CN116198517A

CN116198517A - 用于e-awd和e-lsd的监督控制

Info

Publication number: CN116198517A
Application number: CN202211272783.XA
Authority: CN
Inventors: R·哈吉洛; S·卡萨扎德·玛哈拜迪; S·马什鲁特; S·A·纳希迪; E·阿萨迪; 张玉彪; B·B·利特高希
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-12-01
Filing date: 2022-10-18
Publication date: 2023-06-02
Also published as: US20230166722A1; US11787394B2; DE102022123529A1

Abstract

一种用于机动车辆中的eAWD和eLSD的监督控制的系统，其包括控制模块以及设置在机动车辆上的传感器和致动器。传感器测量实时机动车辆数据，并且致动器改变机动车辆的行为。控制模块接收实时数据；接收输入至机动车辆的一个或多个驾驶员输入；确定机动车辆的车身的状态；确定机动车辆的车轴的状态；确定机动车辆的每个车轮的状态；并且根据驾驶员输入和车身、车轴和车轮的状态产生到致动器的控制信号。控制模块还通过主动调整到致动器中的每一个的控制信号的约束来实施监督控制，其中，响应于一个或多个驾驶员输入，对控制信号的约束的主动调整，改变控制动作的边界。

Description

用于E-AWD和E-LSD的监督控制

技术领域

本公开涉及用于机动车辆的控制系统，并且更特别地涉及用于对车辆控制动作进行准确地建模并且在车辆控制动作不同于预期行为时调整车辆控制动作的系统和方法。

背景技术

静态和动态机动车辆控制系统越来越多地用于管理各种静态机动车辆性能特征和动态机动车辆性能特征。对于涉及轮胎滑移的具有挑战性的驾驶场景来说尤其如此。在此类具有挑战性的驾驶场景中，诸如，车轮和/或车轴扭矩以及车身运动控制，的控制动作应以最佳方式分配，使得轮胎能力在纵向和横向方向上得到充分利用。车身运动控制、车轮和/或车轴扭矩由车载计算平台或控制器、传感器和致动器管理。

尽管当前对车辆控制动作进行建模的系统和方法为其预期目的而操作，但是仍需要新的和改善的对车辆控制动作进行建模的系统和方法，其增强复杂驾驶场景中的车辆稳定性，并且提供增强的驾驶员控制，调整车辆控制动作以保持预期的车辆行为，在轮胎/道路界面或接地面产生增强的力，同时还保持或降低成本和复杂性，减少校准操作，并且提高简单性，同时还提供增强的冗余性和鲁棒性。

发明内容

根据若干方面，一种用于机动车辆中的eAWD和eLSD的监督控制的系统包括设置在机动车辆上的一个或多个传感器，该一个或多个传感器测量关于机动车辆的实时静态数据和动态数据。该系统还包括设置在机动车辆上的一个或多个致动器，该一个或多个致动器改变机动车辆的静态行为和动态行为。该系统还包括控制模块，该控制模块具有处理器、存储器和输入/输出(I/O)端口，该控制模块执行存储在存储器中的程序代码部分。程序代码部分包括第一程序代码部分，其经由I/O端口从一个或多个传感器接收实时静态数据和动态数据。程序代码部分还包括第二程序代码部分，其经由I/O端口接收机动车辆的一个或多个驾驶员输入。程序代码部分还包括确定机动车辆的车身的状态的第三程序代码部分。程序代码部分还包括确定机动车辆的车轴的状态的第四程序代码部分。程序代码部分还包括确定机动车辆的每个车轮的状态的第五代码部分。程序代码部分还包括第六程序代码部分其基于驾驶员输入和基于第三程序代码部分、第四程序代码部分和第五程序代码部分的输出，向一个或多个致动器产生控制信号。程序代码部分还包括第七程序代码部分，其通过基于机动车辆的车身的状态、车轴的状态和每个车轮的状态主动调整，来对该一个或多个致动器致动器中的每一个的控制信号的约束，从而对至少第二程序代码部分和第六程序代码部分进行监督控制。响应于一个或多个驾驶员输入，对控制信号上的约束的主动调整，改变控制动作的边界。

根据本公开的另一方面，第一程序代码部分还包括用于从以下项目中的一个或多个接收实时静态数据和动态数据的程序代码：能够至少测量三维的位置、取向、加速度和速度的惯性测量单元(IMU)；能够测量机动车辆的车轮中的每个的角速度的车轮速度传感器；能够测量机动车辆的节气门位置的节气门位置传感器；能够测量机动车辆的加速器踏板的位置的加速器位置传感器；以及能够测量机动车辆轮胎压力的轮胎压力监测传感器。实时静态数据和动态数据还包括：机动车辆的横向速度；机动车辆的纵向速度；机动车辆的横摆率；车轮角速度；以及机动车辆的每个轮胎上的纵向力、横向力和法向力。

根据本公开的又一个方面，第三程序代码部分还包括用于以下操作的程序代码部分：经由I/O端口与车身控制模块通信；由车身控制模块从一个或多个传感器接收数据；并且确定机动车辆的车身的稳定性状态。车身的稳定性状态至少包括：横摆率、侧滑角和纵向速度。当车身的稳定性状态在预定义的稳定性裕度内时，车身控制模块向第七程序代码部分发送正指示符；并且当车身的稳定性状态不在预定义的稳定性裕度内时，车身控制模块向第七程序代码部分发送负指示符。响应于正指示符，第七程序代码部分选择性地命令向车轮或车轴中的一个或多个传送额外的扭矩，并且响应于负指示符，第七程序代码部分停止向车轮或车轴中的一个或多个的扭矩传送。

根据本公开的又一个方面，通过比较测得的横摆率和侧滑角来检测车身的稳定性状态。车身的稳定性裕度由下式定义：

以及

其中，r是横摆率，β是侧滑角，v_x是纵向速度，l_r是从机动车辆的重心到后车轴的距离，l_f是从重心到前车轴的距离，l是前车轴和后车轴之间的距离，m是机动车辆的总质量，μ是道路的摩擦系数，并且C_α是轮胎转弯刚度。

根据本公开的又一个方面，第四程序代码部分还包括程序代码部分，用于：经由I/O端口与车轴监测模块通信。程序代码部分还由车轴监测模块从一个或多个传感器接收数据，并且确定机动车辆的车轴的稳定性状态。确定车轴的稳定性状态包括：确定机动车辆的每个轮胎的轮胎滑移角和滑移率。当这些轮胎已经超过预定的轮胎滑移角和轮胎滑移率时，程序代码部分确定已经超过预定的轮胎稳定性裕度。类似地，当这些轮胎没有超过预定的轮胎滑移角和轮胎滑移率时，程序代码部分确定没有超过预定的轮胎稳定性裕度。当轮胎稳定性裕度被超过时，车轴监测模块向第七程序代码部分发送负指示符，并且当轮胎没有超过预定的轮胎稳定性裕度时，车轴监测模块向第七程序代码部分发送正指示符。响应于正指示符，第七程序代码部分选择性地命令向车轴中的一个或多个传送额外的扭矩，并且响应于负指示符，第七程序代码部分停止向车轴中的一个或多个的扭矩传送。

根据本公开的又一个方面，根据轮胎滑移角α通过车轴的饱和水平来定义机动车辆的车轴的稳定性状态：

其中，F_z是轮胎法向载荷，C_α是轮胎刚度，并且μ是道路的摩擦系数。

根据本公开的又一个方面，第五程序代码部分还包括程序代码部分，其用于：经由I/O端口与车轮稳定性模块通信；由车轮稳定性模块从一个或多个传感器接收数据；并且确定机动车辆的车轮的稳定性状态。车轮的稳定性状态包括机动车辆的每个轮胎的估计的滑移率。

根据本公开的又一个方面，当估计的滑移率超过预定的稳定性裕度时，车轮稳定性模块向第七程序代码部分发送负指示符；并且当估计的滑移率没有超过预定的稳定性裕度时，车轮稳定性模块向第七程序代码部分发送正指示符。响应于正指示符，第七程序代码部分选择性地命令向车轮中的一个或多个传送额外的扭矩。响应于负指示符，第七程序代码部分停止向车轮中的一个或多个的扭矩传送。

