CN110944867B - 四轮驱动的机动车中的控制系统以及控制方法 - Google Patents

四轮驱动的机动车中的控制系统以及控制方法 Download PDF

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Abstract

一种四轮驱动的机动车中的控制系统，所述控制系统用于将驱动力至少由所述机动车的驱动器分配到所述机动车的第一和第二轴的车轮上，所述控制系统至少包括：分配器单元，所述分配器单元用于将驱动力分配到所述第一和第二轴上；转速传感器，所述转速传感器用于检测所述机动车的两个轴和/或车轮的转速；中央的控制装置，所述控制装置与分配器控制装置和传感器以及车辆通信系统连接，其中，所述分配器控制装置安置在所述分配器单元上，并且执行到期望转矩上的闭环控制和到期望转速上的闭环控制，进而——与行驶相关地并且可切换地——基于在转矩和期望转矩之间的比或者在转速和期望转速之间的比，确定分配到所述第一和第二轴上的驱动力之间的分配比。

Description

四轮驱动的机动车中的控制系统以及控制方法
技术领域
本发明基于一种四轮驱动的机动车中的控制系统，所述控制系统用于将驱动力至少从机动车的马达分配到机动车的第一和第二轴的车轮上，所述控制系统至少包括：分配器单元，所述分配器单元用于将驱动力分配到第一和第二轴上；转速传感器，所述转速传感器用于检测这两个轴的相应的车轮的转速；中央的控制装置，所述控制装置与分配器控制装置和传感器以及车辆通信系统连接。本发明还涉及一种用于控制驱动力的方法。
背景技术
具有四轮驱动器的机动车通常具有变速箱离合器，所述变速箱离合器用于将马达动力分配和传递到前轮和后轮上，从而所述前轮和后轮能够施加驱动力来推动机动车。
通常已知的是，当将驱动力的分配比选择为，使得分配给后轮的驱动力小于分配给前轮的驱动力时，四轮驱动的机动车倾向于转向不足。还已知的是，具有四轮驱动器的机动车在光滑的地面上具有转向过度的趋势，其中于是作为对策给后轮分配较小的驱动力。
从DE3879366T2中已知一种四轮驱动的机动车中的控制系统，所述控制系统用于将驱动力至少从机动车的马达分配到机动车的第一和第二轴的车轮上，所述控制系统至少包括：分配装置，所述分配装置用于将驱动力分配到第一和第二轴上；转速传感器，所述转速传感器用于检测这两个轴的相应的车轮的转速；中央的控制装置，所述中央的控制装置与分配器控制装置和传感器以及车辆通信系统连接。在此，描述了一种驱动力分配系统，所述驱动力分配系统通过如下来描述：准确地检测和分析具有四轮驱动器的机动车的行驶状态连同制动状态和在机动车的车轮和机动车所行驶的道路之间的摩擦系数或摩擦接触，以及在所检测到的行驶状态下确定待分配到前轮和后轮上的驱动力之间的最佳分配比；并且基于所确定的分配比将驱动力分配和传递到前轮和后轮上。
当前实施的闭环控制策略基于驱动机器的期望转矩预设值在闭环控制器处起作用。为了将所述闭环控制器设定为使得在主轴和副轴之间产生恒定的转速差，产生大量的研发、调整和测试耗费。然而，这些必须不等于零的恒定的转速差对于车辆的行驶动力学特性具有重要意义。
发明内容
鉴于用于在具有四轮驱动器的机动车中分配驱动力的常规的控制系统的缺点，本发明的目的是，实现一种针对高的行驶动力学的要求具有良好的响应时间和简单的结构的控制系统。
所述目的借助一种四轮驱动的机动车中的控制系统来实现，所述控制系统用于将驱动力至少从机动车的驱动器分配到机动车的第一和第二轴的车轮上，所述控制系统至少包括：分配器单元，所述分配器单元用于将驱动力分配到第一和第二轴上；转速传感器，所述转速传感器用于检测这两个轴和/或机动车的车轮的转速；中央的控制装置，所述控制装置与分配器控制装置和传感器以及车辆通信系统连接，其中所述分配器控制装置安置在分配器单元上，并且执行到期望转矩上的闭环控制和到期望转速上的闭环控制，进而——与行驶相关地并且可切换地——基于转矩和期望转矩之间的比或者转速和期望转速之间的比，确定待分配到第一和第二轴上的驱动力之间的分配比。
