CN110576706B

CN110576706B - 车辆运动状态控制方法及车辆

Info

Publication number: CN110576706B
Application number: CN201810589053.XA
Authority: CN
Inventors: 王占彬; 郑灏; 陈志恒; 邓世林; 谢富科
Original assignee: Zhengzhou Yutong Bus Co Ltd
Current assignee: Yutong Bus Co Ltd
Priority date: 2018-06-08
Filing date: 2018-06-08
Publication date: 2021-10-12
Anticipated expiration: 2038-06-08
Also published as: CN110576706A

Abstract

本发明涉及一种车辆运动状态控制方法及车辆。车辆运动状态控制方法即根据车辆的运行工况，通过控制向车辆左、右半轴上分别串接有的磁流变传动结构输入电流的大小，进而控制左、右半轴输出端的扭矩：在整车处于转向工况时，根据转向和转角大小，协调控制左、右半轴上的磁流变传动机构的输入电流的大小；在整车处于制动工况时，控制向左、右半轴上的磁流变传动机构输入最大电流；在整车处于滑行工况时，控制切断向左、右半轴上的磁流变传动机构的电流输入；仅通过控制左、右半轴上串接的磁流变传动结构的电流的大小，就可以适配车辆各种运行工况，控制方法简单有效。

Description

车辆运动状态控制方法及车辆

技术领域

本发明涉及一种车辆运动状态控制方法及车辆。

背景技术

车辆在运动过程中涉及制动、转弯、滑行等多种运行状态，这对车辆的驱动系统及其控制系统提出较高要求，现有的车辆的驱动系统一般包括驱动装置以及与驱动装置连接的传动结构，传动结构的结构如图1所示，包括主减速器1、差速器2、左半轴3、右半轴4，主减速器1的输出端与差速器2连接，差速器2的两个输出端分别与左、右半轴连接，左、右半轴分别与车辆的左、右车轮连接。该结构在实际使用过程中的缺点是：首先，当车辆行驶过程中不需要动力牵引时，例如车辆滑行时，因不能切断所有拖带及无功效连动件，会消耗的大量能源，导致整车油耗的升高；其次，主减速器、差速器、半轴等部件在扭矩传递路径的方向上刚性连接，使得路面的冲击激励通过轮胎传递至左、右半轴上，并由左、右半轴传递至差速器及主减速器，导致路面不平的冲击激励作用在主减速器的啮合过程中，引起主减速器的啮合噪声大的问题。

针对这一问题，一项申请公布号为CN101780766A，名称为一种驱动桥半轴离合器的中国专利公开了一种驱动桥结构，该驱动桥结构在驱动桥的半轴上安装半轴离合器，通过半轴离合器的断开和结合控制驱动桥半轴的断开与结合，解决了车辆滑行时，因不能切断所有拖带及无功效连动件而消耗大量能源的问题，但该车辆不仅驱动系统结构复杂，而且车辆在运行过程中要同时控制差速器以及半轴离合器的动作来适应车辆的不同运行状态，控制方法较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车辆，该车辆的传动结构能在车辆滑行时，切断所有拖带及无功效连动件，且结构简单；本发明的目的还在于提供一种控制上述车辆的车辆运动状态控制方法。

为实现上述目的，本发明的车辆的技术方案是：车辆，包括车体以及驱动系统，驱动系统包括驱动装置、传动结构以及控制系统，传动结构包括分别将车辆的左、右车轮与驱动装置传动连接的左、右半轴，左、右半轴上分别串接有左、右磁流变传动结构，所述控制系统包括控制器以及用于检测车辆运行状态的检测装置，控制器与检测装置通讯连接并根据检测装置的反馈信号控制改变左、右磁流变传动结构上的电流大小，进而改变左、右半轴输出端的扭矩，实现左、右车轮与驱动装置的连接和断开以及左、右车轮的转速改变。

通过在车辆左右半轴上串接磁流变传动结构，仅通过控制改变左、右磁流变传动结构上的电流大小，就可以适配车辆的各种行驶工况，包括在车辆滑行时，通过切断对磁流变传动结构的电流供应，使磁流变传动结构不进行扭矩传递，将车轮与传动结构断开，切断车轮的所有拖带及无功效连动件，整个传动结构较为简单。

