專利名稱：使用電子控制止滑差動機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性增強(qiáng)牽引與橫擺控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用電子控制止滑差動機(jī)構(gòu)在保持縱向運(yùn)動的同時增強(qiáng)車 輛橫向動態(tài)的有效(active)車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)以及方法。
背景技術(shù)：
防抱死系統(tǒng)(ABS)已經(jīng)成為現(xiàn)代客車的組成部分，并可用于提高車 輛牽引(traction)和穩(wěn)定性?；谥苿痈深A(yù)的典型牽引控制系統(tǒng)具有這樣 的缺點(diǎn)消耗了與對高摩擦輪進(jìn)行偏置(bias)所花費(fèi)能量的大致相等的 量的能量。例如，當(dāng)車輛試圖在拼合摩擦(split-/*)、低-高摩擦表面上爬 坡或加速時，其常常通#散與其偏置到高摩擦輪的相等量的能量來將其 能量損耗到制動系統(tǒng)。因此，制動轉(zhuǎn)矩限制了高摩擦輪上的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，且 經(jīng)常不足以移動車輛，例如在上坡驅(qū)動情況下。
為了克服這種限制，可在被驅(qū)動輪上應(yīng)用使用電子控制止滑差動機(jī)構(gòu) (ELSD)的牽引控制，使得車輛可通過向較高摩擦車輪發(fā)送較大牽引轉(zhuǎn) 矩來保持縱向運(yùn)動。完全鎖定差動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的縱向牽引，但在光滑或 split卞表面上，車輛的^黃向動態(tài)可能降低并偏離駕駛者期望的方向。事實(shí) 上，偏置牽引轉(zhuǎn)矩必須受到適當(dāng)?shù)目刂?，以便防止不希望的橫擺運(yùn)動以及
車輛4黃向動態(tài)的最終降低。
在相對較高的速度下，可應(yīng)用橫擺穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，以便防止車輛失 去控制。市場上的大多數(shù)車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)是基于制動器的?；谥苿?br> 器的穩(wěn)定性控制系統(tǒng)使用ABS硬件來施加單獨(dú)的車輪制動力，以便校正車 輛牙黃擺動態(tài)。然而，基于制動器的系統(tǒng)受到以下限制所苦車輛速度性能 劣化并與駕駛者的動作矛盾。為了克服基于制動器的穩(wěn)定性控制的限制， 有效轉(zhuǎn)矩分配穩(wěn)定性控制的使用將在接近于車輛穩(wěn)定性限制的加速下更為 有利。
最后的兩種降級在將四輪驅(qū)動(4WD)系統(tǒng)應(yīng)用到客車時顯著增大。 止滑差動機(jī)構(gòu)(LSD)技術(shù)已經(jīng)用于多種生產(chǎn)模型。ELSD在汽車市場中 廣泛使用，并已知道，除其優(yōu)良的牽引性能外，ELSD具有將橫擺阻尼加 到車輛的能力。

發(fā)明內(nèi)容
具有第一與第二車輪的車輛的控制系統(tǒng),皮設(shè)置為具有差動i殳備，該 設(shè)備適用于在第一與第二車輪之間分配轉(zhuǎn)矩；牽引控制器，其用于從車輛 發(fā)動直到預(yù)定車速對差動設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行控制。牽引控制器被配置為根據(jù) 表示低牽引運(yùn)行條件的至少一個車輛運(yùn)行參數(shù)接合(engage)第一車輛運(yùn) 行狀態(tài)中的差動i殳備，并進(jìn)一步根據(jù)實(shí)際車輛橫擺率與預(yù)定目標(biāo)車輛橫擺 率之間的差在低牽31運(yùn)行條件期間控制第二車輛運(yùn)行狀態(tài)中的差動設(shè)備的 接合。控制系統(tǒng)還包含穩(wěn)定性控制器，其用于在預(yù)定車速或預(yù)定車速之上 控制差動設(shè)備的備^。
