CN1150568A - 控制车辆偏摆力矩的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通过在车辆的左、右轮之一中产生制动力，在另一轮中产生驱动力的方式控制车辆偏摆力矩的方法。车辆在转弯中加速时，后轮的接地负荷增加以产生与转弯方向相反方向的偏摆力矩。但为了提高转弯性能可以使一液压离合器进入接合状态，使转矩与纵向和侧向加速度的积成正比，从而消除上述偏摆力矩。因此，在车辆转弯时在内，外轮中分别产生制动力和驱动力。当车辆转弯中减速时，前轮的接地负荷增加以产生与转弯方向相同方向的偏摆力矩。

Description

控制车辆偏摆力矩的方法

本发明一般来说涉及通过在左、右轮的任一个中产生制动力及通过在另一轮中产驱动力的方式控制车辆偏摆力矩的方法。

日本专利申请公开文本第5-131855号中公开了一种转矩分配控制系统，其中，车辆的左、右轮是通过轮矩传递离合器相互连接的；转矩传递离合器的转矩传递能力受到控制。

在上述转矩分配控制系统中，如果在车辆转弯过程中转矩从内轮传至外轮，那么，驱动力可在外轮中产生，而制动力则可在内轮中产生，以便改善转弯性能。如果在车辆转弯过程中转矩从外轮传至内轮，那么，制动力可在外轮中产生，而驱动力则可在内轮中产生，以便改善高速稳定性能。

但是，上述普通系统的问题在于，车辆转弯过程中加速或减速时，前、后轮的接地负荷因作用于车辆重心位置的纵向惯性力而发生改变，因此产生绕偏摆轴线的转动(偏摆运动)，从而影响车辆的转弯性能和高速稳定性能。

因此，本发明的目的是避免产生不符合要求的偏摆力矩，以便当车辆转弯过程中加速或减速时保证转弯性能和高速稳定性能。

为了实现上述目的，按照本发明的第一方面和特征，在一种通过在左、右轮之一中产生制动力，而在另一轮中产生驱动力来控制车辆偏摆力矩的方法中，将驱动力和制动力的值设定为纵向加速度和侧向加速度之积的函数。

由于上述结构布置，当车辆转弯过程中加速时，在车辆转弯过程中内轮转数减少以产生制动力，而外轮的转数增加以产生驱动力，从而可以消除以转向力为基础产生的与转弯方向相反的方向的力矩，以便提高转弯性能。当车辆转弯过程中减速时，内轮转数增加以产生驱动，而外转转数减小以产生制动力，从而可以消除以转向力为基础产生的与转弯方向同方向的力矩，以便提高高速稳定性能。

按照本发明的第二方向和特征，除上述第一特征外，在接地负荷小于被驱动轮的接地负荷的左右随动轮之一中产生制动力，而在另一个随动轮中产生驱动力。当不产生车辆的纵向加速度时，驱动力和制动力的值按照车辆的侧向加速度的增加而增加。

由于上述结构布置，被驱动轮的接近极限点的转向力由于其大的接力负荷因而可被减小，因此可向被驱动轮的转向力提供一个余地，使具有更大侧向加速度的车辆转弯可利用上述余地而得以进行；从而有助于提高正以稳定状态转弯的车辆的转弯性能。另外，可以减小被驱动轮和随动轮偏离角之间的差，从而使转向特性趋近于中性转向(neutralsteering)。

