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CN103373344A - 机动车牵引及转弯特性改进 - Google Patents

机动车牵引及转弯特性改进 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于具有前轮驱动及电控锁止式差速器的机动车在转弯时的控制方法。其基于车辆驾驶员的控制预先设置计算机动车的运动模型，且测量机动车的横向运动参数。确定测量的横向运动参数与运动模型的模型化横向运动参数的偏差以及转弯时内侧前轮的旋转速度和转弯时外侧前轮的旋转速度的偏差，如果内侧前轮的旋转速度不低于外侧前轮的旋转速度且如果测量的横向运动参数偏离模型化的横向运动参数，则减少旋转速度之间的偏差。根据本发明，通过向锁止式差速器施加锁止转矩和/或单侧制动机动车在转弯时位于内侧的至少一个车轮来作为转弯时确定的机动车的操作参数的函数减少旋转速度之间的偏差或内侧前轮的旋转速度。

Description

机动车牵引及转弯特性改进
技术领域
本发明涉及一种用于具有前轮驱动及电控锁止式差速器的机动车辆在转弯时的控制方法。
背景技术
在具有大驱动力的前轮驱动的机动车辆中，由于在转弯时产生的离心力，在转弯时减轻内侧的驱动轮。在此背景下，内侧的驱动轮在对地面的抓地力减少，结果可能会产生打滑，也就是说，在特定时间，设置在车轮外侧面上的点的循迹速度的绝对值高于与地面有关的车轮与地面的接触面的运动速度的绝对值。打滑引起抓地力减少，这是由于车轮可能对地面不施加力或施加很少的力。在此背景下，加上车轮更大的磨损，这是有问题，具体说，仅能获得减少的机动车辆横向加速度，因而机动车辆遵循相应增大的弯道半径且在最坏情况下脱离弯道。
由于该问题众所周知，在现有技术中可找到多种用于在转弯时减少或防止内侧的前轮打滑的方法。例如，根据出现的打滑限制发动机转矩是公知的，然而这与驾驶员加速机动车的意图背道而驰，并因此经历对可控性的强力干预。此外，公知的是，可执行对打滑车轮的制动。然而，在此背景下，浪费了运动能量，出现了制动器的更大磨损并且发动机功率没有完全转化成机动车的加速度。限制将驱动转矩分配至一个轴的车轮简单差速器的均衡效应的机械限制锁止式差速器也是公知的。然而，在很多情况下，机械锁止式差速器负面影响机动车的自动控制行为，并需要在发生侧滑时的行为与传统的驱动行为之间取得折衷。由于这个原因，有人提出了一种更灵活的解决方案，其中，可以通过电子的方式预先确定锁止式差速器的锁止扭矩。然而，在此背景下，在很多情境中，在向驾驶员反馈控制转矩时也出现非预期的负面效应，驾驶员有意识或无意识地利用该反馈控制机动车。
发明内容
本发明因此提供了一种用于具有前轮驱动及电控锁止式差速器的机动车辆在转弯时的控制方法。所述方法至少包含以下步骤：
基于机动车驾驶员的控制预先设置计算机动车辆的运动模型；
测量机动车辆的横向运动参数；
确定测量的横向运动参数与运动模型的模型化横向运动参数的偏差；
确定转弯时内侧前轮的旋转速度与转弯时外侧前轮的旋转速度的偏差，并基于此，
如果内侧前轮的旋转速度不低于外侧前轮的旋转速度且如果测量的横向运动参数偏离模型化的横向运动参数，则减少旋转速度之间的偏差，或者
如果内侧前轮的旋转速度低于外侧前轮的旋转速度且如果测量的横向运动参数偏离模型化的横向运动参数，则降低内侧前轮的旋转速度。
根据本发明，在此背景下，通过向锁止式差速器施加锁止转矩和/或单侧制动机动车辆在转弯时位于内侧的至少一个车轮来作为转弯时确定的机动车辆的操作参数的函数减少旋转速度之间的偏差。
本发明具有以下益处：可以选择一种各自合适的用于减少打滑的步骤作为环境的函数。然而，只有当机动车的实际运动行为偏离模型行为时该措施才有效。因此，可以减少根据现有技术出现的对机动车的可控性的限制且与此同时可以在预先设置的运动模型的方向上改进机动车的转弯行为。转弯时确定的操作参数可以是，例如，横向加速度、偏航的测量（也即机动车辆沿垂直轴线的旋转）、车轮的旋转速度、单个车轮传递的转矩、机动车辆的速度、乘客厢的倾斜度、方向盘的偏斜、环境温度、空气湿度、空气压力、轮胎压力或上述若干个参数的结合。横向运动参数优选为横向加速度，偏航的测量或在一定时间段内机动车辆的瞬时运动方向上横向行进的距离的测量。
在该方法中，优先确定机动车的横向加速度。在此背景下，在附加条件下，即横向加速度大于阈值加速度时将锁止转矩施加至锁止式差速器。除了μ-分离（μ-split）的情况，只有当足够的横向力的传递发生并且因此横向加速度超过特定的数值时内侧前轮的旋转速度才会大于外侧前轮的旋转速度。横向加速度因此有助于区分转弯时的μ-分离情况和打滑，结果使分别处理成为可能。
