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基于四輪驅(qū)動汽車力矩分配控制系統(tǒng)

閱讀：1037發(fā)布：2020-10-08

專利匯可以提供基于四輪驅(qū)動汽車力矩分配控制系統(tǒng)專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 公開了一種基于 四輪驅(qū)動 汽車 的 力 矩分配控制系統(tǒng)，其包括ECU、 車輪 轉(zhuǎn)速 傳感器 、 方向盤 轉(zhuǎn) 角 傳感器、 車身 速度傳感器、液壓控制式 制動 器、橫擺 角速度 傳感器、軸間電控限滑 差速器 ，其中：車輪 轉(zhuǎn)速傳感器 、車身速度傳感器、 橫擺角速度 傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器均與ECU的輸入端連接，軸間電控 限滑差速器 和液壓控制式制動器均與ECU輸出端連接。本發(fā)明對汽車施加力矩分配綜合控制和施加軸間 扭矩 分配 控制之后，車輛表現(xiàn)出良好的動力性能和操縱 穩(wěn)定性 能，因而在改善汽車的牽引通過性、 方向穩(wěn)定性 或轉(zhuǎn)向 操縱性 中應(yīng)用時具有較好的實用性。，下面是基于四輪驅(qū)動汽車力矩分配控制系統(tǒng)專利的具體信息內(nèi)容。

1.一種基于四輪驅(qū)動汽車的力矩分配控制系統(tǒng)，其特征是包括ECU、車輪轉(zhuǎn)速傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、車身速度傳感器、液壓控制式制動器、橫擺角速度傳感器、軸間電控限滑差速器，其中：車輪轉(zhuǎn)速傳感器、車身速度傳感器、橫擺角速度傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器均與ECU的輸入端連接，軸間電控限滑差速器和液壓控制式制動器均與ECU輸出端連接；
在車輛轉(zhuǎn)向時，該系統(tǒng)通過傳感器對應(yīng)采集各車輪轉(zhuǎn)速、車身質(zhì)心縱向速度、橫擺角速度和方向盤轉(zhuǎn)角信號，并傳遞給ECU利用其內(nèi)部存儲的程序自動計算前后軸實際轉(zhuǎn)速差、前后軸理想轉(zhuǎn)速差、極限橫擺角速度和理想橫擺角速度，對傳感器采集的各種信號進(jìn)行分析、判斷、計算和處理，產(chǎn)生信號控制電控限滑差速器和液壓控制式制動器的執(zhí)行系統(tǒng)的動作，以保證車輛轉(zhuǎn)向過程中的安全性和穩(wěn)定性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于四輪驅(qū)動汽車的力矩分配控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)還設(shè)有液壓控制式制動器，在汽車轉(zhuǎn)向時當(dāng)ECU判斷為實際橫擺角速度與理想橫擺角速度之間的差值超過上下門限值的非穩(wěn)定狀態(tài)，需要對指定車輪進(jìn)行制動以產(chǎn)生附加橫擺力矩將橫擺角速度控制在穩(wěn)定范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于四輪驅(qū)動汽車的力矩分配控制系統(tǒng)，其特征在于所述的液壓控制式制動器，采用盤式制動器，裝在各個車輪輪轂處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于四輪驅(qū)動汽車的力矩分配控制系統(tǒng)，其特征在于所述的車輪轉(zhuǎn)速傳感器，采用電磁感應(yīng)式車輪轉(zhuǎn)速傳感器，裝在各個車輪輪轂上，用于計算前后軸實際轉(zhuǎn)速差和監(jiān)測車輪轉(zhuǎn)速信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于四輪驅(qū)動汽車的力矩分配控制系統(tǒng)，其特征在于所述的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，采用數(shù)字式方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，裝在方向盤下方的方向柱內(nèi)，用于采集汽車轉(zhuǎn)向時方向盤轉(zhuǎn)角信號；當(dāng)ECU判定出汽車轉(zhuǎn)向時需要對液壓控制式制動器施加附加橫擺力矩時，決策出該附加力矩施加的車輪位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于四輪驅(qū)動汽車的力矩分配控制系統(tǒng)，其特征在于所述的車身速度傳感器，采用磁電式車速成傳感器，裝在變速器殼體內(nèi)，用于采集車輛質(zhì)心縱向速度，計算汽車轉(zhuǎn)向時前后軸理想轉(zhuǎn)速差和極限橫擺角速度，以及用于監(jiān)測車身質(zhì)心縱向速度信