CN106560338A - 用于防止损坏车辆中的驾驶系统的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于防止损坏车辆中的驾驶系统的方法，可包括：基于转向角信号确定四轮驱动车辆是否转弯；基于车辆的加速器打开速率信号确定是否产生导致损坏前车轮传动轴的最大扭矩；当车辆转弯时，检查车辆的撞击载荷量并且确定前车轮传动轴是否可能被传输到前车轮传动轴的最大扭矩损坏；以及当前车轮传动轴可能被损坏时，降低施加到前车轮传动轴的四轮驱动扭矩的最大扭矩。

Description

用于防止损坏车辆中的驾驶系统的方法

技术领域

本公开内容涉及用于防止损坏车辆中的驾驶系统的方法。更具体地，本公开内容涉及用于防止对于车辆中的驾驶系统的损坏的方法，该损坏可能出现在驾驶四轮驱动车辆时。

背景技术

通常，四轮驱动是在驾驶车辆中将动力传输至所有四个车轮的技术，四轮驱动可分为半时四轮驱动和全时四轮驱动。

关于半时四轮驱动，在正常时间只有两个车轮被驱动，在崎岖的道路上选择性地驱动四个车轮。关于全时四轮驱动，驱动力总是被传输到四个车轮以驱动四个车轮。全时四轮驱动也被称为全轮驱动(AWD)。

关于采用全时四轮驱动的车辆，前轮轴和后轮轴都被连接到传动装置以将发动机的动力分配至前车轮和后车轮，并且传动轴用于将驱动力传输至前车轮。

典型的四轮驱动车辆具有动力传输结构，其中，从发动机输出的驱动力经由传动装置传输至变速箱，然后分配至后车轮侧和前车轮侧。前车轮传动轴、前车轮差速器等被安装在变速箱与前车轮之间。当通过将发动机的驱动力除了传输至后车轮之外还传输至前车轮来运转四轮驱动车辆时，从发动机输出的驱动力经由前车轮传动轴和前车轮差速器被传输至前车轮。

当传统的四轮驱动车辆在道路上停止时，车辆的前车轮高摩擦地与道路接触，而后车轮则低摩擦地与道路接触。如果处于这种状态的车辆开始大转弯(full turn)并且以节气门全开(WOT，wide open throttle)移动，则后车轮可能滑动，从而产生充当导致损坏前车轮传动轴的冲击的最大扭矩。

当车辆大转弯时，传动轴的断裂强度变为最低，因此，对传动轴的损坏的危险性增加。

在传统技术中，增加传动轴的尺寸，以减弱对传动轴损坏的危险性，该危险性是由于在前车轮传动轴的断裂强度降低的情况下施加到该传动轴的最大冲击扭矩引起的。

然而，增加传动轴的尺寸可导致增加车辆的制造成本和重量，从而导致燃料效率劣化。此外，布局将变得不利。因此，在相邻部件之间出现干扰。

在本发明的背景技术部分中所公开的信息仅用于加深对本发明的一般背景的理解，而不应被视为承认或者以任何形式暗示该信息构成了已经为本领域技术人员所知晓的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面旨在提供用于防止损坏车辆中的驾驶系统的方法，该方法通过改变并控制通过传动轴传输到车轮的全轮驱动(AWD)扭矩的极限扭矩以在传动轴的断裂强度降低的驾驶条件下防止损坏传动轴。

在一个方面中，本发明提供了用于防止损坏车辆中的驾驶系统的方法，该方法包括：第一步骤，基于转向角信号确定四轮驱动车辆是否转弯；第二步骤，基于车辆的加速器打开速率信号确定是否产生能够导致前车轮传动轴损坏的最大扭矩；第三步骤，当车辆转弯时，检查车辆的撞击载荷量(bump stroke amount)并且确定前车轮传动轴是否会被传输到前车轮传动轴的最大扭矩损坏；以及第四步骤，当前车轮传动轴会被损坏时，降低施加到前车轮传动轴的四轮驱动扭矩的最大值。

在示例性实施方式中，第二步骤的确定最大扭矩是否被施加到前传动轴可包括：基于表明前车轮的车轮转速的信号以及表明后车轮的车轮转速的信号确定后车轮是否出现滑动。当前车轮的车轮转速与后车轮的车轮转速之间的差值大于或等于阈值时，可确定后车轮出现滑动。