可在附加条件下，即横向加速度低于第一阈值加速度时，可以对机动车转弯时处在内侧的至少一个车轮执行单侧制动。在低于阈值加速度时，相对于通过锁止式差速器的控制，对于增加抓地力和偏航，单侧制动更有效率。然而，高于阈值加速度时，除了将锁止转矩应用于锁止式差速器，还可有益地执行单侧制动。
可选地或附加地，在附加条件下，即内侧前轮的旋转速度和外侧前轮的旋转速度之间的偏差在预定时间段内未减少至少预先确定的数值时，还可对机动车转弯时处在内侧的至少一个车轮执行制动，其中，在该预定的时间段内将锁止转矩应用于锁止式差速器。此处单侧制动认为是对机动车的动能的浪费且仅当使用锁止式差速器明显不够减少打滑时被优先使用。此处执行单侧制动可作为将锁止转矩应用于锁止式差速器的一种可选方式或可作为将锁止转矩应用于锁止式差速器的附加措施。如果在将锁止转矩应用于锁止式差速器的期间执行单侧制动，最好对机动车转弯时内侧的后轮制动。这可在附加条件下执行，即机动车的横向加速度大于第二阈值加速度。除了使用锁止式差速器之外，此处单侧制动也可以用于例如增加车辆的偏航。
转弯时位于内侧的至少一个车轮优选为机动车的后轮。制动后轮不与机动车的前轮驱动发生冲突。
锁止转矩作为内侧前轮的旋转速度与外侧前轮的旋转速度之间的偏差的函数有利地选择。因此，可根据打滑发生的程度安排对机动车驾驶行为的干预的强度。
根据本发明的方法中，可以确定直行信号，如果机动车直行行进则该直行信号具有最大绝对值，如果机动车的转弯角度较大，则其始终具有相对低的绝对值。根据本发明，可以将直行信号作为横向运动参数和/或作为转弯时确定的操作参数。最好基于至少下述其中之一确定直行信号：方向盘调节，机动车的偏航或机动车的横向加速度。
根据本发明的直行信号确定的方法的多个实施例中，也可能作为直行信号的补充值的函数选择锁止转矩。因此，锁止转矩变成转弯角度的函数。具体说，锁止转矩可以随着直行信号变小而变大，因此机动车执行的转弯或将要执行的转弯的角度变得更大。此处的补充值指的是这样一种数值，如果初始值变大则其变小，如果初始值变小则其变大。如果将直行信号限制在0到1之间的范围，则可通过用1减去直行信号而获得补充值。
如果测量的机动车的横向运动参数变得比模型化横向运动参数更大，则优选减少锁止转矩。在这种情况下，机动车实际正驶过的弯道比模型化的弯道更急剧，因此，一方面，这对车辆乘员或其他人会产生危险，但另一方面，整体降低了减少打滑的需要。如果打滑发生在转弯时处于外侧的前轮，这可以是一种迹象，例如，光滑的地面是引起问题的原因，则也可以减少锁止转矩。
在本发明的优选实施例中，仅在进一步的条件下，即机动车的测量的横向运动参数小于模型化的横向运动参数时，对至少一个转弯时处在内侧的车轮执行制动。
对至少一个转弯时处在内侧的车轮制动时，施加的制动力最好作为内侧前轮的旋转速度和外侧前轮的旋转速度之间的偏差的函数进行选择。因此施加的制动力是实际上发生的打滑的函数，其避免机动车突然的驱动行为。在此背景下，制动力最好作为内侧前轮的旋转速度和外侧前轮的旋转速度之间的偏差的单调上升函数进行选择。
本发明的第二方面涉及具有通过机动车的控制单元执行的控制程序的计算机可读存储媒介，其执行本发明的第一方面。
本发明的第三方面针对具有前轮驱动和电控锁止式差速器的机动车。该机动车包含设计成执行本发明的方法的控制单元。
附图说明
图1表示机动车的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行更详细的阐释。图1显示了机动车1的示意图，其中，一些与本阐释无关且在现有技术中惯用的元件已被省略。附图中的机动车1具有前轮驱动，结果是前轮3和前轮4不仅用于机动车的转向而且也用于它的驱动。通过电控锁止式差速器2将发动机（未显示）产生的驱动转矩分配至两个前轮，可以向差速器2施加锁止转矩以限制差速齿轮的均衡效应。控制单元7控制锁止式差速器2，其也控制安装在前轮3、4以及后轮5、6上的刹车片8至11。控制单元7接收多个输入信号12，该输入信号12包括多个测量信号及机动车驾驶员的控制预先设置并用于产生机动车的运动模型。控制单元7设计成执行本发明的方法，结果是更好的转弯行为、更少的轮胎损耗及与此同时通过更好的驾驶舒适度增加伴随的驾驶安全成为可能。可选地，与刹车系统分离的第二控制单元也可以控制锁止式差速器2，但这两种控制单元取得相同的运动模型。
虽然本发明已通过示例性实施例详细地阐述或说明，但并非通过公开的实施例限制本发明。本领域技术人员在不脱离本发明的权利要求限定的保护范围的情况下可获得多种变换方式。