有利的是，分配器控制装置由具有期望转矩闭环控制的组件以及用于自适应转速闭环控制的组件构成。
还有利的是，至少用于自适应转速控制的组件直接附属于分配器单元。
有利地，在分配器闭环控制装置和主控制装置之间的输入接口经由车辆通信来处理用于第一轴的期望力矩(M_Soll 10ms)和转速的目标范围(Zielkorridor)(nFrax_Soll)或第一轴和第二轴的转速差。有利的是，控制系统可在控制模式之间切换，并且期望力矩、期望转速或这两个操纵变量是可处理的。
根据本发明的用于将驱动力至少从机动车的马达分配到机动车的第一和第二轴的车轮上的方法借助下述特征进行，其中所述分配器控制装置闭环控制期望转矩和期望转速，进而——与行驶相关地并且可切换地——基于在转矩与期望转矩之间的比或在转速与期望转速之间的比，确定待分配到第一轴和第二轴上的驱动力之间的分配比。
该方法对不同的行驶状态，如快速的转弯行驶非常灵活地做出反应。
有利的是，输入闭环控制变量和输出闭环控制变量被交付给车辆通信系统，使得运行时间不对快速的闭环控制产生影响。因此也能够实现传感器的快速评估和快速闭环控制。
在此，第一闭环控制回路闭环控制到期望转速上，而第二闭环控制回路闭环控制到期望力矩上。
此外，第二闭环控制回路构成为比第一闭环控制回路更快地闭环控制到期望力矩上。
在这两种闭环控制中的切换通过确定用于主轴的转速的范围或通过选择驾驶模式来进行。
附图说明
下面示例性地参考附图描述本发明。
图1示出具有四轮驱动器的机动车与根据本发明的一个实施方案的控制系统的示意性俯视图；
图2示出闭环控制的方案；
图3示出在现有技术中的控制系统的电路图；
图4示出根据本发明的控制系统的电路图。
具体实施方式
图1示意性地示出具有四轮驱动器的机动车与包含在其中的根据本发明的控制系统。
如在图1中所示出的那样，具有四轮驱动器的机动车具有马达1和与所述马达作为单元连接的变速器2，其中马达1和变速器2共同形成驱动器。变速器2是分配器单元，所述分配器单元以本领域技术人员已知的、不同的方式方法将驱动力分配到第一驱动轴3和第二驱动轴4上。相应的驱动力经由前部的差速器5和后部的差速器6传输到主轴10和副轴20上。
在该实例中，转速传感器8安置在车轮7上。
车辆的驱动在此能够经由内燃机、经由一个或多个电动马达或者经由这两个驱动系统进行。
控制系统分级地构造并且至少由行驶动力学的主控制设备11和分配器控制设备12构成。在所示出的实施例中，所述主控制设备11与转速传感器、车轮转速传感器连接。通信经由车辆通信系统进行，例如经由总线系统，如常用的CAN总线进行。如在大多数情况下那样，车轮转速传感器的信号通常能够由车辆的中央的控制设备复合地接收，所述中央的控制设备未在附图中示出。信号处理在该处进行。但是，也能够直接在主控制装置上使用传感器的原始信号。
替选于车轮转速传感器，在传动链中例如在万向节轴或变速器上也能够使用其它转速传感器用于闭环控制。
分配器控制设备12尤其用于闭环控制纵向滑移，其中基于参考变量，尤其是期望滑移预设值、操纵变量，例如期望力矩、期望电流等输出给操纵元件，例如在分配器变速器2中的离合器。控制偏差通过期望滑移与实际滑移的差值形成来形成，其中基于通过转速传感器检测到的转速来形成实际滑移值。
在图2中示意性地示出对期望滑移的闭环控制。参考变量w(t)通过主控制设备11或行驶动力学闭环控制器的期望滑移预设值示出。闭环控制偏差e(t)通过期望滑移与实际滑移的差值形成而形成。实际滑移值或控制变量y(t)基于车轮转速信息形成。为了确定实际转速，同样可以使用传动链的例如在变速器和/或在驱动轴3、4上的其它转速传感器。如果所述测量部位更靠近操纵构件，即在分配器单元2上更靠近离合器的执行器定位，和/或具有比车辆转速传感器更快的发送频率，那么这是特别有意义的。
靠近执行器安置的期望滑移闭环控制器13例如由具有防抱死措施的比例、积分和微分部分(PID闭环控制器)构成。即使没有行驶动力学相关的信号如横向加速度、偏航率、马达力矩等，期望滑移闭环控制器13对于滑移调节而言也是胜任的。
