CN108001448A - 一种四驱扭矩超限的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种四驱扭矩超限控制方法，通过四驱系统请求发动机限制扭矩上升，只在满足发动机扭矩超过设定值后，且前后轮轮速差超过设定值这两个条件下，即在极端工况下限制四驱扭矩超限，才启动此控制策略，可在不提高取力器PTU等四驱零部件设计强度的条件下，提高取力器PTU等四驱零部件的使用寿命，降低成本。并且不会对整车的动力性能和驾驶性能产生负面影响。
Description
技术领域
本发明涉及到基于前轮驱动、采用扭矩管理器的适时四驱控制系统的控制策略，具体涉及到控制扭矩管理器的输出扭矩不超过设定扭矩上限值的控制方法。
背景技术
基于前轮驱动的四驱车辆，其四驱系统主要由PTU、中间传动轴、扭矩管理器、后桥主减速器、后驱动轴等部件组成，见图1。
PTU，也称为取力器，与变速器相连，从主驱动轴将横向传递的驱动力转为纵向传递，通过中间传动轴传递到副驱动轴的后桥主减速器，再通过后桥主减速器及其差速器转为横向传递，最后通过左右后驱动轴将驱动力传递到左右后车轮。
扭矩管理器，布置在中间传动轴和后桥主减速器之间，既能将驱动力传递到后轴，且外形尺寸小，易于在城市型SUV上布置，价格便宜，具有中央差速器和中央差速锁功能，适宜于基于前轮驱动的具有部份越野脱困能力的四驱车辆。扭矩管理器是这种四驱系统的核心部件，负责按动态的比例向后轴传递扭矩，在需要的时候断开后轴的扭矩传递。四驱系统通过ECU的控制软件控制电流大小来控制扭矩管理器离合器的压紧力，进而控制扭矩管理器传递的扭矩值。
车辆正常行驶，当前后轴的轮速差低于设值时，ECU控制扭矩管理器按一定的比例向后轴分配扭矩，这个比例一般不大于45％。
当车辆转弯时，扭矩管理器中的主从动离合器片会发生相对转动，使前后轴不会发生锁止而产生转弯制动，扭矩管理器起到中央差速器的作用。
当车辆行驶于越野路况，前后轴的轮速差大于设定值后，随着轮速差的增大，分配比例逐渐增加，直到能将100％的扭矩都分配到后轴，此时扭矩管理器起到中央差速锁的作用。
基于前轮驱动的四驱系统，由于布置空间小，PTU可承受的许用扭矩值一般都较小，同时四驱系统的其他零部件的许用扭矩值也不会设计得太高，但经发动机和变速器输出的扭矩值一般都大于PTU的最大许用扭矩值几倍。当PTU通过中间传动轴传递到扭矩管理器的扭矩超过设定的上限值时，扭矩管理器的离合器开始打滑，使PTU输出扭矩不会超过设定上限值，保护PTU等四驱系统零部件不会因传递扭矩超过上限值而被损坏。
扭矩管理器的主离合器组和次离合器组的主摩擦片与离合器壳通过花键连接，主离合器从动摩擦片与凸轮机构主动盘通过花键连接，副离合器从动摩擦片与输出轴连接。
扭矩管理器的凸轮机构由凸轮机构主动盘、钢球、凸轮机构从动盘组成，钢球位于凸轮机构主动盘和从动盘间的斜槽内，当主从动盘产生相动转动时，钢球在斜槽内滚动并挤压凸轮机构主动盘和从动盘向轴向两边移动，凸轮机构从动盘压紧次级离合器组，使驱动力通过离合器壳、次级离合器组传递到输出轴，输出轴传递到后桥主减速器。
当前后轴产生轮速差时，ECU根据轮速差的大小计算后轴需求扭矩，并向扭矩管理器电磁线圈输入相应的电流值，扭矩管理器电磁线圈通电时产生电磁力，电磁力吸引衔铁带动主离合器片作用销和主离合器压板向左移动，压紧主离合器组，主离合器组的从动摩擦片带动凸轮机构主动盘转动，同时带动钢球在斜槽内滚动，钢球向右侧挤压凸轮机构从动盘压紧次级离合器组，使次级离合器组受到相应的压紧力，从而将扭矩传递到后桥主减速器。
当前后轴的轮速差亦即离合器主从动摩擦片的转速差为稳定值，或扭矩管理器输入扭矩缓慢增加到稳定值，以使转速差缓慢增加时，扭矩管理器通过主离合器组、凸轮机构和次离合器组输出的扭矩值为稳定值，满足扭矩管理器最大输出扭矩值不会超过设定的扭矩上限值以保护PTU等四驱零部件的需求。
