CN101400541A - 具有电子控制中心耦合器的稳定性增强牵引控制 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于具有第一与第二轴的车辆的控制***，其包含：耦合设备，其适用于在第一与第二轴之间分配转矩；牵引控制器，其用于从车辆发动直到预定车辆速度控制差动设备的运行。牵引控制器被配置为根据表示低牵引运行条件的至少一个车辆运行参数接合第一运行状态中的耦合设备，并进一步根据实际车辆横摆率与预定目标车辆横摆率之间的差在低牵引运行条件期间控制第二车辆运行状态中的耦合设备的接合。

Description

具有电子控制中心耦合器的稳定性增强牵引控制

相关申请的交叉引用

本申请要求2006年2月15日提交的美国临时专利申请No.60/773,493的优先权，其整体并入此处作为参考。

技术领域

本发明涉及增强车辆稳定性的车辆控制***。

背景技术

车辆稳定性控制***越来越多地用在汽车工业之中，并将成为许多车辆中的标准设备。市场中的大多数车辆稳定性控制***是基于制动器的。基于制动器的稳定性控制***使用防抱死制动***(ABS)硬件来施加单独的车轮制动力，以便校正车辆横摆动态(yaw dynamics)。尽管基于制动器的***在许多情况下可接受，它们倾向于使车辆的纵向性能劣化，特别是在车辆加速过程中。

发明内容

用于具有第一与第二轴的车辆的控制***被设置为包含：耦合设备，其适用于在第一与第二轴之间分配转矩；牵引控制器，其用于从车辆发动一直到预定车速对耦合设备的运行进行控制。牵引控制器被配置为根据表示低牵引运行条件的至少一个车辆运行参数接合第一车辆运行状态中的耦合设备，并进一步根据实际车辆横摆率与预定目标车辆横摆率之间的差在低牵引运行条件期间控制第二车辆运行状态中的耦合设备的接合。

本发明的一实施例包含有效(active)稳定性控制方法，其使用耦合设备在保持纵向运动的同时增强车辆横向动态。本发明另一实施例包括控制***，其提供牵引控制的稳定性增强。稳定性增强牵引控制在开节流阀(on-throttle)、T型接合车辆发动的情况下被评估。实验数据显示出牵引控制运行模式中显著的稳定性改进。

附图说明

图1为示例性全车轮驱动车辆传动系(drive-train)构造的原理图；

图2为根据本发明一实施例的控制***使用的示例性电子控制耦合设备；

图3示出了使用电子控制中心耦合设备的示例性车辆的动态以及当接合与解除接合电子控制中心耦合设备时在车辆横摆控制上的作用；

图4为根据本发明一实施例的控制***的原理图；

图5为根据本发明一实施例用于图4的控制***的电子控制单元的原理图；

图6和7示出了对于使用中心耦合器的车辆在低摩擦表面上的开节流阀车辆转向操纵的性能比较；

图8和9示出了使用采用中心耦合器的车辆在低摩擦表面上的开节流阀转向操纵的性能比较；

图10和11示出了使用采用根据本发明一实施例的控制***的车辆对于开节流阀T型接合车辆发动的性能比较。

具体实施方式

现在参照附图(其并非旨在对本发明进行限制)，图1原理性地示出了包含横向定位发动机22的示例性全车轮驱动车辆传动系构造20。发动机22通过前轴或传动轴26被联结到一对前轮24a、24b，并通过后轴30被联结到一对后轮28a、28b。前轴26由发动机22主要且直接地驱动。后轴30经由动力传送单元(PTU)以及中心耦合设备或耦合器32被间接驱动。后轴30通过一个或一个以上的驱动或传动轴机械联结到前传动轴26。视情况可选的电子控制止滑差动机构(ELSD)34用于将后传动轴转矩偏置(bias)到后轮28a、28b。尽管图1所示的传动系构造为转矩被应请求地传送到后轴30的通常前驱动(normally front-drive)构造，本发明不限于此，并可包括通常后驱动构造。

中心耦合器32——例如图2所示Eaton公司制造的名为HTC-ITM的电子控制中心耦合器——被连接到传动轴，并适用于从前传动轴26向后轴30传送转矩。图2所示示例性锁定中心耦合器32为电子控制全车轮驱动耦合器，其被设置为车辆后轴驱动模块的集成部件。响应于来自电子控制单元(ECU)的输入信号，中心耦合器32平滑且迅速地从车辆传动轴向后驱动模块的准双曲线小锥齿轮传送动力。