第三步骤可包括基于底盘高度变化率(该底盘高度变化率表明从地面到车辆的地板的高度的变化)检查车辆的撞击载荷量，并且当底盘高度变化率高于或等于第一参考值(其被设置作为表明前车轮传动轴可能被传输至前车轮传动轴的最大扭矩损坏的可能性的最小值)时，确定当车辆转弯时，前车轮传动轴会被施加至前车轮传动轴的最大扭矩损坏。

此外，当底盘高度变化率高于或等于第一参考值并且低于或等于第二参考值时，确定当车辆转弯时前车轮传动轴会被传输至前车轮传动轴的最大扭矩损坏，其中，所述第一参考值设置为表明前车轮传动轴被施加至前车轮传动轴的最大扭矩损坏的可能性的最小值，所述第二参考值设置为表明前车轮传动轴可能被施加至前车轮传动轴的最大扭矩损坏的最大值。

在另一示例性实施方式中，第四步骤可包括根据“断裂强度*2(LH+RH)/前车轮差动齿轮传动比”来确定用于限制四轮驱动扭矩的最大扭矩的极限扭矩。

在本文中，断裂强度可以是前车轮传动轴的断裂强度，LH可表示施加到前车轮传动轴的、布置在左前车轮与前车轮差速器之间的左传动轴的扭矩，以及RH可表示施加到前车轮传动轴的、布置在右前车轮与前车轮差速器之间的右传动轴的扭矩。

此外，四轮驱动扭矩的最大扭矩可被限制为所确定的极限扭矩的值达既定极限扭矩维持时间(established limit torque maintenance time)。

本发明的示例性实施例的其他方面将在下文中进行讨论。

本发明的上述和其他特征将在下文中进行讨论。

本发明的方法和设备具有其他特征和优点，这些特征和优点在结合于本文中的附图以及随后的具体实施方式中将是显而易见的或者进行详细阐述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的某些原理。

附图说明

图1是示出了根据本发明的实施方式的实现用于防止损坏车辆中的驾驶系统的方法所需的输入信号的示图；以及

图2是示出了根据本发明的实施方式的用于防止损坏车辆中的驾驶系统的方法的示意性流程图。

应当理解，附图不必按比例绘制，附图呈现了说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的表示。如本文所公开的本发明的特定设计特征，包括，例如，特定尺寸、定向、位置和形状，将部分由具体的预期应用和使用环境来确定。

在附图中，贯穿附图的几个图，参考标号指的是本发明的相同或等同部件。

具体实施方式

现在将详细地参考本发明的各个实施方式，这些实施方式的实例在附图中示出并在下文中进行描述。尽管将结合示例性实施方式来描述本发明，但是应理解的是，本说明并非旨在将本发明局限于那些示例性实施方式。相反地，本发明不仅旨在不仅涵盖这些示例性实施方式，而且还涵盖可包含在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替换、修改、等同物以及其他实施方式。

通常，在一些情况下，基于前置发动机后轮驱动(FR)的全时四轮驱动车辆从四轮驱动切换为FR，并且因此，包括前车轮和后车轮的四个车轮被用作全时或半时驱动车轮。在这种情况下，传输至前车轮侧的驱动力经由前车轮传动轴和前车轮差速器被传输至前车轮。

本公开内容涉及用于防止损坏车辆中的全时四轮驱动的基于FR的驾驶系统的方法。具体地，本发明提供了在不利地影响构成全时四轮驱动车辆的驾驶系统的前车轮传动轴的断裂强度的驱动情况下，通过改变AWD扭矩(或者四轮驱动扭矩)的极限来防止损坏前车轮传动轴的方法。

在下文中，将参考附图进行描述，使得本领域技术人员可以容易地实现本发明。

在以下描述中，全轮驱动(AWD)扭矩和四轮驱动扭矩将可互换地用作驱动扭矩，该驱动扭矩是从全时四轮驱动车辆的发动机输出并且传输至车轮。

四轮驱动扭矩可通过用于执行与AWD驾驶系统的操作相关的控制操作的控制器进行确定和控制，该AWD驾驶系统包括车辆的传动装置、变速箱、传动轴和差速器。例如，可以根据被配置为控制变速箱的操作的电子控制单元(ECU)的指示扭矩来控制四轮驱动扭矩。

图1是示出了根据本发明的示例性实施方式的实现用于防止损坏车辆中的驾驶系统的方法所需的输入信号的示图，图2是示出了根据本发明的示例性实施方式的用于防止损坏车辆中的驾驶系统的方法的示意性流程图。

