CN110386134B - 车辆稳定性控制模块和控制方法 - Google Patents

Abstract

一种车辆稳定性控制模块包括：信息获取部，配置成用于至少接收下述信息：驱动桥两侧驱动车轮的轮速，车速，车辆转向角，车身横摆角速度；以及信息处理部，配置成基于上述信息判断下述三个条件是否成立：1)驱动桥两侧的驱动车轮中是否有一个驱动车轮打滑；2)车辆是否处于不稳定状态；3)驱动桥中的差速器是否被锁定；并且，所述信息处理部在上述三个条件全部成立时，确定并输出安全驱动扭矩限制值。

Description

车辆稳定性控制模块和控制方法

技术领域

本申请涉及一种与差速器锁定相关的车辆稳定性控制模块以及相应的控制方法。

背景技术

车辆的驱动桥配备有差速器，用于调整驱动桥两侧的驱动轮的转速差，以使两侧驱动轮能够以不同的转速转动。然而，差速器倾向于将动力分配到阻力更小的一侧驱动轮。如果驱动桥某一侧的驱动轮打滑时，它受到的路面阻力很小，因而将从差速器吸收到几乎全部动力。这样，将形成一侧驱动轮空转另一侧驱动轮静止、车辆原地不动的状况。为此，有的差速器配备了机械差速锁。当一侧驱动轮打滑时，差速锁将差速器锁定，使得两侧驱动轮以相等的速度转动，而动力被大部分甚至全部被传递到非打滑驱动轮，使车辆能够行驶。

然而，在差速锁起锁定作用时，由于非打滑侧的驱动轮获得绝大部分驱动力，打滑侧驱动轮仅获得很小甚至没有驱动力，因此车身有可能横摆，使得车辆行驶不稳定。此外，在导致驱动轮打滑的路面较长时，差速锁锁定导致的车身横摆也可能造成车辆左右来回摆动。

因此，希望提高与差速器的锁定相关的车辆行驶稳定性。

发明内容

为此，本申请的目的是提供一种改进的与差速器锁定相关的车辆稳定性控制方案，以便提高差速器被差速锁锁定时的车辆行驶稳定性。

根据本申请的一个方面，提供了与差速器锁定相关的车辆稳定性控制模块，包括：信息获取部，配置成用于至少接收下述信息：驱动桥两侧驱动车轮的轮速，车速，车辆转向角，车身横摆角速度；以及信息处理部，配置成基于上述信息判断下述三个条件是否成立：1)驱动桥两侧的驱动车轮中是否有一个驱动车轮打滑；2)车辆是否处于不稳定状态；3)驱动桥中的差速器是否被锁定；并且，所述信息处理部在上述三个条件全部成立时，确定并输出安全驱动扭矩限制值。

根据本申请的另一个方面，提供了与差速器锁定相关的车辆稳定性控制方法，可选地由本申请的车辆稳定性控制模块执行，所述方法包括下述步骤：至少接收下述信息：驱动桥两侧驱动车轮的轮速，车速，车辆转向角，车身横摆角速度；以及基于上述信息判断下述三个条件是否成立：1)驱动桥两侧的驱动车轮中是否有一个驱动车轮打滑；2)车辆是否处于不稳定状态；3)驱动桥中的差速器是否被锁定；并且，在上述三个条件全部成立时，确定并输出安全驱动扭矩限制值。

根据本申请，在检测到车辆行驶于易打滑路面并且差速器被差速锁锁定时，通过限制传递到驱动轮的转矩，避免或抑制车辆的横摆。

附图说明

图1是根据本申请的一种可行实施方式的车辆稳定性控制模块的示意图；

图2根据本申请的车辆稳定性控制方法的示例性流程图。

图3根据本申请的车辆稳定性控制模块和控制方法中判断是否有一个驱动车轮位于打滑路面上的过程的示例性流程图。

图4根据本申请的车辆稳定性控制模块和控制方法中确定是否锁定差速器的过程的示例性流程图。

具体实施方式

下面描述本申请的一些可行实施方式。

本申请总体上涉及旨在提高差速器锁定时的车辆稳定性的车辆稳定性控制模块和方法。本申请的技术适用于各种类型的车辆驱动系统，例如，后轮驱动系统，前轮驱动系统，全轮驱动系统等。车辆动力源可以是发动机，电机，混合动力源等。

