CN112776812A - 用于四轮驱动车辆的控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于四轮驱动车辆的控制装置(6),所述四轮驱动车辆(1)被配置成驱动左右前轮(11、12)与左右后轮(13、14),所述控制装置(6)包括电子控制单元。该电子控制单元基于车轮的旋转速度和车辆的纵向方向上的加速度的累积值来计算车体速度。所述加速度由加速度传感器(75)检测。该电子控制单元基于加速度的累积值来计算车体速度。该电子控制单元在预定条件下基于车轮的旋转速度中的最低旋转速度来计算校正值。该电子控制单元通过使用校正值来执行校正,以使车体速度更接近最低旋转速度的车体速度换算值。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制装置,该控制装置被配置为控制四轮驱动车辆,该四轮驱动车辆被配置为驱动左右前轮与左右后轮。
背景技术
基于来自被配置为检测车轮的旋转速度的旋转速度传感器的检测值来确定车辆的车体速度(车速)。在四轮驱动车辆中,例如,当在加速期间所有四个车轮都打滑时,不能基于四个车轮的旋转速度来确定准确的车体速度。因此,提出了各种方案,以即使在加速等期间也获得高度准确的车体速度。
在日本未审查专利申请公开No.2002-127881(JP 2002-127881 A)中,当检测到车辆的加速状态时,针对四个车轮计算道路摩擦系数,并且从计算出的道路摩擦系数中选择最佳道路摩擦系数。基于所选择的道路摩擦系数来计算上限加速度值(能够以最佳道路摩擦系数使车辆最大地加速的加速度的上限值)。然后,通过基于计算出的上限加速度值限制所选择的车轮速度来计算车体速度。例如,基于使用车轮的驱动扭矩、车轮的惯性、车轮上的负载和车轮的角加速度的运算表达式来估计道路摩擦系数。
日本未审查专利申请公开No.2019-55682(JP 2019-55682 A)描述了一种四轮驱动车辆,其包括第一联接设备和第二联接设备。第一联接设备将驱动力传递到左后轮。第二联接设备将驱动力传递到右后轮。在加速期间,第一和第二联接设备中的一个的联接扭矩被设定为大于零,并且另一个的联接扭矩被设定为零。然后,基于其联接扭矩被设定为零的右或左后轮的旋转速度来计算车体速度。
发明内容
在JP 2002-127881 A中,除非车轮打滑,否则不能总是准确地确定道路摩擦系数。此外,基于任何道路摩擦系数计算的上限加速度值可能包含明显的偏差。在JP 2019-55682A中,在加速期间要传递到右或左后轮的驱动力需要为零。因此,存在不能发挥稳定并且充分的加速性能的可能性。在现有技术的四轮驱动车辆中,特别是在车轮可能打滑的加速期间,难以在不损害加速性能的情况下确定高度准确的车体速度。
根据本发明,能够在不损害加速性能的情况下确定高度准确的车体速度。
本发明的一个方面涉及一种控制装置,该控制装置被配置为控制四轮驱动车辆,该四轮驱动车辆被配置为驱动左右前轮与左右后轮。该控制装置包括电子控制单元。该电子控制单元被配置为基于车轮的旋转速度和在车辆的纵向方向上的加速度的累积值来计算车体速度,加速度由加速度传感器检测。该电子控制单元被配置为基于加速度的累积值来计算车体速度。电子控制单元被配置为基于在预定条件下车轮的旋转速度中的最低旋转速度来计算校正值。该电子控制单元被配置为通过使用校正值来执行校正,以使车体速度更接近最低旋转速度的车体速度换算值。
利用上述配置,能够在不损害加速性能的情况下确定高度准确的车体速度。
附图说明
以下将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义,其中,相同的附图标记表示相同的元件,并且其中:
图1是示出根据本发明的实施例的四轮驱动车辆的构造的示例的概略图;
