CN117163047A - 一种预测及测试电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种预测及测试电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法，因电动四驱车在高附着路面上出现特定行车工况而导致带锁差速器可能失效的模式进行预测及测试。该预测电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法，包括：判断电动四驱车的行车工况是否为第一预设行车工况或第二预设行车工况；若为第一预设行车工况，则对整车纵向转角β、整车横摆角速度ω、整车纵向车速u、内侧车轮转速ω_内分别进行检测，并基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测；若为第二预设行车工况，则对整车纵向转角β、整车横摆角速度ω、整车纵向车速u、内侧车轮转速ω_内及外侧车轮转速ω_外分别进行检测，并基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测。

Description

一种预测及测试电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法

技术领域

本发明属于汽车传动技术领域，具体涉及到一种预测及测试电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法。

背景技术

随着汽车行业电动化趋势的到来，搭载电驱动力的车型将成为市场主力，部分该类车型为提升越野性能，在采用电动四驱结构的同时，一般在后驱位置搭载轮间差速锁结构。电动四驱车结构见图1。

整车设计的差速锁锁止后使用场景，一般定义为烂路工况，如沙地、泥地等特殊地形使用。但是仍不能排除用户在差速锁锁止状态下，误将车辆行驶在具有高附着系数的铺装路面，此时，因两侧车轮不能实现差速，当车辆因转向等操作被动出现左右差速时，轮胎与地面的受力情况将发生异常。

因电动四驱车型无中间传动轴结构，其挂锁后的行驶现象及经验不能直接借用传统四驱车型，为了明确该类车型整车可能发生的异常现象，分析异常现象产生机理及相关零件受力情况，得出可能存在的零部件受损风险，需要开展理论分析，为零件的可能失效模式、台架验证方法及整车上市后的用车规范提供依据。同时，利用本发明提供的预测方式，可一定程度降低后续设变费用，缩短开发周期，降低售后故障率，提升产品品质。

发明内容

本发明提供了一种预测及测试电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法，因电动四驱车在高附着路面上出现特定行车工况而导致带锁差速器可能失效的模式进行预测及测试。

本发明的技术方案为：

本发明提供了一种预测电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法，所述电动四驱车包括有带锁差速器，所述方法包括：

判断电动四驱车的行车工况是否为第一预设行车工况或第二预设行车工况；

若为第一预设行车工况，则对整车纵向转角β、整车横摆角速度ω、整车纵向车速u、内侧车轮转速ω_内分别进行检测，并基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测；

若为第二预设行车工况，则对整车纵向转角β、整车横摆角速度ω、整车纵向车速u、内侧车轮转速ω_内及外侧车轮转速ω外分别进行检测，并基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测；

第一预设行车工况为电动四驱车的带锁差速器挂锁后，在原地大转向的同时以预设大油门开度在高附着路面上起步，且起步后维持预设大油门开度不变；

第二预设行车工况为电动四驱车的带锁差速器挂锁，并以预设车速在高附着路面上直线行驶后进行大转向；

内侧车轮和外侧车轮为与带锁差速器相连的两车轮。

优选地，若电动四驱车的行车工况为第一预设行车工况，基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测的步骤，包括：

基于整车纵向转角β、整车横摆角速度ω和整车纵向车速u，确定内侧车轮纵向车速u_内；

基于内侧车轮转速ω_内和内侧车轮纵向车速u_内，确定内侧车轮滑移率λ_内；

当内侧车轮滑移率λ_内超过最佳滑移率λ_p时，因内侧车轮受到的纵向牵引力快速降低，导致外侧车轮收到的纵向牵引力快速增大，使带锁差速器出现第一失效模式，第一失效模式为因带锁差速器的外侧半轴齿轮受到冲击载荷而可能失效的模式；

最佳滑移率λ_p根据预设的第一关系曲线确定，第一关系曲线为电动四驱车在高附着路面上行驶时对应的滑移率-车轮纵向牵引力的关系曲线。

优选地，最佳滑移率λ_p为第一关系曲线中车轮纵向牵引力最大的滑移率点。

优选地，不同车型对应的第一关系曲线不同。

优选地，若电动四驱车的行车工况为第二预设行车工况，基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测的步骤，包括：

