WO2023029998A1

WO2023029998A1 - 适时四驱控制方法、车辆及存储介质

Info

Publication number: WO2023029998A1
Application number: PCT/CN2022/112975
Authority: WO
Inventors: 崔金龙; 周泽慧; 赵洋; 刘元治; 吴爱彬; 倪健土
Original assignee: 中国第一汽车股份有限公司
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2022-08-17
Publication date: 2023-03-09
Also published as: CN113665575B; CN113665575A

Abstract

一种适时四驱控制方法，包括：根据车辆状态识别和车辆模式选择，确定适时四驱系统工作模式；根据车辆模式和驾驶员操作信息确定不同四驱系统工作模式对应的前馈扭矩；根据车辆横摆率偏差和前后轴滑差进行闭环反馈控制，计算出满足车辆操稳和牵引需求的反馈扭矩；根据适时四驱系统工作模式、车辆工作状态和ESP指令，计算适时四驱系统扭矩上限，确保适时四驱系统安全和车辆稳定。该适时四驱控制方法能够提升车辆牵引性、安全性、经济性和操稳性。还提供了一种运用该适时四驱控制方法的车辆及存储有该适时四驱控制方法的可读存储介质。

Description

适时四驱控制方法、车辆及存储介质

本申请要求在2021年08月31日提交中国专利局、申请号为202111008921.9的中国专利申请的优先权，以上申请的全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请涉及汽车技术领域，例如涉及一种适时四驱控制方法、车辆及存储介质。

背景技术

四驱系统按照工作原理可分为分时四驱、适时四驱和全时四驱。分时四驱系统需要驾驶员手动选择四驱工作模式，且分时四驱工作不适用于高附路面。全时四驱系统默认车辆一直处于工作状态，保证车辆在任何道路环境下四驱性能，但是四驱系统成本高、油耗高、重量大。适时四驱可根据需要选择工作模式，较为合理。

目前，适时四驱控制系统基本采用以前馈控制为主，反馈控制为辅的控制策略，前馈根据发动机驱动扭矩大小和驾驶员转向盘转角设定四驱传递扭矩，反馈根据前后轴转速差进行闭环控制以降低单轴滑转现象，但未充分考虑不同道路环境下的最优工作模式、兼顾操稳和牵引性能的反馈控制以及不同行驶工况下的扭矩限制等状况，车辆牵引性、安全性、经济性和操稳性较差。

发明内容

本申请提供一种适时四驱控制方法、车辆及存储介质。

一种适时四驱控制方法，包括如下步骤：

A、工作模式：根据车辆状态识别和车辆模式选择，确定适时四驱系统工作模式；车辆状态包括湿滑路面行驶、坡道行驶和急加速行驶；车辆模式包括经济模式、舒适模式、自动模式、运动模式、越野模式、沙地模式及雪地模式；适时四驱系统工作模式包括高效四驱模式、运动四驱模式及强制四驱模式；

B、前馈控制：根据车辆模式和驾驶员操作信息确定不同适时四驱系统工作模式对应的前馈扭矩；

C、反馈控制：包括横摆反馈控制和滑差反馈控制，根据车辆横摆率偏差和前后轴滑差进行闭环反馈控制，计算出满足车辆操稳和牵引需求的反馈扭矩；

D、扭矩限制：根据适时四驱系统工作模式、车辆工作状态和ESP指令，计算适时四驱系统扭矩上限，确保适时四驱系统安全和车辆稳定。

一种车辆，所述车辆包括：

一个或多个处理器；

存储器，设置为存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述任一所述的适时四驱控制方法。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一所述的适时四驱控制方法。

附图说明

图1为本申请实施例中适时四驱控制方法的简化流程框图；

图2为本申请实施例中适时四驱控制方法的流程框图；

图3为本申请实施例中车辆模式和适时四驱系统工作模式的对应关系表。

具体实施方式

以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

本实施例公开了一种适时四驱控制方法。参考图1及图2，适时四驱控制方法包括四个大步骤，分别是工作模式选择、前馈控制、反馈控制和扭矩限制四大步骤。适时四驱控制方法包括如下步骤：

S100、工作模式：根据车辆状态识别和车辆模式选择，确定适时四驱系统工作模式；车辆状态包括湿滑路面行驶、坡道行驶和急加速行驶；车辆模式包括经济模式、舒适模式、自动模式、运动模式、越野模式、沙地模式及雪地模式；适时四驱系统工作模式包括高效四驱模式、运动四驱模式及强制四驱模式。