图2是示出将由作为车体速度计算器的控制器执行的运算过程的具体示例的流程图;
图3A是示出测试车辆行驶的测试路线的倾斜的布局图;并且
图3B是示出在通过根据实施例的计算方法估计的车体速度的计算结果和根据对照示例的车体速度的计算结果之间的比较的图,其中上部是与实际值一起示出通过根据该实施例的计算方法计算的车体速度的图,并且下部是与实际值一起示出通过根据对照示例的计算方法计算的车体速度的曲线图。
具体实施方式
实施例
参考图1到图3B描述本发明的实施例。以下实施例被描述为用于实施本发明的优选具体示例。尽管详细地部分地例示了各种优选的技术事项,但是本发明的技术范围不限于该具体模式。
四轮驱动车辆的构造
图1是示出根据本发明的实施例的四轮驱动车辆1的配置的示例的概略图表。四轮驱动车辆1被配置为驱动左右前轮与左右后轮。在该实施例中,四轮驱动车辆1包括作为主驱动轮的右前轮12和左前轮11,驱动力被恒定地传递到所述右前轮12和左前轮11,并且包括作为辅助驱动轮的右后轮14和左后轮13,驱动力取决于车辆状况被传递到所述右后轮14和左后轮13。右前轮12、左前轮11、右后轮14和左后轮13由轮毂(未示出)支撑,以便能够相对于车体10旋转。
四轮驱动车辆1包括发动机15、变速器16和驱动力传动系统2。发动机15用作驱动源。变速器16改变发动机15的输出轴的旋转速度。驱动力传动系统2将通过变速器16中的速度改变获得的发动机15的驱动力传递到右前轮12和左前轮11与右后轮14和左后轮13。驱动源的示例还包括电动马达和所谓的混合动力系统,该混合动力系统包括相组合的发动机和电动马达。
驱动力传动系统2包括前轮侧上的右驱动轴22和左驱动轴21、后轮侧上的右驱动轴24和左驱动轴23、前差速器3、后差速器4、螺桨轴20、驱动力传动装置5和控制装置6。螺桨轴20在车辆的纵向方向上传递驱动力。驱动力传动装置5将驱动力传递到右后轮14和左后轮13。控制装置6控制驱动力传动装置5。在该实施例中,驱动力传动装置5被布置在螺桨轴20和后差速器4之间。驱动力传动装置5被构造为调整待从螺桨轴20传递到右后轮14和左后轮13的驱动力。
前差速器3包括前差速器壳体31、小齿轮轴32、一对小齿轮33和33,以及第一侧齿轮34和第二侧齿轮35。小齿轮轴32与前差速器壳体31一起旋转。小齿轮33和33由小齿轮轴32以可旋转的方式支撑。在第一侧齿轮34和第二侧齿轮35的齿轮轴线被设定为彼此正交的情况下,第一侧齿轮34和第二侧齿轮35与小齿轮33和33啮合。前差速器3将驱动力分配到右前轮12和左前轮11。在前轮侧上的右驱动轴22和左驱动轴21被联接到第二侧齿轮35和第一侧齿轮34,以便能够分别相对于第二侧齿轮35和第一侧齿轮34旋转。
从变速器16输出的驱动力被传递到前差速器3的前差速器壳体31,并且经由齿轮机构25从前差速器壳体31传递到螺桨轴20。齿轮机构25的示例包括一对准双曲面齿轮,这对准双曲面齿轮包括彼此啮合的环形齿轮251和小齿轮252。环形齿轮251与前差速器壳体31一起旋转。小齿轮252被设置在螺桨轴20的一端处。例如,螺桨轴20的另一端经由十字轴(未示出)联接到驱动力传动装置5。
驱动力传动装置5包括有底部桶形外罩51、内轴52、多盘离合器53、凸轮机构54、电磁离合器55和电磁线圈56。驱动力被从螺桨轴20输入到外罩51。内轴52被支撑为能够相对于外罩51共轴地旋转。多盘离合器53包括多个离合器片,所述多个离合器片被布置在外罩51和内轴52之间。凸轮机构54产生用于挤压多盘离合器53的挤压力。电磁离合器55传递用于致动凸轮机构54的致动力。向电磁线圈56供应来自从控制装置6励磁电流。