基于整车纵向转角β、整车横摆角速度ω和整车纵向车速u，确定内侧车轮纵向车速u_内和外侧车轮纵向车速u_外；

基于内侧车轮转速ω_内和内侧车轮纵向车速u_内，确定内侧车轮滑移率λ_内；

基于外侧车轮转速ω_外和外侧车轮纵向车速u_外，确定外侧车轮滑移率λ_外；

当内侧车轮滑移率λ_内为正且外侧车轮滑移率λ_外为负时，因内侧车轮收到纵向驱动力且外侧车轮受到纵向制动力，使带锁差速器出现第二失效模式，第二失效模式为因带锁差速器的行星齿轮两侧受到相反扭矩而可能失效的模式。

优选地，所述方法还包括：

在预测出带锁差速器出现失效模式时，进行用户预警。

本发明还提供了一种测试电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法，所述电动四驱车包括有带锁差速器，所述方法包括：

将电动四驱车停靠在预设高附着路面上，并控制电动四驱车以第一预设测试工况，对整车纵向转角β、整车横摆角速度ω、整车纵向车速u、内侧车轮转速ω_内分别进行检测，并基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测；

将电动四驱车停靠在预设高附着路面上，并控制电动四驱车以第二预设测试工况，对整车纵向转角β、整车横摆角速度ω、整车纵向车速u、内侧车轮转速ω_内及外侧车轮转速ω_外分别进行检测，并基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测；

第一预设测试工况为先控制电动四驱车的带锁差速器挂锁，再控制电动四驱车原地大转向并以预设大油门开度在预设高附着路面上起步，且起步后维持预设大油门开度不变，以维持电机扭矩输入到带锁差速器的总扭矩不变；

第二预设测试工况为先控制电动四驱车的带锁差速器挂锁，再控制电动四驱车以预设车速在预设高附着路面直线行驶后进行大转向；

内侧车轮和外侧车轮为与带锁差速器相连的两车轮。

优选地，电动四驱车在预设高附着路面上以第一预设测试工况行驶时，基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测的步骤，包括：

基于整车纵向转角β、整车横摆角速度ω和整车纵向车速u，确定内侧车轮纵向车速u_内；

基于内侧车轮转速ω_内和内侧车轮纵向车速u_内，确定内侧车轮滑移率λ_内；

当内侧车轮滑移率λ_内超过最佳滑移率λ_p时，内侧车轮受到的纵向牵引力快速降低，外侧车轮收到的纵向牵引力快速增大，使带锁差速器出现第一失效模式，第一失效模式为带锁差速器的外侧半轴齿轮受到冲击载荷而可能失效的模式；

最佳滑移率λ_p根据预设的第一关系曲线确定，第一关系曲线为电动四驱车在高附着路面上行驶时对应的滑移率-车轮纵向牵引力的关系曲线。

优选地，电动四驱车在预设高附着路面上以第二预设测试工况行驶时，基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测的步骤，包括：

基于整车纵向转角β、整车横摆角速度ω和整车纵向车速u，确定内侧车轮纵向车速u_内和外侧车轮纵向车速u_外；

基于内侧车轮转速ω_内和内侧车轮纵向车速u_内，确定内侧车轮滑移率λ_内；

基于外侧车轮转速ω_外和外侧车轮纵向车速u_外，确定外侧车轮滑移率λ_外；

当内侧车轮滑移率λ_内为正且外侧车轮滑移率λ_外为负时，因内侧车轮收到纵向驱动力且外侧车轮受到纵向制动力，使带锁差速器出现第二失效模式，第二失效模式为带锁差速器的行星齿轮两侧受到相反扭矩而可能失效的模式。

本发明的有益效果为：

通过对电驱四驱车在特定工况下的行车参数进行采集，结合滑移率、电动四驱车的运动模型以及带锁差速器的结构原理来找到使带锁差速器失效的场景或工况，进而做出预警或用作研发改进。

电动四驱车的带锁差速器挂锁后，带锁差速器不再具备差速功能，使带锁差速器相连的两侧车轮转速相同(即内侧车轮转速ω_内＝外侧车轮转速ω_外)。通过将电动四驱车在高附着路面上进行大转向及大油门起步，在这种大转向及大油门起步工况下会使电驱四驱车的内侧车轮纵向车速u_内和外侧车轮纵向车速u_外发生急速增大，又因为内侧车轮纵向车速u_内比外侧车轮纵向车速u_外小，进一步导致内侧车轮滑移率λ_内的变化速率比外侧车轮滑移率λ_外的变化速率高，导致内侧车轮滑移率λ_内会先突破最佳滑移率，当内侧车轮滑移率λ_内突破最佳滑移率λ_p后，内侧轮胎的有效附着系数会快速下降导致电机扭矩分配给内侧车轮的扭矩T_内快速降低，又因为起步后维持预设大油门开度不变使电机扭矩输出给带锁差速器的总扭矩T_总没有变化，进而使得电机扭矩分配给外侧车轮的扭矩T_外发生快速增大，导致带锁差速器上与外侧车轮连接的外侧半轴齿轮受到冲击载荷，进而存在被损坏的可能，而导致带锁差速器失效。

