CN103415435A - 用于控制车辆的偏航力矩的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于确定车辆的偏航趋势的方法。该方法包括确定所述车辆的一个或几个车轮的推进状态的步骤，以及根据所述推进状态来估算车辆的偏航力矩变化，其中所述偏航力矩变化是由所述车辆的至少两个车轮之间的变化的推进状态引发的。

Description

用于控制车辆的偏航力矩的方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定车辆的偏航趋势的方法。进一步地，本发明涉及一种用于使用所确定的偏航趋势控制车辆偏航力矩（yaw moment）的方法和装置。

背景技术

四轮车辆可以具有动力传动系统配置，允许纵向分配动力传动系统扭矩（drive train torque）用于增强车辆横向动力或用于其它增强（如牵引性能、噪音消减、油耗等等）。

机动车辆中控制纵向扭矩分配的主要目的之一是为了车辆动力学原因改变有效偏航力矩。图1a-c示出具有轮胎力的自行车模型。在图1a中，示出了车辆非对称面中的轮胎力和净偏航力矩，车辆承受有效偏航力矩1。在此，牵引的和制动的轮胎力排除在外。横向车轮2、3不仅仅受到偏离角（slipangle）4、5的影响，还由于图1b示出的轮胎力椭圆6，受到图1c中指示的纵向轮胎力7、8的影响，在图1c中示出在包括牵引的和制动的轮胎力的车辆的非对称平面中的轮胎力和净偏航力矩。这导致横向轮胎力9、10和有效偏航力矩11的改变。

这种现象是众所周知的并被广泛应用于车辆偏航响应的属性协调。但是，当由于非横向车辆动力的其它任何原因控制纵向扭矩分配时，同样的现象也导致权衡和妥协，这些原因如燃料优化、牵引性能、噪音、耐用性等。

具有改变动力传动系统配置能力的车辆可以使用扭矩矢量（torquevectoring）。例如，由同一申请人在WO2010/101506中描述的用于矢量扭矩（vectoring torque）的装置。

机动车辆中矢量动力传动系统扭矩的主要目的之一是改变作用在车辆上的有效偏航力矩。

在图2a和2b中，示出具有扭矩矢量能力的车辆模型。在图2a中，示出了具有使纵向扭矩分配向前偏移的横向扭矩矢量的车辆的有效偏航力矩12。在图2b中，示出具有使纵向扭矩分配向后偏移的横向扭矩矢量的车辆的有效偏航力矩13。在图2a和2b中，有效偏航力矩12、13是除了扭矩矢量的净偏航力矩14、15和仅仅由横向扭矩矢量引起的第二净偏航力矩16、17的总和。

由横向扭矩矢量18引发的净偏航力矩16、17不仅仅是纵向轮胎力19和车辆几何的差异的结果，而且当纵向和横向轮胎力结合的作用点20、21沿着轮胎力椭圆（tire force ellipse）改变时其还受改变的横向轮胎力的影响。该现象使得横向扭矩矢量装置的控制复杂化，由于引发的偏航力矩16、17和增加的扭矩输入18之间的关系依赖于初始纵向轮胎力。也就是说尽管由扭矩矢量装置引发的叠加的纵向轮胎力19在图2a和2b中是相同的，但是它们在轮副的总横向力上的效果22、23依赖于来自轮副推进设备的初始纵向轮胎力。

如上文描述的纵向和横向轮胎力的关系及其在偏航力矩12、13、14、15、16、17上的作用效果，当在非固定纵向扭矩分配的车辆中向侧面分配扭矩时很难完成横向车辆行为一致。这是由于横向和纵向扭矩再分配都影响净偏航力矩，以及纵向和横向扭矩再分配的偏航控制权分别依赖于彼此的实际状态。

发明内容

从而，本发明优选地寻找减轻、减缓或消除一个或多个上述公认的现有技术中的缺陷和单个缺点或任何方式的结合并通过根据附加的权利要求书提供方法和装置解决至少上述提到的问题。

本发明的一个目的是提供用于确定车辆偏航趋势的改进方法，该方法能够允许更加一致的横向车辆行为，即更加一致的在纵向扭矩分配中的改变或在纵向滑移分配中的改变。

本发明的另一个进一步的目的是提供一种用于确定转弯车辆的偏航趋势的改进方法。

本发明的进一步的目的是提供一种用于引起车辆的偏航力矩改变的方法和装置，当改变纵向或横向扭矩分配时，具有更大的自由度。也就是说，所述方法和装置可以用于掩盖其它方面降低的车辆动态性能，例如，当由于能量原因纵向分配被改变时。

