CN108312846A - 用于操作具有可选全轮驱动的机动车辆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于操作具有可选全轮驱动装置的机动车辆的方法。全轮驱动装置被实现为不含中央差速器并且后桥被实现为不含驱动桥差速器。机动车辆包括用于独立地将左右后轮与机动车辆的传动系统解耦的第一和第二部分离合器。该方法包括：确定表示前轮彼此之间的速度的比率的值，将该值与参考值进行比较，以及在机动车辆正转弯时当该值大于参考值时，使与外侧后轮相关联的部分离合器分离以便防止外侧后轮上的负扭矩。

Description

用于操作具有可选全轮驱动的机动车辆的方法

技术领域

本发明涉及一种用于操作具有可选全轮驱动的机动车辆的方法。本发明还涉及一种用于执行这种方法的计算机程序产品和控制单元以及一种具有这种控制单元的机动车辆。

背景技术

全轮驱动意指一种类型的机动车辆驱动方式，其中，其与前轮驱动或者后轮驱动相对，驱动力被供给到接触地面的机动车辆的所有车轮。全轮驱动的另外的和部分全球使用的名称是AWD(All Wheel Drive(全轮驱动))，并且关于四轮车辆该名称为4×4(四乘四)和4WD(Four Wheel Drive(四轮驱动))。

目前最常用的版本由单个驱动器(主要是诸如汽油机或柴油机的内燃机)组成，该驱动器的功率被分配到多个车桥(axle)和车轮。从技术角度来看，全轮驱动可以分为两种基本类型：差速器控制或永久性全轮驱动和离合器控制的全轮驱动。

差速器控制或永久性全轮驱动包括中央差速器(也称为纵向差速器或中央差速器)，该中央差速器将驱动功率永久分配给两个车桥，并可被实施为防滑差速器。

离合器控制的全轮驱动也可以由诸如可选、等待(hang-on)或按需(on-demand)等术语来表征。对于所述系统，一个车桥被永久驱动，并且另一个车桥在特定情况下仅被供给功率。离合器本身可以是简单的爪式离合器(手动激活)、粘性离合器，离心式离合器或电控摩擦离合器。离合器控制的全轮驱动的优点主要在于较低的系统成本，以及将机动车辆配置成在正常模式下具有市场上典型的前驱或后驱的驾驶行为以及如果需要才改变成典型地全轮驱动驾驶行为的可能性。具有两个单独的部分离合器(partial clutch)而没有差速器的系统使驾驶行为更加灵活，以及在前驱车辆的情况下部分模仿具有后驱的车辆的驾驶行为成为可能。

这种全轮驱动例如已知于US 5,105,901 A、US 7,007,763 B2、US 7,111,702 B2、US 9,114,795 B2以及US 2013/0103228 A1。

由于缺少差速器(中心和后桥差速器)和相关的自动转速平衡，所以如果在某些情况下两个部分离合器都接合，则会出现以下问题：

传动系统在低速和横向加速下受力。这例如在停车期间本身带来很大的噪音，因为轮子没有转速平衡，所以轴受到压力，并且所述压力通过摩擦轮胎而突然减小。这会导致振动和噪音的产生。

急转弯时意外转向不足：

仅当可选车桥被安装在后桥上，以下才适用：由于前桥和后桥之间没有转速平衡，所以外轮相应而不能产生正扭矩。前桥相应以比后桥更小的半径运行；在较急的转弯中差别更大。在没有转速平衡的情况下，在外侧后轮的离合器相应接合期间，最大速度由前桥确定，从而可以实现最大的滑动。如果主驱动桥上具有小滑动，并且因此转速低，则这在急转弯中导致当接合部分离合器时后部外轮被减速，并且因此产生负扭矩，这相应导致了转向不足横摆扭矩。

相应结合内轮上的较大的正滑动，这里产生转向不足的横摆扭矩。相应与外轮相比，内轮以较小的半径运行。如果两个部分离合器完全接合，则这在内轮上以更大的滑动表示，从而具有更大的扭矩。如果在这里部分离合器在急转弯时被接合，则可以施加相当大的扭矩，该扭矩在半径变得更紧的情况下将线性地变得比可以施加到外轮的扭矩更大。这导致转向不足的横摆扭矩，该转向不足的横摆扭矩可以进一步提升在点a产生的扭矩。

由于轮胎摩擦，导致增加的轮胎磨损。

由于在点2提到的负扭矩，导致增加的燃料消耗。

因此，需要检测出现上述问题的操作点并且采取对策，以便不会在没有中央差速器以及后桥差速器的情况下利用这种可选全轮驱动对乘坐舒适性和机动车辆的驱动动力学产生不利影响。