为实现上述目的，本发明的车辆运动状态控制方法的技术方案是：车辆运动状态控制方法，其特征在于：根据车辆的运行工况，通过控制向车辆左、右半轴上分别串接有的磁流变传动结构输入电流的大小，进而控制左、右半轴输出端的扭矩：

（1）整车处于转向工况时，根据转向和转角大小，协调控制左、右半轴上的磁流变传动机构的输入电流的大小；

（2）整车处于制动工况时，控制向左、右半轴上的磁流变传动机构输入最大电流；

（3）整车处于滑行工况时，控制切断向左、右半轴上的磁流变传动机构的电流输入；

（4）整车的驱动装置对外输出动力，整车处于减速或匀速或加速行驶工况时，根据油门踏板的开合度成正比例的调整向左、右半轴上的磁流变传动机构输入电流的大小。仅需通过控制左、右磁流变传动结构上的电流大小便可实现车辆左、右车轮的差速以及左、右车轮与驱动装置的连接和断开，控制方式简单方便。

当车辆方向盘转角大于转角设定值时，判断整车处于转向工况。

当制动踏板有制动信号，同时油门踏板为最小开合度时，判断整车处于制动工况。

当制动踏板无制动信号，同时油门踏板为最小开合度时，判断整车为滑行工况。

当制动踏板无制动信号，油门踏板开合度大于最小开合度时，判断整车为匀速或加速行驶工况。

附图说明

图1为背景技术中传动结构的结构示意图；

图2为本发明车辆具体实施例1中驱动桥结构示意图；

图3为本发明车辆具体实施例1中驱动桥的结构图；

图4为图3中右半轴的上游半轴和下游半轴连接处的放大图；

图5为图4中上游半轴的结构图；

图6为图4中下游半轴的结构图；

图7为图4中上游半轴和下游半轴连接处的径向剖视图；

图8为本发明车辆的运动状态控制方法的流程图；

图9为本发明车辆具体实施例3中上游半轴和下游半轴的第一种连接结构图；

图10为本发明车辆具体实施例3中上游半轴和下游半轴的第二种连接结构图；

图1中：1、主减速器；2、差速器；3、左半轴；4、右半轴；5、轮毂；

图2至图9中：1、主减速器；11、输入锥形齿；12、输出锥形齿；2、左半轴组件；3、右半轴组件；31、上游半轴；311、插头；312、轴承内座；313、叶片；32、下游半轴；321、插孔；322、轴承外座；323、环形挡台；324、环形凹槽；325、叶片；33、密封腔室；34、电磁线圈；35、控制器；36、轴承；37、电源；5、轮毂；6、支撑轴承；8、桥壳；9、连接套筒；10、叶片；101、环形连接筒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的一种车辆的具体实施例1，包括车体，车体上设置有驱动系统，所述驱动系统包括传动轴以及与传动轴连接的驱动桥，驱动桥的两端输出端与两个车轮的轮毂5连接，所述驱动桥的具体结构如图2至图7所示，包括桥壳8，桥壳的内侧中部设置有主减速器1，主减速器的左右两侧分别设置有左半轴组件2和右半轴组件3，左、右半轴组件上均设置有支撑轴承6。其中，主减速器1包括一对锥形齿，分别为输入锥形齿11和输出锥形齿12，输入锥形齿11与驱动桥的主输入轴连接，输出锥齿轮12的输出端通过花键与左、右半轴组件连接，两锥形齿主要用于改变转矩的传递方向以及进行减速增扭。

左半轴组件2和右半轴组件3的结构相同，对称设置，以右半轴组件3为例，包括同轴设置的上游半轴31和下游半轴32，上游半轴和下游半轴的相向端通过磁流变传动结构传动连接，上游半轴背离磁流变传动结构的一端与主减速器的输出端连接，下游半轴背离磁流变传动结构的一端与轮毂连接，所述磁流变传动结构的具体结构为：上游半轴31靠近下游半轴的一端设置有插头311，下游半轴32上靠近该插头的一端外径增大，大径段的端部设置有插孔321，插头311的外侧面的根部设置有轴承内座312，插孔321的内壁面的开口处设置有轴承外座322，插头311通过设置在轴承内座312和轴承外座322之间的轴承36转动装配在插孔321中，从而使上游半轴31和下游半轴32轴向连接、周向转动的连接在一起，插孔与插头之间的间隙的开口处设置有将间隙出口密封的密封结构，以在插头和插孔之间形成密封腔室33，所述轴承位于密封腔室的外侧，所述密封结构包括设置在插孔内壁面上的环形挡台323，环形挡台323径向方向的端部设置有环形凹槽324，环形凹槽324内嵌装有与插头外侧面滑动密封配合的密封圈。