如图1中所示，控制器(AWD ECU)接收转向角、加速器打开速率、底盘高度、四个车轮的车轮转速等的信号，以确定并控制四轮驱动扭矩。

控制器基于转向角信号确定车辆是笔直向前行驶还是转弯，并且基于加速器打开速率信号确定是否已经由于发动机扭矩的突然升高而产生最大冲击扭矩(即，四轮驱动扭矩的最大冲击扭矩)。

如果加速器打开速率突然改变，发动机扭矩急速升高，从而产生可能充当导致损坏前车轮传动轴的冲击的最大扭矩。因此，最大冲击扭矩可导致损坏断裂强度减小的传动轴。

为了确定加速器打开速率是否已经突然改变，控制器可实时检测并检查加速器打开速率的变化率，如果加速器打开速率的变化率大于或等于预定参考变化率，则确定已经发生加速器打开速率的突变。

在本文中，旨在确定发生加速器打开速率的突变的参考变化率可被设置为从实际车辆环境中实验和评估得出的值或者标准值。

此外，控制器可基于底盘高度信号检查车辆中的撞击载荷的发生以及撞击载荷量(撞击状态)，从而确定并识别传动轴的断裂强度变为最低的完全撞击情况。

表示从地面到车辆的地板的高度(或者从地面到悬架的后臂的高度)的底盘高度可通过安装在车辆上的车辆高度传感器检测。可基于底盘高度的变化率检查撞击载荷量的变化率。

在本文中，车辆的撞击状态表示随着悬架压缩，车辆地板的高度升高的状态。悬架被缩短(压缩)到最大程度的状态被称为完全撞击状态。

换言之，当悬架被压缩以及伸展(复原)时，从悬架的后臂到地面的高度发生改变。因此，基于底盘高度每单位时间的变化率，可以检查根据悬架的压缩的车辆的撞击状态。

此外，控制器基于前车轮和后车轮的车轮转速信号计算车辆的行驶速度，并且确定后车轮是否已经出现滑动。

例如，如果基于四个车轮的车轮转速信号检查的车辆速度高于或等于既定参考车辆速度，并且前车轮和后车轮之间的车轮转速的差值大于或等于预定阈值，则确定在行驶期间车辆的后车轮已经出现滑动。

在本文中，参考车辆速度被设置为确定为后车轮会发生滑动所处的速度，并且从实际车辆环境的实验和评估得出的值或标准值中可被确定为参考车辆速度。此外，基于车轮转速计算车辆速度的技术在本领域中是众所周知的，并且因此，将不对其进行详细说明。

通常，当车辆转弯时，根据悬架车辆的撞击载荷量确定前车轮传动轴的最大接头角(joint angle)。随着前车轮传动轴的接头角增加，传动轴的断裂强度减小。具体地，如果当撞击载荷量在某个范围内时，最大四轮驱动扭矩施加到前车轮传动轴，则前车轮传动轴很可能被损坏。

即，当车辆转弯的同时，在发生前车轮传动轴的接头角时，当车辆的撞击载荷量在某个范围内时，并且前车轮传动轴弯曲到可能损坏的范围的程度时，可能由于施加到前车轮传动轴的最大四轮驱动扭矩损坏前车轮传动轴。

因此，在车辆转弯时在接头角出现在前车轮传动轴被损坏的范围内的撞击状态下并且施加最大冲击扭矩时，可通过减弱四轮驱动扭矩来防止由施加至前车轮传动轴的最大四轮驱动扭矩所引起的前车轮传动轴损坏。

在下文中，将参考图2描述本发明用于防止损坏车辆中的驾驶系统的方法。

如图2中所示，基于转向角信号检查车辆的转弯状态。如果检测的转向角大于或等于预定参考角，则确定该车辆正在转弯。

参考角是确定车辆正要转弯的角度。参考角是在实际车辆环境下的实验和评估得出的，并且根据每个车辆(或每个车辆类型)进行适当设置。

接下来，基于车轮的车轮转速信号确定后车轮出现滑动。如果前车轮和后车轮之间的车轮转速的差值大于或等于预定阈值，则确定车辆的后车轮已经出现滑动。

例如，如果基于四个车轮的车轮转速信号检查的车辆速度大于或等于既定参考车辆速度并且通过从后车轮的车轮转速减去前车轮的车轮转速获取的值大于零，则确定以某个速度行驶的车辆的后车轮已经滑动。