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于四輪驅(qū)動汽車的力矩分配控制系統(tǒng)，其特征在于所述的橫擺角速度傳感器，裝在扶手箱下面，用于測量車身實際橫擺角速度，具體是用于計算汽車轉(zhuǎn)向時實際橫擺角速度與理想橫擺角速度之間的差值，以及用于監(jiān)測車身橫擺角速度信號；利用ECU內(nèi)存儲的程序進(jìn)行相應(yīng)的控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于四輪驅(qū)動汽車的力矩分配控制系統(tǒng)，其特征在于所述的軸間電控限滑差速器，采用由行星齒輪差速器和電控離合器兩部分組成的主動電控式軸間差速器，裝在前后驅(qū)動橋之間；在轉(zhuǎn)向時當(dāng)ECU判斷為有車輪過度滑轉(zhuǎn)時，用于產(chǎn)生摩擦力矩以對前后軸的驅(qū)動力矩進(jìn)行再分配。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一所述基于四輪驅(qū)動汽車的力矩分配控制系統(tǒng)的用途，其特征是該系統(tǒng)在改善汽車的牽引通過性、方向穩(wěn)定性或轉(zhuǎn)向操縱性中的應(yīng)用。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用途，其特征是在車輛轉(zhuǎn)向過程中，通過各車輪的轉(zhuǎn)速傳感器及其它傳感器將采集到的包括車輪轉(zhuǎn)速行駛狀態(tài)信息傳遞給裝在發(fā)動機附近的ECU，經(jīng)ECU對傳感器采集的各種信號進(jìn)行分析、判斷、計算和處理后，發(fā)出指令控制電控限滑差速器和液壓控制式制動器的執(zhí)行系統(tǒng)的動作，以達(dá)到控制作用來保證車輛轉(zhuǎn)向安全性和操縱穩(wěn)定性。

說明書全文

基于四輪驅(qū)動汽車力矩分配控制系統(tǒng)

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本發(fā)明屬于四輪驅(qū)動汽車操縱穩(wěn)定性控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于四輪驅(qū)動汽車轉(zhuǎn)向工況下的軸間驅(qū)動力矩控制和車輪制動力矩控制的綜合性力矩分配控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

[0002] 隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，人們對汽車動力性、操縱穩(wěn)定性和安全性等各種性能的要求越來越高。四輪驅(qū)動技術(shù)由于能充分利用車輪的附著力，獲得盡可能大的驅(qū)動力，因此越來越多的高檔轎車和運動型汽車都開始應(yīng)用這項技術(shù)。
[0003] 四輪驅(qū)動汽車轉(zhuǎn)向時，軸間扭矩分配控制技術(shù)是四輪驅(qū)動汽車的關(guān)鍵技術(shù)，通過控制前后軸間和左右輪間的扭矩分配以實現(xiàn)驅(qū)動車輪的最佳牽引性能，使車輛充分利用地面附著力，從而使汽車在行駛中適應(yīng)不斷變化的行駛狀態(tài)和路面情況，把驅(qū)動力矩合理地分配給各驅(qū)動輪，充分發(fā)揮各輪胎的驅(qū)動力，使被控制的車輪獲得較大的縱向和側(cè)向附著力，但是必須要保證扭矩再分配后各驅(qū)動輪路面附著條件良好。以達(dá)到改善汽車的牽引通過性、方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操縱性的目的。
[0004] 例如，當(dāng)汽車表征為不足轉(zhuǎn)向時，牽引力控制系統(tǒng)會將前軸的驅(qū)動力矩更多的分配給外前輪來抑制不足轉(zhuǎn)向，此時外前輪的驅(qū)動力變大。若突破路面附著極限，將會出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象，則外前輪的側(cè)向力將會急劇下降，顯然這對于轉(zhuǎn)向中的汽車來說是極為不安全的工況?？梢?，無論是差動制動控制還是牽引力控制都有缺陷。目前來看，在轉(zhuǎn)向工況下汽車的操縱穩(wěn)定性和動力性處于一種魚與熊掌不可兼得關(guān)系下，所以，為了兼顧汽車的動力性和操縱穩(wěn)定性，對軸間驅(qū)動力矩分配控制和車輪制動力矩分配控制的綜合性研究是很有必要的。
