CN101549646A - 具有可切换四轮驱动的机动车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机动车辆，具有发动机(2)、前轮和后轮(15、16)以及用于选择性地将发动机扭矩分配至前轮和后轮(15、16)的离合器系统(4、7)。控制器(8)实时地判断车辆(1)的运动状态并且根据所判断的状态通过所述离合器系统(4、7)控制扭矩分配。

Description

具有可切换四轮驱动的机动车辆

技术领域

本发明涉及一种机动车辆，其中，来自于机动车辆发动机的扭矩可以选择性地应用至前轮和后轮。传统地，这种类型的机动车辆具有由至少两个离合器形成的离合器系统，所述离合器其中的至少一个可以由司机开启和接合，从而在前轮驱动模式(或者后轮驱动模式)与四轮驱动模式之间切换。

背景技术

虽然四轮驱动初始是设计用于在越野时进行驱动，但是已经发现四轮驱动对于公路行驶驱动来说也是有利的，因为它们不太会受到速度相关的过度转向或者转向不足的问题的影响，这些问题在采用前轮驱动或后轮驱动的车辆中是普遍存在的。但是，由于旋转部件的质量增加以及摩擦损失的增加，所以四轮驱动车辆的可操纵性的改善的优势往往会带来较大的燃料消耗，一般大于类似的两轮驱动车辆，而相对来讲，燃料的消耗是更惹人注意的。想要尝试四轮驱动的可操纵性的改善的司机因此会不断地受到高燃料消耗的折磨，而使用经济驱动模式的司机不得不冒险使用次优化的操纵性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种机动车辆，一种控制机动车辆中的离合器系统的方法以及一种数据处理器程序产品，从而能够实现四轮驱动车辆的改善操纵性与前轮或后轮驱动的经济性操作的完美结合。

根据本发明的第一方面，这一目的是如下一种机动车辆实现的，该机动车辆具有发动机、前轮和后轮以及用于选择性地将发动机扭矩分配至前轮和后轮的离合器系统，具有控制器，用于实时地判断车辆的运动状态并且根据所判断的状态通过所述离合器系统控制扭矩分配。

根据这一判断，扭矩至前车轴和后车轴的分配操作经持续地调整以适用于当前的驱动状态，对四轮驱动的使用可被限制为四轮驱动是非常有效的情况。

对扭矩分配的控制优选地通过控制器从多个预定离散分配比中选出一个来实现。采用这种方式，如果除了扭矩分配之外还存在其他的车辆底盘的参数也可根据所判断的运动状态进行调节，那么扭矩分配和所述其他(各)参数的可能组合的数量是有限的，每个组合都为了操作安全而被检查，并且可以容易地防止选择不安全的参数组合。

该控制器应该被调整以在至少高加速状态与低加速状态之间进行区分。

在高加速状态下，更易于受到过度转向或转向不足的影响，由离合器系统传送的扭矩应该更平均地分配在前轮与后轮之间，即，与低加速状态相比，应该更多地使用四轮驱动。

为了防止车轮打滑，尤其是在高的纵向加速的情况下，该控制器优选地适于在高加速状态下相比于低加速状态施加更大部分的扭矩至后轮。

一般来讲，如果符合下述条件的至少一个，那么可以判断为处于高加速状态：

-车辆的横向加速超过预定阈值；

-车辆的纵向加速超过预定阈值；

-车辆的侧滑移速度超过预定阈值；

-方向盘角度的变化率超过预定阈值；

-加速踏板/节气门位置或燃料喷射率的变化率超过预定阈值；

-车辆处于发动机制动模式。

至少在后三种情况下，在作出判断那一瞬间的加速度值可以仍然是小的，但是本领域技术人员清楚可知，如果方向盘快速转动或者加速踏板被快速压下，那么很可能马上产生相当大的加速。在发动机制动模式下，会出现具有负号的加速度。

此外，该控制器优选地适于在高速状态与低速状态之间进行区分并且在低速状态下比高速状态下更平均地在前轮与后轮之间分配由离合器系统传送的扭矩。当车辆移动缓慢或者停止时施加驱动扭矩至前轮和后轮，可有利于在光滑路面上起动车辆。

根据本发明的第二方面，上述目的是通过一种控制机动车辆中的离合器系统以选择性地将发动机扭矩分配至车辆的前轮和后轮的方法来实现的，其中，车辆的运动状态被实时地判断，由所述离合器系统进行的扭矩分配根据所判断的状态得以控制。