Claims (18)

1.一种用于具有前轮驱动和电控锁止式差速器（2）的机动车（1）在转弯时的控制方法，具有下述步骤：
基于机动车（1）驾驶员的控制预先设置计算机动车（1）的运动模型；
测量机动车（1）的横向运动参数；
确定测量的横向运动参数与运动模型的模型化横向运动参数的偏差；
确定转弯时内侧前轮（3）的旋转速度和转弯时外侧前轮（4）的旋转速度的偏差；及
如果内侧前轮（3）的旋转速度不低于外侧前轮（4）的旋转速度且如果测量的横向运动参数偏离模型化的横向运动参数，则减少旋转速度之间的偏差，或者
如果内侧前轮的旋转速度低于外侧前轮的旋转速度且如果测量的横向运动参数偏离模型化的横向运动参数，则降低内侧前轮的旋转速度，其特征在于，
通过向锁止式差速器（2）施加锁止转矩和/或单侧制动机动车（1）在转弯时位于内侧的至少一个车轮（3，5）来作为转弯时确定的机动车（1）的操作参数的函数减少旋转速度之间的偏差或内侧前轮的旋转速度。
2.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，还确定机动车（1）的横向加速度，在横向加速度大于阈值加速度的附加条件下，将锁止转矩施加至锁止式差速器（2）。
3.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，在横向加速度低于第一阈值加速度的附加条件下，对转弯时处在机动车（1）的内侧的至少一个车轮（3，5）执行单侧制动。
4.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，在附加条件下，即在内侧前轮（3）的旋转速度和外侧前轮（4）的旋转速度之间的偏差在预定的时间段内未减少至少预先确定的数值时，对机动车（1）在转弯时处在内侧的至少一个车轮（3，5）执行制动，其中，在该预定的时间段内将锁止转矩应用于锁止式差速器（2）。
5.根据权利要求2或3或4所述的方法，其特征在于，在将锁止转矩施加至锁止式差速器（2）时，如果机动车（1）的横向加速度高于第二阈值加速度，则制动机动车（1）在转弯时处在内侧的后轮（5）。
6.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，转弯时处在内侧的至少一个车轮（3，5）是机动车（1）的后轮（5）。
7.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，锁止转矩作为内侧前轮（3）的旋转速度与外侧前轮（4）的旋转速度之间的偏差的函数进行选择。
8.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，确定直行信号，如果机动车（1）直行行进则该直行信号具有最大绝对值，如果机动车（1）的转弯角度较大，则其始终具有相对低的绝对值。
9.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，基于至少下述其中之一确定直行信号：方向盘调节，机动车（1）的偏航或机动车（1）的横向加速度。
10.根据权利要求7或8或9任一权利要求所述的方法，其特征在于，锁止转矩作为直行信号的补充值的函数进行选择。
11.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，如果机动车（1）的测量的横向运动参数变得比模型化的横向运动参数大，则减少锁止转矩。
12.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，如果转弯时处在外侧的前轮（4）发生打滑则减少锁止转矩。
13.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，仅在进一步的条件下，即机动车（1）的测量的横向运动参数小于模型化的横向运动参数时，对至少一个转弯时处在内侧的车轮（3，5）执行制动。
14.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，为了制动至少一个转弯时处在内侧的车轮（3，5）而施加的制动力作为内侧前轮（3）的旋转速度和外侧前轮（4）的旋转速度之间的偏差的函数进行选择。
15.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，如果内侧前轮（3）的旋转速度低于外侧前轮（4）的旋转速度，还可以在内侧车轮（3，5）上执行单侧制动干预。
16.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，制动力作为内侧前轮（3）的旋转速度和外侧前轮（4）的旋转速度之差的单调上升的函数进行选择。
17.一种具有由机动车（1）的控制单元（7）执行的控制程序的计算机可读存储媒介，其执行前述任一权利要求的方法。
18.一种具有前轮驱动、电控锁止式差速器（2）和控制单元（7）的机动车（1），控制单元（7）设计成执行权利要求1至15中任一所述的方法。
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