通过将电动四驱车在高附着路面上直线行驶后进行大转向，直线行驶时内侧车轮纵向车速u_内和外侧车轮纵向车速u_外相同，大转向会导致内侧车轮纵向车速u_内降低，将导致内侧车轮纵向车速u_内低于内侧车轮转动线速度ω_内r，即u_内＜ω_内r，内侧车轮滑移率λ_内为正值，地面与内侧车轮之间产生增加的相对移动，内侧车轮受到的地面反作用力为前进方向的驱动力(即纵向驱动力)；外侧车轮因外侧车轮纵向车速u_外增加，将导致外侧车轮纵向车速u_外高于外侧车轮转动线速度ω_外r，即u_外＞ω_外r，外侧车轮滑移率λ_外为负值，地面与外侧车轮之间产生反向的相对移动，外侧车轮受到的地面反作用力为反方向制动力(即纵向制动力)，故两侧车轮形成与转向相反的横摆力偶M_Z，整车将出现转向制动，带锁差速器的行星齿轮两侧受到相反扭矩而可能失效。

本申请上述方法，首次将四驱车型的整车七自由度运动模型、滑移率理论与电控的带锁差速器结构相结合，分析整车驾驶现象及带锁差速器的可能失效模式，对带锁差速器的设计、零件台架验证方法及用户用车规范提出指导建议。以满足用户对于电动四驱车型差速锁产品的使用需求。

附图说明

图1是搭载差速锁电动四驱车的结构简图；

图2是带差速锁锁止功能的带锁差速器的结构示意图；

图3是普通差速器结构示意图；

图4是车轮滚动示意图；

图5是轮胎所纵向驱动力与车轮滑移率关系示意图；

图6是电动四驱车的七自由度模型示意图；

图7是工况一受力示意图；

图8是工况二受力示意图；

图9是预测电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法的示意图；

图10是预测电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法的示意图；

1、后减速器，2、后电机，3、前减速器，4、前电机，5、左后车轮，6、右后车轮，7、左后半轴，8、右后半轴，9、车身，11、带锁差速器，112、差壳，113、半轴齿轮，114、行星轮，311、差壳，312、半轴齿轮，313、行星轮。

具体实施方式

以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本申请实施例的更透彻的解释，然而，对于本领域技术人员来讲，可以在没有这些具体细节的情况下实施例本申请的实施例是显而易见的。

本发明实施例中，首次将电动四驱车型的整车七自由度运动模型、滑移率理论与电控的带锁差速器结构相结合，分析整车驾驶现象及带锁差速器的可能失效模式，对带锁差速器的设计、零件台架验证方法及用户用车规范提出指导建议。以满足用户对于电动四驱车型差速锁产品的使用需求。其中，对于本实施例中的上述电动四驱车，包括后减速器1、后电机2、前减速器3、前电机4、左后车轮5、右后车轮6、左后半轴7、右后半轴8及车身9。

所述前减速器3与所述前电机4机械连接，前减速器3接收前电机4提供的驱动扭矩及转速，前电机4接收前减速器3提供的反向制动扭矩及转速。

所述前减速器3包含普通差速器31，所述普通差速器31包含差壳311、半轴齿轮312及行星轮313，见图3。根据差速器工作原理，当左右半轴齿轮312转动速度不一致时，行星轮313将自转，同时左右两侧输出扭矩始终相等，扭矩将由附着条件较低侧决定。

所述左后车轮5、右后车轮6与后减速器1之间通过左后半轴7、右后半轴8机械连接，传递扭矩与转速。

所述车身9通过悬架与车轮机械连接。

所述后减速器1与所述后电机2机械连接，后减速器1接收后电机2提供的驱动扭矩及转速，后电机2接收后减速器1提供的反向制动扭矩及转速。

所述后减速器1包含带锁差速器11，所述带锁差速器11是在普通差速器的基础上增加了锁止结构111，所述带锁差速器11还包含差壳112、半轴齿轮113及行星轮114，见图2。当锁止结构111未锁止时，带锁差速器11工作原理与普通差速器一致，当锁止结构111锁止时，因差壳112与半轴齿轮被动刚性连接，导致左右不能差速，且左右转速始终一致，扭矩将直接由地面附着条件决定。