本发明的更进一步的目的是提供一种允许用于提高对开路面（split-muesurfaces）上的牵引性能的方法和装置。

本发明的还一个目的是当净牵引力正在产生而不改变来自推进设备的扭矩时提供一种能够提高在对开路面上的行驶性能的方法和装置。

根据本发明的想法当控制横向扭矩矢量时考虑车轴的至少一个车轮的纵向推进状态。

根据本发明的第一方面，提供一种用于确定车辆偏航趋势的方法。该方法包括确定所述车辆的一个或几个车轮的至少一个推进状态的步骤，以及通过根据所述至少一个推进状态估算车辆的偏航力矩变化来确定偏航趋势，其中所述偏航力矩变化是由所述车辆的至少两个车轮之间的变化的推进状态引发的。

所述至少一个推进状态可以是表示车轮的纵向轮胎滑移和从包含扭矩、力、滑移、摩擦利用率或差速（differential speed）的组被选择的测量。所述至少一个推进状态还可以是表示同一侧、同一轴或同一对角的两个车轮的纵向轮胎滑动值，以及从下述组的一个或两个被选择的测量：i）扭矩分配、力分配、滑移分配和对开（mue）利用率的分配，以及ⅱ）扭矩、力、滑移、对开利用率及差速。这有利于该方法可以直接或间接从诸如ESC、ABS或其它牵引控制系统等的车辆的控制模块接收车辆特性。

所述偏航力矩变化可以由变化的扭矩或所述车辆的前轴和后轴之间的滑移分配引起，这有利于该方法可以在驾驶员偏好请求（例如后驱动和前驱动之间或两轮驱动和四轮驱动之间）改变的情况下实施。

所述偏航力矩变化可以由变化的扭矩或所述车辆的左轮或右轮之间的滑移分配引发，这有利于该方法可以在车辆的一侧受到的摩擦低于另一侧的情况下应用。

根据本发明的第二方面，提供一种用于引起车辆的偏航力矩改变的方法。该方法包括根据本发明第一方面确定偏航趋势的步骤，以及利用估算的偏航力矩变化的步骤，该步骤用于改变所述车辆左轮和右轮之间的扭矩、滑移或速度的差异，通过以下步骤完成上述过程i）计算所述左轮和所述右轮推进状态的新值来抵消估算的偏航力矩变化，以及ⅱ）将所述新值应用到所述左轮和所述右轮。

根据本发明的第三方面，提供一种用于引起车辆的偏航力矩改变的方法。该方法包括根据本发明第一方面确定偏航趋势的步骤，以及利用估算的偏航力矩变化的步骤，该步骤用于改变扭矩、滑移或所述车辆前轴和后轴之间的速度的差异，通过以下步骤完成上述过程i）计算所述前轴和所述后轴推进状态的新值来抵消估算的偏航力矩变化，以及ⅱ）将所述新值应用到所述前轴和所述后轴。

根据本发明的第四方面，提供一种用于引起车辆的偏航力矩改变的方法。该方法包括根据本发明第一方面确定偏航趋势的步骤，以及利用估算的偏航力矩变化的步骤，用于改变至少一个车轮的推进状态，通过以下二者完成上述步骤i）计算所述至少一个车轮推进状态的新值来抵消估算的偏航力矩变化，以及ⅱ）将所述新值应用到所述至少一个车轮。

根据本发明的第五方面，提供一种用于确定车辆的偏航力矩的控制器。所述控制器包括被配置成确定所述车辆的一个或几个车轮的至少一个推进状态的确定单元，和被配置成根据所述至少一个推进状态估算车辆的偏航力矩的估算单元。

该控制器还可以包括被配置成估算所述车辆的至少一个车轮的至少一个推进状态的新值来抵消估算的偏航力矩变化的计算单元，和被配置成生成相应于所述至少一个推进状态的所述估算的新值的信号的信号发生器。

根据本发明的第六方面，提供一种用于应用车辆的至少两个车轮之间的推进状态差异的装置。所述装置包括根据本发明第五方面的控制器，和能够接收所述信号和能够引起所述车辆的至少两个车轮之间的推进状态改变的调节器，其中所述推进状态改变依赖于所述信号携带的信息。

根据本发明的第七方面，提供一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，该计算机可读介质上提供有计算机程序代码。该计算机程序代码被装载进处理单元中并当所述处理单元执行所述计算机程序代码时适用于引起根据根据第一、第二、第三或第四方面所述的方法的执行。