动力源的输出动力被传递到驱动桥，驱动桥中设有差速器，动力由差速器经两侧的半轴被传递到相应的驱动车轮。差速器配备有机械差速锁。当一侧的驱动车轮打滑时，该机械差速锁将差速器锁定，以将两个半轴钢性连接而成为一个整体，这样两侧的车轮以相同的转速转动、并且得到相同的动力。

在差速锁将差速器锁定的状态下，如果非打滑驱动车轮向地面施加作用力，而打滑驱动车轮基本上不能、或仅能向地面施加很小的作用力，那么车身趋向于被非打滑驱动车轮推动而朝向打滑驱动车轮一侧摆动，即发生横摆。本申请的技术用于抑制这种横摆，以提高车辆行驶稳定性。

在分轴式动力系统，尤其是分轴式混合动力系统中，两个动力源(两个电机，或电机与发动机)分别用于独立地驱动车辆的前轮和后轮。通常前桥中不配备差速器，后桥中配备差速器和差速锁。在车辆加速、爬坡、起步等动力需求较高的状况下，两个动力源分别向前后轮提供动力。在某个后轮打滑时，差速锁将后桥中的差速器锁定，非打滑后轮获得的突然增大的动力，加上两个前轮所获得的动力，有可能导致车辆向左侧或右侧猛冲。在应用于分轴式动力系统时，本申请的技术用于抑制这种横向猛冲，以提高车辆行驶稳定性。

根据本申请的车辆稳定性控制技术，在车辆驱动桥的差速器被锁定、并且车辆处在不稳定状态下，对驱动扭矩实施控制。

具体而言，根据一种可行实施方式，主要基于差速器两侧的车轮的轮速、车辆转向角判断是否有一个驱动车轮打滑，基于差速器两侧的车轮的轮速信号判断差速器的锁定，并且基于车辆转向角和车身横摆角速度判断车辆的不稳定状态；当有一个驱动车轮打滑、车辆不稳定、并且差速器被锁定这三个条件都被满足时，设定安全驱动扭矩限制。

本申请的车辆稳定性控制模块的一种可行实施方式在图1中示意性表示。如图1所示，车辆稳定性控制模块1一方面与车身稳定模块(例如电子车身稳定程序)2连接和/或与车辆ECU连接，另一方面与车辆动力系统控制模块3连接(例如通过CAN或通过专门的线路)，从而能够与模块2、3之间传输数据。

车辆稳定性控制模块1由车身稳定模块2和/或从车辆ECU至少获取下述信息：

驱动桥4两侧驱动车轮状态信息Info1，其中包括轮速；

车辆行驶状态信息Info2，其中包括加速踏板信号、车速、车辆纵向加速度；

车辆动态信息Info3，其中包括转向角和车身横摆角速度。

车辆稳定性控制模块1由动力系统控制模块3获取由车辆动力系统传递到驱动桥4的实际扭矩T_actual的信息。

车辆稳定性控制模块1中可以包括信息获取部，用以接收来自车身稳定模块2和/或车辆ECU的上述信息。

此外，车辆稳定性控制模块1中可以包括信息处理部，用以基于上述信息确定是否有一个驱动车轮打滑、车辆是否不稳定、并且差速器是否被锁定。在三个条件都被满足时，信息处理部确定安全驱动扭矩限制值T_limit，并将安全驱动扭矩限制发送给动力系统控制模块3。

动力系统控制模块3控制动力系统向驱动桥4传递等于或小于所述安全驱动扭矩限制值的安全驱动扭矩T_safe。

所述信息处理部可以根据加速踏板信号判断驾驶员的架势意图(例如是否试图加速)，并且只在加速踏板被踩下时确定安全驱动扭矩限制值，动力系统控制模块3控制发动机的输出扭矩，以便向驱动车轮传递安全驱动扭矩。