根据本公开的又一个方面，第六程序代码部分还包括程序代码部分，其用于：接收包括转向和扭矩请求的驾驶员输入；接收机动车辆的车身、车轴和车轮的稳定性状态；以及基于配备到机动车辆的一个或多个致动器的致动器类型，并且基于机动车辆的车身、车轴和车轮的稳定性状态，该系统为一个或多个致动器产生控制信号。

根据本公开的又一个方面，第七程序代码部分还包括程序代码部分，其用于，主动优化一个或多个致动器中的每一个的约束，以考虑机动车辆的车身、车轴和车轮的稳定性状态；并且主动调整发送到一个或多个致动器的控制信号，使得到一个或多个致动器的控制信号在可能的致动器输出的边界内。

根据本公开的又一个方面，一种用于机动车辆中的eAWD和eLSD的监督控制的方法包括通过控制模块处理静态和动态机动车辆信息，该控制模块具有处理器、存储器和I/O端口，该控制模块执行存储在存储器中的程序代码部分。程序代码部分用于：通过设置在机动车辆上的一个或多个传感器测量实时静态数据和动态数据，并且利用设置在机动车辆上的一个或多个致动器来改变机动车辆的静态行为和动态行为。程序代码部分还用于经由I/O端口从一个或多个传感器接收实时静态数据和动态数据，并且经由I/O端口接收输入到机动车辆的一个或多个驾驶员输入。程序代码部分还用于确定机动车辆的车身的状态，确定机动车辆的车轴的状态，确定机动车辆的每个车轮的状态，并且基于驾驶员的输入为一个或多个致动器产生控制信号。基于机动车辆的车身、车轴和每个车轮的状态，程序代码部分通过主动调整对一个或多个致动器致动器中的每一个的控制信号的约束，对至少驾驶员输入和到一个或多个致动器的控制信号进行监督控制。响应于一个或多个驾驶员输入，对控制信号上的约束的主动调整改变了控制动作的边界。

根据本公开的又一个方面，用于机动车辆中的eAWD和eLSD的监督控制的方法还包括：从以下装置中的一个或多个接收实时静态数据和动态数据：惯性测量单元(IMU)，该惯性测量单元能够在至少三个维上测量位置、取向、加速度和速度；能够测量机动车辆的车轮中的每一个的角速度的车轮速度传感器；能够测量机动车辆的节气门位置的节气门位置传感器；能够测量机动车辆的加速器踏板的位置的加速器位置传感器；以及能够测量机动车辆轮胎压力的轮胎压力监督控制传感器。实时静态数据和动态数据还包括：机动车辆的横向速度；机动车辆的纵向速度；机动车辆的横摆率；车轮角速度；以及机动车辆的每个轮胎上的纵向力、横向力和法向力。

根据本公开的又一个方面，用于机动车辆中的eAWD和eLSD的监督控制的方法还包括经由I/O端口与车身控制模块通信。该方法还包括由车身控制模块从一个或多个传感器接收数据；以及确定机动车辆的车身的稳定性状态。车身的稳定性状态至少包括：横摆率、侧滑角和纵向速度。当车身的稳定性状态在预定义的稳定性裕度内时，该方法由车身控制模块向控制模块发送正指示符；并且当车身的稳定性状态不在预定义的稳定性裕度内时，该方法由车身控制模块向控制模块发送负指示符。响应于正指示符，控制模块选择性地命令向车轮或车轴中的一个或多个传送额外的扭矩；并且响应于负指示符，控制模块停止向车轮或车轴中的一个或多个的扭矩传送。

根据本公开的又一个方面，用于机动车辆中的eAWD和eLSD的监督控制的方法还包括通过比较测得的横摆率和侧滑角来确定车身的稳定性状态。车身的稳定性裕度由下式定义：

以及

其中，r是横摆率，β是侧滑角，v_x是纵向速度，l_r是从机动车辆的重心到后车轴的距离，并且l_f是从重心到前车轴的距离，l是前车轴和后车轴之间的距离，m是机动车辆的总质量，μ是道路的摩擦系数，并且C_α是轮胎转弯刚度。

根据本公开的又一个方面，用于机动车辆中的eAWD和eLSD的监督控制的方法还包括：经由I/O端口与车轴监测模块通信；由车轴监测模块从一个或多个传感器接收数据；以及确定机动车辆的车轴的稳定性状态。确定车轴的稳定性状态包括：确定机动车辆的轮胎中的每一个的轮胎滑移角和滑移率；并且当轮胎已经超过预定的轮胎滑移角和轮胎滑移率时，确定已经超过预定的轮胎稳定性裕度；并且当轮胎没有超过预定的轮胎滑移角和轮胎滑移率时，确定没有超过预定的轮胎稳定性裕度。当已经超过轮胎稳定性裕度时，车轴监测模块向控制模块发送负指示符；并且当轮胎没有超过预定的轮胎稳定性裕度时，车轴监测模块向控制模块发送正指示符。响应于正指示符，控制模块选择性地命令向车轴中的一个或多个传送额外的扭矩；并且响应于负指示符，控制模块停止向车轴中的一个或多个的扭矩传送。

根据本公开的又一个方面，确定机动车辆的车轴的稳定性状态还包括根据轮胎的滑移角α通过车轴的饱和水平来定义机动车辆的车轴的稳定性状态：

根据本公开的又一个方面，用于机动车辆中的eAWD和eLSD的监督控制的方法还包括经由I/O端口与车轮稳定性模块通信。该方法还包括由车轮稳定性模块从一个或多个传感器接收数据；以及确定机动车辆的车轮的稳定性状态。车轮的稳定性状态包括机动车辆的每个轮胎的估计的滑移率。

根据本公开的又一个方面，用于机动车辆中的eAWD和eLSD的监督控制的方法还包括：当估计的滑移率超过预定的稳定性裕度时，由车轮稳定性模块向控制模块发送负指示符；以及当估计的滑移率没有超过预定的稳定性裕度时，由车轮稳定性模块向控制模块发送正指示符。响应于正指示符，控制模块选择性地命令向车轮中的一个或多个传送额外的扭矩；并且响应于负指示符，控制模块停止向车轮中的一个或多个的扭矩传送。

根据本公开的又一个方面，该方法还包括接收包括转向和扭矩请求的驾驶员输入，接收机动车辆的车身、车轴和车轮的稳定性状态，以及基于配备到机动车辆的一个或多个致动器的类型产生控制信号。产生控制信号还基于机动车辆的车身、车轴和车轮的稳定性状态。通过主动优化一个或多个致动器中的每一个的约束来调整控制信号，以考虑机动车辆的车身、车轴和车轮的稳定性状态以及驾驶员输入信号。输入到一个或多个致动器的控制信号在可能的致动器输出的边界内。

根据本公开的又一个方面，一种用于机动车辆中的eAWD和eLSD的监督控制的方法包括通过控制模块处理静态和动态机动车辆信息，该控制模块具有处理器、存储器和I/O端口，该控制模块执行存储在存储器中的程序代码部分。程序代码部分执行各种任务，包括：用设置在机动车辆上的一个或多个传感器测量实时静态数据和动态数据；利用设置在机动车辆上的一个或多个致动器来改变机动车辆的静态行为和动态行为。程序代码部分还经由I/O端口从一个或多个传感器接收实时静态数据和动态数据，经由I/O端口接收到机动车辆的一个或多个驾驶员输入，并且经由I/O端口与车身控制模块通信。程序代码部分进一步由车身控制模块从一个或多个传感器接收数据；并且确定机动车辆的车身的稳定性状态。车身的稳定性状态至少包括：横摆率、侧滑角和纵向速度，并且稳定性状态通过以下方式获得：比较测得的横摆率和侧滑角，其中，车身的稳定性裕度由下式定义：