[0005] 本發(fā)明提出了一種軸間驅(qū)動力矩控制和車輪制動力矩控制的綜合性力矩分配控制系統(tǒng)，以四輪驅(qū)動汽車為研究對象，將電子控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)機械控制系統(tǒng)相結(jié)合。根據(jù)當(dāng)前車輛行駛工況，通過各傳感器采集的信息輸入到ECU，利用其內(nèi)部存儲的控制程序，對傳感器采集的各種信號進(jìn)行分析、判斷、計算和處理，產(chǎn)生信號控制電控限滑差速器和液壓控制式制動器的執(zhí)行系統(tǒng)的動作，主動進(jìn)行前后驅(qū)動軸間驅(qū)動力矩的調(diào)配和改變相應(yīng)車輪的制動壓力，將前后軸轉(zhuǎn)速差和車輛橫擺角速度控制在理想范圍內(nèi)，來保證汽車轉(zhuǎn)向時的安全性和穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于四輪驅(qū)動汽車的力矩分配控制系統(tǒng)，以便將前后軸轉(zhuǎn)速差和車輛橫擺角速度控制在理想范圍內(nèi)，來保證汽車轉(zhuǎn)向時的安全性和穩(wěn)定性。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案：
[0008] 本發(fā)明提供的基于四輪驅(qū)動汽車的力矩分配控制系統(tǒng)，包括ECU、車輪轉(zhuǎn)速傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、車身速度傳感器、液壓控制式制動器、橫擺角速度傳感器、軸間電控限滑差速器，其中：車輪轉(zhuǎn)速傳感器、車身速度傳感器、橫擺角速度傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器均與ECU的輸入端連接，軸間電控限滑差速器和液壓控制式制動器均與ECU輸出端連接。
[0009] 該基于四輪驅(qū)動汽車的力矩分配控制系統(tǒng)還設(shè)有液壓控制式制動器，在汽車轉(zhuǎn)向時當(dāng)ECU判斷為實際橫擺角速度與理想橫擺角速度之間的差值超過上下門限值的非穩(wěn)定狀態(tài)，需要對指定車輪進(jìn)行制動以產(chǎn)生附加橫擺力矩將橫擺角速度控制在穩(wěn)定范圍。
[0010] 所述的液壓控制式制動器，采用盤式制動器，裝在各個車輪輪轂處。
[0011] 所述的車輪轉(zhuǎn)速傳感器，采用電磁感應(yīng)式車輪轉(zhuǎn)速傳感器，裝在各個車輪輪轂上，用于計算前后軸實際轉(zhuǎn)速差和監(jiān)測車輪轉(zhuǎn)速信號。
[0012] 所述的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，采用數(shù)字式方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，裝在方向盤下方的方向柱內(nèi)，用于采集汽車轉(zhuǎn)向時方向盤轉(zhuǎn)角信號；當(dāng)ECU判定出汽車轉(zhuǎn)向時需要對液壓控制式制動器施加附加橫擺力矩時，決策出該附加力矩施加的車輪位置。
[0013] 所述的車身速度傳感器，采用磁電式車速成傳感器，裝在變速器殼體內(nèi)，用于采集車輛質(zhì)心縱向速度，計算汽車轉(zhuǎn)向時前后軸理想轉(zhuǎn)速差和極限橫擺角速度，以及用于監(jiān)測車身質(zhì)心縱向速度信號。
[0014] 所述的橫擺角速度傳感器，裝在扶手箱下面，用于測量車身實際橫擺角速度，具體是用于計算汽車轉(zhuǎn)向時實際橫擺角速度與理想橫擺角速度之間的差值，以及用于監(jiān)測車身橫擺角速度信號；利用ECU內(nèi)存儲的程序進(jìn)行相應(yīng)的控制。
[0015] 所述的軸間電控限滑差速器，采用由行星齒輪差速器和電控離合器兩部分組成的主動電控式軸間差速器，裝在前后驅(qū)動橋之間；在轉(zhuǎn)向時當(dāng)ECU判斷為有車輪過度滑轉(zhuǎn)時，用于產(chǎn)生摩擦力矩以對前后軸的驅(qū)動力矩進(jìn)行再分配。
[0016] 本發(fā)明提供的上述的基于四輪驅(qū)動汽車的力矩分配控制系統(tǒng)，其用途是：在改善汽車的牽引通過性、方向穩(wěn)定性或轉(zhuǎn)向操縱性中的應(yīng)用。
[0017] 該基于四輪驅(qū)動汽車的力矩分配控制系統(tǒng)應(yīng)用時，其在車輛轉(zhuǎn)向過程中，通過各車輪的轉(zhuǎn)速傳感器及其它傳感器將采集到的包括車輪轉(zhuǎn)速行駛狀態(tài)信息傳遞給裝在發(fā)動機附近的ECU，經(jīng)ECU對傳感器采集的各種信號進(jìn)行分析、判斷、計算和處理后，發(fā)出指令控制電控限滑差速器和液壓控制式制動器的執(zhí)行系統(tǒng)的動作，以達(dá)到控制作用來保證車輛轉(zhuǎn)向安全性和操縱穩(wěn)定性。
[0018] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要優(yōu)點：