按照本发明的第三方面和特征，除第一特征外，通过一齿轮箱连接左、右轮以产生差速转动。从而在左、右轮之一中产生制动力，而在另一轮中产生驱动力。

由于上述结构特征，可以在左、右轮中分别可靠地产生制动力和驱动力。

现对照的下附图，结合推荐实施例阐明本发明的上述的和其它的目的、特征和优点。

图1是装有转矩分配控制系统的前置发动机和前轮驱动车辆的整体结构布置的示意图；

图2是用于说明在车辆转弯过程中在车辆中产生的偏摆力矩的示意图；

图3是用于说明当液压离合器接合时在车辆中产生的偏摆力矩的示意图；

图4是说明偏离角和转向力之间关系的曲线图；

图5是后轮的摩擦圆的示意图；

图6是说明侧向加速度和最小转弯半径之间关系的曲线图。

现参阅图1，传动装置M连接于水平地安装在车身前部的发动机E的右端，作为被驱动轮的左前轮W_FL和右前轮W_FR由发动机E和传动装置M驱动。

齿轮箱2安装在作为随动轮的左后轮W_RL和右后轮W_RR之间，以便连接左后轮W_RL和右后轮W_RR，从而使左后轮_RL和右后轮W_RR以相互不同的转数转动。齿轮箱2设有第一液压离合器3_L和第二液压离合器3_R。当使第一液压离合器进入接合状态时，左后轮W_RL的转数减小，而右后轮W_RR的转数增加。当使第二液压离合器3_R进入接合状态时，右后轮W_RR的转数减小，而左后轮W_RL的转数增加。

齿轮箱2包括与左桥1_L和右桥1_R共轴设置的第一轴4，以及相互共轴设置且平行于左、右桥1_L和1_R的第二轴5和第三轴6。第一液压离合器3_L设置在第二轴5和第三轴6之间，第二液压离合器3_R设置在右桥1_R和第一轴4之间。较小直径第一齿轮7设置在右桥1_R上且与设置在第二轴5上的较大直径第二齿轮8啮合。较小直径第三齿轮9设置在第三轴6上且与设置在第一轴4上的较大直径第四齿轮10啮合。第五齿轮11设置在左桥1_L上且与设置在第三轴6上的第六齿轮12啮合。

第一和第三齿轮7和9的齿数相同，第二和第四齿轮8和10的齿数相同且大于第一和第三齿轮7和9的齿数。第五和第六齿轮11和12的齿数相同。

因此，当使第一液压离合器3_L进入接合状态时，右后轮W_RR通过右桥1_R、第一齿轮7、第二齿轮8、第二轴5、第一液压离合器3_L、第三轴6、第六齿轮12、第五齿轮11和左桥1_L连接于左后轮W_RL。因此，左后轮W_RL的转数按照第一齿轮7与第二齿轮8之间的齿数比相对于右后轮W_RR的转数而减小。因此，当从左、右后轮W_RL和W_RR同速转动状态使第一液压离合器进入接合状态时，右后轮W_RR的转数增加，而左后轮W_RL的转数减小。

当使第二液压离合器3_R进入接合状态时，右后轮W_RR通过右桥1_R、第二液压离合器3_R、第一轴4、第四齿轮10、第三齿轮9、第三轴6、第六齿轮12、第五齿轮11和左桥1_L连接于左后轮W_RL。因此，在后轮W_RL的转数按照第四齿轮10与第三齿轮9之间的齿数比相对于右后轮W_RR的转数而增加。因此，从左、右后轮W_RL和W_RR同速转动状态，使第二液压离合器B_R进入接合状态时，右后轮W_RR的转数减小，而左后轮W_RL的转数增加。

通过调节作用在第一和第二液压离合器3_L和3_R上的液压的大小可以连续地控制第一和第二液压离合器3L和3R的接合力。因此，左后轮W_RL与右后轮W_RR之间的转数比也可以连续地在一个由第一至第四齿轮7，8，9和10的齿数比决定的范围内得到控制。

下述信号被输入第一和第二液压离合器3_L和3_R所连的电子控制器U：来自用于检测车身侧向加速度的侧向加速传感器S₁的信号；来自用于检测方向盘13的转角的转向角传感器S₂的信号；来自用于检测发动机E的进气管内绝对压力的进气管内部绝对压力传感器S₃的信号；来自用于检测发动机E转数的发动机转数传感器S₄的信号；以及来自用于检测四个车轮转数以计算车速的车速传感器S₅，S₆，S₇的信号。