本发明可通过一种包含数据处理器程序的产品来实现，该产品包括一种数据载体，其中以机器可读取形式记录能够使数据处理器形成上述控制器或者执行上述方法的程序指令。

附图说明

本发明其他特征和优势将参照附图并结合本发明实施例的随后说明而变得清楚明了：

图1是根据本发明第一实施例的机动车辆的方框图；

图2是根据本发明第二实施例的机动车辆的方框图；

图3是由图1或图2的车辆的控制器实现的控制过程的第一部分的流程图；

图4是根据第一备选方案的第二部分过程的流程图；以及

图5是根据第二备选方案的第二部分过程的流程图。

附图标记列表

1机动车辆

2内燃机

3前车轴

4第一离合器

5驱动轴

6后车轴

7第二离合器

8电子控制单元

9加速度传感器

10横摆率传感器

11方向盘角度传感器

12加速踏板传感器

13控制差速器

14驱动轴

15前轮

16后轮

具体实施方式

在图1的方框图中，机动车辆1的内燃机2经由第一离合器4驱动前轴3的车轮15。在前轴3与后轴6之间的驱动轴4中，设置第二离合器7。如果这一第二离合器7打开，那么车辆只由前轮15驱动；如果第二离合器接合，那么还额外地由后轮16驱动。施加至前轮15的扭矩与施加至后轮16的扭矩之间的比率取决于施加于离合器7的接合力。虽然离合器4可以专门地受到司机的控制，但是离合器7根据来自于多个传感器的信号而由电子控制单元8控制，这些传感器诸如加速度传感器9、横摆率传感器10、方向盘角度传感器11或者加速踏板传感器12。加速踏板传感器12可以由未示出的进气节气门传感器代替，或者由未示出的电子发动机控制器的燃料供给率信号代替，这是因为节气门位置或者燃料率通常是根据加速踏板位置而直接控制的。

图2的动力总成的布局不同于图1所示的动力总成在于发动机经由中心差速器13驱动两个驱动轴5、14。前驱动轴14包括离合器4，后驱动轴5包括离合器7。根据由控制电路8设定的离合器4、7的状态，可仅仅将发动机扭矩施加至前轴3，仅仅施加至后轴6，或者在两个车轴3、6之间建立任何任意的扭矩分配率。

由电子控制单元8实现的控制程序类似于图1和2的两个动力总成布局，并且将参照图3至5进行详细地描述。

图3涉及控制过程的第一部分，在该部分中对车辆1的当前运动状态做出评价。过程的这个第一部分可细分为多个阶段，每个阶段都与车辆1的特定移动参数相关。

在图3的示意图中，第一阶段与横摆率YR相关。在步骤S10中使用传感器10检测该横摆率。步骤S11计算车辆的横摆率YR与当前纵向速度v的积，并且将该积与第一阈值YRvmin进行比较。YR*v是横向加速的测量值，如果车辆以横摆率YR和速度v驾驶经过一个曲线并且没有过度转向或者转向不足，那么车辆将经受该横向加速的影响。如果发现YR*v小于第一阈值YRvmin，表示车辆在缓慢地转弯并且没有过度转向或转向不足的风险，那么当前时刻t时的指标YRin(t)在步骤S12被设定为零。否则，在步骤S13将YR*v与第二更高的阈值YRvmax相比较。如果超过这一阈值，那么指标YRin(t)在步骤S14被设定为1，如果没有超过这一阈值，那么在步骤S15将其保持在值YRin(t-1)，这一值YRin(t-1)是在该过程的前一迭代获得的。

包括步骤S20至S25的第二阶段处理由传感器11检测到的方向盘转向角的时间导数SW。如果导数SW的量在步骤S21被发现为小于第一阈值SWmin，那么作用在车辆上的横向力将不会被预期发生实质性地改变，在步骤S22将方向盘指标SWin(t)设定为零。如果不是这样，那么在步骤S23将导数SW与第二更大的阈值SWmax进行比较，如果超过该阈值，那么步骤S24将指标SWin(t)设定为1。否则，该指标仍然保持不变(步骤S25)。

如图3清楚地示出，步骤S30至S35、S40至S45、S50至S55、S60至S65和S70至S75都类似于步骤S20至S25，唯一的区别在于不同阶段测量或计算以及随后评价的移动参数。在步骤S30至S35，是纵向加速度AX，该纵向加速度由加速度传感器9测量或作为速度计信号的时间导数来获得；在步骤S40至S45，是由加速度传感器9检测到的横向加速度AY，在步骤S50至S55，是横摆加速度YA，即，YR的时间导数，在步骤S60至S65，其为在步骤S60中通过形成横向加速度AY和YR*v的差而计算的侧滑移率SS，在步骤S70至S75，是由传感器12检测的加速踏板位置的时间导数AP。

本领域技术人员可以清楚地得知，图3中的阶段的次数是随意设定的，并不必要评价图3所示的所有指标，但是在该方法的简化实施例中，这些指标的任何子集都是足够的。

在根据图4的流程图的第二部分过程中，在步骤S80评价这些指标。步骤S80的评价一般写为

∑XXin＞Thr，

其中，XX代表参照图3讨论的移动参数YR、SW、AX、AY、YA、AP，∑代表在过程的第一部分中获得的指标的和。设定Thr＝1相当于为这些指标设定OR的条件：如果只有一个指标等于1，那么可以满足步骤S80的条件，控制单元8控制离合器以在步骤S81中建立四轮驱动模式。如果阈值Thr没有被超过，那么该过程分支到步骤S82，其中当前的纵向速度v与低阈值vmin相比，该阈值可以处于10km/h或者甚至更小的范围内。如果速度v低于这一阈值，那么车辆被判断处于启动条件。这里，如果车辆在滑移时启动，例如松弛或冰冻的地面上，那么存在车轮打转的特定风险，使得该过程在步骤S81也进入四轮驱动模式。只要速度v高于阈值vmin，那么该过程前进至步骤S83，在该步骤中，对加速踏板位置AP进行检查。如果油门没有被下压，并且离合器踏板没有被下压，或者控制单元8判断出车辆处于发动机制动模式，分支进入步骤S81，使得所有的四个车轮15、16都产生作用以实现制动效果。否则，进入两轮驱动模式，在图1的车辆1的情况下可以是前轮驱动模式，或者在图2的车辆1的情况下可以是前轮驱动模式和后轮驱动模式中的任何一种。

