CN106461052B - 通过在提升的速度下锁止差速器来控制车辆的稳定性和横摆响应的方法和系统 - Google Patents

通过在提升的速度下锁止差速器来控制车辆的稳定性和横摆响应的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于控制车辆的稳定性和横摆响应的方法，所述车辆装备有前轴(24)、后轴(26)、可控差速器(22)以及控制单元(50)，所述控制单元被布置用于对所述差速器(22)进行锁止和解锁，所述方法包括根据对所述车辆的操作来对所述差速器(22)进行选择性地锁止或解锁。根据本发明，所述方法包括：测量至少纵向车辆速度(v)；将所测量的车辆速度(v)与预定第一参考速度(v)进行比较；以及如果所述所测量的车辆速度(v)超过所述第一参考速度(vH)，则对所述差速器(22)进行锁止。本发明还涉及用于控制上述类型的车辆的稳定性和横摆响应的系统。

Description

通过在提升的速度下锁止差速器来控制车辆的稳定性和横摆 响应的方法和系统
技术领域
本发明涉及用于控制车辆的稳定性和横摆响应的方法，该车辆装备有前轴、后轴、可控差速器以及控制单元，该控制单元被布置用于对所述差速器进行锁止和解锁，所述方法包括：根据所述车辆的操作来对所述差速器进行选择性地锁止或解锁。
本发明还涉及用于控制车辆的稳定性和横摆响应的系统，该车辆装备有前轴、后轴、可控差速器以及被布置用于对所述差速器进行锁止和解锁的致动装置、以及控制单元，该控制单元被配置成用于控制所述致动装置以根据所述车辆的操作来对所述差速器进行选择性地锁止或解锁。
本发明可以应用在诸如轿车、卡车、公共汽车等的车辆中。虽然将关于轿车形式的应用来描述本发明，但是本发明不限于这种特定类型的车辆，而是可以用于其他车辆中。
背景技术
在大多数车辆中，在传动系统中需要某种类型的差速器，以在急转弯驾驶时实现驱动轮之间的速度差。到目前为止，这个问题最常见的解决方案是所谓的开放式差速器。然而，当从动轮中之一以低摩擦系数[μ]接合路面而从动轮中的另一个具有较高的[μ]时，开放式差速器的众所周知的缺点出现。在这种情况下，在低[μ]接触表面处产生的低牵引力阻止在另一个车轮处产生显著的扭矩。由于在开放式差速器的两个轮轴之间的扭矩总是几乎相等，因此会产生将车辆从其位置拉出的很小的总牵引力。
由于这个基本缺点，已经开发了不同种类的锁止式差速器。为解决该缺点而开发的一种早期变型是可手动切换的锁止式差速器，该可手动切换的锁止式差速器是完全打开的或完全锁止的。该变型在其锁止模式下在不同-[μ]的条件下给出最佳可能的牵引力。然而，驾驶员自身需要在试图例如在干柏油路上进行紧急转弯之前确保差速器处于其打开模式，以避免驱动轴等上的过度载荷，以及避免试图防止车辆转弯的关于车辆的横摆轴线的强的横摆阻力矩。这种锁止式差速器通常安装在越野车辆或多用途车辆上，以改善在较不完善的道路上的低速牵引。如果输入扭矩较高，则在严重不同[μ]的情况下，完全锁止的差速器还可能导致一定程度的自转向行为。如果驾驶员适当地调节节气门或者如果牵引控制系统为驾驶员减小扭矩需求以在牵引能力和自转向行为之间获得最佳可能的折衷，这意味着驾驶员需要可接受程度的反向转向，则这个问题可以减小。
开放式差速器的类似缺点也可能出现在左右具有完美平衡的[μ]-值的情况下。在例如以一定速度转弯的动态驾驶情况下，将存在横向载荷传递，该横向载荷传递将导致车辆的任一侧上的驱动轮获得差动的法向力，该差动的法向力在更急剧的转弯情况下可以使轻载荷驱动轮具有非常小的牵引能力，从而导致低的总牵引力，然而更重载荷的驱动轮实际上能够处理比由开放式差速器所承受的更多的扭矩，该开放式差速器总是在两个驱动轮之间平均地分配扭矩。
在上述情况下，开放式差速器会通过改变其内部旋转方向使得内侧驱动轮以比拐角外驱动轮更高的旋转速度旋转，即使在转弯情况下拐角外驱动轮覆盖更大的道路距离也如此。这是由于以下事实而发生的：差动的法向力改变每个单个轮胎的纵向刚度，这意味着拐角内轮的滑移率将显着高于外轮的滑移率。如果在相同的情况下将锁止差速器，则差速器不会使得内驱动轮超过外驱动轮的速度，而是相反地，在这种情况下将大于一半的扭矩传送到拐角外驱动轮。在专利文献WO 2006/041384中更详细地描述了该现象，其中所提及的改变事件的旋转方向被称为“交叉点”，以及所描述的锁止式差速器被称为是“方向灵敏的”。因此，这种差速器在本文中将被称为“方向灵敏锁止式差速器”(DSLD)。在DSLD的情况下，使用两个单独的致动器来在两个潜在差速方向中的每个方向上控制对差速器的锁止。为了完全地锁止DSLD，两个致动器被同时激励。也可以存在单独的致动器来对DSLD进行解锁。
已经进行了许多尝试以通过设计不同种类的自锁差速器或所谓的限滑动差速器(LSD)来解决上述问题。这些差速器可以根据不同的原理起作用，但是可能地最常见的原理是利用离合器来产生摩擦，所述摩擦可以通过或多或少地将差速器的输出轴锁止在一起来在每个输出轴之间传递扭矩。较简单的变型可以具有弹簧加载的离合器组件，并且弹簧预载荷的量、有效摩擦表面的数量和摩擦系数将决定差速器开始差速需要多少扭矩差。如果这种摩擦力较高，则牵引能力将是好的，但是LSD还将引起相当多的额外的转向不足，特别是在较急的拐角处缓慢驾驶(低横向载荷传递)时。这意味着摩擦力将是折衷处理，其需要根据被认为更重要的情况而出现。
存在更先进的离合器组件类型LSD’s，其通常包含致动器机构，该致动器机构包括具有可互换角度的凸轮斜坡，以响应于输入扭矩的量和方向调节离合器组件的夹紧力。这些力传递斜坡意味着对静态预载荷的需要小得多，并且在某些情况下其甚至可以被完全省略，这意味着只要没有输入扭矩，LSD实际上是开放式差速器。这些更先进的LSD’s通常用于赛车运动应用中，并且其背后的一般构思是能够独立于在减速和制动期间的扭矩传递量来调节加速期间的扭矩传递量，从而能够针对不同驾驶场景调节车辆的操控平衡。
如前所述，存在响应于转弯的横向载荷传递，该横向载荷传递由于横向加速度，在转弯的情况下将作用在车轮和轮胎上的法向力从转角内轮传递到外轮。还存在纵向载荷传递，该纵向载荷传递响应于纵向加速度以前轮的法向力为代价增加后轮的法向力，或在纵向减速的情况下情况相反。因此，这种纵向载荷传递响应于(正纵向)加速而引起转向不足以及响应于减速(或者换言之负纵向加速)而引起过度转向。当说明纵向载荷传递响应于减速而引起过度转向时，不一定意味着其将变成过度转向，因为这首先取决于设计在车辆中的稳态操控平衡，而是意味着平衡将会在朝向过度转向的方向中改变。
作为示例，赛车通常被调节为具有几乎中性的稳态操控平衡，并且赛车通常配备有可调的限滑差速器。当赛车加速驶出拐角时，拐角外驱动轮通常载荷更重，这意味着拐角外驱动轮可以操控比内轮更多的驱动扭矩，这在许多情况下意味着开放式差速器会在“错误”方向上开始差速，这还意味着开放式差速器已经通过交叉点，并且意味着在这些情况下出于性能原因差速器通常应当被锁止，从而允许更强的加速并且给出绕车辆的横摆轴线的横摆支持力矩并且因此抵消转向不足引起的纵向加速。另一方面，当赛车在其进入拐角的途中进行牵引制动时，朝向前轴的纵向载荷传递将使得汽车可能过度转向并且不稳定，在这种情况下，锁止的差速器会使从动轴的车轮的制动扭矩被差动，以使得拐角外轮比内轮更有力地制动，这将使制动更轻，或者，如果从动轴的总制动扭矩足够低或者如果横摆角速度足够高，则在某些情况下实际上甚至可以具有正驱动扭矩。