根据由转向角传感器S₂测出的方向盘13的转角和由车速传感器S₅，S₆，S₇和S₈测出的车速计算出估算侧向加速度，在此基础上，电子控制器U修正由侧向加速度传感器S₁所测出的车身实际侧向加速度。因此，电子控制器U无时滞地计算出车辆的侧向加速度Y_g。电子控制器U也放大根据进气管内部绝对压力传感器S₃和发动机转数传感器S₄的输出计算的发动机转矩，根据传动装置的传动比计算被驱动轮转矩，并以被驱动轮转矩为基础计算车辆纵向加速度Xg。另外，电子控制器U在侧向和纵向加速度Yg和Xg的基础上控制第一和第二液压离合器3_L和3_R的接合力。

下面描述具有上述结构的本发明实施例的操作。

图2表示重量为W的车辆正在侧向加速度Yg下转弯的状态。在这种情形中，离心力W×Yg作用于车辆重心位置，并被作用在前轮和路面间的转向力CFf和作用在后轮和路面间的转向力Cfr所平衡。在这种情形中适用下式：

W×Yg＝CFf+CFr……(1)

如果车辆重心位置和前轮之间的距离由a表示，车辆重心位置和后轮之间的距离由b表示，那么，由转向力CFf和CFr绕偏摆轴线提供的力矩M₁根据下式给出：

M₁＝a×CFf-b×CFr……(2)

当车辆被驱动向前直驶时，左、右轮的接地负荷相等，但是，当车辆转弯时，接地负荷在车辆转弯时观察在内、外轮间是变化的。也就是说，在车辆转弯期间，在转弯方向向外的离心力作用在车辆重心上，  因此，车身倾向于在转弯方向上向外下落。因此，在车辆转弯期间内轮产生从路面浮起的倾向，从而使内轮的接地负荷减小，在车辆转弯期间外轮产生压迫路面的倾向，从而使外轮的接地负荷增加。

当车辆以恒速行驶时，前、后轮的接地负荷是不变的，但是当车辆加速或减速时，前、后轮的接地负荷是变化的。也就是说，车辆加速时，车身的向后的惯性力作用在车身重心上，因此，使车身进入尾部下沉状态，从而使后轮的接地负荷增加，因此，后轮的转向力增加，作用一个与转弯方向相反的力矩M₁。在车辆减速期间，车身的向前的惯性力作用于车身重心上，因此，车身进入前端下沉的状态，从而使前轮的接地负荷增加，因此，前轮的转向力增加，在与转弯方向相同的方向上作用一个力矩(见图2中的实线箭头和虚线箭头)。

当车辆以恒速向前直驶时，如果左、右前轮的接地负荷之和由Wf表示，那么，每个前轮的接地负荷为Wf/2。当车辆以纵向加速度Xg加速或减速，同时以侧向加速度Yg转弯时，(在车辆转弯时为内轮的)前轮的接地负荷W_FI和(在车辆转弯时为外轮的)前轮的接地负荷W_FO按照下式给出：

W_FI＝Wf/2-Kf×Yg-Kh×Xg……(3)

W_F0＝Wf/2+Kf×Yg-Kh×Xg……(4)

如果左、右后轮的接地负荷之后由Wr表示，那么，(车辆转弯时为内轮的)后轮的负荷W_RI和(车辆转弯时为外轮的)后轮的负荷W_R按照下式给出：

W_RI＝Wr/2-Kr×Yg+Kh×Xg……(5)

W_RO＝Wr/2+Kr×Yg+Kh×Xg……(6)

在式(3)至(6)中，系数Kf，Kr和Kh进一步由下式限定：

Kf＝(Gf×hg′×W+hf×Wf)/tf……(7)

Kr＝(Gr′+hg′×W+hr×Wr)/tr……(8)

Kh＝hg×W/(2×L)            ……(9)