发明内容

本发明的目的通过以下步骤实现：

确定表示前轮相对于彼此的速度的比率的值，

将值与参考值进行比较，以及

当机动车辆正转弯时使与外侧后轮相关联的部分离合器分离，或者

如果值大于参考值，则使两个部分离合器都分离。

本发明因此提出根据行驶状况使部分离合器分离，并且根据该状况相应将外侧后轮解耦或者将两个后轮都与传动系统解耦，从而允许相应的车轮自由转动。因此，可以防止不希望的噪音产生，可以避免减小的过度转向或增加的转向不足，并且可以减少轮胎上的磨损和机动车辆的燃料消耗。

根据一个实施例，根据检测到的转弯方向，该值成比例于转弯的外侧上相应前轮的速度和转弯的内侧上相应前轮的速度的差值与前轮的速度的平均值的比率。因此，前轮的平均速度可以被认为是表示机动车辆的速度，机动车辆的速度可以用于使两个前轮之间的速度差归一化。该值因此也可以被认为是归一化的前轮速度差，并且是当转向时两个前轮的不同速度的量度。该值包含以下信息：

转弯半径：急转弯半径导致较大的前桥速度差。

滑动：在恒定半径和高扭矩的情况下，机动车辆加速并且因此横向加速度增加。这相应减小了内轮上的负载，从而内轮具有比外轮更大的滑动。这减少了前桥速度差。如果滑动太大，则该值甚至可能是负的。

摩擦系数：小的摩擦系数放大滑动效果。

例如，机动车辆可以以很大的转弯半径通过很大的转弯行驶，其中不施加驱动扭矩，并且因此也只有非常小的滑动，从而存在小的前轮转速差。相反，如果机动车以小的转弯半径进行转弯并且同时大的驱动扭矩起作用，则这相应导致内侧前轮上的大滑动。由于滑动，这里的前轮速度差也很小。另一方面，如果机动车辆正以中等转弯半径进行转弯，并且同时小的驱动扭矩起作用，并且例如高速公路结冰，则这也引起内侧前轮上的大滑动，该大滑动导致小的前轮速度差。在三种运行情况中，存在小的前轮速度差，并且在所有的运行情况下，与外侧后轮相关联的部分离合器可以保持接合，因为可以忽略这种小的速度差。前轮的各个速度可以例如通过各个车轮转速传感器来检测。因此，可以使用已经存在的测量值，并且不需要对机动车辆进行结构改变。

根据另一实施例，参考值表示在离合器接合的情况下没有扭矩传递到机动车辆的外侧后轮的操作点。换句话说，外侧后轮是自由转动的。如果两个部分离合器部分或全部接合，并且如果指定的转弯半径太小或者由于驱动扭矩和摩擦损失所指定的滑动太低，则情况总是如此。如果该值大于参考值，则扭矩是负的，即，外侧后轮被减速，而如果该值小于参考值，则内侧后轮被驱动。因此，能够以特别简单的方式确定离合器的分离和接合的时间点。

根据另一实施例，转弯半径值被评估以确定参考值。因此，考虑当前进行的转弯的半径，并且因此增加了可以确定离合器的分离和接合的时间点的精确度。

根据另一实施例，车轮速度和/或机动车辆的横摆率可以被评估以确定转弯半径值。为了确定车轮速度，可以使用例如机动车的ABS系统(防抱死制动系统)的车轮转速传感器，和/或为了确定机动车辆的横摆率，可以使用机动车辆的ESP系统(电子稳定系统)的横摆率传感器。因此，可以使用已经存在的测量值，并且不需要对机动车辆进行结构改变。

本发明还涉及用于执行这种方法的计算机程序产品和控制单元以及具有这种控制单元的机动车辆。

附图说明

现在将使用附图来描述本发明。在附图中：

图1以示意图的方式示出了当转弯时的机动车辆，以及

图2显示了各种相关值的关系。

具体实施方式

根据需要，本文公开了本发明的详细实施例。然而，可以理解的是，所公开的实施例仅仅是可以以各种和替代形式体现的本发明的示例。该附图不必须是按比例的；一些示意图可能被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅作为教导本领域技术人员多方面应用本发明的代表性基础。

参照图1，示出了机动车辆2，像例如乘用车。机动车辆包括可选全轮驱动，对于该可选全轮驱动，两个前轮4a、4b是永久性的，两个后轮6a、6b是可选择的。

为此目的，本示例性实施例中的机动车辆2包括发动机10、手动变速箱12以及设置在发动机10和手动变速箱12之间的离合器14。

为了转速平衡，前差速器16被设置在前轮4a、4b之间。动力输出单元18(PTU)能够将动力转移到后轮6a、6b。减速装置8被设置在PTU 18与后轮6a、6b之间。