以及

其中，r是横摆率，β是侧滑角，v_x是纵向速度，l_r是从机动车辆的重心到后车轴的距离，并且l_f是从重心到前车轴的距离，l是前车轴和后车轴之间的距离，m是机动车辆的总质量，μ是道路的摩擦系数，并且C_α是轮胎转弯刚度。当车身的稳定性状态在预定义的稳定性裕度内时，该方法由车身控制模块向控制模块发送正指示符；并且当车身的稳定性状态不在预定义的稳定性裕度内时，该方法由车身控制模块向控制模块发送负指示符。响应于正指示符，控制模块选择性地命令向车轮或车轴中的一个或多个传送额外的扭矩；并且响应于负指示符，控制模块停止向车轮或车轴中的一个或多个的扭矩传送。该方法还包括：经由I/O端口与车轴监测模块通信；由车轴监测模块从一个或多个传感器接收数据；以及确定机动车辆的车轴的稳定性状态。根据轮胎的侧滑角通过车轴的饱和水平来定义机动车辆的车轴的稳定性状态，其中，轮胎的侧滑角α由下式定义：

其中，F_z是轮胎法向载荷，C_α是轮胎刚度，并且μ是道路的摩擦系数。确定车轴的稳定性状态还包括：确定机动车辆的轮胎中的每一个的轮胎滑移角和滑移率；并且当轮胎已经超过预定的轮胎滑移角和轮胎滑移率时，确定已经超过预定的轮胎稳定性裕度；并且当轮胎没有超过预定的轮胎滑移角和轮胎滑移率时，确定没有超过预定的轮胎稳定性裕度。当已经超过轮胎稳定性裕度时，车轴监测模块向控制模块发送负指示符；并且当轮胎没有超过预定的轮胎稳定性裕度时，车轴监测模块向控制模块发送正指示符。响应于正指示符，控制模块选择性地命令向车轴中的一个或多个传送额外的扭矩；并且响应于负指示符，控制模块停止向车轴中的一个或多个的扭矩传送。该方法还包括经由I/O端口与车轮稳定性模块通信，由车轮稳定性模块从一个或多个传感器接收数据，并且确定机动车辆的车轮的稳定性状态。车轮的稳定性状态包括机动车辆的每个轮胎的估计的滑移率。该方法还包括当估计的滑移率超过预定的稳定性裕度时，由车轮稳定性模块向控制模块发送负指示符；以及当估计的滑移率没有超过预定的稳定性裕度时，由车轮稳定性模块向控制模块发送正指示符。响应于正指示符，控制模块选择性地命令向车轮中的一个或多个传送额外的扭矩；并且响应于负指示符，控制模块停止向车轮中的一个或多个的扭矩传送。该方法还包括基于驾驶员输入和基于机动车辆的车身、车轴和每个车轮的状态为一个或多个致动器产生控制信号。该方法还包括通过基于机动车辆的车身的状态、车轴的状态和每个车轮的状态主动调整对一个或多个致动器致动器中的每一个的控制信号的约束，对至少驾驶员输入和对一个或多个致动器的控制信号进行监督控制。响应于一个或多个驾驶员输入，对控制信号的约束的主动调整改变控制动作的边界，使得到一个或多个致动器的控制信号在可能的致动器输出的边界内。

从本文提供的描述中，其他应用领域将变得显而易见。应理解，描述和特定示例仅意图用于说明的目的，并且不意图限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于说明目的，并且不意图以任何方式限制本公开的范围。

图1是根据本公开的一个方面的具有用于机动车辆中的eAWD和eLSD的监督控制的系统的机动车辆的示意图；

图2是根据本公开的一个方面的图1的用于eAWD和eLSD的监督控制的系统的一部分的部分功能框图；

图3A是描绘根据本公开的一个方面的用于eAWD和eLSD的监督控制的方法的决策树；

图3B描绘了根据本公开的一个方面在第一组驾驶环境下在图3A的决策树中执行的第一组示例性方法步骤；以及

图3C描绘了根据本公开的一个方面在第二组驾驶环境下在图3A的决策树中执行的第二组示例性方法步骤。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的，并且不意图限制本公开、应用或使用。

参考图1，示出了用于机动车辆12中的电控或电动全轮驱动(electric all-wheeldrive，eAWD)和电控或电动限滑差速器(electric limited slip differential，eLSD)的监督控制的系统10。系统10包括机动车辆12和一个或多个控制器14。机动车辆12被示出为汽车，但是应理解，在不脱离本公开的范围或意图的情况下，机动车辆12可以是货车、公共汽车、牵引车-拖车、半挂车、运动型多用途车(Sport-Utility Vehicle，SUV)、全地形车(all-terrain vehicle，ATV)、卡车、三轮车、摩托车、飞机、水陆两用车辆或任何其他与地面接触的车辆。机动车辆12包括具有轮胎18和动力传动系统20的一个或多个车轮。动力传动系统可以包括多种部件，诸如，内燃发动机(internal combustion engine，ICE)22和/或电动马达24，以及变速器26，该变速器26能够将内燃发动机22和/或马达24产生的动力传输到车轮27并且最终传输到固定在车轮27上的轮胎18。在一个示例中，机动车辆12可以包括作用在机动车辆12的后车轴28上的ICE 22以及作用在机动车辆12的前车轴30上的一个或多个马达24。然而，应理解，在不脱离本公开的范围或意图的情况下，机动车辆12可以使用一个或多个ICE 22，和/或以其他配置设置的一个或多个马达24。例如，机动车辆12可以具有仅作用在前车轴30上的ICE 22，而一个或多个马达24仅作用在后车轴28上。在其他示例中，ICE 22可以作用在前车轴30和后车轴28两者上，并且电动马达可以作用在前车轴30和后车轴28两者上。

在若干方面，动力传动系统20包括一个或多个平面内致动器32。平面内致动器32可以包括全轮驱动(all-wheel drive，AWD)系统(包括电控或电动AWD(eAWD)34系统)以及限滑差速器(limited slip differential，LSD)(包括电控或电动LSD(eLSD)36系统)。包括eAWD 34和eLSD 36系统的平面内致动器32能够在一定的预定能力内产生和/或改变轮胎18在X和/或Y方向上对道路表面接地面38的力的产生。eAWD 34系统可以将扭矩从机动车辆12的前部传送到后部和/或从机动车辆12的一侧传送到另一侧。同样，eLSD 36系统可以将扭矩从机动车辆12的一侧传送到另一侧。在一些示例中，eAWD 34和/或eLSD 36可以直接改变或管理来自ICE 22和/或马达24的扭矩递送，和/或eAWD 34和eLSD 36可以作用在制动系统40上，以调整递送到机动车辆12的每一个轮胎18的扭矩量。

在其他示例中，机动车辆12可以包括经由一个或多个平面外致动器42，诸如，主动空气动力致动器44和/或主动悬架致动器46，改变机动车辆12的每一个轮胎18上的法向力的装置。主动空气动力致动器44可以经由一个或多个主动空气动力元件48(诸如，翼部、扰流器、风扇或其他抽吸装置、主动管理的文丘里管隧道等)主动或被动地改变机动车辆的空气动力轮廓。机动车辆12还包括主动悬架致动器46，诸如，主动阻尼器50等。在若干方面，在不脱离本公开的范围或意图的情况下，主动阻尼器50可以是磁流变阻尼器或其他此类电动、液压或气动可调整的阻尼器。为了在下面的描述中简单起见，ICE 22、马达24、eAWD 34、eLSD 36、制动系统40、主动空气动力元件48、主动阻尼器46等将被更广泛地称为致动器52。

术语“前向”、“后方”、“内”、“向内”、“外”、“向外”、“上方”和“下方”是相对于如本申请的附图中所示的机动车辆12的取向使用的术语。因此，“前向”是指朝向机动车辆12的向前的方向，“后向”是指朝向机动车辆12向后的方向。“左”是指相对于机动车辆12的前部朝向机动车辆12的左手侧的方向。类似地，“右”是指相对于机动车辆12的前方朝向机动车辆12的右手侧的方向。“内”和“向内”是指朝向机动车辆12内的方向，“外”和“向外”是指朝向机动车辆12外部的方向，“下方”是指朝向机动车辆12底部的方向，并且“上方”是指朝向机动车辆12顶部的方向。此外，术语“顶部”、“上方”、“底部”、“侧面”和“上方”是相对于致动器52、以及在本申请的附图中更广泛地示出了机动车辆12的取向使用的术语。因此，尽管致动器52或机动车辆12的取向可以相对于给定用途而改变，但是这些术语意图仍然相对于图中示出的系统10的部件和机动车辆12部件的取向来应用。