根据后一种情况，可以看到，锁止的或者或多或少锁止的差速器除了其牵引增强影响之外还可以例如在减速时通过对驱动轮的纵向轮胎力进行差动从而给出绕车辆的横摆轴线的横摆阻力矩来帮助改善车辆稳定性。
从所有这些我们可以看出，在一定程度上适当调节的LSD可以在纵向加速度存在时通过补偿纵向加速度的不平衡影响而使车辆的操控平衡更一致，并且在没有输入扭矩时是或多或少打开的。考虑先前提到的纵向加速度的影响和伴随的载荷传递，以及或多或少锁止的差速器通常给出横摆阻力效应——该横摆阻力效应在输入扭矩变得足够高的情况下可以变成横摆支持效应——的事实，可以得出以下结论，如果由前轴产生差动的纵向力，则可以获得最强的横摆阻力矩，而相反地，如果由后轴产生差动的纵向力，则可以获得最强的横摆支持力矩(假设具有大致相等的轮胎尺寸和从前到后大致平衡的静态重量分布)。
除了上述所有之外，当然还存在对操控平衡的其它主要影响，这是由于以下事实：轮胎的横向容量随着其所经受的(足够大的)纵向驱动力而减小，这将在加速期间引起针对后轮驱动车的驱动力相关的、过度转向趋势，抵消基于载荷传递的转向不足的趋势，并且相反地，这将引起针对前轮驱动车的驱动力相关的转向不足趋势，从而增加基于载荷传递的趋势。如果我们再次以加速驶出拐角的赛车看上述情况。假定赛车是后轮驱动车，上述影响的后一种影响可以优先于基于载荷传递的趋势的影响，使得汽车过度转向，迫使驾驶员适当地调节节气门以避免汽车突然偏斜。然而，应当注意，如果驾驶员以适当的方式控制这种情况，则驾驶员可以从后轴获取的组合横向力和纵向力的总量在锁止式差速器的情况下比在开放式差速器的情况下高，这实际上是赛车通常装备有LSD的主要原因之一。另一方面，如果赛车是前轮驱动车，则由于这两个增加的效应，赛车最终处于转向不足的状态，即使在这种情况下也存在试图抵消转向不足的有利地差动的纵向力也如此。后一种推理表明，原则上，前轮驱动车辆在加速情况下几乎不能获得太多这些差动的纵向轮胎力。这个事实以及其他上述推理意味着人们可能会认为某种形式的理想差速系统将在前轮驱动车中具有最大的好处。另一方面，应当提到，前轴中的差动的纵向轮胎力会具有其自身的扭矩转向效应形式的问题，这意味着扭矩和力矩可以从驱动轮传递到方向盘，其本身会对转向几何学等提出特殊要求。
虽然我们可以从上述更先进的限滑差速器中获得一些性能益处和一些稳定性益处，但是所有被动式LSD变型在某种程度上仍然是使差速器在其合适时处于最高可能效率但仍然能够或多或少完全锁止任何差速器的能力与对于车辆的性能和/或稳定性是最好的情况之间的折衷。
为此，已经开发了电子控制的限滑差速器(eLSD)。eLSD通常具有连接至开放式差速器的一个多板离合器和致动器，该致动器经由电子控制单元可以向离合器施加受控量的夹紧压力，从而将eLSD控制为在完全打开和完全锁止之间的任何状态。
与赛车相反，客车通常被调整为具有更多的转向不足操控平衡。其原因有若干个，但其中一些是以下事实：驾驶安全一般在优先级列表上更高，而性能在同一列表上较低，客车司机也经常大多在操控极限状态下的驾驶方面经验不足，这意味着需要更大的稳定性裕度以帮助他们应对意外的危急情况，例如必要的规避操纵，特别是在较高的速度下，此时横摆阻尼严重受损以及可能响应于突然的车道变更操纵等出现横摆过冲。然而，与具有更中性的操控平衡的车辆相比，即使车辆被设计为在稳态转向情况下非常严重地转向不足，通常仍然可能在某些瞬态情况下使其过度转向并且不稳定，即使其将采取更多稳定性干扰输入以使其这样也如此。该事实以及严重转向不足的车辆可能并不总是被认为是最有驾驶乐趣的车辆的事实意味着车辆工程师必须关于稳定性和驾驶乐趣的部分冲突特性而达成操控平衡的折衷。
除了LSD系统或eLSD系统之外，还具有无论输入扭矩如何都甚至更有效地给出更一致的操控平衡的其它系统。这些系统通常被称为“扭矩矢量化”系统并且可以迫使驱动轮差速，从而这些系统能够将多于一半的输入扭矩发送至具有最高转速的一个驱动轮，这对于以下类型的LSD而言是不可能的：其仅可以将多于一半的扭矩传送至具有最低转速的车轮，或者如果两个车轮具有相同的转速则将多于一半的输入扭矩发送至具有最强阻力的车轮。然而，这些扭矩矢量系统显著地更复杂，从而也更昂贵。当其达到在操作平衡中的上述折衷时，还可能要使用各种稳定性控制系统。
可以应用稳定性控制系统以帮助驾驶员防止车辆在危急情况下失去控制。市场上的大多数车辆稳定性控制系统是基于制动器的。通常，这些基于制动器的稳定性控制系统使用参考模型来基于车辆的纵向速度、车辆的转向不足梯度以及驾驶员的转向输入计算适当的横摆角速度。以闭环方式(即，反馈控制)将该参考横摆角速度连续地与车辆的实际横摆角速度进行比较，并且如果两者相差大于一定量——即所谓的死区，则电子控制系统可以将制动扭矩施加至一个或多个车轮以使车辆返回到预期方向，并且特别地当电子控制系统针对过度转向校正时，减小横摆角速度的正常方式是对拐角外前轮进行制动。需要上述死区以避免来自系统的干预过于频繁，其会导致制动系统部件的不必要的高磨损率并且可能被驾驶员理解为干扰或侵入，这是因为基于制动器的稳定性控制系统通常可以在起作用时被感觉到和听到，并且一些司机可能认为这是车辆失控。对于自动汽车工业而言通常已知的是，与基于制动器的过度转向校正中类似的横摆阻力矩可以通过例如eLSD的可控差速器来实现。
在没有任何类型的稳定性控制系统(和开放式差速器)的情况下，车辆的稳定性仅取决于轮胎的横向容量，而如已经解释的那样，稳定性控制系统倾向于利用差动的纵向轮胎力来影响车辆的横摆角速度。如已经解释的那样，基于制动器的系统通过对单个车轮进行制动来实现这种控制，对单个车轮进行制动除了改变横摆角速度之外还导致速度减小。另一方面，基于差速器的稳定性控制响应于车辆的横摆角速度重新分配已经存在的从动车轮的轮胎纵向力，这首先意味着其不像基于制动器的系统那样给出净速度减小，并且还意味着其根据“反应性”原理工作，“反应性”原理意味着关于车辆的横摆轴线的横摆阻力矩的量取决于横摆角速度本身。前者意味着实际上不需要存在死区，而后者意味着横摆阻力矩的量在相当大的程度上是自调节的，这意味着基于差速器的系统的控制力低于基于制动器的系统的控制力，基于制动器的系统需要经由有力的车轮制动器装置来调节车轮的总转速，而不是经由位于车轮之间的传动系统内的致动器来仅调节车轴的两个驱动轮的相对转速。虽然在许多情况下基于制动器的系统能够最终生成更强的横摆阻力矩，但是如果[μ]-值估计不正确，则存在例如过度致动的更大的风险。
除了上述基于差速器的系统的较低控制需求之外，还存在真正重新分配当前纵向力而不是增加制动力的两个其它理论益处。最明显的益处是没有净速度降低，因此没有纵向载荷传递，其实际上通过减小后轴的横向容量而自身产生轻微的稳定性干扰效应。另一个好处是以下事实：与对拐角外轮进行制动相比，重新分配现有的纵向轮胎力意味着对于相等量横摆阻力矩而言，会受到干预的车轴的总横向能力具有较小的劣化。虽然可以从任一轴中的受控差速器获得横摆阻力矩，但是对于基于差速器的系统而言，尽管具有上述一般优点，但是在前轴中进行干预仍然稍微更有效。其主要原因当然是以下事实：在可能过度转向情况下，前轴是具有最高横向容量裕度的轴，并且在这种情况下由于干预导致的横向容量的小的劣化会影响前轴，使其本身导致转向不足。