所述密封腔室33中填充有磁流变溶液，插头311的外侧面上对应密封腔室的位置处设置有与所述磁流变溶液接触进而推动磁流变溶液旋转的叶片313，叶片313的叶面增加了插头与磁流变溶液接触的驱动面，插孔321的壁面上设置有与磁流变溶液接触进而被磁流变溶液推动旋转的叶片325，叶片325的叶面增加了插孔内壁与磁流变溶液接触的驱动面。密封腔室33外设置有用于改变所述磁流变溶液所处磁场环境的电磁装置，所述电磁装置包括电磁线圈34以及控制电磁线圈电流大小的控制器35，所述电磁线圈有多个且沿密封腔室的周向均布。电磁线圈34和控制器35均设置在桥壳上，控制器35通过线缆与电源37连接。

本发明的车辆在实际使用过程中，整车运行时，驱动装置的转矩通过主减速器传递至左半轴组件、右半轴组件的上游半轴上，上游半轴旋转通过叶片搅动磁流变溶液旋转，并通过叶片带动下游半轴旋转，在此过程中传递动力扭矩，并驱动轮毂运行。在上述过程中，控制器依据整车的运行工况，通过控制电流大小对电磁线圈产生的磁感线强度进行调节，进而控制磁流变溶液的阻尼大小，实现上游半轴和下游半轴之间扭矩的断开及不同程度的结合，从而在实现扭矩断开的情况下，还可实现半轴的差速功能，这样就可以取消差速器，有效降低了驱动桥的重量、体积及运行时的温升，同时由于减少齿轮副的啮合数量，提升了驱动桥本体的噪声性能。

本发明的车辆在实际使用过程中，其运动状态控制方法如图8所示，基本原理是控制器依据整车运行时各状态的输入信号对电磁线圈的电流大小进行控制，进而控制电磁线圈产生的磁场强度，以实现对磁流变溶液阻尼值的调节。例如：当整车转向时，控制器读取到方向盘转角大小，基于转角大小，左半轴组件和右半轴组件上的控制器分别输出不同的电流值，使左、右半轴组件上的电磁线圈产生不同的磁场强度，进而使左、右半轴组件上的磁流变溶液呈现不同的阻尼值，从而使左、右半轴组件的下游半轴呈现不同的转速（如左半轴组件的上游半轴转速若为100%，通过控制左半轴组件上磁流变溶液阻尼值α，将转速传递至下游半轴，使其达到99.7%；而此时，右半轴组件的上游半轴转速同样为100%，通过控制右半轴组件上磁流变溶液阻尼值β,若α>β，则右半轴组件的下游半轴转速小于99.7%，例如为98%，左、右半轴组件的下游半轴转速不同），实现差速功能。当整车制动时，控制器通过线束向电磁线圈输出最大电流，使得上游半轴和下游半轴为强连接状态，此时需要轮毂通过半轴拖动传动系统、变速箱等传动系上游部件，以保证整车的制动性能（一方面通过上游部件的转动惯量来提升制动性能，另一方面部分车辆安装有缓速器，可以以此来保证制动性能）；当整车滑行时，控制器切断电流，电磁线圈不产生磁场，磁流变液体阻尼值极小，上、下游半轴无扭转方向上的作用力，轮毂的转动在此处实现了断开，主减速器及驱动桥上游的传动轴、变速箱齿轮及飞轮等部件不随轮毂转动，避免了不做功情况下驱动装置的能量消耗及传动轴、变速箱等随动部件的摩擦损失，减小了滑行阻力和制动阻力，延长滑行距离，节能效果明显，节油效果好；当整车对外输出动力，整车处于减速或匀速及加速运行时，控制器通过对电流大小的控制，使得磁流变溶液的阻尼值与整车运行时的阻力大小相适应，此时，上游半轴、下游半轴通过非线性阻尼力相互连接并传递扭矩，对于路面的随机冲击激励，通过溶液的阻尼值进行衰减，作用到主减齿轮的冲击幅值可以得到有效遏制，实现了路面冲击激励的减振作用，提升了主减齿轮的运行工况，减低了齿轮噪声，提升整车的舒适性。