此外，所述信息处理部根据车辆纵向加速度获知车辆的行驶情况，判断车辆起步还是处在加速过程中等等(可能需要结合车速来判断)。对于不同的行驶工况，扭矩限制不一样。

另一方面，本申请的车辆稳定性控制方法的一种可行实施方式在图2中示意性表示。如图2所示，该车辆稳定性控制方法大体上包括下述步骤：

在步骤S1，获取驱动桥两侧驱动车轮状态信息、车辆行驶状态信息、车辆动态信息、驱动桥实际扭矩信息。

在步骤S2，判断有一个驱动车轮打滑、车辆不稳定、并且差速器被锁定这三个条件都被满足。如果有一个或两个上述条件不满足，即答案为“否”，则转到步骤S3(不产生任何扭矩控制请求)；如果上述三个条件同时满足，即答案为“是”，则转到步骤S4。

在步骤S4，向车辆的动力系统控制模块发送安全驱动扭矩限制值。

接下来，在步骤S5，动力系统控制模块控制车辆动力系统向驱动桥传递等于或低于安全驱动扭矩限制值的安全驱动扭矩。

关于判断是否有一个驱动车轮打滑，本申请主要基于驱动桥两侧车轮的轮速以及车辆转向角来判断。当有一个驱动车轮处在易打滑路面(例如结冰、泥泞、松散路面)时，该车轮可能会打滑，因而该车轮的滚动阻力远小于另一侧的非打滑车轮，并且该打滑车轮的转速高于非打滑车轮。因此，两个车轮的轮速差可以用于判断是否有一个驱动车轮打滑。此外，由于在车辆正常转向时，外侧车轮与内侧车轮之间也存在轮速差。因此，在判断是否有一个驱动车轮打滑时，需要扣除车辆正常转向导致的轮速差。

举例而言，根据图3示意性显示的流程，在步骤S11，驱动桥两侧车轮的轮速被输入。然后，在步骤S12，计算两侧车轮的实际轮速差V_diff。

另一方面，在步骤S13，车辆转向角和车速被输入。然后，在步骤S14，基于车辆转向角和车速计算出车辆正常转向时两侧车轮的轮速差极限值V_diff_Thr。轮速差的极限值可根据车辆转向角、车速、车轮直径等因素计算出来。

在步骤S12、S14的计算结束后，在步骤S15，判断两侧车轮的实际轮速差V_diff是否大于车辆正常转向时两侧车轮的轮速差极限值V_diff_Thr。如果结果为“是”，则判断车辆有一个驱动车轮打滑。根据一种可行实施方式，可以在V_diff大于(V_diff_Thr+ΔV)时，判断车辆有一个驱动车轮打滑。该ΔV为预先设定的一个宽限值，例如为一固定值，或等于V_diff_Thr

乘以一个小于1的系数。

关于车辆是否不稳定，本申请主要根据车辆转向角和车身横摆角速度判断。例如，可以设定一个车辆转向角极限值和一个车身横摆角加速度极限值。当车辆转向角过大和车身横摆角速度增速过快时，车辆转向角和车身横摆角加速度超过各自的极限值，即可判断车辆不稳定。

关于差速器的锁定，本申请通过驱动桥两侧的车轮的速度差的变化确定。如前所述，在有一个驱动车轮打滑时，打滑车轮的转速会大于非打滑车轮。在两侧轮速差大于一设定值时，机械差速器锁会自动启动而对差速器实施锁定。在差速器被锁定的过程中，打滑车轮的转速会迅速下降，非打滑车轮的转速会迅速上升。两侧轮速的变化有两种结果。