[0019] 轉(zhuǎn)向工況下，傳統(tǒng)四輪驅(qū)動汽車除了差動制動控制外，還用到了牽引力控制系統(tǒng)，通過控制扭矩分配裝置調(diào)整輪間的驅(qū)動力矩或者軸間的驅(qū)動力矩，產(chǎn)生附加橫擺力矩來調(diào)整汽車的轉(zhuǎn)向特性，但是必須要保證驅(qū)動力矩再分配后各驅(qū)動輪路面附著狀態(tài)良好。例如，當(dāng)汽車表征為不足轉(zhuǎn)向時，牽引力控制系統(tǒng)可以將左前輪的驅(qū)動力矩更多的分配給右前輪來抑制不足轉(zhuǎn)向，此時右前輪的驅(qū)動力變大，若突破路面附著極限，將會出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象，則右前輪的側(cè)向力將會急劇下降，顯然這對于轉(zhuǎn)向中的汽車來說是極為不安全的工況?？梢姡瑹o論是差動制動控制還是牽引力控制都有缺陷。目前來看，轉(zhuǎn)向工況下無法同時保證汽車的操縱穩(wěn)定性和動力性。為了實現(xiàn)這一點，本發(fā)明提出了一種四輪驅(qū)動汽車力矩分配控制系統(tǒng)。
[0020] 本發(fā)明分析了目前車輛轉(zhuǎn)向時的所采用的控制策略的缺陷，針對以往轉(zhuǎn)向工況下單一的進(jìn)行制動力矩控制或者扭矩分配控制來調(diào)整汽車的轉(zhuǎn)向特性，制定驅(qū)動力分配與制動力分配的綜合控制策略，并對制定的控制策略提出性能要求以提高轉(zhuǎn)向工況下的操縱穩(wěn)定性能和動力性能。具體的分析了軸間扭矩分配及制動力矩分配的控制原理，確定基于前后軸轉(zhuǎn)速差的軸間扭矩分配控制策略，提高轉(zhuǎn)向時車輛的動力性能，并分析了軸間扭矩分配對車輛轉(zhuǎn)向特性的影響。確定了制動力矩分配控制策略，提高轉(zhuǎn)向時車輛的操縱穩(wěn)定性。綜合各種控制算法的優(yōu)缺點，為軸間扭矩分配控制策略選擇PID控制，為制動力矩分配控制策略選擇增量式PD控制，最終完成對力矩分配綜合控制策略的建模。相關(guān)仿真對比數(shù)據(jù)請參考說明書附圖模塊中各數(shù)據(jù)曲線圖。
[0021] 本發(fā)明分別從單移線工況和角階躍工況下，提供了無控制系統(tǒng)、軸間扭矩分配控制系統(tǒng)和本發(fā)明的力矩分配綜合控制系統(tǒng)三種條件下的轉(zhuǎn)向仿真分析數(shù)據(jù)，由表1和表2所列的對比數(shù)據(jù)可知本發(fā)明的優(yōu)勢之處。
[0022] 由表1可知：只進(jìn)行軸間扭矩分配控制與沒有控制時候的仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析：可以看到車輛在轉(zhuǎn)向過程中的車速更加穩(wěn)定，驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率峰值由也基本保持在0.1以下，車輛的動力性得到顯著的改善。在轉(zhuǎn)向過程中，扭矩大多數(shù)時間是向前軸轉(zhuǎn)移，使車輛的過多轉(zhuǎn)向得到一定的抑制，結(jié)果是車輛在方向盤右轉(zhuǎn)的過程中橫擺角速度的絕對值的最大值由未經(jīng)控制時的0.38rad/s降低到0.32rad/s；但是在轉(zhuǎn)向過程快結(jié)束時，軸間扭矩分配裝置開始向后軸轉(zhuǎn)移扭矩，增大了車輛的過多轉(zhuǎn)向趨勢，導(dǎo)致的直接結(jié)果為汽車最終的跑偏程度相比較無控制的情況略微偏大，由-12.5m增至-20m；橫擺角由-0.2rad增至-
0.28rad。此外，驅(qū)動輪的過度滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象得到改善，使得方向盤右轉(zhuǎn)時的質(zhì)心側(cè)偏角峰值由
0.41rad降低到0.25rad。
[0023] 力矩分配綜合控制與只進(jìn)行軸間扭矩分配控制條件下的仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析：車輛行駛速度在轉(zhuǎn)向過程中依然能保持穩(wěn)定，波動幅度非常??；車輛的質(zhì)心側(cè)偏角變化幅度小，方向盤右轉(zhuǎn)時峰值由0.25rad降至0.034rad，符合單移線工況下的變化趨勢；橫擺角速度極值有所減小，方向盤右轉(zhuǎn)時峰值由0.32rad/s降至0.22rad/s，變化趨勢較好的跟隨理想橫擺角速度；汽車最終的跑偏程度相比較明顯偏小，由-20m減小至8.6m；車輛橫擺角在轉(zhuǎn)向結(jié)束后歸零，車輛行駛軌跡滿足駕駛員的操作意圖。車輛在單移線轉(zhuǎn)向工況下表現(xiàn)出良好的動力性能和操縱穩(wěn)定性能。
[0024] 綜上所述，由表1所列的對比數(shù)據(jù)可知：在施加軸間扭矩分配控制之后，車輛轉(zhuǎn)向時的動力性能有所改善，但是操縱穩(wěn)定性能沒有得到明顯的提升，而施加力矩分配綜合控制時車輛表現(xiàn)出良好的動力性能和操縱穩(wěn)定性能。
[0025] 由表2可知：只進(jìn)行軸間扭矩分配控制與沒有控制時候的仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析：各車輪的滑轉(zhuǎn)率穩(wěn)定在很小的范圍內(nèi)峰值由0.75減小至0.4，質(zhì)心側(cè)偏角峰值由0.001rad增至0.003rad，橫擺角由0.11rad增至0.42rad，橫擺角速度峰值由0.025rad/s增至