车辆在行驶的过程中，车轮一般既有滑动也有滚动，用滑移率来说明滑移成分所占比例。滑移率越大，滑动成分越多。实际滚动过程中，其轮心处的移动速度与其实际转动速度之间总存在一定的偏差，即滑移率。定义如下：

车轮滚动示意见图4，其中ω_w为车轮绕轴旋转的角速度(即车轮转速)，u_x为轮心移动速度在纵向上的分量(即车轮纵向车速)，r_e为轮胎滚动半径，ω_wr_e为车轮转动线速度。

当车轮驱动时，ω_wr_e＞u_x，车轮受到纵向牵引力，车轮牵引力大小与车轮滑移率、车轮所受垂直载荷及车轮与路面附着系数相关。当垂直载荷与路面附着系数一定时，车轮所受纵向牵引力大小与车轮滑移率关系如图5所示。该关系中，存在最佳滑移率λp，滑移率处于该最佳滑移率λp之前，车轮牵引力随滑移率的增加而增加，当滑移率超过该最佳滑移率λp时，车轮纵向牵引力随滑移率的增加而下降。

根据电动四驱车的七自由度模型，见图6，将整车视为刚体，汽车轮心速度与车身速度相同，汽车后轮轮心处的纵向速度简化后为：

其中u_rl是左后车轮5的纵向车速，u_rr是右后车轮6的纵向车速，u是整车纵向车速，β是整车纵向转角，ω是整车横摆角速度。

由公式2、公式3可知，车辆转向行驶时，外侧车轮纵向速度大于内侧车轮纵向速度，即u_rr＞u_rl。

注：按图6所示转向工况，左后车轮5为内侧车轮，右后车轮6为内侧车轮。

基于前述目的，本实施例提供了一种测试电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法，所述方法包括：

将电动四驱车停靠在预设高附着路面上，并控制电动四驱车以第一预设测试工况，对整车纵向转角β、整车横摆角速度ω、整车纵向车速u、内侧车轮转速ω_内分别进行检测，并基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测；

将电动四驱车停靠在预设高附着路面上，并控制电动四驱车以第二预设测试工况，对整车纵向转角β、整车横摆角速度ω、整车纵向车速u、内侧车轮转速ω_内及外侧车轮转速ω_外分别进行检测，并基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测；

第一预设测试工况为先控制电动四驱车的带锁差速器挂锁，再控制电动四驱车原地大转向并以预设大油门开度在预设高附着路面上起步，且起步后维持预设大油门开度不变，以维持电机扭矩输入到带锁差速器的总扭矩不变；

第二预设测试工况为先控制电动四驱车的带锁差速器挂锁，再控制电动四驱车以预设车速在预设高附着路面直线行驶后进行大转向；

内侧车轮和外侧车轮为与带锁差速器相连的两车轮，内侧车轮和外侧车轮基于车辆转向方向确定，如车辆向左大转向，内侧则是指车辆的左侧，外侧指车辆的右侧；车辆向右大转向，内侧是指车辆的右侧，外侧是指车辆的左侧。

其中，在上述的第一预设测试工况和第二预设测试工况中，大转向是指车辆的转向角超过一设定角度的状态，预设大油门开度则是指车的油门开度超过预设开度(如90％)。

优选地，电动四驱车在预设高附着路面上以第一预设测试工况行驶时，基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测的步骤，包括：

基于整车纵向转角β、整车横摆角速度ω和整车纵向车速u，确定内侧车轮纵向车速u_内；

基于内侧车轮转速ω_内和内侧车轮纵向车速u_内，确定内侧车轮滑移率λ_内；

当内侧车轮滑移率λ_内超过最佳滑移率λ_p时，内侧车轮受到的纵向牵引力快速降低，外侧车轮收到的纵向牵引力快速增大，使带锁差速器出现第一失效模式，第一失效模式为带锁差速器的外侧半轴齿轮受到冲击载荷而可能失效的模式；