当研究可以如何使用这两种不同的方法来解决相同的潜在稳定性问题时，也很显然，有可能使用两种原理来获得积极协同效应，以使基于差速器的干预措施优先，并且只有当前者被证明不够时，基于制动器的干预才会开始。重新分配轮胎力(而不是对单个车轮进行制动)的上述优点意味着，不管可控差速器是位于前轴，后轴还是两者中其都可以被更频繁地使用，并且其通常不会被驾驶员感知到，所有这些都可以有助于改善车辆的性能以及驾驶体验这两者。然而，使用可控的基于差速器的系统(如eLSD)来改善车辆稳定性意味着关于差速器硬件部件及其所需的控制系统这两者的成本都增加。
因此，在车辆领域中，需要改进的方法和系统，改进的方法和系统被配置成用于提高道路车辆的稳定性并且还用于调适和控制横摆响应，特别是在驾驶员在中速至高速驾驶期间施加大且突然的转向输入的情况下。还需要使用低成本部件和简单控制来实现这一点。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种解决与现有解决方案关联的问题的方法和系统，借助于该方法和系统，使用至少一个可控差速器，可以增加车辆的中速至高速稳定性，并且可以在瞬态转向操纵期间改变车辆的横摆响应。
根据本发明的第一方面，上述目的可以通过用于控制车辆的稳定性和横摆响应的方法来实现，所述车辆装备有前轴、后轴、可控差速器以及控制单元，所述控制单元被布置用于对所述差速器进行锁止和解锁，所述方法包括：根据所述车辆的操作来对所述差速器进行选择性地锁止或解锁。根据本发明，所述方法还包括：测量至少横向车辆速度，将所测量的速度与预定第一参考速度进行比较，以及如果所述所测量的车辆速度超过所述第一参考速度，则对所述差速器进行锁止。
本发明的优点在于：其提供了通过使用差速器改善车辆的稳定性以及改变车辆的横摆响应的方式，当满足特定条件时对所述差速器进行锁止和解锁。本发明的另一优点在于：使用低成本部件和简单控制实现了上述方面。
根据实施方式，第一参考速度选择为在区间80km/h至110km/h内的值。
根据实施方式，在所测量的车辆速度不超过所述第一参考速度的情况下所述方法还包括：将所测量的车辆速度与预定第二参考速度进行比较；测量车辆的前轮转向角速率；将前轮转向角速率与前轮转向角速率值的预定参考值进行比较。此外，如果所测量的车辆速度超过所述第二参考速度并且所测量的前轮转向角速率超过所述前轮转向角速率的预定参考值，则对差速器进行锁止。
根据实施方式，第二参考速度合适地在区间60km/h至80km/h内，此外，前轮转向角速率的参考值被设置为在区间20度/秒至50度/秒内的值。
上述目的还通过用于控制车辆的稳定性和横摆响应的系统来实现，所述车辆装备有前轴、后轴、可控差速器和被布置用于对所述差速器进行锁止和解锁的致动装置、以及控制单元，所述控制单元被配置成用于控制所述致动装置以根据所述车辆的操作来对所述差速器进行选择性地锁止或解锁。此外，控制单元还被配置成用于测量至少纵向车辆速度，将所测量的车辆速度与预定第一参考速度进行比较以及如果所述所测量的车辆速度超过所述第一参考速度，则对所述差速器进行锁止。
看起来开放式差速器已经成为道路车辆中的一个常态，在几乎所有的驾驶情况下，其实际上都毫无疑问地作为默认解决方案，因此，与基于制动器的系统类似地，使用例如eLSD来增加中速至高速稳定性的正常方式是使用参考模型，并且一旦检测到过度转向趋势，就有可能锁止任何进一步的差速，这意味着使用反馈控制。这很可能部分由于以下事实：实际上所有车辆都被调整为转向不足，而因此似乎没有人想要在任何不真正需要的情况下使差速器冒风险去甚至进一步增加转向不足的特性。
另一方面，本发明基于以下观点：只要拐角半径足够大，锁止式差速器实际上给出更加一致的操控平衡，以避免绕车辆的横摆轴线产生太大的横摆阻力距。该观点与以下事实密切相关：假定无论车辆的纵向速度如何车辆都可以实现相同量的横向加速度，则车辆可以沿循的最小半径与其纵向速度的平方成比例。本发明还基于以下观点：当车辆在较高速度处达到可操纵性时，限制因素更多地是关于产生高横向加速度的能力而不是允许高横摆角速度的能力。
在以下描述和所附权利要求中公开了本发明的进一步的优点和有利特征。
附图说明
参照附图，下文是本发明的作为示例列举的实施方式的更加详细的描述。
图1是包括在其中可以实现本发明的电子可控锁止差速器的示例性车辆传动系统配置的示意图。
图2是用于控制根据本发明实施方式的电子可控锁止差速器的状态的算法的逻辑流程图。
图3是针对以不同水平的横向加速度转弯的理论差速对纵向速度的图。
图4是示出以特定纵向速度(在该情况下90km/h)在特定拐角半径(在该情况下100m)上，依据车辆状态距离交叉点的远近，锁止差速器的影响的图。
图5是针对具有开放式差速器的车辆和具有锁止式差速器的车辆中的模拟步进转向(节气门打开/节气门关闭)操纵的曲率半径对纵向速度的图。
图6是针对具有开放式差速器的车辆与具有锁止式差速器的车辆中与图5中的操纵相同的操纵的车辆侧滑角对时间的图。
图7是针对具有开放式差速器的车辆与具有锁止式差速器的车辆中与图5中的操纵相同的操纵的前(驱动)车轮纵向轮胎力对时间的图。
图8是针对具有开放式差速器的车辆中的单车道变换操纵的方向盘输入和车辆横摆角速度的图。
图9是针对具有锁止式差速器的车辆中的单车道变换操纵的方向盘输入和车辆横摆角速度的图。
图10是针对具有开放式差速器的车辆中的单车道变换操纵的横向加速度的图。
图11是针对具有锁止式差速器的车辆中的单车道变换操纵的横向加速度的图。
图12是针对具有开放式差速器的车辆中的单车道变换操纵的前(驱动)轮转速的图。
图13是针对具有锁止式差速器的车辆中的单车道变换操纵的前(驱动)轮转速的图。
图14是针对具有开放式差速器的车辆和具有锁止式差速器的车辆中的单个车道变换操纵的车辆侧滑角的图。
图15是针对具有开放式差速器的车辆中的单车道变换操纵的方向盘输入和车辆横摆角速度的图，初始速度为90km/h。
图16是针对具有锁止式差速器的车辆中的单车道变换操纵的方向盘输入和车辆横摆角速度的图，初始速度为90km/h。
图17是针对具有开放式差速器的车辆中的单车道变换操纵的横向加速度的图，初始速度为90km/h。
图18是针对具有锁止式差速器的车辆中的单车道变换操纵的横向加速度的图，初始速度为90km/h。
图19是针对具有锁止式差速器的车辆中的单车道变换操纵的前(驱动)轮转速的图，初始速度为90km/h。
图20是针对具有开放式差速器的车辆与具有锁止式差速器的车辆中的单车道变换操纵的车辆侧滑角的图，初始速度为90km/h。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施方式，在此处描述并且在附图中示出了本发明的实施方式的示例。虽然将结合实施方式描述本发明，但是要理解的是，其不意在将本发明限制到这些实施方式。相反，本发明意在涵盖可以包括在本发明的如由所附权利要求所体现的精神和范围内的变型、修改以及等同方式。