这种扭矩管理器存在一个重要缺点，就是稳态时可将扭矩管理器最大输出扭矩限制在设定的扭矩上限值内，但瞬态时不能将扭矩管理器最大输出扭矩限制在设定的扭矩上限值内，即会发生扭矩超限。当扭矩管理器主从动摩擦片的转速差Δn的变化量Δn/Δt增大到5r/s2以上，同时扭矩管理器输入扭矩值在短时间内超过设定的扭矩上限值的130％以上时，扭矩管理器的输出扭矩将会超过设定的扭矩上限值，使PTU以及后桥主减速器不能承受扭矩超限而损坏。
扭矩超限主要发生在极端工况，例如在16％的可靠性越野道路试验坡道上，用左右两组滚轮组嵌于道路中，试验时，左右前轮停于滚轮上(附着力完全为0)，后轮停于高附的混凝土路面上，模拟对接路坡道，如图2，用50％以上油门开度起步，经多次循环试验后，发现PTU发生了齿轮损坏或漏油等故障。经测试和分析发现，是扭矩管理器输出扭矩超过了设定的扭矩上限值导致的PTU故障。
扭矩超限，是电磁式扭矩管理器的结构所决定的。当前轮处于极低附着系数、后轮处于高附路面的坡道，大油门起步时，由于前轮附着力几乎为0，当发动机扭矩急速上升时，前轮瞬间高速打滑，同时带动扭矩管理器离合器壳体、主离合器、凸轮机构主动盘等零部件瞬间以较大的角加速度α转动，而此时凸轮机构的从动盘以及次级离合器的从动摩擦片均未转动。由于主离合器、凸轮机构主动盘存在固有的绕中心轴的转动惯量J，当凸轮机构主动盘带动钢球旋转时，钢球在斜槽内滚动，向右挤压凸轮机构从动盘，直到钢球在斜槽内两边的受力达到平衡时，钢球不再滚动，凸轮机构主动盘和从动盘间同步转动。在达到平衡瞬间，钢球左侧受到的力矩有两项，一是电磁力加载到主离合器上形成的摩擦转矩T1，二是转动惯量J与角加速度α形成的惯性力矩T2＝J·α，这两个力矩叠加后，由于多了惯性力矩T2，使从动盘带动钢球较稳态时向前多滚动一个微小角度，使凸轮机构从动盘比稳态工况移动距离增大，扭矩管理器次级离合器所受压力比稳态工况增大，导致扭矩管理器实际输出的扭矩瞬间突破了设定的扭矩上限值，超过PTU等零部件可承受的许用扭矩值，导致扭矩超限。角加速度越大，超限越多，一般超限10％-30％。
可见，现有的扭矩管理器的结构会导致在极端工况下会发生扭矩超限，而目前的四驱系统控制软件只适用于大多数工况，对上述这种极端工况没有考虑控制策略，不能控制扭矩超限造成的PTU等零部件的损坏。
发明内容
本发明的主要目的是针对扭矩管理器的结构导致在极端工况下会发生扭矩超限，而当前四驱系统中没有抑制四驱扭矩超限的控制策略的问题，提供一种新的四驱扭矩超限控制方法，通过四驱系统请求发动机限制扭矩上升，可在极端工况下限制四驱扭矩超限，保护PTU等四驱零部件不会因四驱扭矩超限而造成损坏。
本发明所述的四驱扭矩超限的控制方法，其控制步骤如下：
1.设置四驱系统请求发动机限制扭矩控制参数AWDEngineTorqLimitEnable和发动机扭矩请求值AWDEngineTorqReq，发动机限制扭矩控制参数AWDEngineTorqLimitEnable初始默认值为0，发动机扭矩请求值AWDEngineTorqReq初始默认值为发动机最大扭矩值。
2.四驱系统ECU从整车CAN网络获取前后四个车轮转速和发动机扭矩，计算扭矩管理器的离合器输入和输出转速以及离合器输入和输出转速之差δ，同时计算发动机输出扭矩经变速器和PTU放大后传递到扭矩管理器的输入扭矩Tclutch-input。当δ大于设定值，同时Tclutch-input大于设定值时，将发动机限制扭矩控制参数AWDEngineTorqLimitEnable的值设置为1，同时将Tclutch-input对应的发动机输出扭矩值付给AWDEngineTorqReq，并发送到整车CAN网络。
当以上步骤2的两个条件不满足时，四驱系统ECU再从整车CAN网络获取新的四驱车轮转速和发动机输出扭矩，计算δ值和Tclutch-input值，进行比较。