0.11rad/s。由于滑轉(zhuǎn)率較低，質(zhì)心側(cè)偏角、橫擺角、橫擺角速度峰值等都有所提高，車輛前軸的車輪相對工作狀態(tài)有所改善，側(cè)向附著力也隨之提高，轉(zhuǎn)向性能增強。整車縱向速度由無控制情況下的45km/h增至60km/h，軸間扭矩分配控制時縱向位移由3.1m增至16.5m，明顯提高了車輛動力性。
[0026] 力矩分配綜合控制與只進(jìn)行軸間扭矩分配控制條件下的仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析：縱向位移由16.5m增至19.5m，質(zhì)心側(cè)偏角峰值變化不大，橫擺角由0.42rad增至0.48rad，橫擺角速度峰值由0.11rad/s增至0.14rad/s，且符合理想變化趨勢。由于制動力矩分配裝置對左后輪進(jìn)行了制動，導(dǎo)致左后輪的輪速和滑轉(zhuǎn)率在制動過程中有所下降。
[0027] 綜上所述，由表2所列的對比數(shù)據(jù)可知：在施加軸間扭矩分配控制之后，車輛轉(zhuǎn)向時的動力性和操縱穩(wěn)定性能有一定改善，但是沒有得到明顯的提升，而施加力矩分配綜合控制時車輛表現(xiàn)出良好的動力性能和操縱穩(wěn)定性能。

附圖說明

[0028] 圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的整體分布結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖2是力矩分配控制系統(tǒng)的控制流程圖；
[0030] 圖3是軸間力矩分配策略圖。
[0031] 圖4是軸間扭矩分配控制器模型圖。
[0032] 圖5是軸間分配扭矩限值模塊圖。
[0033] 圖6是制動力矩分配控制策略圖。
[0034] 圖7是制動力矩分配控制器模型圖。
[0035] 圖8-15是無控制情況下階躍轉(zhuǎn)向仿真分析曲線圖。
[0036] 圖8是車速-實際仿真時間關(guān)系曲線圖。
[0037] 圖9是各車輪轉(zhuǎn)速-實際仿真時間關(guān)系曲線圖。
[0038] 圖10是實際、理想前后軸轉(zhuǎn)速差-實際仿真時間關(guān)系曲線圖。
[0039] 圖11是各車輪滑轉(zhuǎn)率-實際仿真時間關(guān)系曲線圖。
[0040] 圖12是縱向位移-橫向位移關(guān)系曲線圖。
[0041] 圖13是質(zhì)心側(cè)偏角-實際仿真時間關(guān)系曲線圖。
[0042] 圖14是車身橫擺角-實際仿真時間關(guān)系曲線圖。
[0043] 圖15是車身橫擺角速度-實際仿真時間關(guān)系曲線圖。
[0044] 圖16-23是力矩分配綜合控制策略下階躍轉(zhuǎn)向仿真分析曲線圖。
[0045] 圖16是車速-實際仿真時間關(guān)系曲線圖。
[0046] 圖17是各車輪轉(zhuǎn)速-實際仿真時間關(guān)系曲線圖。
[0047] 圖18是實際、理想前后軸轉(zhuǎn)速差-實際仿真時間關(guān)系曲線圖。
[0048] 圖19是各車輪滑轉(zhuǎn)率-實際仿真時間關(guān)系曲線圖。
[0049] 圖20是縱向位移-橫向位移關(guān)系曲線圖。
[0050] 圖21是質(zhì)心側(cè)偏角-實際仿真時間關(guān)系曲線圖。
[0051] 圖22是車身橫擺角-實際仿真時間關(guān)系曲線圖。
[0052] 圖23是車身橫擺角速度-實際仿真時間關(guān)系曲線圖。
[0053] 圖中：1.ECU，2.車輪轉(zhuǎn)速傳感器，3.方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，4.車身速度傳感器，5.液壓控制式制動器，6.橫擺角速度傳感器，7.軸間電控限滑差速器。

具體實施方式

[0054] 本發(fā)明提供的是一種基于四輪驅(qū)動汽車轉(zhuǎn)向工況下的軸間驅(qū)動力矩控制和車輪制動力矩控制的綜合性力矩分配控制系統(tǒng)。它可以根據(jù)車輛轉(zhuǎn)向時，通過傳感器對應(yīng)采集各車輪轉(zhuǎn)速、車身質(zhì)心縱向速度、橫擺角速度和方向盤轉(zhuǎn)角信號等信息，并傳遞給ECU利用其內(nèi)部存儲的程序自動計算前后軸實際、理想轉(zhuǎn)速差和極限、理想橫擺角速度，對傳感器采集的各種信號進(jìn)行分析、判斷、計算和處理，產(chǎn)生信號控制電控限滑差速器和液壓控制式制動器的執(zhí)行系統(tǒng)的動作，以保證車輛轉(zhuǎn)向過程中的安全性和穩(wěn)定性。
[0055] 下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限定本發(fā)明。