首先参照图1，示出了在其中可以实施本发明的系统的简化示意图。特别地，图1示出了具有传动系统配置的示例性车辆1的简化示意图，该传动系统配置包括在其中可以实施本发明的电子可控锁止差速器。
参照图1，示出了提出的传动系统配置20，其不意在是限制性的。传动系统20包括安装在前轴24和后轴26中至少之一中的电子可控差速器22a、22b。在以下描述中，还存在对差速器22的引用，指示出其可以由前差速器22a或后差速器22b组成、或者包括前差速器22a和后差速器22b两者的组合功能。可控差速器22可以用于在左车轮28与右车轮30(被分别布置在前轴24和后轴26中)之间传递扭矩。
如图1中所示，还提供了多个传感器，通过附图标记10来示意性地引用，所述传感器可以被布置用于检测(每个车轮的)车轮速度、转向车轮角度、车辆的横摆角速度以及与车辆的操作状况关联的其他参数。车辆的可以被检测的另外的操作状况是纵向车辆速度、对制动踏板的致动、对加速器踏板的致动以及对离合器踏板的致动等。
参照图1，车辆1中还布置了控制单元50。控制单元50被配置成用于执行使用扭矩传递来改善车辆稳定性以及改变横摆响应的方法。为此，车辆传感器10被连接至控制单元50。此外，控制单元50还被连接至分别针对前差速器和后差速器的致动器40a、40b。这些致动器40a、40b(下文还称为“致动器40”)被布置用于对差速器22进行选择性地锁止或解锁。根据本发明，根据如下文将要描述的某些操作参数来控制这样的锁止或解锁操作。
控制单元50可以是专用的、独立的控制单元或者可以形成为车辆1的另一电子控制单元(ECU)的一体组成部分，例如，用于控制车辆的制动器以使车辆稳定的单元，即，所谓的电子稳定性控制器(ESC)。
根据实施方式，控制单元50被配置成控制差速器22以使用扭矩传递来改善车辆稳定性以及改变横摆响应。现在，将参照图2来描述这一点，图2是解释根据此实施方式的各种方法步骤的流程图。
根据实施方式的过程开始于步骤150，在步骤150中，控制单元50确定车辆1的纵向车辆速度并且将所述纵向车辆速度与预定第一参考速度进行比较。如果车辆速度的测量值超过第一参考速度，则控制单元50将车辆速度与另一参考速度进行比较(在步骤152处)，该另一参考速度高于第一参考速度(在步骤150中)。如果车辆速度超过较高参考速度vH，则控制单元50对差速器22进行优先锁止，即，将激活差速器22的制动器40以对所述差速器22进行锁止。下文将更加详细的描述这样的锁止的效应、结果和优点。
根据实施方式，在区间80km/h至110km/h内选择较高参考速度vH，并且较高参考速度vH优选地为约90km/h。此外，在区间60km/h至80km/h内选择较低参考速度vL，并且较低参考速度vL优选地为约70km/h。
在测量的车辆速度v不超过较高参考速度(vH)但是仍然超过较低参考速度(vL)的情况下，控制单元50将检查(在步骤154中)车辆的前轮转向角速率(dδ/dt)是否高于预定参考值(dδ1)。还测量车辆的前轮转向角的大小并且将其与前轮转向角度值的预定参考值(δ1)进行比较，并且如果所测量的车辆速度超过较低参考速度(vL)并且还在下述情况中的任一个情况下，则对差速器22进行锁止：
(i)所测量的前轮转向角(δ)超过前轮转向角的所述预定参考值(δ1)，或者
(ii)所测量的前轮转向角速率(dδ/dt)超过前轮转向角速率的所述预定参考值(dδ1)，或者
(iii)所测量的前轮转向角(δ)超过前轮转向角的所述预定参考值(δ1)并且所测量的前轮转向角速率(dδ/dt)超过前轮转向角速率的所述预定参考值(dδ1)。
如果不满足以上条件，则差速器22将保持未被锁止并且此过程返回步骤150。
图2中的步骤156a、156b与其中借助于致动器40对差速器22进行锁止的状况对应。
过程从步骤156a进行至步骤158，在步骤158中，控制单元50检查车辆速度v是否下降至低于另一参考值v4，该另一参考值v4与这样的值对应：在该值处适合去除对差速器22的优先锁止。为此，第四参考速度v4优选地在低于vH的5km/h至10km/h的区域中。
过程从步骤156b进行至步骤160，在步骤160中，控制单元50首先检查车辆速度v是否低于另一参考值v3，其次，检查前轮转向角的大小是否高于另一预定参考值(δ2)，该另一预定参考值(δ2)与适合对差速器22进行解锁的车辆状态对应。合适地，选择参考值v3使得在不需要额外的车辆稳定性的情况下锁止式差速器22的特征不负面地影响车辆在低车辆速度至中车辆速度范围处的可操纵性。为此，第三参考速度v3在区间55km/h至80km/h内选择。
本发明是基于以下观点：只要拐角半径足够大以避免绕车辆的横摆轴线产生太大的横摆阻力距，锁止式差速器实际上就给出更加一致的操控平衡。该观点与以下事实密切相关：假定无论车辆的纵向速度如何车辆都可以获得相同量的横向加速度，则车辆可以沿循的最小拐角半径与其纵向速度的平方成比例。本发明还基于以下观点：当车辆在较高速度处达到可操纵性时，限制因素更多地是关于产生高横向加速度的能力而不是允许高横摆角速度的能力。
图3示出了针对以不同水平的横向加速度拐弯的理论差速对纵向速度的图，其实质上是上述关于最小可能半径的事实的相反表示，示出了对差速的需要如何随着纵向速度的增大而成指数减小。这是在零输入扭矩(空滚动车轮)处的差速的纯理论表示，其不考虑每个轮胎的胎体的任何有差别的垂直变形，并且当然也不考虑任何伴随的有差别的滚动阻力。实际上，差速会比该线所示的差速稍大一些，特别是在代表较高水平的横向加速度的线处。
在零输入扭矩和差速器锁止的高速转弯的情况下，将具有来自拐角外驱动轮的一定量的制动扭矩以及来自内驱动轮的相等量的驱动扭矩，其产生绕车辆的横摆轴线的转向不足(或横摆受阻)力矩。如果在相同的情况下施加负输入扭矩，则该横摆阻力矩将增加，从而抵消由于增大的减速而增加横摆角速度的趋势，这种趋势由于、朝向前轴的纵向载荷传递而产生(由于滚动阻力等，在零输入扭矩下将已经存在一定量的减速)。如果替代地施加正输入扭矩，则横摆阻力矩将减小，从而抵消由于后轴的载荷增加而减小横摆角速度的趋势，该后轴的载荷增加是以前轴的载荷减小为代价的。锁止式差速器的响应于变化的输入扭矩的水平和方向这种变化的影响变得更加明显，在从动轴处存在的横向载荷传递就更多，并且其原因是将驱动轮推向道路表面的差动的法向力以及因此每个轮胎的有差别的纵向刚度的间接效应。基本上，可以将该整体效果看作车辆的状态距先前提到的交叉点的远近的函数，远离交叉点意味着来自锁止式差速器的影响大，恰好在交叉点处则根本没有影响。如果横向加速度和输入扭矩足够高(即，车辆状态在交叉点上方)，则锁止式差速器甚至将开始产生绕车辆的横摆轴线的横摆支持力矩，从而进一步抵消基于纵向载荷传递的转向不足的趋势。
再次参照图3和开放式差速器(其当然不会产生横摆力矩)，其可以替代地响应于负输入扭矩而比该线示出的存在更大的差速以及响应于正输入扭矩而存在更小的差速，或者甚至与零线交叉(交叉点)，从而改变差速方向。(当然，同样地，该趋势变得更明显，在从动轴处存在的横向载荷传递就更多)。