本發(fā)明一實(shí)施例包含有效穩(wěn)定性控制方法，其使用ELSD在保持縱向 運(yùn)動的同時增強(qiáng)車輛橫向動態(tài)。本發(fā)明另一實(shí)施例包含一種控制系統(tǒng)，其 提供牽引控制的穩(wěn)定性增強(qiáng)。在splits冰/柏油表面上，在直線全節(jié)流閥發(fā) 動的情況下，對穩(wěn)定性增強(qiáng)牽引控制進(jìn)行評估。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示出牽引控制 運(yùn)行才莫式下的顯著的穩(wěn)定性提高。


圖1為示例性車輛驅(qū)動線(drivdine)構(gòu)造，其包含電子控制止滑差 動機(jī)構(gòu)；
圖2為示例性電子控制止滑差動機(jī)構(gòu)的截面圖3為圖2所示示例性電子控制止滑差動機(jī)構(gòu)的離合器響應(yīng)時間的圖
表；
圖4為包含電子控制止滑差動機(jī)構(gòu)的車軸的動態(tài)模型； 圖5為電子控制止滑差動機(jī)構(gòu)離合器的動態(tài)模型； 圖6為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的控制系統(tǒng)的原理圖； 圖7為一圖表，其示出了在車軸后輪上鎖定電子控制止滑差動機(jī)構(gòu)的 效果；
圖8為在包含根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的控制系統(tǒng)的車輛中的雙車道 (lane)改變操縱的車輛橫擺率的圖表；
圖9為對應(yīng)于圖8的圖表的電子控制止滑差動機(jī)構(gòu)的離合器轉(zhuǎn)矩的圖
表；
圖10為對應(yīng)于圖8的圖表的車輛動畫行駛(animation run)的合成
快照；
圖11-13以圖表的形式示出了使用根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的控制系統(tǒng)在 發(fā)動過程中的車輛性能的測試結(jié)果；
圖14-22以圖表的形式示出了使用根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的控制系統(tǒng)在 相對高速回旋(slalom)操縱過程中的車輛性能的測試結(jié)果；
圖23與24以圖表的形式示出了使用根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的控制系統(tǒng) 在積雪路面上在開環(huán)(open-loop)、正弦-轉(zhuǎn)向(sine-steer)操縱過程中 的車輛性能的測試結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
下面將介紹本發(fā)明。首先將介紹使用電子控制止滑差動機(jī)構(gòu)的示例性 車輛驅(qū)動線構(gòu)造。其次，將分析止滑差動機(jī)構(gòu)的建模。第三，對于牽引控
制和橫擺控制介紹穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。最后，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果將說明控制系 統(tǒng)在發(fā)動與相對較高速度運(yùn)行過程中對車輛穩(wěn)定性進(jìn)行控制的有效性。
參照圖1，示出了所建議的驅(qū)動線構(gòu)造20，其不是為了進(jìn)行限制。驅(qū) 動線20包含安裝在前軸24和后軸26中的至少一個中的電子控制止滑差動 機(jī)構(gòu)(ELSD) 22a、 22b。 ELSD 22可用于對左右輪28、 30之間的轉(zhuǎn)矩進(jìn) 行偏置。在一個實(shí)施例中，由ELSD 22在左右輪28、 30之間分配的轉(zhuǎn)矩 量由離合器(未示出)的接合決定，如現(xiàn)有技術(shù)中所了解的那樣，該離合 器可通過例如液壓或電磁系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。用于驅(qū)動線20的示例性ELSD在待 準(zhǔn)美國專利申請11/167,474以及已發(fā)布的美國專利No.7，051，857中有介紹， 其被轉(zhuǎn)讓為本發(fā)明的受讓人，并且整體引入此處作為參考。