[0056] 本發(fā)明提供的基于四輪驅(qū)動汽車的力矩分配控制系統(tǒng)，如結(jié)構(gòu)如圖1-圖7所示，包括ECU?1、車輪轉(zhuǎn)速傳感器2、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器3、車身速度傳感器4、液壓控制式制動器5、橫擺角速度傳感器6、軸間電控限滑差速器7。其中，車輪轉(zhuǎn)速傳感器、車身速度傳感器、橫擺角速度傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器均與ECU的輸入端連接，軸間電控限滑差速器和液壓控制式制動器均與ECU輸出端連接。
[0057] 所述的ECU?1(Electronic?Control?Unit)，裝在發(fā)動機附近，其是電子控制單元，又稱“行車電腦”、“車載電腦”等，用于對傳感器采集的各種信號進(jìn)行分析、判斷、計算和處理，產(chǎn)生信號控制軸間電控限滑差速器和液壓控制式制動器的執(zhí)行系統(tǒng)的動作，以達(dá)到控制作用來保證車輛轉(zhuǎn)向安全性和操縱穩(wěn)定性。
[0058] 所述的車輪轉(zhuǎn)速傳感器2，裝在各個車輪輪轂上，用于監(jiān)測車輪轉(zhuǎn)速信號，可以采用電磁感應(yīng)式車輪轉(zhuǎn)速傳感器。
[0059] 所述的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器3，裝在方向盤下方的方向柱內(nèi)，用于監(jiān)測轉(zhuǎn)向角信號，可以采用數(shù)字式方向盤轉(zhuǎn)角傳感器。
[0060] 所述的車身速度傳感器4，裝在變速器殼體內(nèi)，用于監(jiān)測車身質(zhì)心縱向速度信號，可以采用磁電式車速成傳感器。
[0061] 所述的橫擺角速度傳感器6，裝在扶手箱下面，用于監(jiān)測車身橫擺角速度信號，可以采用日本日產(chǎn)公司旗下的橫擺角速度傳感器。
[0062] 所述的軸間電控限滑差速器7，裝在前后驅(qū)動橋之間，用于對前后驅(qū)動橋之間的驅(qū)動力矩進(jìn)行再分配，可以采用由行星齒輪差速器和電控離合器兩部分組成的主動電控式軸間差速器。
[0063] 本發(fā)明還包括液壓控制式制動器5，采用盤式制動器，用于在工作需要時對外前輪或者內(nèi)后輪進(jìn)行制動以產(chǎn)生一個附加橫擺力矩來保證車輛轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。該液壓控制式制動器裝在各個車輪輪轂處。
[0064] 本發(fā)明提供的基于四輪驅(qū)動汽車的力矩分配控制系統(tǒng)，其工作過程如下：
[0065] 1.軸間電控限滑差速器的執(zhí)行系統(tǒng)的具體工作過程：
[0066] 目前對于車輪滑轉(zhuǎn)狀態(tài)的監(jiān)測方法之一是通過比較左右車輪間或前后差速器殼體間的轉(zhuǎn)速差來判斷車輪的滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象，相應(yīng)的控制對象為轉(zhuǎn)速差的范圍。設(shè)定前軸差速器殼體的回轉(zhuǎn)速度為前軸轉(zhuǎn)速，后軸差速器殼體的回轉(zhuǎn)速度為后軸轉(zhuǎn)速。當(dāng)車輛在良好的路面直行時，若前后車輪均無滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象，則前后軸的轉(zhuǎn)速差為0。但是，在轉(zhuǎn)向工況下，傳感器傳回的前后軸轉(zhuǎn)速差信號中，不僅包括了由于車輪滑轉(zhuǎn)導(dǎo)致的轉(zhuǎn)速差，也包含了前后車輪轉(zhuǎn)彎半徑不同而出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速差。此時，若以前后軸轉(zhuǎn)速差為0作為目標(biāo)的話，則前后驅(qū)動軸之間會出現(xiàn)干涉，不可避免的會對轉(zhuǎn)向過程產(chǎn)生影響。為此，提出一種轉(zhuǎn)向工況下的理想前后軸轉(zhuǎn)速差作為控制目標(biāo)。
[0067]
[0068]
[0069] 式中：wu表示前軸轉(zhuǎn)速，wd表示后軸轉(zhuǎn)速，wfl表示左前輪轉(zhuǎn)速；wfr表示右前輪轉(zhuǎn)速；wrl表示左后輪轉(zhuǎn)速；wrr表示右后輪轉(zhuǎn)速。
[0070] 安裝在四個車輪處的輪速傳感器和車身傳感器分別將監(jiān)測的車輪轉(zhuǎn)速和車身質(zhì)心縱向速度等信號傳遞給ECU，利用其內(nèi)部存儲的控制程序，對傳感器采集的各種信號進(jìn)行分析、判斷、計算和處理。其中實際前后軸轉(zhuǎn)速差計算公式如下：
[0071] Δwm＝|wu-wd|
[0072] 式中：Δwm表示實際前后軸轉(zhuǎn)速差。
[0073] 本發(fā)明考慮前后驅(qū)動軸之間的扭矩分配，為此建立線性二自由模型，該模型僅保留車輛繞z軸的橫擺運動以及在y方向上的側(cè)向運動，即認(rèn)為車廂只進(jìn)行平行于水平面的運動。忽略載荷在軸間及輪間的轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致的輪胎性能變化以及輪胎的產(chǎn)生的回正力矩的的作用，將汽車簡化為一個兩輪摩托車模型。轉(zhuǎn)向工況下線性二自由度汽車模型的運動方程如下所示：