最佳滑移率λ_p根据预设的第一关系曲线确定，第一关系曲线为电动四驱车在高附着路面上行驶时对应的滑移率-车轮纵向牵引力的关系曲线。

1、对第一预设测试工况(高附路面，挂锁后原地大转向大油门起步)进行受力分析，因前驱系统无差速锁功能，仅分析后驱系统，分析步骤如下：

1.1、分析内外侧车轮所承受扭矩关系。

电机扭矩输入到带锁差速器的扭矩为T_总，设分配到内侧车轮和外侧车轮上的总扭矩分别为T_内，T_外；其中，T_内+T_外＝T_总；由于维持稳定的预设油门开度不变，即电机扭矩输入到带锁差速器的扭矩T_总保持不变。

1.2、分析内、外侧车轮转速关系。

带锁差速器锁止后，带锁差速器的左右输出端不具备差速功能，带锁差速器的两侧车轮转速相同，均为ω，此时内侧车轮转速ω_内＝外侧车轮转速ω外。

1.3、分析内、外侧纵向车速关系。

根据整车七自由度模型，由公式2、公式3可知，内侧车轮纵向车速低于外侧车轮纵向车速，即u_内＜u_外。

1.4、对内、外侧车轮实施滑移率计算。

参考公式1滑移率算法，内侧车轮滑移率：λ_内＝(ω_内r-u_内)/ω_内r，外侧车轮滑移率：λ_外＝(ω_外r-u_外)/ω_外r。r为轮胎滚动半径。

结合图7、以上关系及公式可知，内侧车轮滑移率λ_内的变大速率高于外侧车轮滑移率λ_外的变大速率，由第一关系曲线(第一关系曲线为电动四驱车在高附着路面上行驶时对应的滑移率-车轮纵向牵引力的关系曲线)规律可知，此时电机扭矩分配到内侧车轮的扭矩T_内＞电机扭矩分配到外侧车轮的扭矩T_外，当滑移率增大到一定程度，将突破最佳滑移率λ_p。因内侧车轮滑移率λ_内＝高，内侧车轮将首先突破最佳滑移率λ_p。由第一关系曲线可知，当突破最佳滑移率λ_p后，内侧车轮滑移率λ_内将继续快速增加，内侧车轮有效牵引力会快速下降，即电机扭矩分配到内侧车轮的扭矩T_内快速降低，电机扭矩分配到带锁差速器的总扭矩T_总不变时，电机扭矩分配到外侧车轮的扭矩T_外迅速增大，带锁差速器的外侧半轴齿轮受到冲击载荷。若电机扭矩分配到带锁差速器的总扭矩T_总不变化，该冲击载荷将重复，带锁差速器将可能因为外侧半轴齿轮受到的冲击载荷而失效。

1.5、风险预测。

根据以上分析，第一预设测试工况将会导致电机扭矩分配到外侧车轮的扭矩T_外快速增加，因行星轮114无法自转，电动四驱车的左后半轴5、右后半轴6、半轴齿轮113、行星轮114、差壳112将受到扭矩冲击。

优选地，电动四驱车在预设高附着路面上以第二预设测试工况行驶时，基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测的步骤，包括：

基于整车纵向转角β、整车横摆角速度ω和整车纵向车速u，确定内侧车轮纵向车速u_内和外侧车轮纵向车速u_外；

基于内侧车轮转速ω_内和内侧车轮纵向车速u_内，确定内侧车轮滑移率λ_内；

基于外侧车轮转速ω_外和外侧车轮纵向车速u_外，确定外侧车轮滑移率λ_外；

当内侧车轮滑移率λ_内为正且外侧车轮滑移率λ_外为负时，因内侧车轮收到纵向驱动力且外侧车轮受到纵向制动力，使带锁差速器出现第二失效模式，第二失效模式为带锁差速器的行星齿轮两侧受到相反扭矩而可能失效的模式。

2、针对第二预设测试工况(高附路面，挂锁后车辆以一定车速直线行驶，忽然转向)进行受力分析，因前驱系统无差速锁功能，仅分析后驱系统，分析步骤如下：

2.1、分析内外侧车轮转速关系。

带锁差速器锁止后，带锁差速器的左右输出端不具备差速功能，带锁差速器的两侧车轮转速相同，均为ω，此时内侧车轮转速ω_内＝外侧车轮转速ω外。

2.2、分析内外侧纵向车速关系。

直线行驶阶段，内侧车轮纵向车速等于外侧车轮纵向车速，进入转向阶段，根据整车七自由度模型，由公式2、公式3可知，内侧车轮纵向车速低于外侧车轮纵向车速，即u_内＜u_外。