靠近执行器的期望滑移闭环控制器13的输出变量u(t)匹配于操纵元件，例如离合器的随后的闭环控制路径，并且能够不同地设计。也就是说，例如能够传输期望转矩M(t)、期望电流i(t)、阀位置x(t)或任意适宜的接口操纵变量。除了离合器系统和执行器系统以外，传动链也是闭环控制路径的一部分。
干扰变量d(t)能够在操纵元件中例如产生片式离合器的摩擦值变化或者在传动链中起作用。通过考虑这样的干扰变量，考虑和调节操纵元件的特征性性质的静态的和与时间相关的变化，例如所传输的转矩的偏差。因此，降低对力矩精度的要求，这显著减少了闭环控制耗费。
集成的滑移闭环控制强制性地在执行器的控制设备上或控制设备中建立，以便避免总线通讯中的等待时间。此外由此也开启下述可能性：所述闭环控制器以更快的计算周期来执行，由此改进了闭环控制质量。闭环控制质量还强烈地取决于控制路径的操纵动力学。
在图3中示意性地示出对转矩的闭环控制作为纵向分布L转矩，在左侧示出行驶动力学主控制设备11。这将期望力矩传输给分配器控制装置12的闭环控制回路。所述控制以10ms的时钟节拍进行直至将信号输出给执行器。
在图4中示出纵向分布L的集成的滑移闭环控制。除了至今接收到的期望转矩M_Soll 10ms以外，现在，用于前轴转速nFrax_Soll 10ms或轴转速差的目标通路以MIN和MAX值的形式由主控制装置11传输，并且在分配器控制装置12中进行处理(10ms)。期望转速能够确定为固定的信号值，所述信号值对于闭环控制器用作为参考变量，但是也能够确定呈上部的和下部的调节阈值形式的所允许的通路并且用于调节。
在分配器控制中于是以更快的时钟节拍运行，例如以2ms运行滑差控制器13，所述滑差闭环控制器基于闭环控制偏差，即期望前轴转速/实际前轴转速，在适宜的部位处改变期望力矩。为此，还需要足够快地读取车轮转速信号。
与现有技术的主要区别在于，代替期望力矩，处理期望转速，其中还能够接收和处理这两个操纵变量。
所述闭环控制提出：车辆在期望力矩模式中标准化地行驶。然而，前轴期望转速在此也会不断由主控制装置一起发送给分配器控制装置。
只要前轴实际转速保持在确定的范围内，那么在分配器控制中仅闭环控制到期望力矩上。
一旦前轴转速离开预设的范围，就激活叠加的、基于滑移的调节，并且相应地匹配所述力矩。也就是说，主机能够通过转速通路的变化来影响转换条件。
还可设想如下其它方法途径，其中所述车辆在正常模式下可设定地进行力矩闭环控制，而在运动模式下进行转速闭环控制。
因此可行的是，在这两种闭环控制策略之间进行切换，并且仅在与行驶动力学相关的状态下或者根据需求激活高动力学的、基于滑移的闭环控制。
这尤其由于如下原因是重要的：在闭环控制转矩时中会出现有利于更低的离合器负荷的执行器的提高的负荷。
这种替代设计方案的动机是能够精细闭环控制滑移差。由此在维持最大的行驶动力学的情况下减少片式离合器的热负荷。
在行驶控制器的研发中也存在新型的可能性，其也在这一点上引起研发耗费的简化和减少。
除了所描述的分配器控制以外，所述闭环控制也可以用于确定轮胎与行车道之间的摩擦值，作为安全监控功能工作，或者用于在转矩分配器中在双联应用中比较两个离合器的操纵精度。
离合器的执行器系统能够越更加动态地来闭环控制，这种类型的闭环控制就越好地起作用。对此的前提条件是伺服马达的相应的功率、离合器执行器系统的机械构件中的高的刚性、在离合器轴向力流中的构件的高的刚性。
关于力矩精度的要求降低。尤其地，能够容易地调节具有斜率特性的误差(例如，由于油老化引起的摩擦学系统的摩擦值变化)。偏移误差也能够被调节，然而对具有预控制部分的行驶状态中的性能影响较大。
新型的闭环控制在某些行驶状态下引起离合器中的损耗功率明显减少。此外，这引起片式系统的热负荷的状况明显改进。
附图标记列表：
1 马达
2 变速器
3 第一输出轴
4 第二输出轴
5 前部的差速器
6 后部的差速器
7 车轮
8 转速传感器
10 主轴
11 行驶动力学主控制设备
12 分配器控制设备
13 期望滑差闭环控制器
20 副轴

