後面比在前面大，即，它在低速轉彎時具有相反的符號。因此本發明的實施例涉及一種控制方法，該方法藉助來自現有的 車輛系統的信號的幫助確定車輛狀態和雙聯接器裝置的最適當的控制 模式，所述現有的車輛系統例如其它電子控制單元，如防抱死制動系統(ABS)、電子穩定程序(ESP)和發動機管理系統。根據本發明的一個實施例，藉助雙聯接器裝置的電子控制單元中 的基準模型，通過使用來自ABS/ESP單元和發動機管理系統的信號計 算兩個差速器之間的名義速度差。雙聯接器裝置的電子控制單元根據 一些實施例可物理地定位在雙聯接器裝置上，或根據其它實施例該方 法可在現有電子控制單元的硬體上運行的軟體中實現，所述現有電子 控制單元例如是ABS/ESP的電子控制單元。名義速度差用作基礎信號以確定如上文所提到的雙聯接器裝置或 等效的轉矩分配裝置的控制狀態。兩個基礎控制狀態可區別為主要前 輪驅動(FWD)和主要後輪驅動(RWD)。主要FWD意味著變速箱 輸出和前差速器的同步狀態。主要後輪驅動(RWD)狀態意味著變速 箱輸出和後差速器的同步狀態。當然，狀態轉變可僅發生在考慮噪聲、 振動和不平順性(NVH)問題時實際速度差所允許的情況下。也就是 說，實際速度差應較低。參照圖l，在軸之間的自由滾動名義速度差被定義為—《=[cos^ — l si" as闊(1)其中AK是在軸差速器之間的速度差 Ff7是前軸的縱向速度(前差速器的速度) F&w是後軸的縱向速度(後差速器的速度) 其它變量參見在下述的術語說明。在上面的公式(1)中，縱向、橫向和橫擺速度被假定為藉助測量 得到的已知信號，這通過處理來自現有傳感器的速度信號或估算技術 來實現。不需要額外的加速度傳感器，其專門用於為這種車輛動力學 特性調節方法提供信號的單個目的。信號質量和精確度超出本發明的 範圍。軸速度差AF可被轉換為在雙聯接器裝置上的角速度差，包括 可能在機械上不同的主減速比。根據一個實施例，是來自雙聯接器裝 置的兩個輸出軸之間的速度差的符號確定可能的控制狀態，可通過在 前軸和後軸中主減速器的機械傳動比的差而改變所述控制狀態。在現 在所述的具體實施例中，較詳細地解釋該速度差的使用。更精確地，本發明的一示例性實施例如下1. 使用一與測得的信號結合的基準模型計算在前差速器和後差速 器之間的名義速度差。該名義速度差是確定雙聯接器裝置的控制狀態 的信號之一。2. 基準模型和測得的信號的結果確定控制狀態，該控制狀態總是 允許驅動轉矩傳遞到所有驅動輪。只要不在同時狀態下的離合器上的 滑動是正的，就可確保驅動轉矩。也就是說，輸入軸(來自變速箱) 比輸出軸(到軸差速器)運行得快。3. 控制狀態的選擇避免在低速度範圍內的急彎中基於後輪驅動 (RWD)"附加(hang-on)"車輛的(牽引)控制問題，以及因而引起 的較差的越野性能。在急彎中，前軸比後軸具有較大的曲線半徑並且 從而前軸必須比後軸運行得快。根據本實施例，名義上最快的軸應該 和變速箱輸出同步運行。4. 控制狀態的選擇避免基於FWD"附加，，的車輛在中等速度範圍 內(50-120 km/h)轉彎時的動力開啟轉向不足問題。超過某一速度，後軸將比前軸運行較大的曲線半徑。因此後軸應該在這些提高的速度 下同步運行以確保所有車輪處的驅動轉矩而在前輪中沒有一個車輪過 度滑動。這是通過使用上述名義速度差作為用於控制雙連接器的狀態 的輸入參數來保證的。根據本發明用於調節車輛的行駛動力學特性的上述方法和系統的應用和使用是多種的，並且包括諸如四輪驅動(4WD)乘用車和卡車 的示例性領域。本發明可在任何合適的形式中實施，包括硬體、軟體、固件或它 們的任意組合。然而，優選地，本發明實施為在一個或多個數據處理 器和/或數位訊號處理器上運行的計算機軟體。本發明的實施例的元件 和部件可在任何合適的方式中在物理上、功能上以及邏輯上實施。實 際上，該功能可在單個單元或多個單元中實施，或者作為其它功能單 元的部分實施。同樣的，本發明可在單個單元中實施，或者可在物理 上和功能上分布在不同的單元和處理器之間。儘管上文參照具體實施例說明了本發明，但不意在將本發明局限 於如前所述的具體形式。而是，本發明僅通過所附權利要求書限制， 不同於如前所述具體的實施例的其它實施例都可在所附權利要求書的 範圍內，例如，與上述不同的聯接裝置。在權利要求中，術語"包括，，不排除其它單元和步驟的存在。而且， 雖然單獨地列出，但可通過單個單元或處理器實施多個裝置、元件或 方法步驟。另外，儘管單獨的特徵可能被包含在不同的權利要求中， 但它們可有利地組合，同時在不同權利要求中的包括不表明特徵的組 合是不可行的或是不利的。另外，單個的參考不排除多個。術語"一"、 "第一"、"第二，，等不排除多個。權利要求中的附圖標記僅作為澄清的 例子被提供，決不應理解為對權利要求的限制。術語說明前軸到重心的距離b後軸到重心的距離1軸距r橫擺速度r作為下標圓周的s作為下標滑動t輪距u縱向速度V側向速度X作為下標縱向y作為下標側向F前R後P車速的極點(曲線中心)V速度向量w車輪坐標系側滑角P車輛側滑角8轉向角