如圖2所示，并參照前面提到的參考文獻(xiàn)，前后軸24、 26中使用的 ELSD通過布置在笫一錐形側(cè)齒輪32與差動機(jī)構(gòu)外殼34之間的有效控制 濕型多盤型摩擦離合器30實(shí)現(xiàn)其止滑功能。離合器30的M限制了側(cè)齒 輪32與差動機(jī)構(gòu)外殼34之間的滑動，通過這樣做，限制了連接到各車輪 28、 30的一對輸出半軸(未示出)之間的滑動。這種滑動限制功能帶來了 這樣的能力在輸出半軸之間產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩偏置，其大小將小于或等于離合器 轉(zhuǎn)矩。例如相對較高的鎖定轉(zhuǎn)矩水平、熱容量、持久性以及無噪音運(yùn)行等 示例性特征概括了這種離合器設(shè)計(jì)。差動機(jī)構(gòu)外殼34與二級外殼38之間 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動操作擺線泵40,其將油從軸槽移動到與離合器致動活塞42以 及螺線管操作壓力調(diào)節(jié)閥44直接連通的釋放通道。當(dāng)閥44被解除激勵時， 油自由地流過閥44，導(dǎo)致離合器致動活塞42上的小液壓或沒有液壓。當(dāng) 閥44被/激勵時，油流動受到在致動活塞42上產(chǎn)生液壓的閥44的限制，以 便根據(jù)與';^水平成比例的水平"^離合器30。
液壓系統(tǒng)最優(yōu)化是ELSD的基本設(shè)計(jì)部分，這種最優(yōu)化的核心是適當(dāng) 的泵設(shè)計(jì)與進(jìn)出口 (porting)控制。圖2所示示例性ELSD設(shè)計(jì)中的擺線 泵40以優(yōu)良的低速(例如小于每小時32公里(kph))牽引所需的高水 平液壓效率受到操作，同時，不對較高車速(例如大于大約113kph)的機(jī) 械效率過度造成不利。由裝有上述ELSD設(shè)計(jì)的測試車輛獲得的公路速度燃料經(jīng)濟(jì)性測量沒有顯示出燃料經(jīng)濟(jì)性的可測量的降低。類似地，由于泵
40的機(jī)械損耗，圖2所示示例性差動才幾構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室臺架試驗(yàn)在大約113kph 下顯示出大于O.llkW的功率損耗。
無論ELSD32的機(jī)械構(gòu)造如何，離合器響應(yīng)時間需要足夠保證穩(wěn)定性 控制系統(tǒng)的有效性。對于迅速的峰值轉(zhuǎn)矩建立，圖2所示ELSD設(shè)計(jì)需要 最小電流吸取，例如使用2.67安(32W)電流的2000Nm轉(zhuǎn)矩，特別是在 與使用電磁或基于電動機(jī)的致動器的其他系統(tǒng)相比時。對于基于驅(qū)動線轉(zhuǎn) 矩控制的車輛動態(tài)運(yùn)行(如這里所介紹)以及與許多基于電流值動器的車
輛動態(tài)干預(yù)系統(tǒng)的兼容性，都需要相對較快的差動轉(zhuǎn)矩偏置施加與移除。 圖3示出了使用這里介紹的示例性ELSD進(jìn)行的階躍轉(zhuǎn)矩偏置施加與移除 的圖表。如所示出的那樣，對于以大約64kph行駛的車輛，離合器接合與 解除接合時間均小于50ms。
參照圖4與5,將對于車輛控制系統(tǒng)評估介紹ELSD的動態(tài)模型。模 型基于離合器的動態(tài)特性，并集中在鎖定和解鎖(或滑動)離合器條件， 包括在解鎖/滑動狀態(tài)與鎖定狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換離合器接合的條件。