应该指出的是，在步骤S83进入的模式可以是纯前轮驱动模式，而也可以是四轮驱动模式，即传送至后轮的部分发动机扭矩小于步骤S81的四轮驱动模式中的扭矩。

如果步骤S80的阈值Thr设定为等于在该方法的第一部分中确定的指标数量，即在图3所示的方法的情况下等于7，那么步骤S80的判定相当于对各个指标进行AND操作。当然，该阈值也可以设定为1和指标的总数n＝7之间的中间值i，使得步骤S80相当于检查至少i个指标是否等于1。

本领域技术人员清楚可知，步骤S80的和可以是加权的和，其中，与车辆产生过度转向或转向不足的趋势高度相关的指标相比于不太相关的指标来说被分配有更高的权重系数。

除了只使用等于1的指标数作为在四轮驱动和二轮驱动模式之间选择的二进制选择的标准，如图4所示，可在具有前车轴与后车轴之间的不同扭矩分配比的各种前进驱动模式之间选择，如图5所示。这里，如果车速低于阈值vmin，那么步骤S90检查车辆速度并且进入具有固定分配比，例如50比50的四轮驱动模式(步骤S91)。否则，传送至后轮的扭矩的百分比TR可以是各指标的和-可能是加权的和-的函数f(∑XXin)。虽然在所有指标都是零并且车辆处于完全稳定状态下f(0)可以是零或100％(分别对应于纯前轮驱动或纯后轮驱动)，那么TR将随着∑XXin而单调增加，直到其达到这样的一个值，该值一般处于从30％至70％的范围内，并且车辆过度转向或转向不足的趋势被显著减小。虽然未示出，但是检查发动机制动的步骤也可以设置在图5的过程中。

图3和4或图3和5的整体过程在车辆1移动的同时不断地重复。该过程的重复可以常规的时间间隔触发或者由过程的第一部分中评价的任何移动参数中的任何显著变化而被触发。

Claims (9)

1、一种机动车辆，具有发动机(2)、前轮和后轮(15、16)以及用于选择性地将发动机扭矩分配至前轮和后轮(15、16)的离合器系统(4、7)，其特征在于具有一控制器(8)，该控制器(8)用于实时地判断车辆(1)的运动状态并且根据所判断的状态通过所述离合器系统(4、7)控制扭矩分配。

2、根据权利要求1所述的机动车辆，其中，所述控制器(8)通过选择多个预定离散分配比中的一个来控制所述扭矩分配。

3、根据权利要求1或2所述的机动车辆，其中，所述控制器(8)适于在至少高加速状态与低加速状态之间进行区分(S11、S13；S21、S23；...)。

4、根据权利要求3所述的机动车辆，其中，所述控制器(8)适于在高加速状态下比低加速状态更加均匀地在前轮与后轮(15、16)之间分配由离合器系统(4、7)传送的扭矩。

5、根据权利要求3所述的机动车辆，其中，所述控制器(8)适于在高加速状态下比低加速状态施加更大部分的扭矩至后轮(16)。

6、根据权利要求3至5中任一项所述的机动车辆，其中，如果满足以下至少一个条件，所述控制器(8)适于判断车辆(1)处于高加速状态：

-车辆的横向加速超过预定阈值(S44)；

-车辆的纵向加速超过预定阈值(S34)；

-车辆的侧滑速度超过预定阈值；

-方向盘角度变化率超过预定阈值(S64)；

-加速踏板/节气门位置/燃料喷射率的变化率超过预定阈值(S24)；

-车辆处于发动机制动模式(S83)。

7、根据前述权利要求中任一项所述的机动车辆，其中，所述控制器(8)适于在高速状态与低速状态之间进行区分，并且在低速状态下比高速状态下更加均匀地在前轮与后轮(15、16)之间分配由离合器系统(4、7)传送的扭矩。

8、一种控制机动车辆中的离合器系统以选择性地将发动机扭矩分配至车辆的前轮和后轮(15、16)的方法，其中，车辆的运动状态被实时地判断(S10；S20；S30；...)，由所述离合器系统(4、7)进行的扭矩分配根据所判断的状态进行控制(S81、S84；S91、S93)。

9、一种包含数据处理器程序的产品，包括一种数据载体，在该数据载体中以机器可读取形式记录使数据处理器能够形成根据权利要求1至7中任一项所述的车辆的控制器或者执行根据权利要求8所述的方法的程序指令。

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