参照图2，动力传送由布置在耦合轴42——车辆的传动轴被附着于其上——与准双曲线小锥齿轮44之间的有效控制湿型多盘离合器40提供。离合器接合限制车辆传动轴与准双曲线小锥齿轮44之间的滑动，通过这样做，转矩从传动轴被传送到准双曲线小锥齿轮44，其大小将小于或等于离合器转矩。盖劳特型机载(gerotor-type on-board)液压油泵46提供液压，以便在耦合轴42旋转时致动离合器活塞48。静态液压岐管50包括进油口52，通过进油口52，泵46从槽吸取油，以便排放到与活塞48以及至少一个螺线管操作压力调节阀54直接连通的通道中。当阀54解除激励时，油自由地流过阀并流回到槽，导致离合器致动活塞48上的很小的液压或没有液压。当阀54被激励时，油流受到对致动活塞48产生液压的阀的限制，根据与液压水平成比例的水平接合离合器40。关于中心耦合器32的运行和结构的进一步的细节在待准美国专利申请No.11/167,474中介绍，其属于本发明的受让人，并整体并入此处作为参考。

锁定中心耦合器32提供快速耦合转矩施加和移除，其对基于驱动线(driveline)转矩控制的车辆动态运行(本发明的着重点)以及与许多当前的基于制动器的车辆动态干预***的兼容性来说都是所希望的。为了支持这种操作，中心耦合器32显示出小于大约50毫秒的接合与解除接合时间。在一运行模式下，如果前轴轮速大于后轴轮速且正的发动机转矩正在被传送到传动系(例如发动机正在被节流(throttled))，转矩从前传动轴26被传送到后轴30。

在车辆运行过程中，中心耦合器32周期性地被接合或锁定，以便从前轴26向后轴30传送转矩。进行这种操作以保持车辆牵引。对于车辆牵引控制，中心耦合器32被接合的程度可以基于但不限于车辆节流阀位置以及前轮滑动程度(例如，滑动越大，接合越大)。然而，在T型接合(以直角交叉的两个路面之间的接合)发动过程中和发动机在重节流阀下急剧转向过程中操作中心耦合器32造成车辆的过度转向行为，或在车辆后轮上引入大的滑动角。图3示出了使用中心耦合器的示例性车辆的动态以及当接合和解除接合中心耦合器时在车辆横摆控制上的作用。

根据本发明一实施例，提供了控制***58和控制中心耦合器的接合的方法，以便在保持牵引的同时保持车辆的稳定性。本发明的控制***58和方法基于希望横摆率与实际车辆横摆率之间的差对中心耦合器接合进行调制。中心耦合器的有效控制接合以及相应地由中心耦合器传送的转矩量，减轻了引入不希望的车辆横摆运动的过度转向行为。本发明在发动和加速期间对中心耦合器进行控制，以便保持驱动线动力和横摆稳定性。

如图4所示，控制***包含：控制单元60，例如包含其中已经存有例如一个或一个以上的映射图——其包含车辆运行参数信息——的存储器装置的基于微处理器的电子控制单元(ECU)；至少一个车辆传感器62，例如但不限于横摆率传感器、车轮速度传感器、横向加速传感器和/或转向角传感器。控制单元提供到中心耦合器32以及ELSD 34的输入信号，以便控制这些装置的接合以及解除接合。控制ELSD 34的方法在并行待准美国专利申请“Stability-Enhanced Traction and Yaw Control usingElectronically Controlled Limited-Slip Differential”中公开，其属于本发明的受让人并整体并入此处作为参考。

在图5所示本发明一实施例中，控制单元60包含牵引控制器64，其用于从车辆发动直到预定车速控制中心耦合器的运行。牵引控制器64被配置为根据表示低牵引运行条件的至少一个车辆运行参数(例如车轮速度)接合第一车辆运行状态下的耦合设备，并进一步根据实际车辆横摆率与预定目标或希望车辆横摆率之间的差在低牵引运行条件期间控制第二车辆运行状态下的耦合设备的接合。电子控制单元60还可包含稳定性控制器66，其用于在预定车辆速度时或在高于预定车辆速度时控制耦合设备的接合。牵引控制器64和稳定性控制器66可以为与被设置为控制单元60通信、被制造为与控制单元60成为一体的硬件，或构成控制单元60或其他车辆控制器的非硬件部件(例如软件)。

在车辆运行过程中，将实际横摆率周期性地或连续地与所希望的横摆率进行比较。实际横摆率可采用横摆率传感器进行测量或基于接收自现有技术中已知的多个车辆传感器的车辆运行参数信息计算得出。希望横摆率可存储在控制***存储器中的映射图中，或者，也可基于接收自多个车辆传感器的车辆运行参数信息计算得出。