附图说明

下文中，将参考附图描述本发明，其中：

图1a是具有横向轮胎力和作用于模型上的净偏航力矩及不包括纵向轮胎力的自行车模型；

图1b是轮胎力椭圆的示意图；

图1c是具有轮胎力和作用于模型上的净偏航力矩并包括纵向偏航力矩的自行车模型；

图2a是具有后轴上横向扭矩矢量以及纵向扭矩分配向前偏移的四轮模型；

图2b是具有后轴上横向扭矩矢量以及纵向扭矩分配向后偏移的四轮模型；

图3是车辆主视图；

图4是根据本发明一种实施方式的方法的流程示意图；

图5a-d是具有不同动力传动系统配置的车辆的示意图；以及

图6a-c是装配有扭矩矢量功能的车辆的示意图。

具体实施方式

参考图3，示出车辆100的主视图。该车辆能够在由x-y平面定义的平面中行驶，并其可能受制于作用于z轴周围的偏航力矩102。该车辆还装配有扭矩矢量装置（未示出），该装置能够使后轴左右轮之间的扭矩104向侧面滑移，如图中箭头所示。

现在转到图4，示出了一种用于确定车辆的偏航趋势的方法示意图200。由202处开始，确定车辆的至少一个车轮的当前推进状态。优选地，推进状态是表示车辆的纵向轮胎滑移和从包含扭矩、力、滑移、摩擦利用率、或差速的组被选择的测量。在204处，确定车辆和轮胎的横向状态。关于这点，横向状态可以是表示从横向加速度、横向速度、偏离角、横向负载转移等导出的轮胎或车辆的横向力或力的利用率的任何测量。

确定的推进状态同横向状态都被用作206的输入，在该步骤中那些状态被用于计算引起的轮胎力变化。

进一步，在208中确定表示车辆几何的测量，并且与从206计算的轮胎力变化一起用作210的输入。在此，根据208和206的输出计算推进引发的偏航力矩变化。到此，该方法200描述了偏航力矩变化的概念设计。

用于应用从净偏航力矩向不同的车轮扭矩的转换，该方法200还包括步骤212，该步骤使用根据210计算的推进引起的偏航力矩变化和根据202的至少一个车轮的当前推进状态、根据204的车辆和轮胎的横向状态及根据208的车辆几何来将偏航力矩转换成等效抵消车轮扭矩差异。212的输出可以在后面用作车辆的扭矩矢量装置的输入，该装置将在下文进一步描述。

现在参考图5a-d，示出车辆不同驱动线路配置300a、300b、300c、300d，这些车辆的纵向扭矩分配能够被改变。在图5a中，车辆300a具有前轴302a和后轴304a。第一推进设备306a被安排用于向前轴302a提供扭矩，以及第二推进设备308a被安排用于向后轴304a提供扭矩。第一和第二推进设备306a、308a彼此独立，可以是电动机、内燃机或其它任何本质上已知并适合驱动车辆轴的装置。扭矩矢量装置310a，即能够提供同一轴的左轮312a和右轮314a之间扭矩不同的装置也被提供在后轴304a上。但是，该扭矩矢量装置310a还可以被安排在前轴302a上，或两个独立的扭矩矢量装置310a可以被分别安排在前轴302a和后轴304a上。

在图5b中，车辆300b具有前轴302b和后轴304b。推进设备306b被安排用于向前轴302b提供扭矩，及悬挂在中间的离合器307b被安排通过万向节传动轴309b将扭矩传送至后轴304b。推进设备306b可以是电动机、内燃机或其它任何本质上已知并适合驱动车辆轴的装置。扭矩矢量装置310b，即能够提供同一轴的左轮312b和右轮314b之间扭矩不同的装置也被提供在后轴304b上。但是，该扭矩矢量装置310b还可以被安排在前轴302b上，或两个独立的扭矩矢量装置310b可以被分别安排在前轴302b和后轴304b上。

在图5c中，车辆300c类似于图5所示的车辆300b，但是推进设备306c被安排在后轴304c上。同样在这种情况下，扭矩矢量装置310c可以被安排在后轴304c、前轴302c或两者上。

在图5d中，推进设备306d与诸如扭矩矢量装置、托森差速器（Torsendifferential）、中央差速器（center differential）等的纵向扭矩分配装置311d连接。在中央差速器的情况下，可以包括或可以不包括摩擦制动器。同样在这种情况下，扭矩矢量装置310d可以被安排在后轴304d、前轴302d或两者上。