当电磁线圈56通电时,产生了磁力以接合电磁离合器55。利用电磁离合器55,外罩51的旋转力被部分地传递到凸轮机构54的导向凸轮541。凸轮机构54包括导向凸轮541、主凸轮542和多个凸轮球543。导向凸轮541和主凸轮542能够在预定角度范围中相对于彼此旋转。凸轮球543能够在导向凸轮541和主凸轮542之间滚动。导向凸轮541和主凸轮542具有相对于它们的周向方向倾斜的凸轮沟槽。凸轮球543沿着凸轮沟槽滚动。
主凸轮542能够轴向移动,但不能相对于内轴52旋转。当导向凸轮541在由电磁离合器55传递的旋转力的作用下相对于主凸轮542旋转时,凸轮球543沿着凸轮沟槽滚动,并且主凸轮542背离导向凸轮541移动。然后,多盘离合器53被挤压,并且离合器片彼此摩擦接触。因此,驱动力在外罩51和内轴52之间传递。待由多盘离合器53传递的驱动力取决于供应到电磁线圈56的电流的大小而变化。
在一端处具有齿轮部分261的小齿轮轴26被联接到驱动力传动装置5的内轴52,以便不能相对于内轴52旋转。小齿轮轴26的齿轮部分261与固定到后差速器4的后差速器壳体41的环形齿轮40啮合。
后差速器4包括后差速器壳体41、小齿轮轴42、一对小齿轮43和43,以及第一侧齿轮44和第二侧齿轮45。小齿轮轴42与后差速器壳体41一起旋转。小齿轮43和43由小齿轮轴42以可旋转的方式支撑。在第一侧齿轮44和第二侧齿轮45的齿轮轴线被设定为彼此正交的情况下,所述第一侧齿轮44和第二侧齿轮45与小齿轮43和43啮合。后差速器4将驱动力分配到右后轮14和左后轮13。后轮侧上的右驱动轴24和左驱动轴23被联接到第二侧齿轮45和第一侧齿轮44,以便能够分别相对于第二侧齿轮45和第一侧齿轮44旋转。
控制装置6包括控制器61、存储器62和开关电源63。控制装置6可以包括电子控制单元(ECU)。控制器61包括中央处理单元(CPU:运算处理器)。存储器62包括非易失性存储器。控制器61用作车体速度计算器611和驱动力控制器612,使得CPU执行存储在存储器62中的程序。车体速度计算器611计算车体速度,该车体速度是车体10相对于道路的移动速度。驱动力控制器612通过使用车体速度来控制待被传递到右后轮14和左后轮13的驱动力。开关电源63包括诸如晶体管的开关元件。开关电源63通过控制器61的脉冲宽度调制(PWM)控制来切换诸如电池的直流电源的电压,以将该电压供应到驱动力传动装置5的电磁线圈56。
控制器61被配置成经由诸如控制器局域网(CAN)的内部通信网络来获取来自车轮速度传感器71到74的检测值和来自加速度传感器75的检测值。车轮速度传感器71到74检测右前轮12、左前轮11、右后轮14和左后轮13的旋转速度。加速度传感器75检测四轮驱动车辆1的纵向方向上的加速度(纵向G力)。
车轮速度传感器71到74的示例包括设置在轮毂上的磁性车轮速度传感器。车轮速度传感器包括磁性编码器和磁性传感器。磁性编码器与车轮一起旋转。磁性传感器检测磁性编码器的磁力。在磁性编码器中,多个N极和多个S极被沿着旋转方向交替地布置。磁性传感器输出具有取决于车轮速度的周期的脉冲信号。例如,电容传感器或压阻传感器可以被适当地用作加速度传感器75。
用作车体速度计算器611的控制器61基于由加速度传感器75检测到的车辆的纵向方向上的加速度的累积值和由车轮速度传感器71到74检测到的车轮的旋转速度来计算车体速度。用作驱动力控制器612的控制器61基于车轮的滑移率来控制驱动力传动装置5。滑移率由在行驶期间的“(R·ω-V)/R·ω”或在制动期间的“(V-R·ω)/V”确定,其中,V表示车体速度,R表示车轮的轮胎半径,并且ω代表车轮的旋转速度(角速度)。通过将车轮的滑移率保持在适当的范围内,在抑制车轮的滑移的同时,驱动力被有效地传递到道路。因此,四轮驱动车辆1能够稳定地行驶。
用于检测车体速度的方法