控制器14是非通用的电子控制装置，其具有预编程的数字计算机或处理器54、非暂时性计算机可读介质或存储器56，用于存储数据，诸如，控制逻辑、软件应用、指令、计算机代码、数据、查找表等，以及输入/输出(I/O)端口58。计算机可读介质或存储器56包括能够由计算机访问的任何类型的介质，诸如，只读存储器(read only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、硬盘驱动器、光盘(compact disc，CD)、数字视频光盘(digital video disc，DVD)或任何其他类型的存储器。“非暂时性”计算机可读存储器56不包括传输瞬时电信号或其他信号的有线、无线、光学或其他通信链路。非暂时性计算机可读存储器56包括可以永久存储数据的介质和可以存储数据并且随后重写数据的介质，诸如，可重写光盘或可擦除存储装置。计算机代码包括任何类型的程序代码，包括源代码、目标代码和可执行代码。处理器54被配置为执行代码或指令。机动车辆12可以具有控制器14，该控制器14包括发动机控制模块、变速器控制模块、车身控制模块15、车轴监测模块17、专用Wi-Fi控制器或信息娱乐控制模块等。I/O端口58可以被配置为在不脱离本公开的范围或意图的情况下经由有线通信进行通信、经由IEEE802.11x下的Wi-Fi协议进行无线通信等。

控制器14还包括一个或多个应用程序60。应用程序60是被配置为执行特定功能或一组功能的软件程序。应用程序60可以包括一个或多个计算机程序、软件部件、指令集、过程、函数、对象、类、实例、相关数据或其一部分，适于以合适的计算机可读程序代码实现。应用程序60可以存储在存储器56内或存储在另外的或单独的存储器中。应用程序60的示例包括音频或视频流服务、游戏、浏览器、社交媒体等。在其他示例中，应用程序60用于管理示例性机动车辆12中的车身控制系统功能或悬架控制系统功能等。

现在参考图2并且继续参考图1，系统10利用存储在存储器56中的一个或多个应用程序60来管理机动车辆12的底盘和传动系统致动器52。在若干方面，应用程序60包括计算机控制代码部分，该计算机控制代码部分协调致动器52以在车轴和/或车轮27水平上重新分配轮胎18的力，和/或调整轮胎18能力以允许在轮胎18/道路表面接地面38处产生增强的力。计算机控制代码部分使用基于物理的技术进行操作，该技术通过车身62和车轮27的动态以及通过组合的轮胎18滑移模型来对每个致动器52的功能以及致动器52对机动车辆运动12的影响进行建模。组合的轮胎18滑移模型计算由于轮胎18变形和特性而在轮胎18/道路表面接地面38中的标准化纵向力和横向力。随后，基于可用的竖直力，计算轮胎18在纵向和横向上的力，并且与车轮27和车身62的动态相互关联，以理解调整后的力对机动车辆12动态的影响。

更具体地，在方框100处，系统10接收输入到驾驶员控制解译器(driver controlinterpreter，DCI)104的驾驶员输入102。DCI 104读取多种驾驶员输入，诸如，转向输入、节气门输入或制动输入等，并且在产生致动器输出形式的期望动态信号106之前解译驾驶员输入。在若干方面，DCI 104确定致动器52的优化和最佳协调的边界。在处于或接近轮胎18附着力极限的复杂驾驶场景中，驾驶员的输入可能超过预定义的致动器52能力、轮胎18能力等。因此，系统10利用约束优化将足够能力实时重新分配到X和Y方向，并且在致动器52中的每一个的功能和硬件限制内重新分配轮胎18的力。平面外致动器42可以在轮胎18的附着力极限下修改法向力并且改变X和/或Y方向上的力的产生。约束优化检查当前轮胎18能力是否足以满足致动器52的功能和硬件限制来重新分配轮胎18的力，以使用eAWD 34和/或eLSD36实现期望的机动车辆12运动，或如果机动车辆12的驾驶员要求增加牵引力或侧向抓地力，则轮胎18能力必须增加。约束优化以实时方式求解，以最佳地协调来自不同致动器52的控制命令，使得机动车辆12的性能能力最大化，并且使得控制干预最小化。也就是说，机动车辆12的性能能力从第一水平增加到大于第一水平的第二水平，以便减少或基本上消除控制干预，诸如，牵引控制系统(traction control system，TCS)输入、稳定性控制系统输入，或防抱死制动系统(antilock braking system，ABS)输入等。

系统10包括若干控制装置，其中一个或多个可以集成到单个控制器14中，或可以集成到彼此电子通信的不同的、独立的控制器14中。控制器14包括前馈控制器108，该前馈控制器108命令致动器52实现某些瞬态响应特性，提供最佳参考控制动作，并且使操作点附近的控制响应线性化。更具体地，前馈控制器108提供eLSD 36先占控制信号和eAWD 34先占控制信号。先占控制信号，调整致动器52的输出以符合来自传感器/估计模块110的控制信号估计。

传感器/估计模块110向基于优化的前馈控制器108和反馈控制器112提供信息。在若干方面，传感器/估计模块110为机动车辆12配备的各种主动底盘和动态系统中的每一个产生估计116。在特定示例中，传感器/估计模块110包括eLSD 36模型估计、eAWD 34模型估计和车辆动态估计116。同样，eLSD 36模型估计包括离合器扭矩估计和最大离合器扭矩能力估计。eAWD 34模型估计产生最大电动马达24扭矩估计。最后，车辆动态估计116包括车辆状态、道路表面信息、轮胎18力计算和道路角度。

动态约束计算器114将实际物理限制以及轮胎18和道路抓地力限制应用于来自传感器/估计模块110的信号。

最后，反馈控制器112操作以利用平面内和平面外致动器32、42实现机动车辆12的最大可行性能、稳定性、操控性、可操纵性、可转向性。反馈控制器112从DCI 104接收期望的机动车辆12动态信号106，从前馈控制器108接收参考控制动作120，从动态约束计算器114接收控制动作约束122，以及从配备到机动车辆12的各种传感器64接收测量值124。反馈控制器112然后将期望的动态信号106、参考控制动作120、控制动作约束122和测量值124集成到模型中，该模型考虑了车身62和车轮27的动态以及平面内和平面外致动器32、42。反馈控制器112对马达24扭矩、eLSD 36输出、eAWD 34输出和组合的轮胎18滑移数据以及机动车辆的各种致动器52的前后和/或左右相互作用进行建模。

此外，在反馈控制器112中使用模型预测控制(model predictive control，MPC)方法。反馈控制器112从机动车辆12配备的传感器64接收多种机动车辆12状态变量。传感器64可以测量和记录多种机动车辆12数据。在若干示例中，传感器64可以包括惯性测量单元(inertial measurement unit，IMU)66、诸如半主动阻尼悬架(Semi Active DampingSuspension，SADS)68的悬架控制单元、全球定位系统(global positioning system，GPS)传感器70、车轮速度传感器72、节气门位置传感器74、加速器踏板位置传感器76、制动踏板位置传感器78、转向位置传感器80、轮胎压力监测传感器82、空气动力元件位置传感器84等。IMU 66可以在若干自由度上测量移动、加速度等。在一个具体示例中，IMU 66可以在至少三个自由度中测量位置、移动、加速度等。同样，SADS 68传感器可以是能够在三个或更多自由度上测量的IMU 66。在一些示例中，SADS 68可以是悬架轮毂加速度计等。因此，机动车辆12状态变量可以包括多种数据中的任一者，包括但不限于：车轮27速度数据、包括姿态、加速度等的SADS和IMU数据。

反馈控制器112中的MPC控制逻辑部分或算法基于由机动车辆12上的传感器64测量或估计的初始状态变量来产生状态预测。还可以进行另外的估计116，以便对不同因素对状态变量的影响进行建模。在预测模型非线性的情况下，使用机动车辆12的状态变量测量和/或估计116和参考控制动作120为具体的操作参数提供线性化模型。为了对各种致动器52提出可行的控制命令，在计算中应考虑致动器52能力和轮胎18能力限制。也就是说，机动车辆12中的给定致动器52可以具有有限范围的输出，包括，但不限于，有限范围的运动、速度和/或加速度的限制、致动器52扭矩等。类似地，轮胎18能力可能受到胎面深度、轮胎18磨损、轮胎18压力、轮胎18化合物、轮胎18温度、接地面38处道路表面的摩擦系数等的限制。因此，反馈控制器112中的MPC的反馈控制部分包括离线控制逻辑部分以及在线优化控制逻辑部分，离线控制逻辑部分包含机动车辆12的状态变量的公式以及控制目标设计。