權利要求
1.一種通過控制來自車輛發動機的轉矩在所述車輛的至少兩個軸之間的分配來調節車輛的行駛動力學特性的方法，包括利用不同軸之間的名義速度差作為輸入值來控制所述轉矩分配。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中所述車輛具有兩個軸，每個 軸都分別具有在其相對側的兩個轂和所述兩個轂之間的差速器，其中 所述名義速度差是前差速器與後差速器之間的名義速度差。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，包括藉助分配轉矩的雙聯接 器裝置的電子控制單元中的基準模型，通過使用來自車輛的ABS/ESP 單元和發動機管理系統的信號計算軸差速器之間的所述名義速度差。
4. 根據權利要求3所述方法，其中所述計算和控制在所述雙聯接 器裝置的電子控制單元中進行。
5. 根據權利要求4所述的方法，其中所述計算和控制在所述車輛 的已經存在的電子控制單元中進行。
6. 根據上述權利要求中的任意一個所述的方法，其中所述名義速 度差用作基礎信號以確定轉矩分配裝置的控制狀態，所述轉矩分配裝 置控制來自車輛發動機的轉矩在所述車輛的至少兩軸之間的分配。
7. 根據權利要求6所述的用於具有一前軸和一後軸的車輛的方 法，其中所述控制狀態包括兩個基礎控制狀態，所述兩個基礎控制狀 態是主要前輪驅動(FWD)控制狀態和主要後輪驅動(RWD)控制 狀態，所述主要前輪驅動(FWD)控制狀態包括來自發動機的變速箱 輸出和在前軸處的前差速器的同步狀態，所述主要後輪驅動(RWD) 控制狀態包括來自發動機的變速箱輸出和在後軸處的後差速器的同步 狀態。
8. 根據權利要求7所述的方法，包括使用車輛的基準模型結合測 量到的信號來計算前差速器和後差速器之間的名義速度差，用於確定 所述轉矩分配裝置的控制狀態，其中基準模型和測量到的信號的結果 確定總是允許驅動轉矩到達所有驅動輪的控制狀態。
9. 根據權利要求7或8所述的方法，包括將名義上最快的軸鎖止 成在與車輛變速箱的輸出同步的狀態下運行，以便避免牽引控制問題。
10. 根據上述權利要求中的任意一個所述的方法，其中所述名義 速度差是四輪驅動車輛的兩個軸之間的自由滾動名義速度差值，其定 義為formula see original document page 3其中AK是前軸差速器與後軸差速器之間的速度差，K&^是前軸的縱向速度或前差速器的速度，b7是後軸的縱向速度或後差速器的速度，u是車輛的縱向速度，v是車輛的側向速度，r是車輛的橫擺速度，a是側滑角，以及S是車輛的轉向角。
11. 根據權利要求10所述的方法，其中用於計算所述速度差的所 述輸入參數來自通過車輛已有的部件或測量技術提供的信號。
12. —個用於調節車輛行駛動力學特性的系統，所述系統能控制 來自車輛發動機的轉矩在車輛的至少兩個軸之間的分配，所述系統包括用於利用不同的軸之間的名義速度差作為輸入值來控制所述轉矩 分配的裝置。
13. —種計算機可讀介質，其具有包含在其中的用於通過計算機 處理來調節車輛行駛動力學特性的電腦程式，其中所述電腦程式 配置成控制來自車輛發動機的轉矩在車輛的至少兩個軸之間的分配， 其中所述電腦程式包括一代碼段，其利用不同的軸之間的名義速度差作為輸入值來控制 所述轉矩分配。
14. 一種輸入信號，其用於在一系統中調節車輛的行駛動力學特 性，所述系統能控制來自車輛發動機的轉矩在車輛的至少兩個軸之間 的分配，所述信號包括來自不同的軸之間的名義速度差的用於控制所 述轉矩分配的信息，其中所述信號是用於調節所述車輛的行駛動力學 特性的輸入值。
全文摘要
本發明公開了一種通過控制來自車輛發動機的轉矩在車輛的至少兩個軸之間的分配來調節車輛行駛動力學特性的方法。所述方法包括利用不同的軸之間的名義速度差作為輸入值來控制所述轉矩分配。根據一實施例，所述雙聯接器裝置的兩個輸出軸之間的速度差的符號用於確定雙聯接器的控制狀態。
文檔編號B60K23/08GK101326072SQ200580052214
公開日2008年12月17日 申請日期2005年12月2日 優先權日2005年12月2日
發明者E·德倫特 申請人:哈爾德克斯引力股份公司