3.发动机管理系统EMS检测到发动机限制扭矩控制参数AWDEngineTorqLimitEnable＝1后，响应四驱系统限制扭矩的请求，将发动机输出扭矩限定在AWDEngineTorqReq请求值，不再上升，但可响应油门或其他系统的扭矩下降请求。
4.发动机限制扭矩发生后，四驱系统ECU继续从整车CAN网络获取处于变化状态的前后四个车轮转速值，计算扭矩管理器的离合器输入和输出转速，如果扭矩管理器的离合器输入和输出转速之差δ一直大于0，则保持限扭状态，发动机输出扭矩限定在AWDEngineTorqReq请求值；当扭矩管理器的离合器输入和输出转速之差δ≤0时，将发动机限制扭矩控制参数AWDEngineTorqLimitEnable＝0，同时将发动机输出扭矩值AWDEngineTorqReq设置为发动机最大输出扭矩值，并发到整车CAN网络。
5.发动机管理系统EMS检测到发动机限制扭矩控制参数AWDEngineTorqLimitEnable＝0后，不再响应四驱系统限制扭矩请求，退出发动机限制扭矩。
6.重复步骤2-5，四驱系统ECU再次从整车CAN网络获取下一组前后四个车轮转速和发动机扭矩，进行发动机限制扭矩判断。
采用本发明的控制方法，在上述极端工况下，四驱扭矩管理器的输出扭矩不会超过设定的扭矩上限值，可在不提高取力器PTU等四驱零部件设计强度的条件下，提高取力器PTU等四驱零部件的使用寿命，降低成本。
同时，本发明的控制方法的控制策略，只在满足发动机扭矩超过设定值后，且前后轮轮速差超过设定值这两个条件下才能激活，因此不会对整车的动力性能和驾驶性能产生负面影响。
附图说明
图1是基于前轮驱动的四驱系统结构图；
图2是16％对接滚轮坡道示意图；
图3是本发明的控制逻辑图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的控制逻辑：
参见图3，本发明所述的四驱扭矩超限的控制方法，其控制逻辑如下：
1.设置四驱系统请求发动机限制扭矩控制参数AWDEngineTorqLimitEnable和发动机扭矩请求值AWDEngineTorqReq，发动机限制扭矩控制参数AWDEngineTorqLimitEnable初始默认值为0，发动机扭矩请求值AWDEngineTorqReq初始默认值为发动机最大扭矩值。
2.四驱系统ECU从整车CAN网络获取前后四个车轮转速和发动机扭矩，计算扭矩管理器的离合器输入和输出转速以及离合器输入和输出转速之差δ，同时计算发动机输出扭矩经变速器和PTU放大后传递到扭矩管理器的输入扭矩Tclutch-input。当δ大于设定值，同时Tclutch-input大于设定值时，将发动机限制扭矩控制参数AWDEngineTorqLimitEnable的值设置为1，同时将Tclutch-input对应的发动机输出扭矩值付给AWDEngineTorqReq，并发送到整车CAN网络。
当以上步骤2的两个条件不满足时，四驱系统ECU再从整车CAN网络获取新的四驱车轮转速和发动机输出扭矩，计算δ值和Tclutch-input值，进行比较。
3.发动机管理系统EMS检测到发动机限制扭矩控制参数AWDEngineTorqLimitEnable＝1后，响应四驱系统限制扭矩的请求，将发动机输出扭矩限定在AWDEngineTorqReq请求值，不再上升，但可响应油门或其他系统的扭矩下降请求。
4.发动机限制扭矩发生后，四驱系统ECU继续从整车CAN网络获取处于变化状态的前后四个车轮转速值，计算扭矩管理器的离合器输入和输出转速，如果扭矩管理器的离合器输入和输出转速之差δ一直大于0，则保持限扭状态，发动机输出扭矩限定在AWDEngineTorqReq请求值；当扭矩管理器的离合器输入和输出转速之差δ≤0时，将发动机限制扭矩控制参数AWDEngineTorqLimitEnable＝0，同时将发动机输出扭矩值AWDEngineTorqReq设置为发动机最大输出扭矩值，并发到整车CAN网络。