图4示出了根据输入扭矩的水平，纵向轴力在拐角内轮与拐角外轮之间如何产生差动。两条曲线表示在具有100米半径的拐角中在6.25m/s2的横向加速度下每个车轮的纵向轮胎力对纵向轮胎滑动曲线。点4a和4b示出了当总纵向轮胎力为约2000N时每个车轮上的纵向轮胎力的量，给出相当强的负横摆力矩。点5a和5b示出了当总纵向轮胎力为0N时纵向轮胎力的量，给出稍微较弱的负横摆力矩。点6a和6b示出了当总纵向轮胎力为约2500N时，每个车轮上的力的量，并且可以看出，两个车轮具有相同量的纵向轮胎力，意味着将没有横摆力矩。此外，每个驱动轮之间的滑移率的差异在这一点上等于理论差异，或者更确切地，包括不同轮胎变形和滚动阻力的效应的理论差异(轨道宽度除以拐角半径)，这意味着此处车正在交叉点处。点7a和7b示出了当总纵向轮胎力为约4000N时，每个车轮上的纵向轮胎力的量，并且可以看出，由于差动的轮胎力而将存在一定量的正横摆力矩。点8a和8b示出了当总纵向轮胎力为约5000N时，每个车轮上的纵向轮胎力的量，给出更强的横摆支持力矩。所有这些示出了锁止式差速器响应于输入扭矩的水平和方向而给出横摆阻力矩或横摆支持力矩，所述输入扭矩的水平和方向趋向于响应于纵向载荷传递而补偿横摆力矩的差异，这意味着锁止式差速器通常给出比开放式差速器更一致的操控平衡(假定转弯半径在稳态下不会太小甚至在减速情况下更是这样可以导致过高的横摆阻力矩产生)。
图5至图7示出了针对步进转向操纵的三种不同的模拟结果，其中，初始速度为100km/h，并且初始节气门输入为三档中全节气门的80％，并且驾驶员最初施加80度方向盘输入，其在整个操纵中保持稳定，在五秒钟处，节气门被释放并且针对剩余的操纵汽车进行发动机制动。在开放式差速器的情况下以及在锁止式差速器的情况下都进行相同的方案。
图5示出与具有开放式差速器的汽车相比，响应于加速度和减速度，具有锁止式差速器的汽车在其沿循的曲率半径方面差异小得多。图5还示出了与具有开放式差速器的汽车相比，减速时转向不足的增大相当小。
图6示出了针对相同操纵的车身侧滑角，并且可以看出，具有锁止式差速器的车辆在节气门释放之前和之后(在5秒处)保持更加一致的侧滑角。通过比较响应于节气门释放的侧滑波动的幅度，还可以看出，通过锁止式差速器显著地增加了横摆阻尼。此外，响应于可以被看作扰动的节气门释放，在锁止式差速器的情况下，横摆波动频率更一致。
图7示出了锁止式差速器给出的差动的纵向轮胎力的大小。可以看出，在节气门释放之前，拐角外轮具有比拐角内轮显著更高的纵向轮胎力，而在节气门释放之后，拐角外轮产生比拐角内轮显著更高的制动扭矩。不管响应于变化的节气门输入而明显改变的纵向载荷传递的效应，这些差动的纵向轮胎力是车辆表现出图5和图6中的更一致行为的原因。
即使锁止式差速器在大多数稳态的情况下将会引起略微更多的转向不足，在大多数稳态情况下的额外稳定性以及甚至在节气门关闭或制动情况下也如此还意味着我们可以使自己首先使用较小的转向不足梯度调整基线操控平衡，同样地无论横向加速度如何都获得更一致的操控平衡，但除了具有非常高的横向载荷传递的最极端的转弯情况以外，这可能实际上意味着在稳态转弯时(特别是在理论差速由于大的拐角半径而为低时以较高的速度)变得高于交叉点，意味着锁止式差速器将开始引起轻微的横摆支持力矩。
再次参照图5，当转弯半径随着速度增加而增加时，线的斜度是对转向不足梯度的度量，其意味着针对较小的转向不足调节汽车会意味着一般的斜度将会略微较不陡峭，并且意味着转弯半径将会因此在高速下更紧急，或者意味着在高速下对于相同的转弯半径将会需要更小的转向输入。针对转向不足的改变的操控平衡还将会直接导致操控极限速度增大，并意味着更高的转弯性能。
因此，代替具有闭环“主动”系统(即，反馈控制)的方式，此闭环“主动”系统评估传感器数据并且响应于参考模型对eLSD的离合器压力进行或多或少的连续调节以在检测到过度转向趋势的情况下以及当检测到过度转向趋势时有可能给出横摆阻力矩，本发明的所提出的方法是这样一种方法：让预定义标准或换言之前馈控制将开关触发到“优先”稳定性模式(其实际上是锁止模式)，意味着我们将得到这样一个系统，该系统将自动地直接响应于驱动轮的每个轮胎的横摆角速度、输入扭矩和纵向刚度的量而机械地调节驱动轮的差动的纵向轮胎力，其本身是(除了轮胎设计本身)每个轮胎的法向力和μ值等的结果。所有这些相比于驱动轴的灵活性、包括锁止装置的差速器的刚度和轮胎本身的柔性将要提供的操作而言都将没有延迟地发生。
稳定性模式意在用于例如高速公路驾驶。当我们沿着高速公路正常驾驶时，道路本身具有足够大的最小拐角半径以使驾驶员不能主观地注意到具有开放式差速器或锁止式差速器的差异。然而，如果前方有障碍物迫使驾驶员进行避让操纵，则驾驶员可能想要使车辆以最小可能半径转向以避开车辆前方的障碍物。假设驾驶员在紧张时进行避让操作，则车辆可以操控，在这种情况下，与开放式差速器相比，锁止式差速器将会意味着横摆角速度会略微较低，但是如已经提到的那样，使车辆以较高速度在最紧急的可能半径处转向的限制因素更多是关于快速地建立横向加速度的能力，而不是获得高横摆角速度(在这种情况下其实际上可能变得不必要地高)的能力。
另一方面，为了调节车辆以减少转向不足将可能给车辆提供更快的初始向里转弯和横向加速度积累，补偿稍微较低的横摆角速度或可能甚至不止补偿稍微较低的横摆角速度，意味着车辆可能能够获得甚至更高的横向加速度并且沿循较小的半径，而不考虑稍微较低的横摆角速度。无论如何，道路本身可以被认为是狭窄的走廊，这意味着为了使驾驶员在希望能够避开障碍物之后停留在道路上，驾驶员现在必须向另一方向转向以转向到另一车道中。
在这种情况下要注意的第一件事是，由于车辆的质量惯性矩，车辆想要继续其当前的横摆运动，这意味着将存在车辆横摆角速度的延迟以遵循如由新的转向输入所指示的驾驶员意图。然而，一旦第一方向上的横摆角速度开始下降，则由于后轮胎和前轮胎现在将在相反方向上在短时间段内产生相当强的横向力的事实，横摆加速度将明显强于第一输入的横摆加速度，这意味着第二转向输入的横摆角速度几乎无一例外地变得不必要地高，并且还意味着车辆的质量惯性因此将试图迫使横摆运动继续比所需要的时间更长的时间。这意味着驾驶员将必须猛烈地反向转向以阻止车辆的过度旋转。
重要的是要认识到，对于瞬态转向操纵，车辆沿循的转弯半径不一定是与车辆的实际横摆角速度紧密相关的半径。同样重要的是要意识到驾驶员在车道变换操纵中真正想要的是车辆的快速侧向位移而不是高横摆角速度。
当在锁止式差速器的情况下转弯时，先前提到的驱动轴等的灵活性意味着在系统中将存在扭转，其作用为对能量的存储，一旦驾驶员将转向锁止改变到另一方向，该能量将被再次释放。这将给出短期的扭矩矢量效应，意味着在横摆角速度刚改变方向之前以及稍微在改变方向之后的短时间段内，在具有最高旋转速度的驱动轮处实际上将存在更高的扭矩。所有这些意味着所提出的控制差速器的方法都将限制横摆角速度的最大量，但是其也将通过减小通常存在于例如回避操纵中的随后转向输入之间的延迟来大大改变横摆响应。这使得车辆更加稳定，并且其还改善了连续转向操纵中的转向精度。所有这些将使得车辆在危急情况下更易于控制，即使由经验不足的驾驶员也如此，经验不足的驾驶员通常难以足够快且精确地进行需要的反向转向修正以避免失控。