[0074]
[0075] 當(dāng)汽車行駛速度保持不變時，車輛進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后將做勻速圓周運動，即代入上式得穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向靈敏度為：
[0076]
[0077] 其中：K表示汽車的穩(wěn)定性因素，其表達(dá)式為
[0078]
[0079] 式中：k1、k2分別表示汽車的前后輪的側(cè)偏剛度，β表示質(zhì)心側(cè)偏角，u表示車輛質(zhì)心的縱向速度；lf、lr分別表示質(zhì)心到前后軸的距離；woz為傳感器監(jiān)測到的實際橫擺角速度；δf表示汽車的前輪轉(zhuǎn)角；Iz表示汽車?yán)@Z軸的轉(zhuǎn)動慣量；L表示軸距。
[0080] 由上式可得汽車轉(zhuǎn)向半徑表達(dá)式為：
[0081]
[0082] 式中：R表示汽車轉(zhuǎn)向半徑；K表示汽車的穩(wěn)定性因素；u表示車輛質(zhì)心的縱向速度；L表示軸距；δf表示汽車的前輪轉(zhuǎn)角。
[0083] 假設(shè)轉(zhuǎn)向過程中前后車輪均未出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象，對線性二自由度模型進(jìn)行數(shù)學(xué)分析可知：
[0084]
[0085] 式中：Rf、Rr分別為前后軸的轉(zhuǎn)彎半徑；R表示汽車轉(zhuǎn)向半徑；lf、lr分別表示質(zhì)心到前后軸的距離；β表示質(zhì)心側(cè)偏角。
[0086] 因此理想前后軸轉(zhuǎn)速差計算公式如下：
[0087]
[0088] 式中：vf、vr及υ分別表示前后輪以及汽車質(zhì)心的實際速度；Rf、Rr分別為前后軸的轉(zhuǎn)彎半徑；rwf、rwr分別表示前后輪的滾動半徑；R表示車輛的轉(zhuǎn)彎半徑。
[0089] 由以上公式可知，只要知道車輛的轉(zhuǎn)彎半徑R和質(zhì)心側(cè)偏角β即可求出汽車轉(zhuǎn)向時前后軸的理想轉(zhuǎn)速差。本發(fā)明中R可由上述公式計算出來，而β可由整車模型中直接讀取。
[0090] 在角階躍轉(zhuǎn)向工況中，設(shè)定車輛在良好的路面起步加速，其前后軸的扭矩分配比固定為0.36:0.64，為了避免加速過程中換擋對仿真結(jié)果產(chǎn)生不必要的影響，設(shè)定車輛以1檔起步，在仿真時間1s之后，油門開度達(dá)到20°，并保持不變。仿真開始3s后，駕駛員向轉(zhuǎn)向盤輸入一個0°到120°的階躍信號，階躍時間為1s，隨后保持方向盤轉(zhuǎn)角不變。油門開度信號和方向盤呢輸入信號如圖所示。設(shè)定仿真時間為8s。路面行駛條件為：在0～2s時，前后輪的附著系數(shù)均為0.6，在2s到8s時，前輪附著系數(shù)為0.1，后輪附著系數(shù)為0.6。
[0091] 利用初始設(shè)置及通過傳感器監(jiān)測得到的參數(shù)代入以上公式計算出實際、理想前后軸轉(zhuǎn)速差。
[0092] 該控制系統(tǒng)選擇位置式PID控制，控制器的輸入為：
[0093] e＝Δwideal-Δwm
[0094] 式中：e表示控制器的輸入；Δwideal表示理想前后軸轉(zhuǎn)速差；Δwm表示實際前后軸轉(zhuǎn)速差。
[0095] 輸出量為軸間電控限滑差速器中電機的電流大小，控制方程為：
[0096]
[0097] 式中：kp表示比例系數(shù)，ki表示積分系數(shù)，kd表示微分系數(shù)，e表示控制器的輸入；i(t)表示軸間電控限滑差速器中電機的電流大小。
[0098] 軸間扭矩分配的控制邏輯較為簡單，當(dāng)前軸轉(zhuǎn)速與后軸轉(zhuǎn)速的差值大于理想的前后軸轉(zhuǎn)速差時，判定前軸出現(xiàn)過度滑轉(zhuǎn)，此時控制執(zhí)行器將更多的扭矩輸送到后軸。反之，則判定后軸出現(xiàn)過度滑轉(zhuǎn)，此時控制執(zhí)行器將更大的扭矩輸送到前軸。
[0099] 若車輛前后軸轉(zhuǎn)速差值較大，則計算出的軸間轉(zhuǎn)移扭矩會超過所能轉(zhuǎn)移的扭矩的最大值，因此，建立了軸間轉(zhuǎn)移扭矩的限值模塊，如圖4所示，保證前后軸扭矩輸入保持正常。
[0100] 2.液壓控制式制動器的執(zhí)行系統(tǒng)的具體工作過程：
[0101] 安裝在扶手箱下面橫擺角速度傳感器將監(jiān)測到的車身橫擺角速度、安裝在方向盤下方的方向柱內(nèi)的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器將監(jiān)測到的轉(zhuǎn)向角和安裝在變速器殼體內(nèi)的車身速度傳感器將監(jiān)測到車身質(zhì)心縱向速度等信號傳遞給ECU，利用其內(nèi)部存儲的控制程序，對傳感器采集的各種信號進(jìn)行分析、判斷、計算和處理。其中穩(wěn)態(tài)橫擺角速度計算公式如下：