步骤S100中，车辆状态的判断方法为：

湿滑路面行驶判断：当车辆TCS(Traction Control System，牵引力控制系统)工作标志位为1时认为车轮处于滑转状态；当车轮滑转时，将当前加速度测量值与重力加速度的比值作为路面附着系数，当车轮未滑转时，则将当前加速度测量值与重力加速度的比值和上一时刻路面附着系数相比两者的最大值作为路面附着系数；当路面附着系数值小于0.3时或车轮处于滑转状态时，认为车辆处于湿滑路面行驶状态，否则认为车辆处于正常状态。

坡道行驶判断：根据车辆坡道信号估计车辆行驶状态，当坡道信号的绝对值(包括上坡和下坡)大于10％时，则认为车辆处于坡道行驶，否则认为车辆处于正常状态。

急加速行驶状态：根据油门开度判断车辆是否处于加速状态，当油门开度大于60％时，则认为车辆处于急加速行驶状态，否则认为处于正常状态。

车辆本身有驾驶员可选择的多种模式，如图3所示，车辆模式(也可称为车辆控制模式)与适时四驱系统工作模式的对应关系为：

车辆模式为经济模式、舒适模式、自动模式时对应的适时四驱系统工作模式为高效四驱模式；

车辆模式为运动模式时对应的适时四驱系统工作模式为运动四驱模式；

车辆模式为越野模式、沙地模式、雪地模式时对应的适时四驱系统工作模式为强制四驱模式。

步骤S100中，当检测到车辆处于湿滑路面行驶、坡道行驶和急加速行驶时，则适时四驱系统工作模式从高效四驱或运动四驱模式切换到强制四驱模式。

如图2所示，适时四驱控制方法还包括步骤：

S200、前馈控制：根据车辆工作模式和驾驶员操作信息确定不同适时四驱系统工作模式对应的前馈扭矩。

步骤S200中：

高效四驱模式下，前馈扭矩为零，车辆两驱行驶；

运动四驱模式下，直线行驶状态，前后轴扭矩分配按照50:50分配，保证车辆直线加速四驱性能；转向行驶状态，当车辆侧向加速度小于0.4g时且方向盘转角大于60°时，前后轴扭矩分配按照0:100进行分配，以降低车辆转向干涉；当车辆侧向加速度大于0.4g或方向盘转角小于60°时，前后轴扭矩分配按照30:70进行分配，确保弯道四驱加速优越性能，提升车辆操稳性；

强制四驱模式下，车速低于5km/h的低速行驶工况，适时四驱系统以最大能力结合，实现最强四驱能力；车速高于5km/h，前后轴按照50:50分配，保证车辆直线加速四驱性能；转向工况下，当方向盘转角小于90°且大于30°时，适时四驱系统按照30：70分配；当方向盘转角大于90°时，适时四驱系统按照10：90分配，保证转向工况下一定的四驱牵引性能，同时降低转向干涉制动现象。

前馈扭矩用T _mode表示，单位Nm，表示不同模式下的前馈控制扭矩。

如图2所示，适时四驱控制方法还包括步骤：

S300、反馈控制：包括横摆反馈控制和滑差反馈控制，根据车辆横摆率偏差和前后轴滑差实现闭环反馈控制，计算出满足车辆操稳和牵引需求的反馈扭矩。

横摆反馈控制主要用于车辆在转向工况下的不足/过多转向控制。当车辆不足转向时，将扭矩向后轴转移，当车辆过多转向时，将扭矩向前轴转移，以改善车辆不足/过多转向现象，提升车辆操稳性能。

横摆反馈控制的计算方法为：

根据车辆前轮转角和车速，计算目标横摆角速度

式中，γ _target是目标横摆角速度，单位rad/s；v _x是车速，单位m/s；δ是前轮转角，单位rad；L是轴距，单位m；

横摆反馈控制扭矩为T _yaw＝k _P(γ _target-γ _real)；

式中，T _yaw是横摆反馈扭矩，单位Nm；k _P是标定参数；γ _real是实际测量横摆角速度，单位rad/s。

滑差反馈控制主要用于车辆在加速工况下单轴滑转时增加四驱传递扭矩，以降低单轴滑转现象，提升车辆四驱性能。

滑差反馈控制包括滑差计算和滑差反馈扭矩计算。

前后轴实际滑差根据车速、前轮转角和目标滑移率计算得到：

式中，v _diff为前后轴实际滑差，单位km/h；v _RL为左后轮轮速，单位km/h；v _RR为右后轮轮速，单位km/h；v _FL为左前轮轮速，单位km/h；v _FR为右前轮轮速，单位km/h；