其中，上面使用的字母进一步定义如下：

Gf，Gr：前、后轮的横摇刚性(roll rigidity)；

Gr，Gr′：前、后轮横摇刚性的分布；

Gr  ＝Gf/(Gf/Gr)；

Gr′＝Gr/(Fg+Gr)；

hf，hr：前、后轮的滚动中心高度；

hg：重心高度；

hg′：重心和滚动轴之间的距离；

hg′＝hg＝(hf×Wf+hr×Wr)/W

tf，tr：前和后轮的轮距；

L：车轮的轴距

L＝a+b

如果轮胎的转向力与该轮胎的接地负荷成正比，那么，前轮的转向力CFf根据由式(3)给出的车辆转弯时为内轮的前轮的接地负荷W_FI；由式(4)给出的车辆转弯时为外轮的前轮的接地负荷W_FO；以及侧向加速度Yg，按照下式(10)给出：

CFf＝W_FI×Yg+W_FO×Yg

   ＝Wf×Yg-2×kh×Xg×Yg    ……(10)

后轮的转向力CF_r根据由式(5)给出的车辆转弯时为内轮的后轮的接地负荷W_RI；由式(6)给出的车辆转弯时为外轮的后轮的接地负荷W_RO；以及侧向加速度Yg，按照下式(11)给出：

CFr＝W_RI×Yg+W_RO×Yg

   ＝Wr×Yg+2×kh×Xg×Yg    ……(11)

如果式(10)和(11)代换入式(2)，那么可得到下式(12)：

M₁＝a×(Wf×Yg+2×kh×Xg×Yg)

     -b×(Wr×Yg+2×kh×Xg×Yg)

  ＝(a×Wf-b×Wr)×Yg

     -2×kh×L×Xg×Yg       ……(12)

式中a×Wf-b×Wr＝0且根据式(9)，kh＝hg×W/(2× L)因此式(12)导出下式：

M₁＝-hg×W×Xg×Yg           ……(13)

可以看出，绕偏摆轴线的力矩M₁与纵向和侧向加速度Xg和Yg成正比。因此，如果当车辆转弯中观察时驱动力和制动力被分配给内、外轮以消除由式(13)给出的绕偏摆轴线的力矩，那么，在车辆转弯过程中车辆加速或减速时可提高转弯稳定性能和高速稳定性能。

另一方面，当车辆转弯中观察时在内轮中例如产生制动力F，如图3所示，则产生驱动力F/i(如果齿轮箱2的传动比由i代表的话)。由制动力F和驱动力F/i在车辆中产生的绕偏摆轴线的力矩M₂按照下式给出：

M₂＝(tr/2)×F×k

  ＝(tr/2)×(T/R)×k    (14)

式中k＝1+(1/i)，T是离合器转矩，R是轮胎半径。

因此，由力矩M₂消除力矩M₁所需要的离合器转矩T通过建立M₁＝M₂而由下式给出：

T＝{2R/(tF×k)}×hg×W×Xg×Yg……(15)

根据式(15)，离合器转矩T为一个与纵向和侧向加速Xg和Yg的积成正比的值。在以上的讨论中，已经假定，轮胎的转向力与轮胎的接地负荷成正比。因此，离合器转矩T是与纵向和侧向加速度Xg和Yg的积Xg×Yg成正比的值，但更精确地说，转向力并不与接地负荷成正比。实际上，离合器转矩T最好用作纵向和侧向加速度Xg和Yg的积Xg×Yg的函数。

如图1所示，如果当车辆逆时针方向转弯过程中加速时，使第一液压离合器3_L进入接合状态，离合器转矩由式(15)给出，那么，(当车辆转弯过程中观察时)内轮的转数减小以便产生制动力F。外轮的转数增加以便产生驱动力F/i，因而以转向力为基础的与转弯方向相反的方向上的力矩M₁被消除，从而提高了转弯性能。同样，如果当车辆顺时针方向转弯过程中，使第二液压离合器3_R进入接合状态，同样可消除以转向力为基础的力矩M₁，从而提高转弯性能。