预测模型控制逻辑部分预测状态变量(X)的演变，并且在有限的预测范围内评估控制动作序列(U)和输出(Y)之间的联系。预测模型控制逻辑部分包括机动车辆核心动态，诸如，车身62动态模型，包括机动车辆12的纵向、横向、横摆、弹跳和俯仰特性。同样，预测模型控制逻辑包括车轮27动态模型，该模型包括角速度和相对速度数据，以及每个车轮27的纵向滑移和滑移率特性。预测模型控制逻辑还包括，例如，轮胎18力学模型，该轮胎18力学模型包含机动车辆12的每个轮胎18的组合滑动轮胎模型。最后，预测模型控制逻辑包括致动器52模型，该致动器模型包含致动器52动态、约束和功能。

系统10还包括监督控制模块200。监督控制模块200是控制器14，其包含基本上类似于上文所描述的部件。然而，监督控制模块200的控制逻辑部分通过根据来自机动车辆12的传感器64和致动器52的数据实时调整控制命令来操作以增强复杂驾驶情况下的整体系统10的性能和可靠性。概括地，监督控制模块200执行一个或多个检查以确定计算的控制动作的准确性并且修改可能被请求的任何不期望的控制动作。监督控制模块200以实时约束的方式操作，以监督机动车辆12的多个致动器52，从而解决多个目标车辆控制问题。在若干方面，监督控制模块200协调和优先化致动器52，以在轮胎18能力致动器52限制内实现期望的机动车辆12动态等。监督控制模块200执行合理性检查，以评估驾驶员输入102命令的控制动作，并且评估在给出驾驶员命令的控制动作下保持机动车辆12稳定性的潜在能力。如果由监督控制模块200计算的控制动作超过致动器52的限制或轮胎18能力等，则监督控制模块126调整优化约束，以便不允许此类控制输入。监督控制模块200将每个控制动作的期望效果带入控制系统，尤其是对于可能不会对机动车辆12的状态产生直接影响的具有复杂的非线性数学模型的致动器52。此外，监督控制模块200通过监测车身、车轮27和车轴28、30的状态来实时更新控制致动和控制目标的优先级，以确保适当的机动车辆12性能。在若干方面，监督控制模块200充当以下之间的过滤器。

监督控制模块200包括至少两个主要控制逻辑部分：高级监督控制部分202和致动器协调和优先化部分204。监督控制模块200对车轮27、车轴28、30和车身62的行为进行实时监测。对于机动车辆12的每个车轮27、车轴28、30和车身62的给定环境行为，监督控制模块200定义控制动作的包络。更具体地，监督控制模块200通过检查机动车辆12的车身62的状态开始实时监测。假定车身62的稳定性具有最高优先级，则车身控制模块15的信息在监督控制模块200的逻辑中首先被考虑。车身控制模块15通过将测得的横摆率和侧滑角与稳定性裕度进行比较来检测车身62的状态，该稳定性裕度定义为：

其中，r是横摆率，β是侧滑角，v_x是纵向速度，l_r是从重心到后车轴30的距离，并且lf是从重心到前车轴28的距离，l是前车轴28和后车轴30之间的距离，m是机动车辆12的总质量，μ是道路的摩擦系数，并且C_α是轮胎18的转弯刚度。如果车身62的状态是稳定的，也就是说，如果横摆率、侧滑角和纵向速度在预定义的稳定性裕度内，则车身控制模块15向监督控制模块200发送绿色标志(或其他此类正标记)。然而，如果监督控制模块200从车身控制模块15接收到红色标志(或其他此类负标记)，则监督控制模块200将红色标志解译为机动车辆12已经越过预定义的稳定性裕度的指示。

一旦监督控制模块200已经接收到车身控制模块15的信号，监督控制模块200就会检查车轴28、30的稳定性状态。更具体地，监督控制模块200轮询车轴监测模块17以确定每个车轴28、30是否已经横向饱和。当轮胎18的滑移角大于由下式定义的轮胎饱和极限时，前车轴28和后车轴30被定义为饱和：

其中，F_z是轮胎18的正常载荷，C_α是轮胎18的刚度，μ是道路的摩擦系数，并且κ是轮胎滑移率。如果车轴28、30已经横向饱和，则监督控制模块200理解车轴28、30的扭矩应受到约束，并且不会从当前车轴28、30的扭矩水平进一步增加。也就是说，当车轴28、30横向饱和时，机动车辆12可能接近、处于或甚至高于轮胎18的附着力极限。相比之下，当车轴监测模块17报告机动车辆12的车轴28、30没有横向饱和时，监督控制模块200可以允许执行增加车轴28、30扭矩的控制逻辑。

由于现在已经经由车身控制模块15检查了车身62的状态，并且经由车轴监测模块17检查了每个车轴28、30的状态这两者，监督控制模块200确定机动车辆12的车轮27中的每一个的状态。更具体地，监督控制模块200轮询传感器/估计模块110或车轮稳定性模块110’以确定机动车辆12的每个轮胎18的估计的滑移率是否指示轮胎18正在通过或已经超过轮胎18的稳定性裕度。也就是说，车轮稳定性模块110’接收轮胎滑移率的估计值并且将这些估计值与轮胎18的稳定性裕度κ_max进行比较。如果轮胎18已经超过轮胎18稳定性裕度，则监督控制模块200设置红色标志(或其他此类负标记)；而如果轮胎18仍然在轮胎18稳定性裕度内，则监督控制模块200设置绿色标志(或其他此类正标记)。

应理解，在上文中,“红色标志”的概念指示已经超过机动车辆12的一个或多个部件的稳定性极限；而“绿色标志”指示还没有超过机动车辆12的一个或多个部件的稳定性极限，此外，还有另外的控制裕度。在一个示例中，当设置了红色标记时，可以不向机动车辆12的车轮27或车轴28、30施加额外的扭矩；而当设置了绿色标记时，可以向机动车辆的车轮27和/或车轴28、30施加一些额外的扭矩，直到机动车辆12的预定义的稳定性极限为止。

基于可用的致动器52、稳定性信息和控制系统10的目标，监督控制模块200确定是否需要对控制动作约束进行任何调整。在每个时间步，优化约束由一组基于逻辑的规则更新。监督逻辑改变了控制动作变化的边界Δu_min和Δu_max。如果控制动作必须停止增加，则：14

然而，如果控制动作必须停止减少，则：

监督控制模块200的预测模型的状态空间形式可以表示为：/>

其中，控制变量u＝[T_f T_C]^T，控制输出：y＝[β r]^T；期望的输出：y_des＝[β_des r_des]^T；期望的横摆率：r_des＝sign(r_ss)min(|r_ss|，|r_max|)；期望的侧滑角：β_des＝sign(β_ss)min(|β_ss|，|β_max|)；稳态横摆率：/>

以及稳态侧滑角：/>

/>

然而，应理解，在预测模型中应考虑致动器52的动态，因为致动器52通常包括致动期间的时间延迟τ。因此，致动器动态可以通过下式建模：

以及/>

然后，可以通过以下方程将致动器动态集成到预测模型中：

以及/>

设

为/>

为B、[C 0]为/>

以及/>

为/>

上述致动器动态模型方程可以以连续时间和离散时间两者的形式来表示。在连续时间内，该方程可以写成：

以及/>

而方程的离散时间形式可以写成：

以及/>

在若干方面，典型的致动器52的采样时间T_s可以是约12.5毫秒，然而应理解，在不脱离本公开的范围或意图的情况下不同致动器52的采样时间可以显著变化。监督控制模块200利用反馈控制器112中的控制逻辑来定义Δu_in作为集成状态空间模型的新状态：/>