前后轴目标滑差计算为：

式中，v _{diff_target}为前后轴目标滑差，单位km/h；T _sum为总驱动扭矩，单位Nm；T _dis为适时四驱系统传递扭矩，单位Nm；D _x为轮胎纵向驱动刚度，单位Nm；

滑差反馈扭矩计算为：

T _vdiff＝k _P(v _diff-v _{diff_target})+k _I∫(v _diff-v _{diff_target})

式中，T _vdiff为滑差反馈扭矩，单位Nm；k _P和k _I为比例微分反馈控制系数，是标定值；

适时四驱系统的目标扭矩计算为：

T _target＝T _mode+T _yaw+T _vdiff

式中，T _target是适时四驱系统的目标扭矩，T _mode前馈是步骤S200中的前馈扭矩。

如图2所示，适时四驱控制方法还包括步骤：

S400、扭矩限制：根据适时四驱系统工作模式、车辆工作状态和ESP指令，计算适时四驱系统扭矩上限，确保适时四驱系统安全和车辆稳定。

适时四驱系统的目标扭矩还需要根据适时四驱系统工作模式、车辆工作状态和ESP等外部请求进行扭矩限制，以确保车辆和四驱系统安全。

对于高效四驱模式，前馈扭矩上限为0，横摆反馈控制的扭矩上限为适时四驱系统最大能力的30％(具体可标定)，以降低高速转向工况下的NVH(噪声、振动和声振粗糙度，noise vibration and harshness)问题；

对于运动四驱模式，前馈控制扭矩上限为适时四驱系统最大能力的40％(具体可标定)；横摆反馈控制的扭矩上限为适时四驱系统最大能力的60％(具体可标定)，以确保最优的车辆操纵稳定性和较优的四驱牵引性能；

对于强制四驱模式，前馈控制扭矩上限为适时四驱系统的最大能力，横摆反馈控制扭矩上限为适时四驱系统最大能力的30％，以突出车辆四驱牵引性能。

滑差反馈控制的扭矩上限在任何模式下均为适时四驱系统的最大能力。

对于滑行和制动工况，适时四驱系统扭矩上限为车辆最大滑行减速扭矩。

当出现车辆因换胎或胎压欠压导致的车轮滚动半径不一致时，任何四驱工作模式下的前馈控制扭矩上限均设置为0。

当ESP发送适时四驱系统扭矩限制或断开指令时，应优先响应ESP指令，保证车辆安全稳定。

当适时四驱系统出现过温报警时，应及时断开四驱，保证车辆动力系统安全。

本申请中，可根据车辆行驶状态自动调节适时四驱系统，实现两驱\四驱工作模式，在正常行驶工况采用两驱模式以提升车辆经济性，在低附、爬坡、加速和越野等工况自动切换到四驱模式以提升车辆牵引性和操稳性。

本申请中，工作模式根据车辆传感器信息估算车速、前后轴滑差、车轮滑转状态和路面附着系数等状态，从而确定车辆四驱系统最优工作模式；前馈控制根据适时四驱工作模式确定传递扭矩大小，保证驾驶员期望的四驱性能；反馈控制包括横摆反馈控制和滑差反馈控制，横摆反馈控制根据车辆不足/过多转向状态自动调节车辆四驱传递扭矩，滑差控制根据前后轴滑差状态自动调节四驱传递扭矩；扭矩限制模块根据车辆状态和ESP(Electronic Stability Program，车身电子稳定系统)等外部控制干预指令限制四驱传递扭矩，保证车辆稳定性和安全性。

利用本申请的适时四驱控制方法，显著提升车辆牵引性、安全性、经济性和操稳性。

实施例二

基于实施例一所提供的适时四驱控制方法，本申请还提供一种适时四驱控制系统，该适时四驱控制系统包括四大模块，四大模块分别是工作模式模块、前馈控制模块、反馈控制模块和扭矩限制模块。各模块的作用如下：

工作模式模块设置为根据车辆状态识别和车辆模式选择，确定适时四驱系统工作模式。

前馈控制模块设置为根据车辆工作模式和驾驶员操作信息确定不同模式对应的前馈扭矩。

反馈控制模块设置为根据车辆横摆率偏差和前后轴滑差实现闭环反馈控制，计算出满足车辆操稳和牵引需求的反馈扭矩。

扭矩限制模块设置为根据车辆工作模式、ESP指令和离合器温度保护控制，计算适时四驱系统扭矩上限，确保适时四驱系统安全和车辆稳定。

由于本实施例的适时四驱控制系统用于实现实施例一所述的适时四驱控制方法，因此，本实施例的适时四驱控制系统至少具有实施例一所述的适时四驱控制方法所具有的有益效果，在此不再重复赘述。