ELSD通常具有與開路(叩en)差動機(jī)構(gòu)相同的部件，除了提供轉(zhuǎn)矩 傳送的附加路徑的離合器以外。參照圖4， Tin為傳送到后傳動軸(rear prop-shaft)的轉(zhuǎn)矩，T礎(chǔ)為通過差動齒輪傳送的轉(zhuǎn)矩，TcT為通過離合器 傳送的轉(zhuǎn)矩。TCT不必與依賴于鎖定、解鎖或滑動狀態(tài)受到車輛電子控制 單元(ECU)或其他控制器控制的所施加的離合器轉(zhuǎn)矩水平相同。假設(shè)轉(zhuǎn) 矩傳送的效率為100%，從傳動軸到差動機(jī)構(gòu)的差動齒輪比為1,差動W^ 有著很小的質(zhì)量慣性或沒有質(zhì)量慣性，貝，J:
<formula>formula see original document page 7</formula>由于通過差動齒輪傳送的轉(zhuǎn)矩Tdiff被相等地分配到左右軸，到左后慣性 (rear-left inertia)與右后慣性的凈轉(zhuǎn)矩可表達(dá)為
<formula>formula see original document page 8</formula>參照圖5，離合器可根據(jù)下面的公式被建模為彈簧阻尼器扭轉(zhuǎn)元件
= c'厶 +' 《4》 其中，c為離合器阻尼系數(shù)，k為離合器彈簧系數(shù)，^"=么《礎(chǔ)-^,其表示
差動機(jī)構(gòu)與左軸之間的速度差。
離合器可進(jìn)一步在鎖定狀態(tài)中被建模。TCT—max表示施加到離合器盤并 受到車輛控制器控制的離合器轉(zhuǎn)矩。然而，依賴于鎖定狀態(tài)，實(shí)際傳送的 離合器轉(zhuǎn)矩不必與所施加的離合器轉(zhuǎn)矩水平相同。事實(shí)上，所傳送的離合 器轉(zhuǎn)矩可如下所示受到TCT咖x的限制
f AlS7 + J炎-A戰(zhàn)^jf (5》
對于止滑差動機(jī)構(gòu)的鎖定條件如下所示地建模。從鎖定狀態(tài)到解鎖/ 滑動狀態(tài)的轉(zhuǎn)換在此時發(fā)生
c、 A + A ^ = rcr raat
對于此條件的建?？捎晒?2)與(3)如下所示地得出
々=_i_^^^^^^徹
2
s 2
從解鎖/滑動狀態(tài)到鎖定狀態(tài)的轉(zhuǎn)換在此時發(fā)生
C ' ZV惚十j"糴'厶0必《^CT—w .
這一模型表示出所施加的離合器轉(zhuǎn)矩大于離合器盤之間的轉(zhuǎn)矩差的情 況，并相應(yīng)地描述了離合器的鎖定動態(tài)。
由公式(1)和(4) ， T礎(chǔ)被計(jì)算為
- — rCT = 4 —(c' a + j>.厶o刮 (a)
于是
『,了。
2 2
7V4-(。紐+ p'Afi;^)
2 2
對上面的公式求導(dǎo)數(shù)得到
=4(4 A冶十森-A③)
=丄(4柳e'Ai.— 2
-d嫂-
間
(10》
《1"
徹
其中，
如下所示地得出左后與右后軸的動態(tài)公式:
必及=Ji麗
(13)
另外，根據(jù)差動機(jī)構(gòu)的物理原理，差動機(jī)構(gòu)速度被如下所示地確定:
,、 必e
^,(^份細(xì))^—丄一
級離—
2
;或
(1S)
將公式(13)與(14)代入(15)，得到
A-V巧.i rs-
(16)
幼A = 2 , — = < — f
注意，
采用上面的轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)矩偏置裝置的動態(tài)可在例如Matlab/Simulink 等仿真軟件中實(shí)現(xiàn)。兩裝置的離散時間建模如下概括。 當(dāng)從鎖定狀態(tài)改變到解鎖/滑動狀態(tài)時，于是
當(dāng)從解鎖/滑動狀態(tài)改變到鎖定狀態(tài)時，于是:
<formula>formula see original document page 10</formula>
盡管通過ELSD的轉(zhuǎn)矩分配可用于改變車輪上的車輛牽引力，結(jié)果， 車輛的動態(tài)橫擺響應(yīng)發(fā)生變化。離合器30的施加或M可被調(diào)節(jié)，以便對 于具體驅(qū)動條件調(diào)整所希望的車輛橫擺動態(tài)特性。