扭矩矢量装置310a-d是能够产生轴上两个车轮之间的扭矩差异。优选地，扭矩矢量装置310a-d包括用于通过向车轮提供附加扭矩应用扭矩差异的电动机。当该装置被激活应用第一扭矩至轴的一个车轮以及第二扭矩至所述轴的另一个车轮时，所述第一扭矩和第二扭矩具有相反的方向，此时该装置为最优选的方式。

现在参考图6a-c，根据实施方式的续发事件（sequence）在概念层面上解释。车辆400用前轴402、后轴404，以及安排在轴402、404中的每一个上的两个独立的推进设备406、408装配。扭矩矢量装置410被安排在后轴404上，类似于图5a所示的车辆。控制单元420包括用于向前轴推进设备406发送控制信号的第一模块422，用于向后轴推进设备408发送控制信号的第二模块424，以及向扭矩矢量装置410发送控制信号的第三模块426。

作用于车辆上的总偏航力矩430是横向和纵向轮胎力结合的结果。

从图6开始，前后轴402、404处的推进扭矩保持不变而总偏航力矩430是不明确的。在图6b中，前后轴扭矩之间的关系作为来自控制单元模块422、424的至少一个的改变扭矩命令的结果而发生改变。作为改变的纵向扭矩分配的结果，前后轴结合的滑移情况也发生变化，因此在车辆上生成净偏航力矩效果432，导致改变的总偏航力矩430。在图6c，来自图6b的净偏航力矩432已经被估算并由横向扭矩矢量装置410补偿，通过将半轴扭矩从后轴404的左侧移动到右侧产生相反的净偏航力矩效果434，因此能够使纵向扭矩分配改变而不影响总偏航力矩430。

为了应用合适的扭矩差异，控制单元420的模块426被配置用于从其它模块（未示出）接收控制信号，根据参考图4的上文描述的方案操作。因此，通过模块426传递的控制信号包括或表示图4的212步骤中定义的等效的抵消车轮扭矩差异。因此，在车辆400的偏航力矩中的改变是由下列步骤引起的：i)通过确定所述车辆的一个或几个车轮的推进状态确定车辆初始的偏航趋势，以及根据所述推进状态估算车辆的偏航力矩变化，以及ii)利用所述估算的偏航力矩的变化用于改变所述车辆的左后轮和右后轮之间的扭矩的差异。后一个步骤被如此执行：通过计算所述左后轮和所述右后轮的推进状态的新值来抵消估算的偏航力矩变化，及通过凭借扭矩矢量装置410应用所述新值至所述左轮和所述右轮。

例如，考虑具有横向扭矩矢量功能配置的转弯车辆。受制于未知的总偏航力矩的车辆突然受制于纵向扭矩分配的改变。这可能是当混合驱动车辆将推进单元从一个设备改变至另一个的情况的例子，其可以通过驾驶员请求或自动地完成。为了弥补由扭矩分配中的所述改变引起的净偏航力矩，执行用于确定净偏航力矩的续发事件。因此，例子中左右后轮的推进状态被确定并用于计算所述净偏航力矩。此外，计算左右后轮推进状态的新值并且所述值被用于向车辆的扭矩矢量装置生成信号。例如，被安排在后轴处并能够根据上文描述的那样在左后和右前轮之间滑移扭矩的扭矩矢量装置，之后根据生成的信号被激活，以使左右后轮受制于表示所期望的推进状态的计算的新值。因此，纵向扭矩分配改变引起的净偏航力矩从而被抵消，以使车辆行驶更加一致。

如图6a-c所示的续发事件还可以实施于那些参考图5a-d描述的任何其它传动轴系（drive line）配置。

本发明可以被实施在包括硬件、软件、固件或这些的任何组合的任何合适形式中。但是优选地，本发明被用作在一个或多个数据处理器（例如中央处理器，CPU）和/或数字信号处理器（DSP）上运行的计算机软件。本发明实施方式的元件和组件可以物理上、功能上和逻辑上以任何合适方式被实施。实际上，该功能可以用于单一单元、多个单元或其它功能单元的部分。同样地，本发明可以用于单一单元，或物理地和功能地分配在不同单元和处理器之间。

应该注意上文描述的实施方式在不背离所附专利权利要求书定义的范围时可以被结合。尽管上文参照具体实施方式对本发明进行了描述，但并不意图限制于于此阐述的具体形式。本发明仅仅受限于所附权利要求书和其它实施方式等价于上述具体的在所附权利要求书的范围内。