2.3、对内外侧车轮实施滑移率计算。

仍然参考公式1滑移率算法，内侧车轮滑移率：λ_内＝(ω_内r-u_内)/ω_内r，外侧车轮滑移率：λ_外＝(ω_外r-u_外)/ω_外r。

结合图8，以车身为参考系，内侧车轮纵向车速u_内降低，内侧车轮纵向车速u_内低于内侧车轮转动线速度ω_内r，u_内＜ω_内r，λ_内为正值，地面与车轮之间产生增加的相对移动，受到的地面反作用力为前进方向的驱动力；外侧车轮因外侧车轮纵向车速u_外增加，将导致外侧车轮纵向车速u_外高于外侧车轮转动线速度ω_外r，即u_外＞ω_外r，外侧车轮滑移率λ_外为负值，地面与外侧车轮之间产生反向的相对移动，外侧车轮受到的地面反作用力为反方向制动力(即纵向制动力)，故两侧车轮形成与转向相反的横摆力偶M_Z，整车将出现转向制动。

2.4、风险预测。

根据第二预设测试工况的理论受力分析结论，忽然转向时，内侧车轮将受驱动力，外侧车轮受制动力，整车受到类似挫路的异常受力工况。此时左右车轮受到类似搓路的受力工况，在行星轮不能发生自转的情况下，行星齿轮受到两侧相反的扭矩，损伤风险较高。

在第二预设测试工况下，车辆先进行了直线匀速行驶，在进行大转向之前，内侧车轮和外侧车轮具有一定的初始纵向车速(即内侧车轮滑移率λ_内、内侧车轮滑移率λ_外计算时所需的u_内和u_外具有一定大小的初始值)，在车辆进行大转向后计算车轮滑移率时，所计算出的车轮滑移率相对较低，进而使基于第一关系曲线确定出的车轮牵引力偏小，故将不出现超过最佳滑移率λ_p的工况，也即此工况下不会出现第一预设测试工况下的现象。

本发明实施例中测试电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法，主要包含两种典型工况，第一预设测试工况：高附路面，挂锁后原地大转向并以预设大油门起步；第二预设测试工况：高附路面，挂锁后车辆以一定车速直线行驶，忽然大转向。

总结来说，本实施例中，针对第一预设测试工况，首先约束内、外侧车轮输出扭矩关系(即T_内+T_外＝T_总)以及内外、侧车轮转速关系(即ω_内和ω_外的大小关系)，利用车辆的七自由度模型，得出内、外侧车轮纵向车速关系(即u_内和u_外的大小关系)。结合以上分析结果，利用车辆车轮滑移率计算公式，得出内、外侧车轮滑移率关系对比结果。从在高附着路面条件下的滑移率-车轮牵引力关系曲线，可得出内、外侧轮胎受力关系，进一步利用滑移率-车轮牵引力关系曲线特性，预测出整车异常行驶工况及差速锁产品异常受力情况。

针对第二预设测试工况，首先约束内、外侧车轮转速关系(即ω_内和ω_外的大小关系)，利用车辆的七自由度模型，得出内、外侧车轮纵向车速关系(即u_内和u_外的大小关系)。以车身为参考系，分析地面相对于车身车速及车轮相对于车身车速之间的关系，得出内外侧轮胎受到地面反作用力情况。进一步预测出整车异常行驶工况及差速锁异常受力情况。

如图9，基于上述测试原理，本实施例中，还提供了一种预测电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法，所述方法包括：

S101，判断电动四驱车的行车工况是否为第一预设行车工况或第二预设行车工况；

S102，若为第一预设行车工况，则对整车纵向转角β、整车横摆角速度ω、整车纵向车速u、内侧车轮转速ω_内分别进行检测，并基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测；

S103，若为第二预设行车工况，则对整车纵向转角β、整车横摆角速度ω、整车纵向车速u、内侧车轮转速ω_内及与外侧车轮转速ω_外分别进行检测，并基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测；