5.发动机管理系统EMS检测到发动机限制扭矩控制参数AWDEngineTorqLimitEnable＝0后，不再响应四驱系统限制扭矩请求，退出发动机限制扭矩。
6.重复步骤2-5，四驱系统ECU再次从整车CAN网络获取下一组前后四个车轮转速和发动机扭矩，进行发动机限制扭矩判断。
Claims (2)
1.一种四驱扭矩超限的控制方法，其控制步骤如下：
步骤1，设置四驱系统请求发动机限制扭矩控制参数
AWDEngineTorqLimitEnable和发动机扭矩请求值AWDEngineTorqReq，发动机限制扭矩控制参数初始默认值为0，发动机扭矩请求值AWDEngineTorqReq初始默认值为发动机最大扭矩值；
步骤2，四驱系统ECU从整车CAN网络获取前后四个车轮转速和发动机扭矩，计算扭矩管理器的离合器输入和输出转速以及离合器输入和输出转速之差δ，同时计算发动机输出扭矩经变速器和PTU放大后传递到扭矩管理器的输入扭矩Tclutch-input。当δ大于设定值，同时Tclutch-input大于设定值时，将发动机限制扭矩控制参数AWDEngineTorqLimitEnable的值设置为1，同时将Tclutch-input对应的发动机输出扭矩值付给AWDEngineTorqReq，并发送到整车CAN网络；
当以上步骤2的两个条件不满足时，四驱系统ECU再从整车CAN网络获取新的四驱车轮转速和发动机输出扭矩，计算δ值和Tclutch-input值，进行比较；
步骤3，发动机管理系统EMS检测到AWDEngineTorqLimitEnable＝1后，响应四驱系统限制扭矩的请求，将发动机输出扭矩限定在AWDEngineTorqReq请求值，不再上升，但可响应油门或其他系统的扭矩下降请求；
步骤4，发动机限制扭矩发生后，四驱系统ECU继续从整车CAN网络获取处于变化状态的前后四个车轮转速值，计算扭矩管理器的离合器输入和输出转速，如果扭矩管理器的离合器输入和输出转速之差δ一直大于0，则保持限扭状态，发动机输出扭矩限定在AWDEngineTorqReq请求值；当扭矩管理器的离合器输入和输出转速之差δ≤0时，将发动机限制扭矩控制参数
AWDEngineTorqLimitEnable＝0，同时将发动机输出扭矩值AWDEngineTorqReq设置为发动机最大输出扭矩值，并发到整车CAN网络；
步骤5，发动机管理系统EMS检测到发动机限制扭矩控制参数
AWDEngineTorqLimitEnable＝0后，不再响应四驱系统限制扭矩请求，退出发动机限制扭矩。
步骤6，重复步骤2-5，四驱系统ECU再次从整车CAN网络获取下一组前后四个车轮转速和发动机扭矩，进行发动机限制扭矩判断。
2.根据权利要求1所述的四驱扭矩超限的控制方法，其特征在于，所述离合器输入和输出转速之差的设定值和扭矩管理器的输入扭矩设定值是经标定测试后确定。
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| CN111452624A (zh) * | 2019-01-22 | 2020-07-28 | 上海汽车集团股份有限公司 | 一种低附起步脱困控制方法及装置 |
| CN111452624B (zh) * | 2019-01-22 | 2023-02-03 | 上海汽车集团股份有限公司 | 一种低附起步脱困控制方法及装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108001448B (zh) | 2019-07-05 |
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