參照圖6，將介紹車輛控制系統(tǒng)50,其包括根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例使用 轉(zhuǎn)矩偏置提高車輛穩(wěn)定性的方法。在一實(shí)施例中，控制系統(tǒng)50包含兩個主 要控制器穩(wěn)定性增強(qiáng)牽引控制器52和橫擺阻尼控制器54。監(jiān)督控制器 56可用于才艮據(jù)通過接收自一個或一個以上的車輛傳感器58的車輛傳感器 信息確定的一個或一個以上的車輛運(yùn)行參數(shù)——例如車輛速度——選擇控 制動作。在相對較低的車輛速度下，在牽引控制有效的同時，穩(wěn)定增強(qiáng)牽 引控制算法凈皮施加以提高車輛穩(wěn)定性。在相對較高的車輛速度下，穩(wěn)定性 增強(qiáng)牽引控制被關(guān)閉，^f5l橫擺阻尼控制是有效的。牽引控制器52和橫擺阻 尼控制器54可被設(shè)置為與單獨(dú)的控制單元通信或包含在單獨(dú)的控制單元 中，該控制單元例如為車輛電子控制單元(ECU)，其集成在車輛ECU 之內(nèi)或與M此成為一體，或者，構(gòu)成車輛ECU或其他車輛控制器的非 硬件部件(例如軟件)。
使用有效控制、可全鎖定差動機(jī)構(gòu)的牽引控制系統(tǒng)通常實(shí)現(xiàn)了優(yōu)良的 縱向車輛加速，但在split卞條件下使得車輛的橫向動態(tài)降級。具體而言， 盡管傳統(tǒng)的差動才幾構(gòu)控制牽引控制系統(tǒng)可以基于車輪滑動信息的反饋實(shí)時 控制差動機(jī)構(gòu)離合器，由于離合器的過度應(yīng)用，系統(tǒng)可產(chǎn)生橫擺不穩(wěn)定性。
通過除通常的有效牽引控制器外提供增強(qiáng)穩(wěn)定性牽引控制控制器，根 據(jù)本發(fā)明 一 實(shí)施例的車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)克服了這種限制。在穩(wěn)定性增強(qiáng)
牽引控制器52中，判斷實(shí)際車輛橫擺率是否超過預(yù)定的希望橫擺率，如下 所示
^""-l (21)
其中，r為實(shí)際橫擺率，r^為希望橫擺率。
(22》
乙
扭_j
其中，Vx為車輛縱向速度，6為轉(zhuǎn)向角度，L為車輛軸距，Kus為不足轉(zhuǎn)向 梯度。
每當(dāng)實(shí)際車輛橫擺率超過預(yù)定的希望橫擺率時，與實(shí)際以及希望橫擺 率之間的差成比例地解除接合差動機(jī)構(gòu)離合器，允許車輛駕駛者將車輛轉(zhuǎn) 回到路線上。通過根據(jù)下面的公式改變原始或通常的差動施加轉(zhuǎn)矩來實(shí)現(xiàn) 穩(wěn)定性增強(qiáng)牽引控制
湖
其中，u為差動施加轉(zhuǎn)矩，utrac麵為原始牽引控制信號，deadband為可基 于駕駛者控制車輛的技能進(jìn)行調(diào)節(jié)的對于橫擺率差的閾值函數(shù)，sat為設(shè)置 在[-a, +&]的飽和函數(shù)，a為作為設(shè)計(jì)參數(shù)的誤差范圍值。
除了提高低牽引直線車輛運(yùn)行的穩(wěn)定性以外，車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)也 可有助于在車輛轉(zhuǎn)彎時增大穩(wěn)定性。當(dāng)穩(wěn)定性增強(qiáng)牽引控制功能完成時， ELSD仍可用于對左右車輪之間的傳動軸轉(zhuǎn)矩進(jìn)行偏置。如果差動機(jī)構(gòu)離 合器轉(zhuǎn)矩在車輛轉(zhuǎn)彎的同時被施加，裝置僅從外側(cè)車輪向內(nèi)側(cè)車輪傳送驅(qū) 動轉(zhuǎn)矩，由此，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)彎方向相反的橫擺力矩，增大了車輛的不足轉(zhuǎn)向 趨勢。這種現(xiàn)象可通過考慮公式(19)與(20)來解釋。在轉(zhuǎn)彎時，外側(cè) 車輪的速度通常大于內(nèi)側(cè)車輪的速度。差動機(jī)構(gòu)離合器的應(yīng)用將試圖將外 側(cè)車輪與內(nèi)側(cè)車輪的速度引至同樣的值。外側(cè)車M度和加速將會與驅(qū)動
轉(zhuǎn)矩一起減小，反之亦然，而內(nèi)側(cè)車輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩將會增大。因此，控制 策略基于這樣的原理鎖定ELSD導(dǎo)致更大的轉(zhuǎn)向不足行為。