第一预设行车工况为电动四驱车的带锁差速器挂锁后，在原地大转向的同时以预设大油门开度在高附着路面上起步，且起步后维持预设大油门开度不变；

第二预设行车工况为电动四驱车的带锁差速器挂锁，并以预设车速在高附着路面上直线行驶后进行大转向；

内侧车轮和外侧车轮为与带锁差速器相连的两车轮。

其中，此处的第一预设行车工况和第二预设行车工况和前述的第一预设测试工况、第二预设测试工况一致，只是此处是实际行车过程中的行车工况。

对于车辆当前行驶路面是否为高附着路面，可以借鉴现有技术中的相关技术来实现，例如借用CN116653889A中的方式来识别车辆当前所行驶路面是否为高附着路面。

此外，本实施例中的大转向和预设大油门开度的定义均与前述定义一致。

若电动四驱车的行车工况为第一预设行车工况，基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测的步骤S102，包括：

基于整车纵向转角β、整车横摆角速度ω和整车纵向车速u，确定内侧车轮纵向车速u_内；

基于内侧车轮转速ω_内和内侧车轮纵向车速u_内，确定内侧车轮滑移率λ_内；

当内侧车轮滑移率λ_内超过最佳滑移率λ_p时，因内侧车轮受到的纵向牵引力快速降低，导致外侧车轮收到的纵向牵引力快速增大，使带锁差速器出现第一失效模式，第一失效模式为因带锁差速器的外侧半轴齿轮受到冲击载荷而可能失效的模式；

最佳滑移率λ_p根据预设的第一关系曲线确定，第一关系曲线为电动四驱车在高附着路面上行驶时对应的滑移率-车轮纵向牵引力的关系曲线。

其中，前述的最佳滑移率λ_p为第一关系曲线中车轮纵向牵引力最大的滑移率点。不同车型对应的第一关系曲线不同。

若电动四驱车的行车工况为第二预设行车工况，基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测的步骤S103，包括：

基于整车纵向转角β、整车横摆角速度ω和整车纵向车速u，确定内侧车轮纵向车速u_内和外侧车轮纵向车速u_外；

基于内侧车轮转速ω_内和内侧车轮纵向车速u_内，确定内侧车轮滑移率λ_内；

基于外侧车轮转速ω_外和外侧车轮纵向车速u_外，确定外侧车轮滑移率λ_外；

当内侧车轮滑移率λ_内为正且外侧车轮滑移率λ_外为负时，因内侧车轮受到纵向驱动力且外侧车轮受到纵向制动力，使带锁差速器出现第二失效模式，第二失效模式为因带锁差速器的行星齿轮两侧受到相反扭矩而可能失效的模式。

如图10，本实施例中的上述预测方法在图9的基础上还包括：

S104，在预测出带锁差速器出现失效模式时，进行用户预警。

利用上述预测方法，能够预测出车辆在特殊工况下引起带锁差速器的零件损坏而导致带锁差速器可能失效的模式，进而通过向用户预警来对用户起到安全警示作用。

上述各实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种预测电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法，其特征在于，所述电动四驱车包括有带锁差速器，所述方法包括：

判断电动四驱车的行车工况是否为第一预设行车工况或第二预设行车工况；

若为第一预设行车工况，则对整车纵向转角β、整车横摆角速度ω、整车纵向车速u、内侧车轮转速ω_内分别进行检测，并基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测；

若为第二预设行车工况，则对整车纵向转角β、整车横摆角速度ω、整车纵向车速u、内侧车轮转速ω_内及与外侧车轮转速ω_外分别进行检测，并基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测；

第一预设行车工况为电动四驱车的带锁差速器挂锁后，在原地大转向的同时以预设大油门开度在高附着路面上起步，且起步后维持预设大油门开度不变；

第二预设行车工况为电动四驱车的带锁差速器挂锁，并以预设车速在高附着路面上直线行驶后进行大转向；

内侧车轮和外侧车轮为与带锁差速器相连的两车轮。

2.根据权利要求1所述的预测电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法，其特征在于，若电动四驱车的行车工况为第一预设行车工况，基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测的步骤，包括：

基于整车纵向转角β、整车横摆角速度ω和整车纵向车速u，确定内侧车轮纵向车速u_内；

基于内侧车轮转速ω_内和内侧车轮纵向车速u_内，确定内侧车轮滑移率λ_内；

当内侧车轮滑移率λ_内超过最佳滑移率λ_p时，因内侧车轮受到的纵向牵引力快速降低，导致外侧车轮收到的纵向牵引力快速增大，使带锁差速器出现第一失效模式，第一失效模式为因带锁差速器的外侧半轴齿轮受到冲击载荷而可能失效的模式；