[0102]
[0103] 式中：woz)s表示穩(wěn)態(tài)橫擺角速度；u表示車輛質(zhì)心的縱向速度；L表示軸距；K表示汽車的穩(wěn)定性因素；δf表示汽車的前輪轉(zhuǎn)角。
[0104] 車輛在轉(zhuǎn)向過程中的極限橫擺角速度為：
[0105]
[0106] 式中：woz)max表示極限橫擺角速度；μmax表示地面最大附著系數(shù)；g表示重力加速度；u表示車輛質(zhì)心的縱向速度。
[0107] 汽車在轉(zhuǎn)向工況下時的理想橫擺角速度：
[0108] wideal＝min{|woz)s|,|woz)max|}sign(woz)s)
[0109] 式中：wideal表示理想橫擺角速度；woz)s表示穩(wěn)態(tài)橫擺角速度；woz)max表示極限橫擺角速度。
[0110] 定義橫擺角速度的偏差為：
[0111]
[0112] 當(dāng)h>0時，車輛為過多轉(zhuǎn)向，當(dāng)h<0時，車輛為不足轉(zhuǎn)向。
[0113] 式中:woz為傳感器監(jiān)測到的實際橫擺角速度，wideal為計算出來的理想橫擺角速度。
[0114] 對于PD控制器，有：
[0115] Mb(k)＝kph(k)+kd[h(k)-h(k-1)]
[0116] 式中，Mb(k)表示系統(tǒng)的第k次采樣輸出值，h(k)表示系統(tǒng)的第k次采樣輸入值，kp表示比例系數(shù)，kd表示微分系數(shù)。
[0117] 由上式可知：
[0118] Mb(k-1)＝kph(k-1)+kd[h(k-1)-h(k-2)]
[0119] 產(chǎn)生的附加橫擺力矩為：
[0120] ΔMb(k)＝Mb(k)-Mb(k-1)＝kpΔh(k)+kd[Δh(k)-Δh(k-1)]，
[0121] 式中：Δh(k)＝h(k)-h(k-1)。ΔMb表示制動力矩的增量，h表示橫擺角速度的偏差。
[0122] 控制器首先接收整車傳回的信息，計算出實際橫擺角速度與理想橫擺角速度的值，并在理想橫擺角速度上增加上下門限。若實際橫擺角速度處于門限值內(nèi)時，則認(rèn)為車輛還保持在穩(wěn)定狀態(tài)。若實際橫擺加速度打破門限，則判定車輛處于非穩(wěn)定狀態(tài)，此時增量式PD算法將根據(jù)輸入偏差量計算出所需的附加橫擺力矩大小的增量，同時通過轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號和輸入偏差信號判斷此時的車輛轉(zhuǎn)向特性，決策出需要制動的車輪位置。接著通過制動器與制動管路模型換算出需要的制動壓力，并將此變量送給制動器模型。
[0123] 通過比較圖8-15無控制情況下角階躍轉(zhuǎn)向仿真分析各曲線圖和圖16-23是力矩分配綜合控制策略下角階躍轉(zhuǎn)向仿真分析各曲線圖可知。
[0124] 前輪進(jìn)入低附著路面后，迅速出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象，此時輪速傳感器檢測到前后軸的轉(zhuǎn)速差偏離理想值，軸間扭矩分配裝置開始工作，動態(tài)的分配前后軸的扭矩，前后軸轉(zhuǎn)速差很快恢復(fù)至理想狀態(tài)，各輪的滑移率也穩(wěn)定在很小的范圍內(nèi)。
[0125] 由于各車輪的滑轉(zhuǎn)率較低，車輛在轉(zhuǎn)向時側(cè)向力比較充足，且在轉(zhuǎn)向過程中，軸間扭矩分配裝置總是往后軸分配較多的扭矩，抑制了車輛的不足轉(zhuǎn)向。
[0126] 車輛在轉(zhuǎn)向過程中初期的不足轉(zhuǎn)向程度超過控制范圍，制動力矩分配裝置開始對內(nèi)后輪制動，產(chǎn)生了附加橫擺力矩抑制了車輛的不足轉(zhuǎn)向趨勢。
[0127] 由于制動力矩分配裝置對內(nèi)后輪進(jìn)行了制動，導(dǎo)致內(nèi)后輪的輪速和滑轉(zhuǎn)率在制動過程中有所下降，提高了車輛轉(zhuǎn)向時的安全性和穩(wěn)定性。
[0128] 對于仿真分析曲線圖可知，整車縱向速度由無控制情況下的45km/h增至58km/h；縱向位移由3.4m增至19.5m；質(zhì)心側(cè)偏角峰值由0.005rad增至0.025rad；橫擺角由0.11rad增至0.48rad；橫擺角速度峰值由0.025rad/s增至0.14rad/s。
[0129] 應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。
[0130] 表1單移線轉(zhuǎn)向工況—仿真分析數(shù)據(jù)
[0131]
[0132] 表2角階躍轉(zhuǎn)向工況—仿真分析數(shù)據(jù)
[0133]
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