如果在后车轮出现滑动时冲击扭矩是由于发动机扭矩的突然升高而产生，则可确定该冲击扭矩被施加到前车轮传动轴。即，基于车轮的车轮转速信号可确定冲击扭矩是否会被施加(输入)到前车轮传动轴。

接下来，基于加速器打开速率信号，检查根据发动机扭矩的突然升高而出现的冲击扭矩。如果所检测的加速器打开速率高于或等于预定参考打开速率，则确定已经产生根据发动机扭矩的突然升高可导致损坏前车轮传动轴的最大冲击扭矩。

随后，基于底盘高度的变化率检查车辆的撞击载荷量。基于底盘高度变化率可以检查撞击载荷量以及底盘高度每单位时间的变化。因此，如果底盘高度变化率高于或等于预定参考变化率(或者第一参考值)，则认识到由于在悬架中发生撞击载荷导致的前车轮传动轴的断裂强度的劣化，可使转弯车辆的前车轮传动轴损坏。

可替代地，如果底盘高度变化率高于或等于第一预定参考值(参考变化率)并且低于或等于第二参考值，则认识到转弯车辆的前车轮传动轴的断裂强度被降低到以下水平，在该水平随着由于在悬架中发生撞击载荷而前车轮传动轴严重成角度，前车轮传动轴可被施加的最大四轮驱动扭矩损坏。

换言之，如果底盘高度变化率高于或等于第一预定参考值，则由于在悬架中发生撞击，转弯车辆的前车轮传动轴的断裂强度降低。具体地，如果底盘高度变化率在第一预定参考值与第二预定参考值之间，则由于在悬架中发生撞击，所以前车轮传动轴的断裂强度变为最差。

在本文中，第一参考值和第二参考值被设置为对应于撞击载荷量范围中的最小值和最大值，在该撞击载荷量范围内，当施加最大冲击扭矩时前车轮传动轴可能被弯曲并且损坏。第一参考值和第二参考值被设置为在实际车辆环境下从实验和评估中得来的值。

如果由于车辆转弯导致出现前车轮传动轴成角度，满足不利地影响前车轮传动轴的角度的撞击条件，则传动轴的断裂强度降低，并且因此，前车轮传动轴可能由于施加到前车轮传动轴的最大四轮驱动扭矩损坏。因此，根据以下等式1确定并控制四轮驱动扭矩的极限扭矩，以便减弱施加到前车轮传动轴的最大四轮驱动扭矩。

等式1：极限扭矩＝断裂强度*2(LH+RH)/前车轮差动齿轮传动比

在本文中，断裂强度是前车轮传动轴的断裂强度，LH表示施加到前车轮传动轴的、布置在左前车轮与前车轮差速器之间的左(或者驾驶员座椅侧)传动轴的扭矩，以及RH表示施加到布置在右前车轮与前车轮差速器之间的右(或者前面乘客座椅侧)传动轴的扭矩。前车轮差动齿轮传动比表示安装在车辆上的前车轮差速器的预定齿轮比，并且被设置为当设计车辆时确定的值(常量)。

在本文中，等式1假定相同扭矩施加到左传动轴和右传动轴。

此外，极限扭矩是给定以限制四轮驱动扭矩的最大扭矩的扭矩值。通过使用等式1减弱极限扭矩可以减弱在AWD车辆行驶期间施加到前车轮传动轴的四轮驱动扭矩的最大扭矩。

以此方式确定的极限扭矩限制四轮驱动扭矩的最大扭矩达既定极限扭矩维持时间。换言之，四轮驱动扭矩的最大扭矩被限制为所确定的极限扭矩的值达既定极限扭矩维持时间。在本文中，可以通过磁滞确定极限扭矩维持时间并且通过某个实验和评估根据车辆的特性是可调谐的。

在传统情况下，在所有情况下，用于限制传输至车轮的四轮驱动扭矩的最大扭矩的极限扭矩被固定为某个值，因此，当在传动轴的强度方面遇到不利条件时，前车轮传动轴因为施加至前车轮传动轴的冲击扭矩而损坏。然而，在本发明的示例性实施方式中，考虑到传动轴的强度降低的情况，根据车辆的驾驶条件改变极限扭矩。因此，当传动轴被不利地成角度时，施加到前车轮传动轴的四轮驱动扭矩的最大扭矩被减弱以在不增加传动轴的尺寸的情况下防止损坏传动轴。