图1表示右转，其中左前轮4a是外侧前轮，并且右前轮4b是内侧前轮，并且左后轮6a是外侧后轮和右后轮6b是内轮后轮。当进行左转时，各前轮4a、4b和后轮6a、6b将其作为外侧前轮、内侧前轮4a、4b或外侧后轮、内侧后轮6a、6b的任务进行转换。

在两个后轮6a、6b之间，具有第一部分离合器8a和第二部分离合器8b的离合器总成被设置在机动车辆2的传动系统中，通过该离合器总成，相应的(即根据行驶状况)外侧后轮6a可以与传动系统解耦，以便可以自由转弯。

如将在下面更详细描述的，第一部分离合器8a和第二部分离合器8b在本示例性实施例中各自作为摩擦离合器实施，并且由控制单元根据行驶状况来致动。

机动车辆2的全轮驱动装置在本示例性实施例中不具有中央差速器并且后桥没有驱动桥差速器，即全轮驱动既不包括中央差速器也不包括后桥差速器。换句话说，机动车辆2的全轮驱动也可以被认为是离合器控制的全轮驱动。

由于没有转速平衡，在后轮6a、6b和也驱动前轮4a、4b的传动系统之间的刚性连接像例如在停车期间的转弯时可能导致传动系统中的压力和噪音。当转弯时，前轮4a、4b遵循较大的半径，并且必须以比后轮6a、6b更高的速度VaV、ViV运动。然而，如果后桥上的两个部分离合器8a、8b被接合，则后轮6a、6b被迫采用两个前轮4a、4b的平均速度。而且，两个后轮6a、6b被迫以彼此相同的速度转弯。这样的结果(根据机动车辆2的底盘的设计)是减少的过度转向或增加的转向不足。此外，能够发生特别是后轮6a、6b上的轮胎的增加的磨损以及增加的燃料消耗。

为了抵消这种情况，控制单元被实施为确定表示外侧前轮4a的速度VaV与内侧前轮4b的速度ViV彼此之间比率的值nDV，将值nDv与参考值ZT进行比较，以及如果值nDV大于参考值ZT，则使与机动车辆2的外侧后轮6a相关联的相应部分离合器8a或8b分离。参考值ZT是为此目的从二维表中获取的，其中参考值ZT由当前转弯半径和横向加速度确定。

在此期间，控制单元根据检测到的转弯方向通过确定转弯的外侧上的相应前轮4a的速度VaV和转弯的内侧上的相应前轮4b的速度ViV的差值与前轮4a、4b的速度VaV、ViV的平均值的比率来确定值nDV：

nDV＝(VaV-ViV)/(0.5*(VaV+ViV))

值nDV也可以被认为是归一化的前轮速度差，并且是在转弯时两个前轮4a、4b的速度ViV、VaV之间的差的量度。值nDV表示前轮4a、4b上滑动的大小，该滑动的大小是驱动扭矩和轮胎与路面之间的摩擦的摩擦系数的函数。换句话说，前轮4a、4b的平均速度因此可以被假定为表示机动车辆的速度，该机动车辆的速度可以用于使两个前轮4a、4b之间的速度差归一化。

参考值ZT表示在部分离合器8a、8b接合的情况下没有扭矩传递到机动车辆2的外侧后轮6a的操作点。如果值nDV超过参考值ZT，则机动车辆2处于发生上述问题的操作点。现在再参考图2来描述。

图2示出了参考值ZT与转弯的转弯半径CR和值nDV的关系。

可以看出，该关系类似于具有负指数的指数函数的分布图。此外，可以看出，对于急转弯而言，nDV的值可能比直线行进的值大一些。

对于给定转弯半径(例如20米)，对于区域I中的曲线(即参考值ZT)上方的值nDV或归一化的前轮速度差的值，外侧后轮6b经受负扭矩即被减速，而对于区域II中的曲线(即参考值ZT)下方的值nDV或归一化的前轮速度差的值，外侧后轮6b经受正扭矩。

为了通过使外侧后轮6b减速来抵消转向不足，因此如果值nDV大于参考值ZT，则相应的部分离合器8a或8b被分离。

在图2中表示的参考值ZT与转弯的转弯半径CR和值nDV之间的关系可以例如以控制单元中提供的特征区域的形式实验性地获取。

控制单元可以包括用于所描述的功能和任务的硬件部件和/或软件部件。

在操作期间，控制单元根据检测到的转弯方向通过确定相应的外侧前轮4a的速度VaV和相应的内侧前轮4b的速度ViV的差异与前轮4a、4B速度VaV、ViV的平均值的比率来确定值nDV。