将输入增量Δur集成到状态空间模型中得到：

以及/>

对控制输入的变化率的约束可以表示为

并且对控制输入本身的约束可以表示为/>

最后，应用成本函数来决定哪些控制动作适合作为反馈控制器112的输出。成本函数可以表示为：

s.t.x_t+k+1，t＝Ax_t+k，t+Bu_t+k，t+d，k＝0，…，N-1

x₀＝x(t)

u_min≤u_t+k≤u_max，k＝0，…，N-1

Hx_t+k+1，t≤G_t+k，t+s_t+k，t，k＝0，…，N-1

其中，y_t+k，t和

相应地表示控制/预测中的预测输出和参考输出，u_t+k，t和/>

相应地表示控制/预测范围内的控制动作，并且Δu_t+k，t和/>

表示控制/预测范围内的控制动作变化及其参考。

利用上述一系列方程，反馈控制器112中的MPC控制逻辑部分或算法计算最佳eAWD34和eLSD 36动作以改善横摆跟踪性能并且将轮胎18的侧滑角保持在稳定的性能区域内。在若干方面，反馈控制器112中的MPC控制逻辑部分或算法向前车轴28发送扭矩，以引起转向不足的横摆力矩，并且响应于轻击操纵来改善横摆跟踪响应，在轻快转向中，机动车辆12驾驶员通过进行大而快速的转向移动并且同时进行大而激进的扭矩请求来引起过度转向。由于MPC控制逻辑部分或算法仅意图控制机动车辆12的车身动态，并且监督控制模块200还没有参与转向管理，所有的扭矩都被传送到前车轴28，并且前轮27变得饱和，从而产生具有大滑移率的车轮张开(wheel flare，WF)，例如，滑移＝0.8。

响应于转向输入、扭矩请求、扭矩传送和车轮张开(WF)，监督控制模块200检测到前轮27饱和并且停止进一步增加前车轴28上的扭矩。扭矩的减小降低了前轮27上的车轮张开WF。因此，监督控制模块200减轻前轮27处的车轮张开(WF)。控制器14随后向后车轴30发送扭矩以产生过度转向横摆力矩，但是当后轮27饱和时，监督控制模块200停止后车轴30扭矩的进一步增加。机动车辆12的车身62在此阶段是稳定的，然而横摆率响应显示车辆需要转向不足横摆力矩。由于前车轴28饱和，监督控制模块200不允许前车轴28上的扭矩增加。因此，右后轮滑移超过了车轮张开的预定义阈值(例如，滑移＝0.12)。监督控制模块200介入并且给予车轮27控制优先权并且启用eLSD 36，即使eLSD可能在与实现横摆跟踪目标所需的横摆力矩的方向相反的方向上产生过度转向横摆力矩。

现在转向图3A，并且继续参考图1至图2，示出了描绘用于配备有eLSD 36和eAWD34的机动车辆12的监督控制模块200的方法300的实施例的决策树。在图3A的示例中，该方法开始于方框302，在方框302处确定机动车辆12车身62的当前状态。车身62的状态经由车身控制模块15由机动车辆12配备的一组传感器64和致动器52确定。当在方框302处，车身62的状态被报告为超过预定的稳定性参数(即，设置了红色标记)时，方法300进行到方框304，在方框304处，停止向机动车辆12的后车轴30的扭矩传送。在机动车辆12的轮胎18接近、处于或高于抓地力阈值的极端驾驶情况下，默认后车轴30处的扭矩减小在增加机动车辆12的可预测性和可控性方面提供了若干好处。

相比之下，当在方框302处，车身的状态被报告为在预定的稳定性参数内(即，设置了绿色标志)时，方法300进行到方框306，在方框306处确定车轴28、30的状态。更具体地，在方框306处，车轴监测模块17从机动车辆12的传感器64和致动器52确定车轴28、30两者是否都在预定义的车轴28、30稳定性参数内。如果机动车辆12的车轴28、30处于超过预定车轴28、30稳定性参数的状态，则方法300进行到方框308和方框310，在方框308和方框310处，停止向前车轴28和后车轴30两者的扭矩传送。当在方框306处，方法300确定车轴28、30低于预定义的稳定性参数时，方法300进行到方框312。

在方框312处，系统10确定机动车辆12的车轮27中的每一个的稳定性状态。更具体地，传感器/估计模块110或车轮稳定性模块110’确定机动车辆12的每个轮胎18的估计的滑移率是否指示轮胎18处于或已经超过轮胎18的稳定性裕度。如果在方框312处，轮胎18已经超过轮胎18的稳定性裕度，则方法300进行到方框314和方框316，在方框314和方框316处，停止向前车轴28和后车轴30两者的扭矩传送。相比之下，当在方框312处确定轮胎18仍在轮胎18稳定性裕度内时，方法300进行到方框318，在方框318处计算机动车辆12的横摆力矩(yaw moment，YM)。在若干方面，机动车辆12的横摆力矩YM是视情况而定的，并且取决于两者：如上描述的机动车辆12的稳定性参数，以及驾驶员输入请求。在一些示例中，在性能驾驶条件下，驾驶员输入请求可以指示相当于过度转向请求的横摆力矩YM，如方框320处的过度转向横摆力矩OYM(oversteer yaw moment，OYM)中示出的。相比之下，在其他驾驶条件下，驾驶员输入请求可指示转向不足横摆力矩(understeer yaw moment，UYM)，如方框322中示出的。

再次参考方框306，当相应地在方框308和方框310停止传送到前车轴28和后车轴30两者的扭矩时，方法300采取另外的步骤来确保保持驾驶员控制。例如，一旦在方框308处停止向前车轴28的扭矩传送，方法300就会进行到方框324，在方框324处确定车轮27的状态。当传感器/估计模块110或车轮稳定性模块110’在方框324处确定机动车辆12的每个轮胎18的估计的滑移率是否指示轮胎18处于或已经超过轮胎18的稳定性裕度时，该方法进行到方框326，在方框326处计算横摆力矩YM，并且通过经由eLSD 36和/或eAWD 34的扭矩传送提供转向不足横摆力矩UYM 328，或通过经由eLSD 36和/或eAWD 34的扭矩传送提供过度转向横摆力矩OYM 330。

在方框324处，当传感器/估计模块110或车轮稳定性模块110’确定机动车辆12的每个轮胎18的估计的滑移率指示轮胎18已经超过轮胎18稳定性裕度时，该方法进行到方框332和方框334。从方框332，由eLSD 36和/或eAWD 34的启用引起横摆力矩YM以在前车轴28处传递扭矩，以在方框336处在转向不足对于校正超过阈值的轮胎18稳定性是优选的情况下产生转向不足横摆力矩UYM。类似地，当机动车辆12处于优选过度转向横摆力矩OYM来校正超过阈值的轮胎18稳定性的状态时，在方框338处，eLSD 36和/或eAWD 34在前车轴28处参与扭矩传送，从而引起过度转向横摆力矩OYM。

从方框334，系统10管理到机动车辆12的后车轴30的扭矩传送。更具体地，停止向机动车辆12的后车轴30的扭矩传送。在方框340，当检测到车轮张开(WF)时，系统10优先控制车轮27，并且在方框342经由在后车轴应用扭矩传送产生横摆力矩YM，以通过经由eLSD36和/或eAWD 34在后车轴30的扭矩传送引起在方框344处的转向不足横摆力矩UYM或在方框346处的过度转向横摆力矩OYM。

当在方框310停止向后车轴30的扭矩传送时，方法300进行到方框348，在方框348确定车轮27的状态。当传感器/估计模块110或车轮稳定性模块110’在方框348处确定机动车辆12的每个轮胎18的估计的滑移率是否指示轮胎18处于或已经超过轮胎18的稳定性裕度时，该方法进行到方框350，在方框350处计算横摆力矩YM，并且通过经由eLSD 36和/或eAWD 34的扭矩传送提供转向不足横摆力矩UYM 352，或通过经由eLSD 36和/或eAWD 34的扭矩传送提供过度转向横摆力矩OYM 354。

当传感器/估计模块110或车轮稳定性模块110’在方框348确定机动车辆12的每个轮胎18的估计的滑移率指示轮胎18已经超过轮胎18稳定性裕度时，方法300进行到方框356和方框358。在方框360处，由eLSD 36和/或eAWD 34的启用引起横摆力矩YM以在前轴28处传递扭矩，以在转向不足对于校正超过阈值的轮胎18稳定性是优选的情况下产生转向不足横摆力矩UYM。类似地，当机动车辆12处于优选过度转向横摆力矩OYM来校正超过阈值的轮胎18稳定性的状态时，在方框362处，eLSD 36和/或eAWD 34参与在前车轴28处的扭矩传送，从而引起过度转向横摆力矩OYM。