如果当车辆转弯过程中减速时，使第二液压离合器3_R进入接合状态，离合器转矩由式(15)给出，那么，内轮的转数增加以产生驱动力F/i，外轮的转数减小以产生制动力，从而消除了以转向力的基础的，与转弯方向同方向的力矩M₁，从而提高了高速稳定性能。同样，如果当车辆转弯中减速时使第一液压离合器3_L进入接合状态，同样可消除以轴向力为基础的力矩M₁，从而提高高速稳定性能。

表1

逆时针方向转弯        顺时针方向转弯    效果加速期间第一离合器3_L接合  第二离合器3_R接合  提高了转弯性能减速期间第二离合器3_R接合  第一离合器3_L接合  提高了高速性能

即使在车辆直驶期间加速或减速，车辆的偏摆力矩不变，因而第一和第二液压离合器3_L和3_R保持在非接合状态。

如上所述，当车辆转弯中加速或减速时产生的力矩的大小是与纵向和侧向加速度Xg和Yg的积Xg×Yg成正比的值。但是，在正以稳定状态无加速或减速地转弯的车辆中不产生纵向加速度Xg，因而也不产生上述力矩。因此，在车辆以稳定状态转弯过程中，第一和第二液压离合器3_L和3_R被保持在其非接合状态。但是，即使在车辆稳定转弯期间，第一和第二液压离合器也可进入接合状态，以便可靠地将转矩分配至左、右后轮W_RL和W_RR，从而产生力矩，从而增加车辆的极限侧向加速度Yg，以便提高转弯性能。

图4表示转向力CFf相对于前轮的偏离角βf的关系，以及转向力CFr相对于后轮的偏离角βr的关系。当偏离角βf和βr从零增加时，转向力CFf和CFr的大小从零增加。然后，当偏离角βf和βr达到其极限点时，转向力CFf和CFr的大小开始减小。在靠近发动机的位置且具有较大接地负荷的前轮的转向力CFf大于远离发动机E且具有较小接地负荷的后轮的转向力。

在车辆转弯中由前、后轮产生的转向力CFf和CFr的值取决于侧向加速度Yg的值，并且是变化的，同时保持式(1)的关系。当侧向加速度增加时，两偏离角βf和βr都增加，由于这种增加，前、后轮的两个转向力CFf和CFr也都增加。当前轮的偏离角βf和转向力CFf达到图4中的点A(即，前轮的转向力达到不能增加的极限点)时，当时的侧向加速度Yg就是车辆的极限侧向加速度Yg。照此，后轮的偏离角βr和转向力CFr处于图4中的点B，因此，后轮的转向力仍具有一个余量ml。

如果前轮的偏离角βf和转向力CFf可设定在点A，且后轮的偏离角βr和转向力CFr，可设定在图4中的点B₀，那么就可以最大地利用前、后轮的转向力CFf和CFr以便增加极限侧向加速度Yg。但是，因为由前、后轮产生的转向力CFf和CFr的比，如上所述，取决于式(1)，因此这种情形是不可能的。

但是，由前、后轮产生的转向力CFf和CFr的比可以通过在车辆转弯过程中将转矩分配在内、外轮而被控制于任何值，因而这种转向力CFf和CFr可以不被浪费地加以利用，以便增加极限侧向加速度Yg。

如果在车辆稳定状态转弯过程中向内轮提供制动力，向外轮提供驱动力，从而在转弯方向上产生偏摆力矩M₃，那么，上述式(2)则为：

M₁＝a×CFf-b×CFr+M₃……(16)

根据式(16)和(1)，前轮的转向力CFf和后轮的转向力CFr按照下式给出：

CFf＝{b/(a+b)}×W×Yg-M₃/(a+b)……(17)

CFr＝{a/(a+b)}×W×Yg-M₃/(a+b)……(18)

式(17)和(18)表明，如果在车辆稳定状态转弯过程中为产生力矩M₃而使第一和第二液压离合器3_L和3_R进入接合状态，那么，通过在式右侧的第二项±M₃/(a+b)可以将前、后轮的转向力CFf和CFr的比控制于任何值。