Claims (11)

1.一种四轮驱动的机动车中的控制系统，所述控制系统用于将驱动力至少由所述机动车的驱动器分配到所述机动车的第一和第二轴(10、20)的车轮(7)上，所述控制系统至少包括：
分配器单元(2)，所述分配器单元用于将所述驱动力分配到所述第一和第二轴(10、20)上；转速传感器(8)，所述转速传感器用于检测所述机动车的两个所述轴和/或车轮的转速；中央的控制装置(11)，所述控制装置与分配器控制设备(12)和所述转速传感器(8)以及车辆通信系统连接，其特征在于，所述分配器控制设备(12)安置在所述分配器单元(2)上，并且执行到期望转矩上的闭环控制和到期望转速上的闭环控制，进而——与行驶相关地并且可切换地——基于在转矩和所述期望转矩之间的比或者在所述转速和所述期望转速之间的比，确定待分配到所述第一和第二轴(10、20)上的驱动力之间的分配比。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述分配器控制设备(12)由具有期望转矩闭环控制的组件以及用于适应性转速闭环控制的组件(13)构成。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，至少用于适应性转速闭环控制的所述组件(13)直接附属于所述分配器单元(2)。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，在分配器闭环控制装置和中央的所述控制装置(11)之间的输入接口经由车辆通信来处理所述第一轴的期望力矩(M_Soll 10ms)以及转速(nFrax_Soll)的目标范围或所述第一和所述第二轴的转速差。
5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统能够在闭环控制模式之间切换，并且能够处理期望力矩、期望转速或两个操纵变量。
6.一种用于通过控制系统将驱动力至少由机动车的马达分配到机动车的第一和第二轴(10，20)的车轮(7)上的方法，所述控制系统至少包括：
分配器单元(2)，所述分配器单元用于将驱动力分配到所述第一和第二轴(10、20)上；转速传感器(8)，所述转速传感器用于检测所述机动车的两个所述轴和/或车轮的转速；中央的控制装置(11)，所述控制装置与分配器控制设备(12)和所述转速传感器(8)以及车辆通信系统连接，其中，所述方法如下进行：所述分配器控制设备(12)闭环控制到期望转速上并且闭环控制到期望转矩，进而——与行驶相关地并且可切换地——基于在转矩和期望转矩之间的比或者在转速和期望转速之间的比，确定分配到所述第一和第二轴(10、20)上的驱动力之间的分配比。
7.根据权利要求6所述的方法，其中将所述闭环控制的输入和输出变量传输给车辆通信系统，使得运行时间不影响快速的闭环控制。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，第一闭环控制回路闭环控制到期望转速上，而第二闭环控制回路闭环控制到期望力矩上。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第二闭环控制回路设计为比第一调节回路更快地闭环控制到期望力矩上。
10.根据权利要求6或7所述的方法，其中在这两种闭环控制之间的切换通过确定用于主轴的转速的范围来进行。
11.根据权利要求6或7所述的方法，其中在这两种闭环控制之间的切换在选择行驶模式时进行。
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