本发明的车辆的具体实施例2与具体实施例1的区别在于：上游半轴和下游半轴可以不设置叶片，两者通过磁流变溶液与插孔内壁面以及插头外侧面的摩擦力实现扭矩传递。或者其中一个设置叶片，另一个不设置叶片等。

本发明的车辆的具体实施例3与具体实施例1的区别在于：所述密封腔室也可以不由上游半轴和下游半轴构成，而是如图9所示，在上游半轴和下游半轴之间设置连接套筒9，上游半轴和下游半轴分别从两端伸入连接套筒9中并与连接套筒9周向可相对转动的轴向连接，连接套筒的内腔构成所述密封腔室，上游半轴和下游半轴的伸入段上分别设置驱动叶片和从动叶片。

或者，如图10所示，上游半轴和下游半轴的连接结构和驱动结构分开设置，上游半轴和下游半轴的转轴周向可相对转动的轴向连接，两者的外周上均环设有叶片10，两者之间套设有将其上的叶片密封罩设在内的环形连接筒101，上游半轴和下游半轴均与环形连接筒101滑动密封配合，环形连接筒101内设置磁流变溶液。

本发明的车辆的具体实施例4与具体实施例1的区别在于：可以在下游半轴上设置插头，上游半轴上设置插孔。

本发明的车辆的具体实施例5与具体实施例1的区别在于：插头也可以不通过轴承与插孔转动配合，而是在插孔内壁面上设置环形凸台，环形凸台的上端面与插头的外侧面滑动密封配合。此时，插头和插孔内壁之间也就不用设置有用于将密封腔室的出口密封的密封结构。

本发明的车辆的具体实施例6与具体实施例1的区别在于：所述轴承可以设置在密封腔室内侧。

本发明的车辆的具体实施例7与具体实施例1的区别在于：所述插头与插孔内壁面之间的密封结构也可以换个位置设置，例如，在插头的外侧面上设置环形挡台以及密封圈，该密封圈与插孔内壁面滑动密封配合。

本发明的车辆的具体实施例8与具体实施例1的区别在于：所述电磁线圈也可以由沿密封腔室的外周设置的环形线圈代替。

另外，所述电磁线圈也可以不沿密封腔室的外周设置，而是只设置在密封腔室的一侧，只要其产生的磁场能够覆盖磁流变溶液即可。

本发明的车辆的具体实施例9与具体实施例1的区别在于：在相应使用环境下，所述驱动桥也可以不设置主减速器，此时，当主输入轴的轴线与左右半轴组件的轴线平行时，驱动桥的主输入轴可以直接与左右半轴组件连接；当主输入轴的轴线与左右半轴组件的轴线不平行，主输入轴可以通过一对换向齿轮与左右半轴组件连接。

本发明的车辆运动状态控制方法的具体实施例，具体实施方式与上述车辆的控制方法相同，此处不再详细赘述。

Claims

1.车辆运动状态控制方法，其特征在于：根据车辆的运行工况，通过控制向车辆左、右半轴组件上分别串接有的磁流变传动结构输入电流的大小，进而控制左、右半轴组件输出端的扭矩：