在权利要求书中，术语“包括”不排除其它元件或步骤的存在。此外，尽管分别列出的多个装置、元件或方法步骤可以由例子中单一单元或如中央处理器（CPU）的处理单元实施，但是可以替换成数字信号处理器（DSP）或其他可编程电子逻辑装置（如专用集成电路（ASIC）或现场可编程门阵列（FPGA））。此外，尽管单独特征可以包括在不同的权利要求中，但是它们能够有利的合并，并且不同权利要求中的内容不表示特征的组合不可行和/或不有利。此外，单一的参照不排除多个。用语“一个”、“第一”、“第二”等不排除多个。权利要求书中的参考符号仅仅提供用作阐明例证而不应理解为以任何方式限制权利要求书的范围。

Claims (12)

1.一种用于确定车辆的偏航趋势的方法，该方法包括以下步骤：

确定所述车辆的一个或几个车轮的至少一个推进状态；以及

通过所述至少一个推进状态来估算车辆的偏航力矩变化而确定所述偏航趋势，其中所述偏航力矩变化是由所述车辆的至少两个车轮之间的变化的推进状态引发的。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个推进状态是表示车轮纵向轮胎滑移的并且从由扭矩、力、滑移、摩擦利用率或差速的组成的组中选择的测量。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个推进状态是表示同一侧、同一轴或同一对角线的两个车轮的纵向轮胎滑移值的并且从下列一个或两个组中选择的测量：

i)扭矩分配、力分配、滑移分配和对开利用率的分配；

ii)扭矩、力、滑移、对开利用率和差速。

4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的方法，其中所述偏航力矩变化是由所述车辆的前轴与后轴之间的变化的扭矩或滑移分配引发的。

5.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的方法，其中所述偏航力矩变化是由所述车辆的左轮与右轮之间的变化的扭矩或滑移分配引发的。

6.一种用于引起车辆的偏航力矩改变的方法，该方法包括以下步骤：

根据权利要求1-5中任一项权利要求确定所述偏航趋势；以及

利用所述估算的偏航力矩变化通过以下步骤改变所述车辆的左轮与右轮之间的扭矩、滑移或速度的差异：

i)计算所述左轮和所述右轮的推进状态的新值来抵消所述估算的偏航力矩变化，以及

ii)应用所述新值到所述左轮和所述右轮。

7.一种用于引起车辆的偏航力矩改变的方法，该方法包括以下步骤：

根据权利要求1-5中的任一项权利要求确定所述偏航趋势；以及

利用所述估算的偏航力矩变化通过以下步骤改变所述车辆的前轴与后轴之间的扭矩、滑移或速度的差异：

i)计算所述前轴和所述后轴的所述推进状态的新值来抵消所述估算的偏航力矩变化；以及

ii)应用所述新值到所述前轴和所述后轴。

8.一种用于引起车辆的偏航力矩改变的方法，该方法包括以下步骤：

根据权利要求1-5中的任一项权利要求确定所述偏航趋势；以及

利用所述估算的偏航力矩变化通过以下步骤改变至少一个车轮的所述推进状态：

i)计算所述至少一个车轮的所述推进状态的新值来抵消所估算的偏航力矩变化；以及

ii)应用所述新值到所述至少一个车轮。

9.一种用于确定车辆的偏航趋势的控制器，该控制器包括：

确定单元，该确定单元被配置成确定所述车辆的一个或几个车轮的至少一个推进状态；以及

估算单元，该估算单元被配置成根据所述至少一个推进状态来估算车辆的偏航力矩变化。

10.根据权利要求9所述的控制器，该控制器还包括：

计算单元，该计算单元被配置成估算所述车辆的至少一个车轮的至少一个推进状态的新值来抵消所述估算的偏航力矩变化；以及

信号发生器，该信号发生器被配置成生成相应于所述估算的所述至少一个推进状态的新值的信号。

11.一种用于应用车辆的至少两个车轮之间的推进状态的差异的装置，所述装置包括：

根据权利要求10的控制器；以及

调节器，该调节器能够接收所述信号并能够引起所述车辆的至少两个车轮之间的推进状态的改变，其中所述推进状态的改变依赖于所述信号携带的信息。

12.一种包括计算可读介质的计算机程序产品，该计算机可读介质上具有计算机程序代码，该计算机程序代码能够装载进处理单元，并且当所述计算机程序代码被所述处理单元执行时适于引起根据权利要求1-8中任一项权利要求所述的方法的执行。

Images