实施例三

本申请实施例三还在于提供一种车辆，车辆的组件可以包括但不限于：车辆本体、一个或者多个处理器，存储器，连接不同系统组件(包括存储器和处理器)的总线。

存储器作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的适时四驱控制方法对应的程序指令。处理器通过运行存储在存储器中的软件程序、指令以及模块，从而执行车辆的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的适时四驱控制方法。

存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至车辆。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

实施例四

本申请实施例四还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现一种适时四驱控制方法，该适时四驱控制方法包括如下步骤：

S100、工作模式：根据车辆状态识别和车辆模式选择，确定适时四驱系统工作模式；车辆状态包括湿滑路面行驶、坡道行驶和急加速行驶；车辆模式包括经济模式、舒适模式、自动模式、运动模式、越野模式、沙地模式及雪地模式；适时四驱系统工作模式包括高效四驱模式、运动四驱模式及强制四驱模式；

S200、前馈控制：根据车辆工作模式和驾驶员操作信息确定不同适时四驱系统工作模式对应的前馈扭矩；

S300、反馈控制：包括横摆反馈控制和滑差反馈控制，根据车辆横摆率偏差和前后轴滑差实现闭环反馈控制，计算出满足车辆操稳和牵引需求的反馈扭矩；

本申请实施例所提供的一种计算机可读存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本申请任意实施例所提供的适时四驱控制方法中的相关操作。

存储介质可以是非暂态(non-transitory)存储介质。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本申请可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的实施例本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。

上述实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。

本申请提供一种能提升车辆牵引性、安全性、经济性和操稳性的适时四驱控制方法、车辆及存储介质。

上述仅为本申请的一些实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

一种适时四驱控制方法，包括：

工作模式：根据车辆状态识别和车辆模式选择，确定适时四驱系统工作模式；车辆状态包括湿滑路面行驶、坡道行驶和急加速行驶；车辆模式包括经济模式、舒适模式、自动模式、运动模式、越野模式、沙地模式及雪地模式；适时四驱系统工作模式包括高效四驱模式、运动四驱模式及强制四驱模式；

前馈控制：根据车辆模式和驾驶员操作信息确定不同适时四驱系统工作模式对应的前馈扭矩；

反馈控制：包括横摆反馈控制和滑差反馈控制，根据车辆横摆率偏差和前后轴滑差进行闭环反馈控制，计算出满足车辆操稳和牵引需求的反馈扭矩；

扭矩限制：根据适时四驱系统工作模式、车辆工作状态和车身电子稳定系统ESP指令，计算适时四驱系统扭矩上限，确保适时四驱系统安全和车辆稳定。
根据权利要求1所述的适时四驱控制方法，其中，车辆状态的判断操作为：

湿滑路面行驶判断：响应于车辆牵引力控制系统TCS工作标志位为1，确定车轮处于滑转状态；响应于车轮滑转，将当前加速度测量值与重力加速度的比值作为路面附着系数，响应于车轮未滑转，将当前加速度测量值与重力加速度的比值和上一时刻路面附着系数相比两者的最大值作为路面附着系数；响应于路面附着系数值小于0.3或车轮处于滑转状态，确定车辆处于湿滑路面行驶状态；

坡道行驶判断：根据车辆坡道信号估计车辆行驶状态，响应于坡道信号的绝对值大于10％，确定车辆处于坡道行驶；

急加速行驶状态：根据油门开度判断车辆是否处于加速状态，响应于油门开度大于60％，确定车辆处于急加速行驶状态。
根据权利要求1所述的适时四驱控制方法，其中，车辆模式与适时四驱系统工作模式的对应关系为：

车辆模式为经济模式、舒适模式、自动模式时对应的适时四驱系统工作模式为高效四驱模式；

车辆模式为运动模式时对应的适时四驱系统工作模式为运动四驱模式；

车辆模式为越野模式、沙地模式、雪地模式时对应的适时四驱系统工作模式为强制四驱模式；

其中，响应于检测到车辆处于湿滑路面行驶、坡道行驶和急加速行驶，适时四驱系统工作模式从高效四驱或运动四驱模式切换到强制四驱模式。
根据权利要求1所述的适时四驱控制方法，还包括：