如图4所示，当车辆正以极限侧向加速度Yg在稳定状态中转弯时(即，当前轮的转向力CFf处于点A，后轮的转向力CFr处于点B时)，按照上式(17)和(18)，前轮的转向力CFf减少ΔCF〔ΔCF＝M₃/(a+b)〕，以便(在点A′)提供CFf′，后轮的转向力CFr增加ΔCF＝〔ΔCF＝M₃/(a+b)〕以便(在点B′)提供CFr′。因此，在前轮的转向力CFf中新产生余量m₂，而在后轮的转向力CFr中仍留有余量m₂。车辆的速度可以增加，或者车辆转弯半径可以减小余量m₂，从而增加极限侧向加速度Yg。

图5表示与图4中点B相应的后轮的摩擦圆。现在描述对转弯性能具有主要影响的车辆转变中的外轮。外轮的接地负荷按照侧向加速度Yg的增加而增加，因此，驱动力余量部分也按照侧向加速度Yg的增加而增加。因此，如果第一和第二液压离合器3_L和3_R按照侧向加速度Yg的增加而增加，那么，外轮可产生最大转向力CFf和CFr以便提高转弯性能。

以这种方式，在后轮W_RL和W_RR中按照侧向加速度产生驱动力制动力，因此，即使当纵向加速度为零的车辆稳定状态转弯时，上述驱动力和制动力也可以产生，以便提高转弯性能。

图6表示侧向加速度和最小转弯半径之间的关系，其中，虚经表示在公知的控制方法中偏摆力矩M₃未施加时车辆的最小转弯半径，实线表示在按照本发明的控制方法中已施加偏摆力矩M₃时车辆的最小转弯半径。如图6所示，在按照本发明的控制方法中，当侧向加速度Yg不变时，最小转弯半径减小，而当最小转弯半径不变时，侧向加速度(即，车辆速度)增加，从而提高转弯性能。

另外，如图4所示，通过施加偏摆力矩M₃，使前轮的偏离角βf减小至βf′，使后轮的偏离角βr增加至βr′。因此，以这种方式可以减小前、后轮偏离角βf′和βr′之间的差以便趋近于中性转向角(neutralsteering angle)。

虽然已对本发明作了详细描述，但是本发明显然并不局限于上述实施例，可作出各种变化而并不超出本发明的范围。

例如，在实施例中已讲到，将转矩分配到作为随动轮的左、右后轮W_RL和W_RR。但是，本发明不仅适用于将转矩分配至车辆的主动轮，而且也适用于将转矩分配至随动轮，在车辆中，辅助驱动源(如电机)连接于随动轮以便当主动轮打滑时，操纵辅助驱动源以便形成一种四轮驱动状态。另外，可以采用另一种离合器(例如电磁离合器、流体压力偶合器等)来代替第一和第二液压离合器。

Claims (4)

1.在具有左、右轮的车辆中控制偏摆力矩的方法，它包括以下步骤：

在左、右轮之一中产生制动力；以及

在左、右轮中不产生制动力的一个中产生驱动力，其中，所述驱动力和所述制动力的值被设定为纵向加速度和侧向加速度的积的函数。

2.如权利要求1所述的在车辆中控制偏摆力矩的方法，其特征在于：所述产生制动力的步骤包括下述步骤：在左、右随动轮中具有接地负荷小于被驱动轮的接地负荷的一个中产生制动力，而在左、右随动轮中不产生制动力的一个中产生驱动力，其中，当车辆不产生纵向加速度时，所述驱动力和制动力的值按照车辆的侧向加速度的增加而增加。

3.如权利要求1所述的在车辆中控制偏摆力矩的方法，其特征在于：所述产生制动力的步骤包括以下步骤：通过一齿轮箱连接所述左、右轮以产生差速转动，从而在所述左、右轮之一中产生制动力，在左、右轮中不产生制动力的一个中产生驱动力。

4.如权利要求3所述的在车辆中控制偏摆力矩的方法，其特征在于：所述左、右轮是随动轮。

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