接下来,给出一种用于由车体速度计算器611计算车体速度的方法的描述。该计算方法的概述如下。基于由加速度传感器75检测到的车辆的纵向方向上的加速度的累积值来计算车体速度。在预定条件下基于车轮的旋转速度中的最低旋转速度来计算校正值。通过使用该校正值进行校正,以作为计算结果,使得车体速度更接近最低旋转速度的车体速度换算值。在该实施例中,预定条件是车辆的纵向方向上的加速度的累积值和最低旋转速度的车体速度换算值之间的差小于预定值。能够通过将车轮的旋转速度(rad)乘以轮胎半径来确定车体速度换算值。在该实施例中,基于在先前控制周期中计算出的车体速度(车体速度的先前值)和在当前控制周期中的车轮的最低旋转速度的车体速度换算值之间的差来计算校正值。下面参考图2更详细地描述用于计算车体速度的方法。
图2是示出待由作为车体速度计算器611的控制器61执行的运算过程的具体示例的流程图。在四轮驱动车辆1起动之后,即,在点火开关打开之后,控制器61在每个预定控制周期(例如5ms)中重复执行该流程图的过程以计算车体速度。当四轮驱动车辆1起动时,稍后描述的每个累积值被初始化为零。即,每个累积值是在四轮驱动车辆1起动并且开始向控制装置6的电力供应之后获得的和。
在图2中所示的流程图中,控制器61首先获取来自车轮速度传感器71到74的检测值和来自加速度传感器75的检测值(步骤S1)。接下来,控制器61将在先前控制周期中来自加速度传感器75的检测值的累积值存储为变量VAC(步骤S2),并且然后计算在当前控制周期中来自加速度传感器75的检测值的累积值(步骤S3)。即,在步骤S1中从加速度传感器75获取的检测值被添加到变量VAC,以获得来自加速度传感器75的检测值的新累积值。在下文中,在步骤S1中从加速度传感器75获取的检测值被称为纵向G力检测值D。在下文中,在步骤S3中计算的来自加速度传感器75的检测值的累积值被称为纵向G力累积值S1。
接下来,控制器61确定来自车轮速度传感器71到74的所有检测值是否都小于阈值A(步骤S4)。阈值A对应于四轮驱动车辆1以例如1km/h或更低的极低速度行驶的情况下的车轮速度。即,当左右前轮11和12与左右后轮13和14的旋转速度都低于阈值A时,这指示四轮驱动车辆1以极低的车速行驶,步骤S4中的确定的结果为肯定(是)。
当步骤S4中的确定的结果为否定(否)时,控制器61从左右前轮11和12与左右后轮13和14中提取具有最低旋转速度的车轮,并将所提取的车轮的旋转速度设定为变量ωSLOW(步骤S5)。接下来,控制器61通过将变量ωSLOW乘以预定的换算系数K来确定车体速度换算值VSPEED,这是变量ωSLOW到车体速度的换算(步骤S6)。控制器61确定在车体速度换算值VSPEED和变量VAC之间的差的绝对值是否小于阈值B,该变量VAC是在先前控制周期中来自加速度传感器75的检测值的累积值(步骤S7)。阈值B是如此小的值,以至于当变量VAC和车体速度换算值VSPEED基本上彼此相等时,在步骤S7中的确定的结果为肯定(是)。
当在步骤S7中的确定的结果为肯定时(是)时,控制器61通过如下方式来计算校正值C:从在先前控制周期中确定的车体速度(车体速度的先前值V0)减去车体速度换算值VSPEED并且将通过该减法获得的值乘以增益系数KG(步骤S8)。增益系数KG是小于1的正常数。当在步骤S7中的确定的结果为否定(否)时,校正值C被设定为0(零)(步骤S9)。
接下来,控制器61通过将通过从在步骤S1中获取的纵向G力检测值D减去在步骤S8或S9中确定的校正值C而获得的值(差)相加来计算差分累积值S2(步骤S10)。即,在当前控制周期中的(纵向G力检测值D-校正值C)的值被添加到在先前控制周期的步骤S10中计算的差分累积值S2,以获得新的差分累积值S2。然后,控制器61将差分累积值S2添加到在先前控制周期中确定的车体速度的先前值V0,以确定是在当前控制周期中的车体速度的估计值的车体速度V1(=车体速度的先前值V0+差分累积值S2)(步骤S11)。