图8至图14示出了由于单车道变换操纵得到的测试结果的不同方面，该单车道变换操纵是在操纵期间以初始速度68km/h以及零输入扭矩(离合器脱离)进行的。图8示出了在开放式差速器情况下的方向盘角度(实线)和横摆角速度(虚线)，以及图9示出了在锁止式差速器情况下的相同信号。可以看出，通过锁止式差速器显著地减小了横摆角速度延迟和横摆角速度的最大量。
图10示出了在开放式差速器情况下的横向加速度，以及图11示出了在锁止式差速器情况下的横向加速度，可以看出，在所获得的横向加速度的量之间存在非常小的差异。
图14示出了车身侧滑角，虚线针对开放式差速器，以及实线针对锁止式差速器，可以看出，在锁止式差速器的情况下，侧滑角实际上减半。这是由于差动的纵向轮胎力——在这种情况下为前驱动轮的纵向轮胎力——通过补偿后轮轮胎的不足的横向力容量来增加有助于饱和的后轮轮胎的负横摆力矩，从而大大改善了车辆的稳定性。
稳定性模式将在“正”锁止差速器的情况下被完全锁止，“正”锁止差速器例如为根据WO 2006/041384的方向灵敏锁止差速器，但是在将所提出的方法用作针对eLSD的控制策略的一部分的情况下，可设想到地，夹紧压力可以被设定在使离合器在每个驱动轴之间以某一最大扭矩差开始滑动的值。然而，在该说明中，可以相关地指出以下事实：如先前提到的那样，基于差速器的稳定性控制本质上是反应性的，并且与基于制动器的稳定性控制相反，基于差速器的稳定性控制还取决于拐角外轮胎和拐角内轮胎两者的牵引能力以产生横摆阻力矩。这个事实在高横向加速度操纵中通常意味着，由于横向载荷传递，可以生成的横摆阻力矩的最大量受限于拐角内轮胎能达到的对路面抓握的能力。这还意味着这种也与一定量的扭转相等的最大量的横摆阻力矩，在一些情况下由于事实上轻微加载的内轮或例如由于路面中的隆起而可能“泄漏”出系统，意味着通过轻微加载的内轮的差的轮胎摩擦力来解开。
现在参考图12和图13，其示出了在单车道变换操纵期间的(前)驱动轮速度，实线针对左轮，而虚线针对右轮。图12示出了针对开放式差速器的车轮速度，并且可以看出，差速速度在第一方向上在40rpm(或2/3rps)的区域中，并且在第二方向上稍微高一些，此时横摆角速度也更高，如通过比较来自图8中的相同操纵的横摆角速度可以看出的。通过相同的比较，还可以看出，在横摆角速度改变符号(越过零线，此零线如由与图8的横摆角速度零点对应的细线2、3和4所指示，线1与“第一”横摆运动的开始对应)的同一时刻，差速正在改变方向。
图13显示了针对锁止式差速器的车轮速度，并且此处可以看出车轮差速速度严重受阻。然而，还可以看出，在第一转向方向的第一部分(部段A)中存在一些差速(扭转)，但是在部段B中实际上根本没有差速(可能甚至有微小量的展开)。后一部段与最高量的横向加速度对应，并且因此与非常轻载荷的内轮对应，而在部段C中，差速再次开始(更多的扭转)。之后，通过线2可以看出存在横摆角速度方向变化，并且还可以看出车轮差速速度变得相当高。对于这的主要的原因是以下事实：该差速“区域”(部段D)的大约2/3包括存储的能量从第一转向方向的展开或释放，并且因此在差速器本身内的扭矩反转将在线2b处发生，现在卷绕将从线2b处沿另一方向再次开始。如在两个车轮之间测量的扭转量在部段A和部段C中分别为大约12度，这意味着在部段D中存在大于20度的展开。(仅作为与开放式差速器的对比，锁止式差速器在第一转向方向上的差速为大致130度或略大于整圈的1/3)。还相关地指出，(如在车轮处测量的)差速方向的实际变化发生在横摆角速度改变符号(方向)之前的一小会儿，并且指出，在部段D期间的展开还意味着在具有较高转速的车轮(在这种情况下为左车轮)处将存在较高的驱动扭矩，有助于车辆更快地遵循驾驶员的意图，此意图如由方向盘输入所指示。在部段E中可以看出，在新的方向上存在扭转，但是然后顺序地存在一个接一个的多个展开和扭转，这通常是因为横摆角速度在该点较高的事实，意味着汽车的角动量较高，这使得内侧轮胎难以抓紧。“较弱”内侧轮胎限制负横摆力矩的最大量的方式实际上意味着，如果驾驶员尝试事实上猛烈的转向操纵以及当驾驶员尝试事实上猛烈的转向操纵时，完全锁止的差速器在速度范围内可以有益地下降相当低。
如已经提到的那样，来自锁止式差速器的大大提高的高速稳定性意味着，可以针对较少的转向不足来调整基础车辆操控平衡。这是基于以下前提：对车辆的操控平衡的调节在某种程度上是关于纵向速度的折衷，以使得对于低速，应当优选机动性，而对于较高速度，应当优选稳定性。也就是说，如果要设计仅用于低速驾驶而制造的汽车，与设计成仅用于高速驾驶的汽车相比，其可能的结果是：在汽车内建立较少的转向不足。该假设还意味着可以使用任何主动系统——例如四轮转向系统——通过下述方式来改善低速机动性：在较低速度处使后轮在与前轮相反的方向上稍微转向以改善其响应性并增加其横摆加速度，以使其在快速转向转变时以及通过在低速驾驶时偶尔会碰到的紧急拐角时表现更佳。可设想的是，相同的系统可以在某个中等速度区间处转弯时根本不使后轮转向，并且最终使后轮在与较高速度下在与前轮相同的方向上稍微转向，以减小产生一定量的后轮胎侧向力所需的横摆加速度和车身侧滑角的量，从而，使得车辆在缺乏横摆阻尼并且稳定性更易于成为问题时在高速处更加稳定和平稳。以这种方式，操控平衡可以变得关于驱动速度较不折衷。以类似的方式，所提出的控制用于车辆的差速器的方法意味着车辆的速度范围被分成三个不同的速度区间，即低速、中速和高速。在低速区间中，差速器是打开的。在方向灵敏锁止差速器(DSLD)的情况下，默认控制模式是打开模式，但是一旦例如一定量的横摆角速度或一些其他相关信号指示转弯情况，就将DSLD切换至适当的转弯性能模式(左转弯性能或右转弯性能)，意味着其打开成仅在法向方向上进行差速，也就是说，使得拐角外驱轮能够超过内轮的速度，而不是反过来。对于中速范围也是如此。然而，所有这些都在本发明的范围之外，但是为WO 2006/041384的一部分，并且在本文中仅作为引用来描述，并且要指出，如果使用DSLD实现本发明，则控制差速器以例如改善车辆的牵引能力的这些其他方面与用于在例如eLSD的情况下改善这些相同特征的方法略有不同。本发明仅涉及用于改善车辆中速至高速稳定性以及改变车辆在连续的转向操纵中的横摆响应的步骤。
在低速和中速区间中，开放式差速器将是控制器的默认模式，意味着车辆转向响应将是敏捷的，特别是在其被调节为具有完全中性的稳态操控平衡的情况下。还可以理解的是，例如使后轴内倾较少，以进一步提高机动性并且可能减小滚动阻力。开放式差速器还可以具有较不复杂的后轴，例如扭梁轴，而不是多连杆轴，以节省成本并且改进封装，假定只要驾驶速度足够低，较简单的轴的不太折衷的运动学和顺应性特性就可能不会被感觉为有太多缺点。
根据本发明，将存在上速度阈值(称为VH)，在该速度阈值之上，差速器的默认模式是其锁止模式。所述阈值当然可以在一定程度上根据其所用于的车辆的类型而改变，但是所述阈值还可以响应于不同的驾驶员可选设置而可变，所述驾驶员可选设置例如为正常模式、雪地模式、运动模式等。所述阈值还可以响应于例如受驾驶风格道路状况估计等影响的车辆监控电子控制而可变。无论如何，这意味着在车轮处发生的仅有的差速是由驱动轴等的抗扭刚度确定的差速。这将很可能不止是对由于所提到的重新调整的基本车辆操控平衡等而造成的稳定性降低的补偿。锁止式差速器的另一个优点是：开启横摆运动的任何其它干扰而不是突然的转向输入将具有自校正的趋势，并且锁止式差速器将由于锁止式差速器引起的横摆阻力的反应特性而以最小的停顿来这样做。上述干扰可以例如包括轻碰撞冲击，根据撞击的位置可以或可以不开启车辆横摆运动，但是如果开启了则将趋向于自校正。如果是前轮驱动车，则在高速转弯情况下后轮胎的突然穿刺或后轴的其它故障也将由于锁止式差速器而在稳定性方面受益。