保持车辆稳定性和牵引需要的中心耦合器锁定转矩可根据下面的公式来确定：

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{des}}={\mathrm{\τ}}_{\mathrm{nom}}\×\frac{{\mathrm{\Δr}}_{\max }-|{\mathrm{deadband}}_{\±\mathrm{\Δ}{r}_{\mathrm{threshold}}}(r-r_{\mathrm{des}})|}{{\mathrm{\Δr}}_{\max }}$

其中，T_des为希望中心耦合器锁定转矩，τ_nom为通常的中心耦合器锁定转矩，Δr_max为预定最大横摆率差，r为实际横摆率，r_des为预定目标或希望横摆率，deadband为允许的横摆率差Δr_threshold的阈值函数。控制单元60于是将希望锁定转矩值转换为输入信号，其被传送到中心耦合器32以便控制。在车辆运行期间，如果车辆正在经历过大的转向过度(参见例如图3)，中心耦合器锁定转矩与车辆过度转向程度成比例地减小。

为了模拟具有图1所示示例性传动系构造的所提出的控制***的性能，使用CarSim软件建立使用中心耦合器和ELSD的全车辆模型。首先进行模拟的转向操纵，以便验证接合中心耦合器32与ELSD 34在车辆横摆动态上的作用。图6与7示出了在低摩擦表面(例如μ＝0.2)上对于开节流阀转向操作的性能比较。如图6所示，在开节流阀转向操作过程中锁定中心耦合器32引起了较小的转向不足。形成对比的是，锁定后轴ELSD对低摩擦表面上的车辆动态有着很小的影响或没有影响。

图8与9示出了使用采用根据本发明的中心耦合器的测试车辆在低摩擦表面(例如μ＝0.2)上对于开节流阀转向操纵的性能比较。如图8所示，与中心耦合器解除接合的情况下的类似操作相比较，在开节流阀转向操纵期间接合中心耦合器32又带来了较小的转向不足。

图10与11示出了使用采用根据本发明的控制***的测试车辆以及没有稳定性增强牵引控制的测试车辆对于开节流阀T型接合车辆发动的性能比较。如图10所示，与中心耦合器没有得到有效控制的情况下的类似操纵相比，使用根据本发明一实施例的稳定性增强牵引控制(SETC)的车辆发动期间有效控制中心耦合器的接合引起了明显减小的转向不足。参照图10与11，将会明了，没有稳定性增强牵引控制的车辆可表现出转向不足的太大的减小。在稳定性控制和非稳定性控制运行模式中，某些水平的转矩从前轴26被中心耦合器32传送到后轴30。不同于耗散车辆能量——由此降低了车辆性能和效率——的基于ABS的稳定性控制***，根据本发明的控制***和方法在保持车辆牵引的同时保持了车辆稳定性。

上面的说明书中详细介绍了本发明，相信本领域技术人员由对本发明书的阅读和理解可以想到本发明的多种变型和修改。所有这些变型和修改可包含在本发明中，只要它们属于所附权利要求的范围。

Claims (6)

1.一种用于具有第一与第二轴的车辆的控制***，其包含：

耦合设备，其适用于在第一与第二轴之间分配转矩；

牵引控制器，其用于从车辆发动直到预定车辆速度控制耦合设备的运行，牵引控制器被配置为根据表示低牵引运行条件的至少一个车辆运行参数接合第一车辆运行状态下的耦合设备，并进一步根据实际车辆横摆率与预定目标车辆横摆率之间的差在低牵引运行条件期间控制第二车辆运行状态下的耦合设备的接合。

2.根据权利要求1的控制***，其中，牵引控制器被配置为根据实际车辆横摆率与预定目标车辆横摆率之间的差在低牵引运行条件期间调制耦合设备的接合。

3.根据权利要求1的控制***，其中，牵引控制器64被配置为根据基于修改得到的通常耦合施加转矩信号的希望耦合施加转矩信号对耦合设备进行接合。

4.根据权利要求3的控制***，其中，希望的耦合施加转矩信号等于通常耦合施加转矩信号乘以修改量，修改量在其分子中包含预定最大横摆率差和deadband与实际车辆横摆率及预定目标车辆横摆率之间差的乘积的差，修改量在其分母中包含预定最大横摆率差。

5.根据权利要求1的控制***，其中，在第一车辆运行状态中，实际车辆横摆率小于或基本等于预定目标车辆横摆率，在第二车辆运行状态中，实际车辆横摆率大于预定目标车辆横摆率。

6.根据权利要求1的控制***，其还包含稳定性控制器66，该控制器用于在预定车辆速度时或在高于预定车辆速度时控制耦合设备的接合。

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