当在步骤S4中的确定的结果为肯定(是)时,控制器61通过将阈值A乘以预定的换算系数K来将阈值A换算成车体速度,并将所获得的车体速度换算值设定为作为在当前控制周期中的车体速度的估计值的车体速度V1(步骤S12)。在步骤S11或S12中确定的车体速度V1被用作下一个控制周期的步骤S11的过程中的车体速度的先前值V0。
根据在该流程图中所示的过程,当在步骤S7的确定中变量VAC和车体速度换算值VSPEED之间的差的绝对值小时,即,当因为左右前轮11和12与左右后轮13和14中的至少一个轮不打滑所以推测车体速度换算值VSPEED为实际车体速度时,换言之,当车体速度换算值VSPEED可靠时,通过使用在步骤S8中计算的校正值C来进行步骤S10的校正过程。因此,例如由于加速度传感器75的检测偏差的累积,纵向G力累积值S1中包含的偏差分量不会继续增加。此外,防止了基于滑移的车轮的旋转速度的错误校正。因此,能够以高准确度确定车体速度。
在步骤S7中,将在先前控制周期中的车辆的纵向方向上的加速度的累积值(V)和车轮的最低旋转速度的车体速度换算值(VSPEED)之间的差与预定阈值B进行比较。例如,当计算在先前计算周期中的车体速度V1之后,所提取的具有最低旋转速度的车轮滑移并且该车轮的旋转速度突然增加时,校正值C能够被设定为零(步骤S9)以防止校正。换言之,能够防止使车体速度V1更接近滑移的车轮的旋转速度的车体速度换算值的错误校正。
在步骤S8、S10和S11中,车体速度V1被计算为通过对车体速度的先前值V0和通过将使用小于1的增益系数KG来确定的校正值C应用于纵向G力检测值D(纵向G力检测值D-校正值C)而获得的累积值求和而获得的值。因此,即使在纵向G力累积值S1和车体速度换算值VSPEED之间的差较大,也能够使车体速度V1逐渐地更接近车体速度换算值VSPEED。因此,抑制了车体速度V1的突然波动。
图3A和图3B示出通过根据该实施例的计算方法估计的车体速度的计算结果和根据对照示例的车体速度的计算结果之间的比较。图3A是示出测试车辆8行驶的测试路线9的倾斜的布局图。图3B的上部是示出通过根据该实施例的计算方法计算的车体速度的图。图3B的下部是示出通过根据对照示例的计算方法计算的车体速度的图。
测试车辆8具有车速测量装置81,该车速测量装置81被配置为基于在道路上旋转的车轮811的旋转速度来检测准确的车体速度。测试车辆8的构造与图1中所示的构造相同。
测试车辆8沿着测试路线9从起点S行驶到目标G。测试路线9包括从起点S延伸的第一平坦道路91、在目标G后面延伸的第二平坦道路93,以及在第一平坦道路91和第二平坦道路93之间的斜坡92。测试车辆8的驾驶员踩下加速踏板以使测试车辆8从起点加速到斜坡92的顶部之前的点,然后在测试车辆8经过斜坡92的顶部时,踩下制动踏板以对测试车辆8施加制动,并且然后再次踩下加速踏板以对测试车辆8加速。
根据对照示例的用于计算车体速度的方法如下。(1)当所有车轮的旋转速度都小于指示在极低速度下的行驶状态的预定阈值时,该阈值被换算成车体速度。(2)当每单位时间车轮的旋转速度的变化量的绝对值小于预定值并且因此车轮的旋转速度基本恒定时,所述四个车轮的旋转速度中的最低旋转速度被换算成车体速度。(3)在制动期间,所述四个车轮的旋转速度中的最高旋转速度被换算成车体速度。(4)在除了情况(1)到情况(3)以外的情况下,将车辆的纵向方向上的加速度的检测值的累积值与车轮的最低旋转速度的车体速度换算值进行比较。当通过比较获得的差的绝对值小于预定阈值时,车体速度换算值被设定为车体速度。当差的绝对值等于或大于预定阈值时,车辆的纵向方向上的加速度的检测值的累积值被设定为车体速度。