如上所述，上速度阈值VH可以根据多个变量而改变，但是一般的想法是，上速度阈值VH应当选择成使得即使在稳态或半稳态转弯情况下，锁止式差速器也通常给出正面效应，正面效应的形式是在更大的转弯半径处根本没有实际效应以及不管车辆在更紧急的弯道(更高的横向加速度)中是加速还是减速都具有更加线性的行为，而不仅是在瞬态操纵时稳定性更好的更明显的正面效应。为了清楚起见，来看一个例子，如果假设汽车以100km/h行驶并且驾驶员完成半径150米的转弯，则稳态横向加速度将为5.14m/s2，如果汽车在从动轴处具有1.5米的轮距，则将存在1％(轮距除以转弯半径)的理论(零输入扭矩)差速，在稳态下，差速将会稍微较低，且仍取决于等分的输入扭矩和横向载荷传递，从而在拐角内轮处产生略高的滑移率。在这种情况下，驾驶员实际上不可能主观地判断差速器是被锁止还是被打开。如果转弯半径可以替代的是90米，则横向加速度可以是8.67m/s2，并且汽车在稳态下可能恰好处于“交叉点”，意味着尽管有更大的理论差速(由于较小的曲线半径而为1.7％)，开放式差速器也根本不会进行差速，这当然也意味着使差速器锁止而不是打开不会存在任何效应。另一方面，如果驾驶员可以松开油门踏板并减速或者替代地更用力地踩压油门踏板以加速，则锁止式差速器将会倾向于通过有利地对纵向轮胎力进行差动来补偿在操控平衡中基于载荷传递的变化，并且因此响应于纵向加速度和载荷传递而使操控平衡变化更小，因此在稳态或半稳态转弯情况下给出总体上正面的效应。另一种实现方式是，在超过了就实际上不需要差速器的纵向速度处选择阈值速度VH。
根据本发明，还将存在下速度阈值(称为VL)，其处于比上述上速度阈值更低的纵向车辆速度处。所述下速度阈值也可以以与上速度阈值类似的方式根据不同的标准(驾驶员可选择或电子地改变)而改变。这意味着在下速度阈值和上速度阈值之间将存在中速区间。所述中速区间的特征在于以下事实：差速器的默认模式将是其打开模式(或者在DSLD的情况下有时处于转弯性能模式)。然而，根据前馈标准，而而不是车辆速度，差速器可以在任何点切换至锁止模式。所述标准可以基于例如方向盘输入速度和幅度，可能受车辆纵向加速度或制动压力等的影响。需要所述中速区间的原因是以下事实：在上速度阈值以下将存在产生不利的高横摆阻力矩的风险，以及因此在差速器要被锁止的情况下产生不想要程度的转向不足的风险，特别是在中等横向加速度操纵时(由于拐角内轮胎的不是非常弱的纵向刚度和相当紧急的转弯半径)。或者换言之，有可能在该中速区间中在稳态或半稳态转弯情况下获得不期望量的转向不足，因此差速器通常应当是打开的。另一方面，如果驾驶员例如产生非常突然和大的转向输入，例如如图12所示的那样，则锁止差速器可能有大的益处，在图12中，转向输入的时刻处的初始速度小于68km/h，这通常将远低于所述上速度阈值。所有这些意味着将存在以下情况：仅基于前馈标准(除车辆速度之外)切换至锁止模式将是有利的。
为了与在更可能高于上速度阈值的速度——也就是说，足够高以触发了优先稳定性模式的速度——下进行的操纵进行比较，(仅基于纵向速度)图15至图20示出了单车道变换的不同方面(类似于图8至图14中所示的)，但是在这种情况下以初始速度90km/h进行。图19还示出了与参照图13所描述的辅助线和部段相同的辅助线和部段。
除了由来自动力源的过大的输入扭矩引起的差速之外，由相对于路面的“行驶速度”施加的最大差速(即车轮空转)不会超过大约每秒半转。这样，在输入轴(差速器壳)与输出轴中之一之间起作用的锁止装置的差速速度进一步地仅为上述最大差速的一半。这种相当低的差速速度意味着可以在任何“转弯”操纵期间的任何点处锁止差速器。再次参考图13，这意味着通过在第一转向输入期间(在参考线1和2之间)的某时锁止差速器可以获得可能相当类似的结果，并且可以使初始转向略微更急剧，这取决于多迟进行锁止。可以设想到的，这种控制差速器的方式在中速度区间的较低范围处是有利的。当然也可以在整个初始转向输入期间使差速器打开并且在第二转向输入期间将其锁止。
在纵向车辆速度区间内选择速度阈值VH和VL两者，其中横摆角速度增益和横向加速度增益相当高，但是其中横摆阻尼的测量严重受限。因此，在急剧的瞬态转向操纵中，使用差动的纵向轮胎力以增加车辆的稳定性将是有益的。
用于在处于中速度区间中时触发对差速器的锁止的先前提出的前馈值仅仅是暂定的，并且可能更加精细，例如信号值可以与查找表中的值对应，该查找表中的值与总的中速区间VL至VH内的多个速度阈值对应，所述查找表还可以考虑比仅转向输入更多的传感器信号。
参照上文，还可以相关地提及可能具有的前景传感器或传感器融合信息，例如雷达、相机、GPS等，这可以使稳定性控制系统更好地洞察不久的前景，使得稳定性控制系统更好地准备好在所有可能的情况下选择最合适的工作模式。
在可以基于前馈传感器信号怀疑车辆稳定性要受到威胁的情况下以及当可以基于前馈传感器信号怀疑车辆稳定性要受到威胁时，优先切换至稳定性模式的基本思想首先是要避免横摆阻力矩积累的可能不必要的延迟，其次要在新的“横摆方向”的最早部分中使车辆反应加速，以及第三，要简化所需的控制系统。以这种方式，车辆将在稳定性模式下变得显著地更稳定、对来自驾驶员的反向转向请求更快地反应，并且在打开模式下，车辆将保持其(重调的)基本操控设置，这意味着车辆将更灵活。所有这些一起意味着车辆将具有可以针对不同的驾驶场景而被选择的两个不同的操控特性，并且因此操控平衡将远非折衷的情况。此外，这可以以低成本并且使用简单的控制来实现。
应当理解，本发明不限于上文描述的以及在附图中所示的实施方式；而是，本领域技术人员将认识到，在所附权利要求的范围内可以进行许多改变和修改。

Claims (16)

1.一种用于由于转向输入而提高道路车辆的中速至高速稳定性以及用于由于转向输入而控制道路车辆的瞬态横摆响应的方法，所述车辆装备有前轴(24)、后轴(26)、可控差速器(22)以及控制单元(50)，所述控制单元(50)被布置用于锁止和解锁所述差速器(22)，所述方法包括：
-根据所述车辆的操作来选择性地锁止或解锁所述差速器(22)；
其特征在于，所述方法还包括：
-测量至少纵向车辆速度(v)；
-将测量的纵向车辆速度(v)与预定的第一参考速度(vH)进行比较；以及
-如果所述测量的纵向车辆速度(v)超过所述第一参考速度(vH)，则锁止所述差速器(22)；以及
-无论施加的转向输入量如何都保持所述差速器锁止。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在转向输入的情况下，由于锁止的所述差速器，所述车辆的在横摆方向上转动的能力借助于仅通过允许由驱动轴和其他传动系部件的屈服容许的车轮速度差而实现的差动的纵向轮胎力而劣化，由此减小了横摆角速度和由此产生的所述车辆的角惯性矩，以及借助于从先前的横摆运动存储在所述驱动轴中的能量缩短了连续横摆方向之间的时间延迟。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