最佳滑移率λ_p根据预设的第一关系曲线确定，第一关系曲线为电动四驱车在高附着路面上行驶时对应的滑移率-车轮纵向牵引力的关系曲线。

3.根据权利要求2所述的预测电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法，其特征在于，最佳滑移率λ_p为第一关系曲线中车轮纵向牵引力最大的滑移率点。

4.根据权利要求2所述的预测电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法，其特征在于，不同车型对应的第一关系曲线不同。

5.根据权利要求1所述的预测电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法，其特征在于，若电动四驱车的行车工况为第二预设行车工况，基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测的步骤，包括：

基于整车纵向转角β、整车横摆角速度ω和整车纵向车速u，确定内侧车轮纵向车速u_内和外侧车轮纵向车速u_外；

基于内侧车轮转速ω_内和内侧车轮纵向车速u_内，确定内侧车轮滑移率λ_内；

基于外侧车轮转速ω_外和外侧车轮纵向车速u_外，确定外侧车轮滑移率λ_外；

当内侧车轮滑移率λ_内为正且外侧车轮滑移率λ_外为负时，因内侧车轮受到纵向驱动力且外侧车轮受到纵向制动力，使带锁差速器出现第二失效模式，第二失效模式为因带锁差速器的行星齿轮两侧受到相反扭矩而可能失效的模式。

6.根据权利要求1所述的预测电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在预测出带锁差速器出现失效模式时，进行用户预警。

7.一种测试电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法，其特征在于，所述电动四驱车包括有带锁差速器，所述方法包括：

将电动四驱车停靠在预设高附着路面上，并控制电动四驱车以第一预设测试工况，对整车纵向转角β、整车横摆角速度ω、整车纵向车速u、内侧车轮转速ω_内分别进行检测，并基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测；

将电动四驱车停靠在预设高附着路面上，并控制电动四驱车以第二预设测试工况，对整车纵向转角β、整车横摆角速度ω、整车纵向车速u、内侧车轮转速ω_内及外侧车轮转速ω_外分别进行检测，并基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测；

第一预设测试工况为先控制电动四驱车的带锁差速器挂锁，再控制电动四驱车原地大转向并以预设大油门开度在预设高附着路面上起步，且起步后维持预设大油门开度不变，以维持电机扭矩输入到带锁差速器的总扭矩不变；

第二预设测试工况为先控制电动四驱车的带锁差速器挂锁，再控制电动四驱车以预设车速在预设高附着路面直线行驶后进行大转向；

内侧车轮和外侧车轮为与带锁差速器相连的两车轮。

8.根据权利要求7述的测试电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法，其特征在于，电动四驱车在预设高附着路面上以第一预设测试工况行驶时，基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测的步骤，包括：

基于整车纵向转角β、整车横摆角速度ω和整车纵向车速u，确定内侧车轮纵向车速u_内；

基于内侧车轮转速ω_内和内侧车轮纵向车速u_内，确定内侧车轮滑移率λ_内；

当内侧车轮滑移率λ_内超过最佳滑移率λ_p时，内侧车轮受到的纵向牵引力快速降低，外侧车轮收到的纵向牵引力快速增大，使带锁差速器出现第一失效模式，第一失效模式为带锁差速器的外侧半轴齿轮受到冲击载荷而可能失效的模式；

最佳滑移率λ_p根据预设的第一关系曲线确定，第一关系曲线为电动四驱车在高附着路面上行驶时对应的滑移率-车轮纵向牵引力的关系曲线。

9.根据权利要求7所述的测试电动四驱车的带锁差速器失效模式的方法，其特征在于，电动四驱车在预设高附着路面上以第二预设测试工况行驶时，基于检测到的数据进行带锁差速器失效模式预测的步骤，包括：

基于整车纵向转角β、整车横摆角速度ω和整车纵向车速u，确定内侧车轮纵向车速u_内和外侧车轮纵向车速u_外；

基于内侧车轮转速ω_内和内侧车轮纵向车速u_内，确定内侧车轮滑移率λ_内；

基于外侧车轮转速ω_外和外侧车轮纵向车速u_外，确定外侧车轮滑移率λ_外；

当内侧车轮滑移率λ_内为正且外侧车轮滑移率λ_外为负时，因内侧车轮收到纵向驱动力且外侧车轮受到纵向制动力，使带锁差速器出现第二失效模式，第二失效模式为带锁差速器的行星齿轮两侧受到相反扭矩而可能失效的模式。