首先，有可能两侧的轮速变为基本上相等，这样，两侧驱动车轮进入一种稳定状态。

或者，有可能两侧的轮速交互升降摇摆。这是因为，在差速器被机械差速器锁突然锁定时，位于低摩擦系数路面上的高速打滑的车轮的转速急剧下降，大扭矩被突然转为传递到位于高摩擦系数路面上的非打滑车轮，使得非打滑车轮的转速急剧上升。在两侧的轮速变为基本上相等时，差速器被解除锁定；然而，由于处在高摩擦系数路面上的车轮在大扭矩的作用下，转速持续升高，反而高于处在低摩擦系数路面上的车轮。之后，机械差速器锁再次启动而对差速器实施锁定，使得位于低摩擦系数路面上的车轮的轮速上升，而位于高摩擦系数路面上的车轮的轮速下降。这样，两侧车轮的轮速如此反复的升降，从而形成交互升降摇摆的状态(轮速差正负交替变化)。

本申请充分考虑到两侧轮速的各种变化来判断差速器的锁定。

举例而言，如图4所示，在步骤S21，两侧车轮的轮速被输入。

然后，在步骤S22，基于两侧车轮的轮速，计算出两侧车轮的轮速差以及两侧车轮的加速度(轮速对时间求导数)。

然后，在步骤S23，判断下述子条件1是否成立：两侧车轮的轮速差减小，或是轮速差正负交替变化(减小到零，然后又增大，然后又减小)。如果上述子条件1成立，则在步骤S24中判断差速器锁对差速器实施锁定。

作为替代方案，在步骤S23中，判断下述子条件2是否成立：后一时刻任何一侧车轮的加速度的值减去前一时刻该侧车轮的加速度的值所得到的加速度变化值的绝对值是否超过一预定值。如果加速度变化值的绝对值超过预定值，即上述子条件2成立，则在步骤S24中判断差速器锁对差速器实施锁定。

作为另一替代方案，在步骤S23中，判断上述子条件1、2是否同时成立，如果上述子条件1、2同时成立，则在步骤S24中判断差速器锁对差速器实施锁定。

如前所述，本申请在判断出有一个驱动车轮打滑、车辆不稳定、并且差速器被锁定这三个条件都被满足时，向车辆的动力系统控制模块发送安全驱动扭矩限制值，使得车辆动力系统向驱动桥传递等于或低于安全驱动扭矩限制值的安全驱动扭矩。通过减小传递到驱动桥的扭矩，可以抑制因某个驱动车轮打滑导致的车身横摆幅度。安全驱动扭矩限制值可以设置为该驱动桥的请求扭矩乘以一个小于1的系数。

本申请的车辆稳定性控制方法可以由前面描述的车辆稳定性控制模块执行。为此，车辆稳定性控制模块中可以设有执行所述方法的相应计算机程序。此外，本申请的车辆稳定性控制模块和车辆稳定性控制方法中的特征可以相互适用。

根据一个可行的改型，车辆稳定性控制模块集成在车身稳定模块(例如电子车身稳定程序)中。

根据本申请，在车辆的某个驱动车轮打滑时，如果差速器锁对差速器的锁定导致车辆不稳，则以减小传递到驱动桥的扭矩的方式抑制车辆的横摆动作，使得车辆稳定下来，避免出现事故。因此，本申请可以提高车辆行驶中的稳定性和安全性。

此外，本申请的车辆稳定性控制模块和方法可以利用车辆现有的硬件(车速传感器、轮速传感器、转向角传感器、横摆角速度传感器等等)实现，不需要添加额外的硬件，因此，能够避免车辆成本升高。

虽然这里参考具体的实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (14)