當(dāng)實(shí)際橫擺率大于預(yù)定的希望橫擺率時，橫擺阻尼控制器54鎖定差動 機(jī)構(gòu)，以便增大橫擺阻尼。如上所述，希望橫擺率可基于車輛速度以及轉(zhuǎn) 向輪角來確定。于是，可實(shí)時地將實(shí)際橫擺率與希望橫擺率相比。如果實(shí) 際橫擺率小于希望4黃擺率，由于增大前后差動機(jī)構(gòu)的鎖定轉(zhuǎn)矩增大了橫擺 阻尼，差動W^不再進(jìn)一步接合，由此減小了橫擺率。當(dāng)橫向加速低于0.03g 且實(shí)際與希望橫擺率之間的橫擺率變化小于3%時，橫擺率比較可以不是
有效的。將由橫擺阻尼控制器54施加的差動施加轉(zhuǎn)矩可根據(jù)下面的公式確 定
其中，u為差動施加轉(zhuǎn)矩，deadband為可基于控制系統(tǒng)靈敏度進(jìn)行調(diào)節(jié)的 對于橫擺率差的閾值函數(shù)，Kp與Ki分別為比例增益與積分增益，pos為正 值函數(shù)。每當(dāng)在恒定^條件下存在太大的橫擺率過沖時，橫擺阻尼控制器 54接合ELSD。橫擺阻尼控制器54的運(yùn)行在申請人的并行待準(zhǔn)美國專利
申請"Minimizing Dynamic Rollover Propensity with Electronic Limited
Slip Differentials"中有更詳細(xì)的介紹，其整體并入此處作為參考。
在Matlab/Simulink環(huán)境中產(chǎn)生控制系統(tǒng)50的動態(tài)模型。使用了 CarSim所開發(fā)的全車輛模型并對之進(jìn)行修改，以便包含上面所介紹的示例 性ELSD，使得可進(jìn)行共同仿真。圖7示出了所開發(fā)的模型的g。當(dāng)對 于轉(zhuǎn)彎操縱施加高離合器轉(zhuǎn)矩時，左輪與右輪的速度在接合時間內(nèi)變得基 本類似。
為了對在橫擺阻尼控制器54控制下運(yùn)行的所提出的控制系統(tǒng)50的性 能進(jìn)行評估，對標(biāo)準(zhǔn)化的雙車道改變操縱進(jìn)行仿真，以便發(fā)汪所提出的橫 擺控制在車輛動態(tài)上的效果。進(jìn)行這種操縱以評估后輪驅(qū)動模式中的橫擺 阻尼性能。所有糸4H皮設(shè)置為相對較滑的道路(p=0.6)上的100km/h的 相同速度。
圖8示出了在有和沒有橫擺阻尼控制的情況下的車輛比較。與沒有橫 擺阻尼控制的車輛一一其最終變得不穩(wěn)定一一相比，有橫擺阻尼控制的車
輛具有優(yōu)越的性能和穩(wěn)定性。圖9示出了用于控制轉(zhuǎn)矩偏置裝置的對應(yīng)的 離合器轉(zhuǎn)矩水平。ELSD離合器僅僅在車輛過度轉(zhuǎn)向時被致動。最后，圖 10示出了 CarSim中的動畫行駛的快照。
在前軸與后軸均裝有Eaton Corporation的EGerodiscTM差動機(jī)構(gòu)的改 裝Ford F-150以及后軸上裝有Eaton Corporation的EGerodisc IFM差動 機(jī)構(gòu)的改裝Chevrolet Silverado上進(jìn)行車輛測試。為了獲得客觀的測試結(jié) 果，為車輛設(shè)置儀器，以便記錄相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)。來自dSPACE的 MicroAutoBox用于建立用于車輛的實(shí)時控制器，提供了 Matlab/Simulink 中的迅速的才羊機(jī)創(chuàng)建環(huán)境。類似于車輛ECU，控制器凈皮設(shè)計(jì)為車內(nèi)單元， 采樣時間械j殳置在lOms。來自dSPACE的ControlDesk實(shí)驗(yàn)軟件^t用于 通過圖形用戶界面模式(GUI)管理、監(jiān)視和記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