控制单元然后将值nDv与表示在部分离合器8a接合的情况下没有扭矩传递到机动车辆2的外侧后轮6a的操作点的参考值ZT进行比较。在这种情况下，为了确定本示例性实施例中的参考值ZT，评估了转弯的转弯半径值CR，其中为此目的使用了机动车辆2的车轮速度和/或横摆率。

如果由控制单元执行的值nDV与参考值ZT进行比较的结果是值nDV大于参考值ZT，即位于区域I中，则控制单元产生用于致动部分离合器8a的控制信号，在接收到该控制信号时相应部分离合器8a被分离，使得机动车辆2的外侧后轮6a可以自由转动。然而，如果机动车2正以很大的转弯半径进行非常大的转弯，其中不施加驱动扭矩，则因此也只有非常小的滑动，产生小的前轮转速差。如果机动车辆2正以小的转弯半径的进行转弯并且同时大的驱动扭矩起作用，则这引起相应的内侧前轮4a、4b上的较大滑动。由于滑动，这里的前轮速度差也很小。另一方面，如果机动车辆2正以中等转弯半径进行转弯并且同时小的驱动扭矩起作用，并且例如高速公路结冰，则这也引起在相应的内侧前轮上的大滑动，该大滑动导致小的前轮速度差。在所述三种运行情况中，存在小的前轮速度差，并且在所有的所述运行情况下，与相应的外侧后轮6a、6b相关联的部分离合器8a、8b可以保持接合，因为可以忽略这种小的速度差。

因此，可以防止不希望的噪音产生，可以避免减少的转向过度或增加的转向不足，并且可以减少机动车辆2的轮胎的磨损和燃料消耗。

虽然以上描述了示例性实施例，但是这些实施例不意图描述本发明的所有可能的形式。相反，说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且可以理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以做出各种改变。另外，各种实施的实施例的特征可以被组合以形成本发明的另外的实施例。

Claims (15)

1.一种用于操作具有可选全轮驱动装置的机动车辆的方法，其中所述全轮驱动装置被实现为不含中央差速器并且后桥被实现为不含驱动桥差速器，其中所述机动车辆包括用于将第一后轮与所述机动车辆的传动系统解耦的第一部分离合器以及用于将第二后轮与所述机动车辆的所述传动系统解耦的第二部分离合器，所述方法包括：

确定表示前轮彼此的相对速度的值；

将所述值与参考值进行比较；以及

当所述机动车辆转弯时，如果所述值大于所述参考值，则使所述部分离合器中的一个分离以防止外侧后轮上的负扭矩。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述值成比例于相应外侧前轮的速度和相应内侧前轮的速度的差值与所述前轮的速度的平均值的比率。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述参考值表示在与所述外侧后轮相关联的所述部分离合器接合的情况下没有扭矩被传递到所述机动车辆的所述外侧后轮的操作点。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述参考值基于转弯半径值。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述转弯半径值基于所述机动车辆的车轮速度、横摆率以及横向加速度中的至少一个。

6.一种车辆，包括：

差速器，所述差速器驱动前轮以使得当转弯时，外侧前轮比内侧前轮旋转得更快；

第一离合器，所述第一离合器配置为以所述前轮的平均速度选择性地驱动外侧后轮；以及

控制器，所述控制器编程为响应于与前轮速度之间的差值成比例的参数超过指示即将发生的外侧后轮扭矩反转的阈值而使所述第一离合器分离。

7.根据权利要求6所述的车辆，还包括配置为以所述前轮的所述平均速度选择性地驱动内侧后轮的第二离合器。

8.根据权利要求6所述的车辆，其中所述值等于外侧前轮速度和内侧前轮速度之间的差值与所述前轮的平均速度的比率。

9.根据权利要求8所述的车辆，其中所述阈值是转弯半径的函数。

10.根据权利要求9所述的车辆，其中所述控制器基于感测到的前轮速度和感测到的横摆率来计算所述转弯半径。

11.根据权利要求9所述的车辆，其中所述阈值也是横向加速率的函数。

12.一种操作车辆的方法，包括：

接合离合器以左右前轮的平均速度驱动后轮；

测量左右前轮速度和横摆率；以及

响应于所述左右前轮速度和所述横摆率之间的关系指示所述后轮即将发生扭矩反转而使离合器分离。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述关系包括所述前轮速度之间的差值与所述前轮速度的所述平均值的比率超过阈值。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述阈值是转弯半径的函数，并且所述转弯半径基于所述前轮速度和所述横摆率。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述阈值也是测量的横向加速率的函数。