1.一种车辆稳定性控制模块，包括：

信息获取部，配置成用于至少接收下述信息：驱动桥两侧驱动车轮的轮速，车速，车辆转向角，车身横摆角速度；以及

信息处理部，配置成基于上述信息判断下述三个条件是否成立：

1)驱动桥两侧的驱动车轮中是否有一个驱动车轮打滑；

2)车辆是否处于不稳定状态；

3)驱动桥中的差速器是否被锁定；

并且，所述信息处理部在上述三个条件全部成立时，确定并输出安全驱动扭矩限制值。

2.如权利要求1所述的车辆稳定性控制模块，其中，所述信息处理部配置成以下述方式判断是否有一个驱动车轮打滑：

计算驱动桥两侧车轮的轮速差；

当所述轮速差大于一设定值时，判断有一个驱动车轮打滑。

3.如权利要求1所述的车辆稳定性控制模块，其中，所述信息处理部配置成以下述方式判断是否有一个驱动车轮打滑：

计算驱动桥两侧车轮的轮速差；

基于车辆转向角和车速计算出车辆正常转向时两侧车轮的轮速差极限值；

在驱动桥两侧车轮的轮速差大于车辆正常转向时两侧车轮的轮速差极限值时，判断有一个驱动车轮打滑。

4.如权利要求1至3中任一项所述的车辆稳定性控制模块，其中，所述信息处理部配置成以下述方式判断车辆是否处于不稳定状态：

当车辆转向角大于设定的转向角极限值、并且车身横摆角加速度大于设定的横摆角加速度极限值时，判断车辆处于不稳定状态。

5.如权利要求1至3中任一项所述的车辆稳定性控制模块，其中，所述信息处理部中设置下述子条件1和子条件2：

子条件1：驱动桥两侧的驱动车轮的轮速差减小到大致为零并且维持在大致为零，或者所述轮速差正负交替变化；

子条件2：后一时刻驱动桥任何一侧车轮的加速度的值减去前一时刻该侧车轮的加速度的值所得到的加速度变化值的绝对值超过一预定值；

所述信息处理部配置成在上述子条件1和子条件2之一成立时判断驱动桥中的差速器被锁定；或者

所述信息处理部配置成在上述子条件1和子条件2同时成立时判断驱动桥中的差速器被锁定。

6.如权利要求1至3中任一项所述的车辆稳定性控制模块，其中，所述信息获取部从车辆动力系统控制模块接收车辆动力系统传递到驱动桥的实际扭矩，所述信息处理部基于传递到驱动桥的实际扭矩确定安全驱动扭矩限制值，并将安全驱动扭矩限制值传输到车辆动力系统控制模块。

7.如权利要求6所述的车辆稳定性控制模块，其中，所述信息处理部配置成只在加速踏板被踩下时确定安全驱动扭矩限制值，动力系统控制模块控制发动机的输出扭矩，以便向驱动车轮传递安全驱动扭矩。

8.如权利要求6所述的车辆稳定性控制模块，其中，所述信息处理部根据车辆纵向加速度获知车辆的行驶情况，并且对于不同的行驶工况确定不同的安全驱动扭矩限制值。

9.一种车辆，包括：

驱动桥，所述驱动桥中设有插速器和差速器锁，所述驱动桥两侧分别设有驱动车轮；

车辆动力系统控制模块，其控制车辆动力系统向所述驱动桥输出的动力；

如权利要求1至8中任一项所述的车辆稳定性控制模块，其配置成在权利要求1中限定的三个条件成立时向车辆动力系统控制模块输出所述安全驱动扭矩限制值；

所述车辆动力系统控制模块控制车辆动力系统向所述驱动桥输出等于或低于所述安全驱动扭矩限制值的安全驱动扭矩。

10.如权利要求9所述的车辆，其中，所述车辆动力系统为分轴式动力系统。

11.如权利要求9所述的车辆，其中，所述车辆动力系统为分轴式混合动力系统。

12.如权利要求9所述的车辆，其中，所述驱动桥为后桥。

13.一种车辆稳定性控制方法，所述方法包括下述步骤：

至少接收下述信息：驱动桥两侧驱动车轮的轮速，车速，车辆转向角，车身横摆角速度；以及

基于上述信息判断下述三个条件是否成立：

1)驱动桥两侧的驱动车轮中是否有一个驱动车轮打滑；

2)车辆是否处于不稳定状态；

3)驱动桥中的差速器是否被锁定；

并且，在上述三个条件全部成立时，确定并输出安全驱动扭矩限制值。

14.如权利要求13所述车辆稳定性控制方法，其中，所述方法由权利要求1至8中任一项所述的车辆稳定性控制模块执行。