-将所述第一参考速度(vH)设置为在区间80km/h至110km/h内的值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
-如果所述差速器(22)处于所述差速器(22)的锁止状态，则将所述测量的纵向车辆速度(v)与预定的另一参考速度(v4)进行比较，所述另一参考速度(v4)低于所述第一参考速度(vH)；
-如果所述测量的纵向车辆速度(v)低于所述另一参考速度(v4)，则解锁所述差速器(22)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述测量的纵向车辆速度(v)未超过所述第一参考速度(vH)的情况下：
-将所述测量的纵向车辆速度(v)与预定的第二参考速度(vL)进行比较；
-测量所述车辆的前轮转向角(δ)；
-将所述前轮转向角(δ)与所述前轮转向角的值的预定参考值(δ1)进行比较；
-测量所述车辆的前轮转向角速率(dδ/dt)；
-将所述前轮转向角速率(dδ/dt)与所述前轮转向角速率的值的预定参考值(dδ1)进行比较；以及
-如果所述测量的纵向车辆速度(v)超过所述第二参考速度(vL)并且还在下述条件中任一条件下，则锁止所述差速器(22)：(i)所述测量的前轮转向角(δ)超过所述前轮转向角的所述预定参考值(δ1)，或者(ii)所述测量的前轮转向角速率(dδ/dt)超过所述前轮转向角速率的所述预定参考值(dδ1)，或者(iii)所述测量的前轮转向角(δ)超过所述前轮转向角的所述预定参考值(δ1)并且所述测量的前轮转向角速率(dδ/dt)超过所述前轮转向角速率的所述预定参考值(dδ1)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
-将所述第二参考速度(vL)设置为在区间60km/h至80km/h内的值。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
-将所述前轮转向角的值的所述预定参考值(δ1)设置为在区间5度至8度内的值；
-将所述前轮转向角速率的所述预定参考值(dδ1)设置为在区间20度/秒至50度/秒内的值。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
-如果所述差速器(22)处于所述差速器(22)的锁止状态下，则测量所述纵向车辆速度(v)并且将所述测量的纵向车辆速度(v)与预定的另一参考值(v3)进行比较；
-如果所述测量的纵向车辆速度(v)低于所述另一参考值(v3)并且如果所述前轮转向角(δ)大于所述前轮转向角的另一预定参考值(δ2)，则解锁所述差速器(22)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
-将所述另一参考值(v3)设置为在区间55km/h至80km/h内的值。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将由所述第一参考速度(vH)和所述第二参考速度(vL)限定的速度区间分成若干个再分速度区间，在所述再分速度区间内，针对于所述再分速度区间中的每个再分速度区间，所述前轮转向角的所述预定参考值(δ1)和所述前轮转向角速率的所述预定参考值(dδ1)各自被分配有值；
测量车辆纵向加速度或制动踏板输入；
使所述测量的车辆纵向加速度的值或基于所述制动踏板输入的估计值影响所分配的值；以及
在所述前轮转向角速率(dδ/dt)和/或所述前轮转向角(δ)超过所述前轮转向角速率的所述预定参考值(dδ1)和/或所述前轮转向角的所述预定参考值(δ1)的所述所分配的值的情况下，锁止所述差速器。
11.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述差速器的所述锁止之后，由于锁止的所述差速器，所述车辆的在横摆方向上转动的能力借助于仅通过允许在当前的转向操纵期间由驱动轴和其他传动系部件的屈服容许的车轮速度差而实现的差动的纵向轮胎力而劣化，由此减小了横摆角速度和由此产生的所述车辆的角惯性矩，以及借助于从先前的横摆运动存储在所述驱动轴中的能量缩短了连续横摆方向之间的时间延迟。
12.一种用于由于转向输入而提高道路车辆的中速至高速稳定性以及用于由于转向输入而控制道路车辆的瞬态横摆响应的系统，所述车辆装备有前轴(24)、后轴(26)、可控差速器(22)和被布置用于锁止和解锁所述可控差速器(22)的致动装置(40)、以及控制单元(50)，所述控制单元(50)被配置成用于控制所述致动装置以根据所述车辆的操作来选择性地锁止或解锁所述差速器(22)；其特征在于，所述控制单元(50)被配置成用于测量至少纵向车辆速度(v)；将测量的纵向车辆速度(v)与预定的第一参考速度(vH)进行比较；以及如果所述测量的纵向车辆速度(v)超过所述第一参考速度(vH)，则锁止所述差速器(22)；以及无论施加的转向输入量如何都保持所述差速器锁止。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述控制单元(50)还被配置成用于在所述测量的纵向车辆速度(v)未超过所述第一参考速度(vH)的情况下将所述测量的纵向车辆速度(v)与预定的第二参考速度(vL)进行比较，其中，所述控制单元(50)还被配置成用于：测量所述车辆的前轮转向角速率(dδ/dt)，将所述前轮转向角速率(dδ/dt)与所述前轮转向角速率的值的预定参考值(dδ1)进行比较，以及测量所述车辆的前轮转向角(δ)并且将所述前轮转向角(δ)与所述前轮转向角的预定参考值(δ1)进行比较；并且所述控制单元(50)还被配置成如果所述测量的纵向车辆速度(v)超过所述第二参考速度(vL)并且还在下述条件中任一条件下，则锁止所述差速器(22)：(i)所述测量的前轮转向角(δ)超过所述前轮转向角的所述预定参考值(δ1)，或者(ii)所述测量的前轮转向角速率(dδ/dt)超过所述前轮转向角速率的所述预定参考值(dδ1)，或者(iii)所述测量的前轮转向角(δ)超过所述前轮转向角的所述预定参考值(δ1)并且所述测量的前轮转向角速率(dδ/dt)超过所述前轮转向角速率的所述预定参考值(dδ1)。
14.一种包括根据权利要求12或13所述的系统的车辆。
15.一种承载有计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序包括用于当所述计算机程序在计算机上运行时执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法的步骤的程序代码装置。
16.一种用于控制车辆的稳定性和横摆响应的控制单元，所述控制单元被配置成执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法的步骤。
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