从以上描述显而易见的是，本发明提供以下效果。

根据本发明的用于防止损坏车辆中的驾驶系统的方法的实施方式，给出了可以通过改变并且通过识别不利影响传动轴的断裂强度的条件(例如，转弯条件、撞击条件)的情况使AWD扭矩最佳化可防止损坏传动轴。在这种情况下，在没有增加传动轴的尺寸的情况下，可防止损坏传动轴。因此，与传统情况相比，可以降低车辆的制造成本和重量，并且可以提高燃料效率。

因此，在基于后轮驱动(FR)的全轮驱动(AWD)车辆中可防止前车轮传动轴的损坏，同时使AWD扭矩在容许范围内最大化。

为了便于说明和在所附权利要求中的准确限定，参考附图中表明的特征的位置，术语“上”或“下”、“内”或“外”等用于描述示例性实施方式的此类特征。

为了说明和描述的目的，已经呈现了本发明的特定示例性实施方式的上述描述。它们不旨在穷举本发明的确切形式，也不旨在将本发明限制于所公开的确切形式，并且根据上述教导，显然本发明可以具有许多修改和变形。选出并描述了示例性实施方式以便解释本发明的某些原理及其实际应用，从而使本领域其他技术人员能够做出并利用本发明的各种示例性实施方式以及本发明的各种替换和修改。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等同物来限定。

Claims (8)

1.一种用于防止损坏车辆中的驾驶系统的方法，所述方法包括：

第一步骤，基于转向角信号确定四轮驱动车辆是否转弯；

第二步骤，基于所述车辆的加速器打开速率信号确定是否产生导致前车轮传动轴损坏的最大扭矩；

第三步骤，检查所述车辆的撞击载荷量并且确定所述前车轮传动轴是否会由于所述车辆转弯时被传输到所述前车轮传动轴的最大扭矩而损坏；以及

第四步骤，当所述前车轮传动轴会被损坏时，降低施加到所述前车轮传动轴的四轮驱动扭矩的最大扭矩。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二步骤的确定所述最大扭矩是否施加到所述前车轮传动轴包括：

基于表明前车轮的车轮转速的信号以及表明后车轮的车轮转速的信号确定所述后车轮是否出现滑动。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，当所述前车轮的车轮转速与所述后车轮的所述车轮转速之间的差值大于或等于设定阈值时，确定所述后车轮出现滑动。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第三步骤中，检查所述撞击载荷量包括：

基于底盘高度变化率检查所述车辆的所述撞击载荷量，所述底盘高度变化率表明从地面到所述车辆的地板的高度的变化。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第三步骤进一步包括：

基于底盘高度变化率检查所述车辆的所述撞击载荷量，并且当所述底盘高度变化率高于或等于第一参考值时，确定所述前车轮传动轴会因为所述车辆转弯时被传输到所述前车轮传动轴的所述最大扭矩而损坏，其中，所述第一参考值设置为表明所述前车轮传动轴由于施加至所述前车轮传动轴的所述最大扭矩而损坏的可能性的最小值。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第三步骤包括：

基于底盘高度变化率检查所述车辆的所述撞击载荷量，并且当所述底盘高度变化率高于或等于第一参考值并且低于或等于第二参考值时，确定所述前车轮传动轴会因为所述车辆转弯时被传输到所述前车轮传动轴的所述最大扭矩而损坏，其中，所述第一参考值设置为表明所述前车轮传动轴由于施加至所述前车轮传动轴的所述最大扭矩而损坏的可能性的最小值，所述第二参考值设置为表明所述前车轮传动轴由于施加至所述前车轮传动轴的所述最大扭矩而损坏的可能性的最大值。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第四步骤包括：

根据“断裂强度×2(LH+RH)/前车轮差动齿轮传动比”确定用于限制所述四轮驱动扭矩的所述最大扭矩的极限扭矩，

其中，所述断裂强度是所述前车轮传动轴的断裂强度，所述LH表示施加到所述前车轮传动轴的左传动轴的扭矩，以及所述RH表示施加到所述前车轮传动轴的右传动轴的扭矩。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述四轮驱动扭矩的所述最大扭矩被限制至所确定的所述极限扭矩的值长达既定极限扭矩维持时间。