高效四驱模式下，前馈扭矩为零，车辆两驱行驶；

运动四驱模式下，直线行驶状态下，前后轴扭矩分配按照50:50分配；转向行驶状态下，响应于车辆侧向加速度小于0.4g且方向盘转角大于60°，前后轴扭矩分配按照0:100进行分配；响应于车辆侧向加速度大于0.4g或方向盘转角小于60°，前后轴扭矩分配按照30:70进行分配；

强制四驱模式下，车速低于5km/h的低速行驶工况下，适时四驱系统以最大能力结合；车速高于5km/h，前后轴按照50:50分配；转向工况下，响应于方向盘转角小于90°且大于30°，适时四驱系统按照30：70分配；响应于方向盘转角大于90°，适时四驱系统按照10：90分配。
根据权利要求1所述的适时四驱控制方法，其中，横摆反馈控制包括：

根据车辆前轮转角和车速，计算目标横摆角速度

式中，γ _target是目标横摆角速度，单位rad/s；v _x是车速，单位m/s；δ是前轮转角，单位rad；L是轴距，单位m；

横摆反馈控制扭矩为T _yaw＝k _P(γ _target-γ _real)；

式中，T _yaw是横摆反馈扭矩，单位Nm；k _P是标定参数；γ _real是实际测量横摆角速度，单位rad/s。
根据权利要求1所述的适时四驱控制方法，其中，滑差反馈控制包括滑差计算和滑差反馈扭矩计算；

前后轴实际滑差根据车速、前轮转角和目标滑移率计算得到：

式中，v _diff为前后轴实际滑差，单位km/h；v _RL为左后轮轮速，单位km/h；v _RR为右后轮轮速，单位km/h；v _FL为左前轮轮速，单位km/h；v _FR为右前轮轮速，单位km/h；γ _real是实际测量横摆角速度，单位rad/s；L是轴距，单位m；δ是前轮转角，单位rad；

前后轴目标滑差计算为：

式中，v _{diff_target}为前后轴目标滑差，单位km/h；T _sum为总驱动扭矩，单位Nm； T _dis为适时四驱系统传递扭矩，单位Nm；D _x为轮胎纵向驱动刚度，单位Nm；v _x是车速，单位m/s；

滑差反馈扭矩计算为：

T _vdiff＝k _P(v _diff-v _{diff_target})+k _I∫(v _diff-v _{diff_target})

式中，T _vdiff为滑差反馈扭矩，单位Nm；k _P和k _I为比例微分反馈控制系数，是标定值；

适时四驱系统的目标扭矩计算为：

T _target＝T _mode+T _yaw+T _vdiff

式中，T _target是适时四驱系统的目标扭矩，T _mode前馈是前馈扭矩。
根据权利要求1所述的适时四驱控制方法，其中，扭矩限制的操作包括：

对于高效四驱模式，前馈扭矩上限为0，横摆反馈控制的扭矩上限为适时四驱系统最大能力的30％；

对于运动四驱模式，前馈控制扭矩上限为适时四驱系统最大能力的40％；横摆反馈控制的扭矩上限为适时四驱系统最大能力的60％；

对于强制四驱模式，前馈控制扭矩上限为适时四驱系统的最大能力，横摆反馈控制扭矩上限为适时四驱系统最大能力的30％。
根据权利要求1所述的适时四驱控制方法，其中，扭矩限制的操作还包括：

滑差反馈控制的扭矩上限在任何模式下均为适时四驱系统的最大能力；

对于滑行和制动工况，适时四驱系统扭矩上限为车辆最大滑行减速扭矩；

响应于出现车辆因换胎或胎压欠压导致的车轮滚动半径不一致，任何四驱系统工作模式下的前馈控制扭矩上限均设置为0；

响应于ESP发送适时四驱系统扭矩限制或断开指令，优先次序下响应ESP指令；

响应于适时四驱系统出现过温报警，断开四驱。
一种适时四驱控制方法，包括：

根据车辆状态识别和车辆模式选择，确定适时四驱系统工作模式；

根据车辆模式和驾驶员操作信息确定不同适时四驱系统工作模式对应的前馈扭矩；

根据车辆横摆率偏差和前后轴滑差进行闭环反馈控制，计算出满足车辆操稳和牵引需求的反馈扭矩；

根据适时四驱系统工作模式、车辆工作状态和车身电子稳定系统ESP指令，计算适时四驱系统扭矩上限。
一种车辆，所述车辆包括：

一个或多个处理器；

存储器，设置为存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-9中任一所述的适时四驱控制方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-9中任一所述的适时四驱控制方法。