（1）整车处于转向工况时，根据转向和转角大小，协调控制左、右半轴组件上的磁流变传动机构的输入电流的大小；

（2）整车处于制动工况时，控制向左、右半轴组件上的磁流变传动机构输入最大电流；

（3）整车处于滑行工况时，控制切断向左、右半轴组件上的磁流变传动机构的电流输入；

（4）整车的驱动装置对外输出动力，整车处于减速或匀速或加速行驶工况时，根据油门踏板的开合度成正比例的调整向左、右半轴组件上的磁流变传动机构输入电流的大小；

左半轴组件和右半轴组件的结构相同，对称设置，各半轴组件分别包括同轴设置的上游半轴和下游半轴，上游半轴和下游半轴的相向端通过相应磁流变传动结构传动连接，上游半轴背离相应磁流变传动结构的一端与驱动装置的主减速器的输出端连接，下游半轴背离磁流变传动结构的一端与相应车轮的轮毂连接，各磁流变传动结构的具体结构为：上游半轴靠近下游半轴的一端设置有插头（311），下游半轴上靠近该插头的一端设置有插孔（321），插头（311）的外侧面的根部设置有轴承内座（312），插孔（321）的内壁面的开口处设置有轴承外座（322），插头（311）通过设置在轴承内座（312）和轴承外座（322）之间的轴承（36）转动装配在插孔（321）中，插孔与插头之间的间隙的开口处设置有将间隙出口密封的密封结构，以在插头和插孔之间形成密封腔室（33），所述轴承位于密封腔室的外侧，所述密封结构包括设置在插孔内壁面上的环形挡台（323），环形挡台（323）径向方向的端部设置有环形凹槽（324），环形凹槽（324）内嵌装有与插头外侧面滑动密封配合的密封圈，所述密封腔室（33）中填充有磁流变溶液，密封腔室（33）外设置有用于改变所述磁流变溶液所处磁场环境的电磁装置，所述电磁装置包括电磁线圈（34），电磁线圈（34）电流大小由控制器（35）控制，所述电磁线圈（34）有多个且沿密封腔室的周向均布。

2.根据权利要求1所述的车辆运动状态控制方法，其特征在于：当车辆方向盘转角大于转角设定值时，判断整车处于转向工况。

3.根据权利要求1所述的车辆运动状态控制方法，其特征在于：当制动踏板有制动信号，同时油门踏板为最小开合度时，判断整车处于制动工况。

4.根据权利要求1所述的车辆运动状态控制方法，其特征在于：当制动踏板无制动信号，同时油门踏板为最小开合度时，判断整车为滑行工况。

5.根据权利要求1所述的车辆运动状态控制方法，其特征在于：当制动踏板无制动信号，油门踏板开合度大于最小开合度时，判断整车的驱动装置对外输出动力，整车为减速或匀速或加速行驶工况。

6.车辆，包括车体以及驱动系统，驱动系统包括驱动装置、传动结构以及控制系统，传动结构包括分别将车辆的左、右车轮与驱动装置传动连接的左、右半轴组件，其特征在于：左、右半轴组件上对应串接有左、右磁流变传动结构，所述控制系统包括控制器（35）以及用于检测车辆运行状态的检测装置，控制器与检测装置通讯连接并根据检测装置的反馈信号控制改变左、右磁流变传动结构上的电流大小，进而改变左、右半轴组件输出端的扭矩，实现左、右车轮与驱动装置的连接和断开以及左、右车轮的转速改变；

左半轴组件和右半轴组件的结构相同，对称设置，各半轴组件分别包括同轴设置的上游半轴和下游半轴，上游半轴和下游半轴的相向端通过相应磁流变传动结构传动连接，上游半轴背离相应磁流变传动结构的一端与驱动装置的主减速器的输出端连接，下游半轴背离磁流变传动结构的一端与相应车轮的轮毂连接，各磁流变传动结构的具体结构为：上游半轴靠近下游半轴的一端设置有插头（311），下游半轴上靠近该插头的一端设置有插孔（321），插头（311）的外侧面的根部设置有轴承内座（312），插孔（321）的内壁面的开口处设置有轴承外座（322），插头（311）通过设置在轴承内座（312）和轴承外座（322）之间的轴承（36）转动装配在插孔（321）中，插孔与插头之间的间隙的开口处设置有将间隙出口密封的密封结构，以在插头和插孔之间形成密封腔室（33），所述轴承位于密封腔室的外侧，所述密封结构包括设置在插孔内壁面上的环形挡台（323），环形挡台（323）径向方向的端部设置有环形凹槽（324），环形凹槽（324）内嵌装有与插头外侧面滑动密封配合的密封圈，所述密封腔室（33）中填充有磁流变溶液，密封腔室（33）外设置有用于改变所述磁流变溶液所处磁场环境的电磁装置，所述电磁装置包括电磁线圈（34），所述控制器（35）控制电磁线圈（34）电流大小，所述电磁线圈（34）有多个且沿密封腔室的周向均布。