來自O(shè)xford Technical Solution的實(shí)時車輛導(dǎo)航系統(tǒng)RT3000也用于 試驗(yàn)。RT3000是具有所結(jié)合的GPS的完全六軸慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS輸出 經(jīng)由車輛CAN通信以0.5Mbits/sec的波特率4皮連接到MicroAutoBox。穩(wěn) 定性測試中使用的傳感器信息包括車輪速度傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器、 RT3000信號(例如車輛速度、全球X、全球Y、橫向加速、縱向加速、車 身滑動角與橫擺率)。
穩(wěn)定性增強(qiáng)牽引控制測試^f吏用split-/*干與冰表面上的直線全節(jié)流閥車 輛發(fā)動進(jìn)行。為了得到客觀驗(yàn)證，轉(zhuǎn)向輪角度在測試過程中(例如開環(huán)) 被設(shè)置為零。公式(23)中的deadband函數(shù)中的橫擺誤差被設(shè)置為 士0.5deg/sec。誤差范圍值a對于本測試被設(shè)置為0.5deg/sec。如圖11-13所 示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)示出了穩(wěn)定性增強(qiáng)牽引控制模式中在車輛發(fā)動過程中車輛穩(wěn) 定性的顯著提高。當(dāng)僅僅使用通常的牽引控制模式運(yùn)行時，車輛迅速向著 路面的有水部分繞轉(zhuǎn)(spin out)。在采用穩(wěn)定性增強(qiáng)牽引控制的情況下， 車輛橫擺動態(tài)是穩(wěn)定的，且車輛保持在基本直線前進(jìn)方向。使用低的 deadband闊值，實(shí)現(xiàn)了最小的不希望的橫擺，但車輛發(fā)動較慢。然而， deadband可基于駕駛者技能進(jìn)行調(diào)節(jié)。
如車輪速度傳感器等車輛傳感器所確定地高于預(yù)定車輛速度時，橫擺
阻尼控制器變得有效。特別地，回旋操縱可創(chuàng)建不穩(wěn)定的車輛情況?？稍?低^表面回旋操縱下觀察到過度轉(zhuǎn)向行為，因此，可選擇回旋操縱來對有
效橫擺控制進(jìn)行評估。跑道使用積雪表面上具有大約IOO英尺間距的直線 七車道。于是，在進(jìn)入回旋跑道之前，駕駛者驅(qū)動車輛直到大約50km/h 的速度。
參照圖14-24，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，車輛差動機(jī)構(gòu)的有效控制提高了回旋操 縱過程中的車輛動態(tài)。然而，如果車輛沒有被驅(qū)動到操作限制，難以分辨 具有以及不具有橫擺控制的系統(tǒng)之間的差別，如圖14所示。注意，當(dāng)車輛 沒有在操作限制下被驅(qū)動時，駕駛者技能對性能有著顯著影響。
圖14-22示出了在有和沒有使用橫擺阻尼控制器54的恒定速度控制的
情況下當(dāng)達(dá)到^Mt限制時的回旋操縱的測試結(jié)果。具有橫擺阻尼控制器54 的車輛保持其方向以跟隨希望橫擺率，而沒有橫擺阻尼控制器54的車輛喪
失其穩(wěn)定性并旋離路線。車輛縱向速度的比較也在圖16與20中示出。沒 有橫擺阻尼控制器54的控制的車輛由于車輛繞轉(zhuǎn)而顯示出不利的速度性 能。使用橫擺阻尼控制器54，當(dāng)過度轉(zhuǎn)向行為被檢測到時，差動機(jī)構(gòu)被接 合，以便增加橫擺阻尼，這使得駕駛者更容易保持所希望的車輛路線。
參照圖23與24，進(jìn)行積雪路面上的開環(huán)正弦轉(zhuǎn)向操縱，以便評估具 有橫擺阻尼控制器54的操作特性。駕駛者用恒定速度控制以大約0.5Hz 的正弦形轉(zhuǎn)向角驅(qū)動車輛。圖23與24所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，車輛在大多 數(shù)時間轉(zhuǎn)向不足，除了橫擺阻尼控制器54對過度轉(zhuǎn)向行為進(jìn)行校正的從后 彎心(late mid-corner )到彎道出口 ( corner exit)以外。