如在图3B的上部中所示的,当通过根据该实施例的计算方法来估计车体速度时,车体速度的计算值与由车速测量装置81测量到的车体速度的实际值高度一致。因此,获得了高度准确的车体速度。在根据对照示例的计算方法中,车体速度的计算结果取决于情况(1)到情况(4)显著地变化,并且也从车体速度的实际值显著偏离。
根据该实施例,能够确定高度准确的车体速度,并且驱动力传动装置5能够适当地控制待被传递到左右后轮13和14的驱动力。因此,能够提高四轮驱动车辆1的加速性能和行驶稳定性。
补充注释
尽管上文基于实施例描述了本发明,但是该实施例并不旨在限制要求保护的发明。应当注意,在实施例中描述的特征的所有组合对于本发明解决该问题不是必需的。
在不脱离本发明的精神的情况下,可以通过部分省略、添加或替换部件来适当地修改本发明。例如,上述实施例针对如下情况:驱动力传动装置5被布置在螺桨轴20和后差速器4之间,并且被布置在前轮侧上的发动机15的驱动力被分配到左右前轮11和12与左右后轮13和14。应用本发明的四轮驱动车辆的构造不限于该构造。例如,可以省略后差速器4,并且两个驱动力传动装置5可以被布置成与右后轮14和左后轮13相关联。
本发明可以被应用于具有如下构造的四轮驱动车辆:省略了驱动力传动装置5并且设置了中央差速器以将发动机15的驱动力以预定的分配比分配到左右前轮11和12与左右后轮13和14。
本发明可以被应用于具有如下构造的四轮驱动车辆:左右前轮由发动机驱动,并且左右后轮由电动马达驱动。本发明也可以被应用于具有由轮内马达驱动车轮的构造的四轮驱动车辆。
Claims (6)
1.一种被配置成控制四轮驱动车辆(1)的控制装置(6),所述四轮驱动车辆(1)被配置成驱动左右前轮(11、12)与左右后轮(13、14),所述控制装置(6)的特征在于包括电子控制单元,其特征在于:
所述电子控制单元被配置成基于车轮的旋转速度和所述车辆的纵向方向上的加速度的累积值来计算车体速度,所述加速度由加速度传感器(75)检测;
所述电子控制单元被配置成基于所述加速度的累积值来计算所述车体速度;
所述电子控制单元被配置成在预定条件下基于所述车轮的旋转速度中的最低旋转速度来计算校正值;并且
所述电子控制单元被配置成通过使用所述校正值来执行校正,以使所述车体速度更接近所述最低旋转速度的车体速度换算值。
2.根据权利要求1所述的被配置成控制四轮驱动车辆(1)的控制装置(6),其特征在于,所述预定条件是所述车辆的纵向方向上的所述加速度的累计值和所述最低旋转速度的车体速度换算值之间的差小于预定值。
3.根据权利要求2所述的被配置成控制四轮驱动车辆(1)的控制装置(6),其特征在于:
所述电子控制单元被配置成在每个预定控制周期中计算所述车体速度;并且
所述电子控制单元被配置成为了确定所述预定条件,将所述预定值与在先前控制周期中的所述车辆的纵向方向上的所述加速度的累积值和所述最低旋转速度的车体速度换算值之间的差进行比较。
4.根据权利要求3所述的被配置成控制四轮驱动车辆(1)的控制装置(6),其特征在于,所述电子控制单元被配置成基于所述车体速度的先前值和所述最低旋转速度的车体速度换算值之间的差来计算所述校正值。
5.根据权利要求3或4所述的被配置成控制四轮驱动车辆(1)的控制装置(6),其特征在于,所述电子控制单元被配置成将所述车体速度计算为通过对所述车体速度的先前值和通过将所述校正值应用到所述车辆的纵向方向上的加速度而获得的累积值求和而获得的值。
6.根据权利要求1到4中的任一项所述的被配置成控制四轮驱动车辆(1)的控制装置(6),其特征在于,所述电子控制单元被配置成当所有车轮的旋转速度都低于预定阈值时,将所述车体速度设定成所述预定阈值的车体速度换算值,所述预定阈值指示以极低车速行驶。
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