从方框358，系统10管理到机动车辆12的后车轴30的扭矩传送。更具体地，停止向机动车辆12的后车轴30的扭矩传送。在方框364处，当检测到车轮张开WF时，系统10优先控制车轮27，并且经由在后车轴应用转矩传送产生横摆力矩YM，以经由在后车轴30的eLSD 36和/或eAWD 34的转矩传送引起在方框366的转向不足横摆力矩UYM或在方框368的过度转向横摆力矩OYM。

再次参考方框304，一旦停止向机动车辆12的后车轴30的扭矩传送，方法300就会进行到方框370，在方框370处，经由传感器/估计模块110或车轮稳定性模块110’确定车轮27的状态。当传感器/估计模块110或车轮稳定性模块110’确定机动车辆12的每个轮胎18的估计的滑移率指示轮胎18在轮胎18的稳定性裕度内时，方法300进行到方框372，在方框372处计算横摆力矩YM，并且经由eLSD 36和/或eAWD 34的扭矩传送提供转向不足横摆力矩UYM374，或经由eLSD 36和/或eAWD 34的扭矩传送提供过度转向横摆力矩OYM 376。

然而，在方框370处，当传感器/估计模块110或车轮稳定性模块110’确定机动车辆12的每个轮胎18的估计的滑移率指示轮胎18已经超过轮胎18稳定性裕度时，该方法进行到方框378和方框380。从方框378，在前车轴28处执行扭矩传送。更具体地，在方框382处，由启用eLSD 36和/或eAWD 34引起转向不足横摆力矩UYM，以在转向不足对于校正超过阈值的轮胎18稳定性是优选的情况下在前车轴28处传送扭矩。类似地，当机动车辆12处于优选过度转向横摆力矩OYM来校正超过阈值的轮胎18稳定性的状态时，在方框384处，eLSD 36和/或eAWD 34在前车轴28处参与扭矩传送，从而引起过度转向横摆力矩OYM。

此外，在方框378处，传感器/估计模块110或车轮稳定性模块110’也监测车轮27的车轮张开WF，并且当检测到车轮张开WF时，停止向前车轴28的扭矩传送，并且在方框386处引起横摆力矩。更具体地，在方框处388，由启用eLSD 36和/或eAWD 34引起转向不足横摆力矩UYM，以在转向不足对于校正超过阈值的轮胎18稳定性是优选的情况下在前车轴28处传送扭矩。类似地，当机动车辆12处于优选过度转向横摆力矩OYM来校正超过阈值的轮胎18稳定性的状态时，在方框390处，eLSD 36和/或eAWD 34在前车轴28处参与扭矩传送，从而引起过度转向横摆力矩OYM。

在方框380处，在后车轴30处执行扭矩传送。更具体地，在方框392处，由启用eLSD36和/或eAWD 34引起转向不足横摆力矩YM，以在转向不足对于校正超过阈值的轮胎18稳定性是优选的情况下在后车轴30处传送扭矩。类似地，当机动车辆12处于优选过度转向横摆力矩OYM来校正超过阈值的轮胎18稳定性的状态时，在方框394处，eLSD 36和/或eAWD 34在后车轴30处参与扭矩传送，从而引起过度转向横摆力矩OYM。此外，在方框380处，传感器/估计模块110或车轮稳定性模块110’也监测车轮27的车轮张开WF，并且当检测到车轮张开WF时，在方框396处，经由通过eLSD 36和/或eAWD 34的扭矩传送来管理到前车轴后车轴30的扭矩传送。

再次参考方框312，当传感器/估计模块110或车轮稳定性模块110’确定机动车辆12的每个轮胎18的估计的滑移率指示轮胎18已经超过轮胎18稳定性裕度时，方法300进行到方框398和方框400。在方框398处，停止向前车轴28的扭矩传送，方法300和横摆力矩YM被引发。在一些示例中，横摆力矩YM是转向不足横摆力矩UYM 402，其由eLSD 36和/或eAWD 34的启用引起，以在转向不足对于校正超过阈值的轮胎18稳定性是优选的情况下在前车轴28处传送扭矩。类似地，当机动车辆12处于优选过度转向横摆力矩OYM来校正超过阈值的轮胎18稳定性的状态时，在方框404处，eLSD 36和/或eAWD 34在前车轴28处参与扭矩传送，从而引起过度转向横摆力矩OYM。

类似地，当传感器/估计模块110或车轮稳定性模块110’确定机动车辆12的每个轮胎18的估计的滑移率已经超过轮胎18稳定性裕度时，系统10也在方框400处停止向机动车辆12的后车轴30的扭矩传送。当传感器/估计模块110或车轮稳定性模块110’确定车轮张开WF正在发生时，方法300进行到方框406，在方框406处系统10优先控制车轮27。

在方框408处，系统10在机动车辆12的内侧后轮27处执行扭矩传送。当机动车辆12正在转弯而不是沿直线行驶时，内侧车轮27是接近转弯内侧的那些车轮27。也就是说，当机动车辆12转弯时，内侧车轮27比外侧车轮27旋转的次数少。因此，应理解，当机动车辆12转弯时，内侧车轮和外侧车轮27在纵向和横向未饱和状态下以不同的角速度旋转。在一些示例中，在方框410处，在转向不足对于校正超过阈值的轮胎18稳定性是优选的情况下，传送到机动车辆12的内侧后轮27的扭矩引起eLSD 36和/或eAWD 34的转向不足横摆力矩UYM启用。类似地，当机动车辆12处于优选过度转向横摆力矩OYM来校正超过阈值的轮胎18稳定性的状态时，在方框412处，eLSD 36和/或eAWD 34参与传送到内侧后轮或来自内侧后轮的扭矩，以引起过度转向横摆力矩OYM。

在方框414处，系统10在机动车辆12的外侧后轮27处执行扭矩传送。当机动车辆12正在转弯而不是沿直线行驶时，外侧车轮27是接近转弯外侧的那些车轮27。也就是说，当机动车辆12转弯时，外侧车轮27比内侧车轮27旋转的次数少。因此，应理解，当机动车辆12转弯时，内侧车轮和外侧车轮27在纵向和横向未饱和状态下以不同的角速度旋转。在一些示例中，在方框416处，在转向不足对于校正超过阈值的轮胎18稳定性是优选的情况下，传送到机动车辆12的外侧后轮27的扭矩引起eLSD 36和/或eAWD 34的转向不足横摆力矩UYM启用。类似地，当机动车辆12处于优选过度转向横摆力矩OYM来校正超过阈值的轮胎18稳定性的状态时，在框418处，eLSD 36和/或eAWD 34参与传送到内侧后轮或来自内侧后轮的扭矩，以引起过度转向横摆力矩OYM。

图3B和图3C描绘了使用图3A中概视图描绘的方法300的具体示例。特别地，图3B描绘了以下情况，其中，车身控制模块15发现车身62是稳定的，而发现前车轴28是横向饱和的，并且前轮27中的一个是纵向饱和的。因此，前车轴28扭矩约束被更新以确保额外的扭矩不被传送到前车轴28。更具体地，如果在方框302处，发现车身62是稳定的，则方法300进行到方框306，在方框306处，前车轴28横向饱和。因此，在方框308处，前车轴28扭矩约束被更新以确保额外的扭矩不被发送到前车轴28。如果后轮27中的一个纵向饱和，后车轴30扭矩约束必须类似地更新，以确保后车轴30扭矩不会在方框334处进一步增加。此外，如果在方框340处后轮中存在车轮张开WF，则优先考虑车轮27控制而不是横摆跟踪，并且最终启用eLSD 36以减小车轮张开WF，同时在方框342和方框346处启用eLSD 36还会产生过度转向横摆力矩OYM。

相比之下，图3C描绘了车身控制模块15在方框302发现车身62不稳定的示例。因此，当车身62不稳定时，在方框304处，更新后车轴30扭矩约束以确保后车轴30扭矩不增加。如果在方框378处前车轴28横向饱和，并且前轮27中存在车轮张开WF，则前车轴28扭矩约束也被更新以确保前车轴28扭矩不会进一步增加。当车辆行驶时，图3A至图3C中的每一个的方法300都连续且递归地操作。此外，方法300在线和离线均可操作。在上文中，应理解，图3B和图3C中示出的路径仅是使用方法300的逻辑的非限制性示例性决策路径，并且许多其他可能的决策路径是可能的并且意图处于本公开的范围内。