在上面的說明書中詳細(xì)介紹了本發(fā)明，相信本領(lǐng)域技術(shù)人員由對說明 書的閱讀與理解可以想到本發(fā)明的多種改變和修改。在所有這些修改與改 變屬于所附4又利要求書的范圍的情況下，它們包含在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1. 一種用于具有第一與第二輪(28，30)的車輛的控制系統(tǒng)(50)，其包含差動設(shè)備(22)，其適用于在所述第一與第二輪(28，30)之間分配轉(zhuǎn)矩；穩(wěn)定性增強(qiáng)牽引控制器(52)，其用于從車輛發(fā)動直到預(yù)定車輛速度對所述差動設(shè)備(22)的運(yùn)行進(jìn)行控制；所述牽引控制器(52)被配置為根據(jù)表示低牽引運(yùn)行條件的至少一個車輛運(yùn)行參數(shù)接合第一車輛運(yùn)行狀態(tài)中的差動設(shè)備(22)，并進(jìn)一步根據(jù)實(shí)際車輛橫擺率與預(yù)定目標(biāo)車輛橫擺率之間的差在低牽引運(yùn)行條件期間控制第二車輛運(yùn)行狀態(tài)中的所述差動設(shè)備(22)的接合；以及穩(wěn)定性控制器(54)，其用于在所述預(yù)定車輛速度時或高于所述預(yù)定車輛速度時控制所述差動設(shè)備(22)的接合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的控制系統(tǒng)，其中，所述牽引控制器(52)被配置 為根據(jù)實(shí)際車輛橫擺率與預(yù)定目標(biāo)車輛橫擺率之間的差在低牽引運(yùn)行M 過程中調(diào)制所述差動設(shè)備(22)的*。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的控制系統(tǒng)，其中，所述牽引控制器(52)被配置為根據(jù)基于修改后的原始差動施加轉(zhuǎn)矩信號的希望差動施加轉(zhuǎn)矩信號來接 合所述差動設(shè)備(22 )。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的控制系統(tǒng)，其中，希望差動施加轉(zhuǎn)矩信號等于原 始差動施加轉(zhuǎn)矩信號乘以修改量，所述修改量在其分子中包含誤差范圍值 和飽和函數(shù)、deadband以及實(shí)際車輛橫擺率與預(yù)定目標(biāo)車輛橫擺率之間差 的乘積的差，且所述修改量在其分母中包含誤差范圍值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的控制系統(tǒng)，其中，在所述第一車輛運(yùn)行狀態(tài)下， 所述實(shí)際車輛橫擺率小于或基本等于所述預(yù)定目標(biāo)車輛橫擺率，在所述第 二車輛運(yùn)行狀態(tài)下，所述實(shí)際車輛橫擺率大于所述預(yù)定目標(biāo)車輛橫擺率。
全文摘要
提供了一種用于具有第一與第二輪(28，30)的車輛的控制系統(tǒng)(50)，其包含差動設(shè)備(22)，其適用于在所述第一與第二輪(28，30)之間分配轉(zhuǎn)矩；牽引控制器(52)，其用于從車輛發(fā)動控制直到預(yù)定車輛速度對差動設(shè)備(22)的運(yùn)行進(jìn)行控制。牽引控制器(52)被配置為根據(jù)表示低牽引運(yùn)行條件的至少一個車輛運(yùn)行參數(shù)接合第一運(yùn)行狀態(tài)中的差動設(shè)備(22)，并進(jìn)一步根據(jù)實(shí)際車輛橫擺率與預(yù)定目標(biāo)車輛橫擺率之間的差在低牽引運(yùn)行條件期間控制第二車輛運(yùn)行狀態(tài)中的差動設(shè)備(22)的接合?？刂葡到y(tǒng)(50)還包含穩(wěn)定性控制器(54)，其用于在所述預(yù)定車輛速度時或高于所述預(yù)定車輛速度時對所述差動設(shè)備(22)的接合進(jìn)行控制。
文檔編號B60K23/04GK101395025SQ200780007748
公開日2009年3月25日 申請日期2007年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月3日
發(fā)明者D·皮亞博格卡恩, J·A·格羅格, J·Y·盧, R·J·凱爾 申請人:伊頓公司