本公开的用于机动车辆12中的eAWD 34和eLSD 36的监督控制的系统的系统10和方法300提供了若干优点。这些优点包括在各种条件下，包括在恶劣天气、轮胎18变形实例、轮胎18磨损、轮胎18温度变化、轮胎18充气水平等情况下，向机动车辆12的驾驶员或操作员提供机动车辆12的最大可行性能、稳定性、操控性、机动性性、可操纵性。此外，系统10和方法300可以在复杂的驾驶场景中在机动车辆12上操作，包括驾驶员可能尝试动力滑行或漂移等的表演驾驶场景，并且系统10和方法300将操作以在轮胎18/道路界面或接地面38处产生适量的力，同时还在期望最大抓地力的驾驶场景中提供最大的轮胎18/道路界面或接地面38附着力。使用本文描述的系统10和方法300可以获得所有这些益处，同时保持或降低成本和复杂性，减少校准工作，并且提高简单性，同时还提供增强的冗余和鲁棒性。

本公开的描述本质上仅是示例性的，并且不脱离本公开的主旨的变型意图处于本公开的范围内。此类变化不应被视为背离了本公开的精神和范围。

Claims

1.一种用于机动车辆中的eAWD和eLSD的监督控制的系统，所述系统包括：

一个或多个传感器，其设置在所述机动车辆上，所述一个或多个传感器测量关于所述机动车辆的实时静态数据和动态数据；

一个或多个致动器，其设置在所述机动车辆上，所述一个或多个致动器改变所述机动车辆的静态行为和动态行为；

控制模块，其具有处理器、存储器和输入/输出(I/O)端口，所述控制模块执行存储在所述存储器中的程序代码部分，所述程序代码部分包括：

第一程序代码部分，其经由所述I/O端口从所述一个或多个传感器接收所述实时静态数据和动态数据；

第二程序代码部分，其经由所述I/O端口接收输入至所述机动车辆的一个或多个驾驶员输入；

第三程序代码部分，其确定所述机动车辆的车身的状态；

第四程序代码部分，其确定所述机动车辆的车轴的状态；

第五代码部分，其确定所述机动车辆的每个车轮的状态；

第六程序代码部分，其基于所述驾驶员输入和基于所述第三程序代码部分、第四程序代码部分和第五程序代码部分的所述输出，产生到所述一个或多个致动器的控制信号；以及

第七程序代码部分，其通过基于所述机动车辆的所述车身的所述状态、所述车轴的所述状态和每个车轮的状态主动调整对所述一个或多个致动器致动器中的每一个的控制信号的约束，对至少所述第二程序代码部分和所述第六程序代码部分进行监督控制，其中响应于所述一个或多个驾驶员输入，对所述控制信号的约束的主动调整，改变控制动作的边界。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一程序代码部分还包括：

从以下项中的一个或多个接收实时静态数据和动态数据：

能够在至少三个维度内测量位置、取向、加速度和速度的惯性测量单元(IMU)；

能够测量所述机动车辆的所述车轮中的每一个的角速度的车轮速度传感器；

能够测量所述机动车辆的节气门位置的节气门位置传感器；

能够测量所述机动车辆的加速器踏板的位置的加速器位置传感器；以及

能够测量所述机动车辆轮胎压力的轮胎压力监测传感器，其中，所述实时静态数据和动态数据还包括：

所述机动车辆的横向速度；

所述机动车辆的纵向速度；

所述机动车辆的横摆率；

车轮角速度；以及

所述机动车辆的每个轮胎上的纵向力、横向力和法向力。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第三程序代码部分还包括程序代码部分，其：

经由所述I/O端口与车身控制模块通信；

由所述车身控制模块从所述一个或多个传感器接收数据；以及

确定所述机动车辆的所述车身的稳定性状态，其中，所述车身的所述稳定性状态至少包括：横摆率、侧滑角和纵向速度；并且其中，当所述车身的所述稳定性状态在预定义的稳定性裕度内时，所述车身控制模块向所述第七程序代码部分发送正指示符；并且当所述车身的所述稳定性状态不在预定义的稳定性裕度内时，所述车身控制模块向所述第七程序代码部分发送负指示符，其中，响应于正指示符，所述第七程序代码部分选择性地命令向所述车轮或车轴中的一个或多个传送额外的扭矩，并且响应于负指示符，所述第七程序代码部分停止向所述车轮或车轴中的一个或多个的扭矩传送。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，通过比较测得的横摆率和侧滑角来检测所述车身的所述稳定性状态，其中，所述车身的稳定性裕度由下式定义：

以及

其中，r是所述横摆率，β是所述侧滑角，v_x是纵向速度，l_r是从所述机动车辆的重心到后车轴的距离，并且l_f是从所述重心到前车轴的距离，l是所述前车轴和所述后车轴之间的距离，m是所述机动车辆的总质量，μ是所述道路的摩擦系数，并且C_α是轮胎转弯刚度。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第四程序代码部分还包括以下程序代码部分，其：

经由所述I/O端口与车轴监测模块通信；

由所述车轴监测模块从所述一个或多个传感器接收数据；以及

确定所述机动车辆的所述车轴的稳定性状态，其中，所述车轴的所述稳定性状态包括：确定所述机动车辆的所述轮胎中的每一个的轮胎滑移角和滑移率，并且当所述轮胎已经超过预定的轮胎滑移角和轮胎滑移率时，确定已经超过预定的轮胎稳定性裕度，并且当所述轮胎没有超过预定的轮胎滑移角和轮胎滑移率时，确定没有超过预定的轮胎稳定性裕度；其中，当已经超过所述轮胎稳定性裕度时，所述车轴监测模块向所述第七程序代码部分发送负指示符，并且当所述轮胎没有超过预定的轮胎稳定性裕度时，所述车轴监测模块向所述第七程序代码部分发送正指示符；其中，响应于正指示符，所述第七程序代码部分选择性地命令向所述车轴中的一个或多个传送额外的扭矩，并且响应于负指示符，所述第七程序代码部分停止向所述车轴中的一个或多个的扭矩传送。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，根据所述轮胎的侧滑角α通过所述车轴的饱和水平来定义所述机动车辆的所述车轴的所述稳定性状态：

其中，F_z是轮胎法向载荷，C_α是轮胎刚度，并且μ是所述道路的摩擦系数。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第五程序代码部分还包括以下程序代码部分，其：

经由所述I/O端口与车轮稳定性模块通信；

由所述车轮稳定性模块从所述一个或多个传感器接收数据；以及

确定所述机动车辆的所述车轮的稳定性状态，其中，所述车轮的所述稳定性状态包括所述机动车辆的每个轮胎的估计的滑移率。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，当所述估计的滑移率超过预定的稳定性裕度时，所述车轮稳定性模块向所述第七程序代码部分发送负指示符，并且当所述估计的滑移率没有超过预定的稳定性裕度时，所述车轮稳定性模块向所述第七程序代码部分发送正指示符，其中，响应于正指示符，所述第七程序代码部分选择性地命令向所述车轮中的一个或多个传送额外的扭矩；并且其中，响应于负指示符，所述第七程序代码部分停止向所述车轮中的一个或多个的扭矩传送。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第六程序代码部分还包括以下程序代码部分，其：

接收驾驶员输入，所述驾驶员输入包括转向和扭矩请求；

接收所述机动车辆的所述车身、所述车轴和所述车轮的稳定性状态；以及

基于配备到所述机动车辆的所述一个或多个致动器的致动器类型，并且基于所述机动车辆的所述车身、所述车轴和所述车轮的所述稳定性状态，所述系统向所述一个或多个致动器产生所述控制信号。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述第七程序代码部分还包括以下程序代码部分，其：

主动优化所述一个或多个致动器中的每一个的约束，以考虑所述机动车辆的所述车身、所述车轴和所述车轮的所述稳定性状态；以及

主动调整到所述一个或多个致动器的控制信号，使得到所述一个或多个致动器的所述控制信号处于可能的致动器输出的边界内。