專利名稱：一種汽車四驅(qū)系統(tǒng)的扭矩控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)車輛行駛狀態(tài)，自動切換驅(qū)動模式的方法，屬汽車技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，汽車四驅(qū)系統(tǒng)的驅(qū)動方式主要有分時(shí)四驅(qū)、全時(shí)四驅(qū)兩種。分時(shí)四驅(qū)是由駕駛員根據(jù)具體路況，通過手動接通或斷開分動器來選擇兩輪驅(qū)動或四輪驅(qū)動模式，其優(yōu)點(diǎn)是能夠在保證車輛動力性和通過性的同時(shí)兼顧燃油經(jīng)濟(jì)性，缺點(diǎn)是其四輪驅(qū)動只是將前后輪鎖定在一起，不能合理分配扭矩，并且需要駕駛員自行判斷路況，手動切換驅(qū)動模式，操作比較繁瑣而且很難實(shí)現(xiàn)適時(shí)切換。全時(shí)四驅(qū)是車輛在整個(gè)行駛過程中一直保持四輪驅(qū)動的模式。這種驅(qū)動模式擁有較好的越野和操控性能，但它不能根據(jù)路面情況做出扭矩分配的調(diào)整，油耗偏大，經(jīng)濟(jì)性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足、提供一種可根據(jù)車輛行駛狀況，自動切換驅(qū)動模式、自行調(diào)整扭矩分配方案的汽車四驅(qū)系統(tǒng)扭矩控制方法，以改善車輛的動力性、通過性、燃油經(jīng)濟(jì)性和乘駕舒適性。本發(fā)明所述問題是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種汽車四驅(qū)系統(tǒng)的扭矩控制方法，所述方法利用智能扭矩電子控制器實(shí)時(shí)采集車輛的輪速、加速踏板開度、發(fā)動機(jī)狀態(tài)、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向角和ABS/ESP激活信號,然后利用車速與加速踏板位置信號對扭矩分配需求的MAP表和車速與前后橋輪速差信號對扭矩分配需求的MAP表求得當(dāng)前工況的扭矩預(yù)估值，再通過預(yù)估扭矩與切換閾值的對比確定兩驅(qū)/四驅(qū)驅(qū)動模式，進(jìn)而得到目標(biāo)扭矩，最后由智能扭矩管理器根據(jù)I-T特性曲線控制前、后橋的扭矩。上述汽車四驅(qū)系統(tǒng)的扭矩控制方法，所述方法包括以下步驟
a.智能扭矩電子控制單元從CAN網(wǎng)絡(luò)上獲取輪速、加速踏板開度、發(fā)動機(jī)狀態(tài)、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向角和ABS/ESP激活信號，判斷當(dāng)前汽車運(yùn)行工況；
b.如果當(dāng)前ABS/ESP有效，則智能扭矩電子控制器切斷扭矩的傳輸；若當(dāng)前狀態(tài)ABS/ESP未激活但電磁離合器溫度過高，則暫時(shí)切斷后橋扭矩輸出，車輛切換到兩驅(qū)模式，目標(biāo)調(diào)整扭矩為零；若當(dāng)前ABS/ESP未激活且電磁離合器溫度未超限，則根據(jù)當(dāng)前汽車運(yùn)行工況查詢相應(yīng)map表,得到相應(yīng)的預(yù)估扭矩；
c.將預(yù)估扭矩與切換閾值相比較，若預(yù)估扭矩小于切換閾值，則切換至兩輪驅(qū)動模式；若預(yù)估扭矩大于切換閾值，則切換至四輪驅(qū)動模式；
d.將預(yù)估扭矩與車輛請求扭矩的限制值TqMaxLmt相比較,若預(yù)估扭矩在車輛請求扭矩的限制值TqMaxLmt范圍內(nèi)，則預(yù)估扭矩即為最終的目標(biāo)扭矩；
e.智能扭矩管理器根據(jù)其I-T特性曲將目標(biāo)扭矩轉(zhuǎn)化成離合器電磁閥的驅(qū)動電流，由智能扭矩電子控制器輸出電磁閥驅(qū)動電流，給前、后橋分配適當(dāng)扭矩。
上述汽車四驅(qū)系統(tǒng)的扭矩控制方法，所述汽車運(yùn)行工況分以下六種
起步前預(yù)分配工況SI :發(fā)動機(jī)已起動，車輛速度V為0，加速踏板位置Acc>0 ；
起步工況S2 :車輛已起步，車輛速度V小于速度閾值Vth，縱向加速度Ap達(dá)到第一加速度閾值A(chǔ)thl ；
急加速工況S3 :車輛速度V達(dá)到速度閾值Vth，縱向加速度Ap達(dá)到第二加速度閾值A(chǔ)th2 ；
轉(zhuǎn)向工況S4 :車輛處于行駛過程，車輛轉(zhuǎn)向角Asw達(dá)到轉(zhuǎn)向角閾值A(chǔ)swth ；
轉(zhuǎn)速差控制工況S5 :車輛處于行駛過程，前后輪輪速差Vwd達(dá)到第一閾值Vwdmn ； 滑轉(zhuǎn)控制工況S6 :車輛處于行駛過程，前后輪輪速差Vwd達(dá)到第二閾值Vwdmx。
上述汽車四驅(qū)系統(tǒng)的扭矩控制方法，若車輛的行駛狀態(tài)同時(shí)處于不同的工況，則分別查詢各工況所對應(yīng)的map表，并將各工況下的預(yù)估扭矩之和作為該行駛狀態(tài)下的預(yù)估扭矩。本發(fā)明利用智能扭矩電子控制器自行識別車輛行駛狀態(tài)，并根據(jù)車輛行駛狀態(tài)自動切換驅(qū)動模式并調(diào)整扭矩分配方案，在保證車輛動力性、通過性的同時(shí)，大大提高了車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性和乘駕舒適性。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖I是智能扭矩電子控制器的系統(tǒng)框 圖2是扭矩制器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框 圖3是本發(fā)明的邏輯框 圖4是工況識別邏輯框圖。圖中各符號為ABS/ESP、防抱死系統(tǒng)/車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)；V、車輛速度；Vth、速度閾值;Ap、縱向加速度；Athl、第一加速度閾值;Ath2、第二加速度閾值；Acc、加速踏板位置；Vwd、前后輪輪速差；Vwdmn、前后輪輪速差第一閾值；Vwdmx、前后輪輪速差第二閾值；Asw、車輛轉(zhuǎn)向角；Aswth、轉(zhuǎn)向角閾值；S1 S6、工況工況6。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所用智能扭矩電子控制器需要和整車傳感器、CAN總線、電磁離合器、ABS(防抱死系統(tǒng))/ESP (車身電子穩(wěn)定系統(tǒng))等相互配合實(shí)現(xiàn)兩驅(qū)/四驅(qū)的分時(shí)轉(zhuǎn)化。系統(tǒng)框圖和結(jié)構(gòu)框圖見圖I、圖2。智能扭矩電子控制器是一種電子控制單元，使用現(xiàn)有車身傳感器，通過CAN總線接收加速踏板開度、轉(zhuǎn)向角度、輪速、發(fā)動機(jī)狀態(tài)、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、ABS/ESP激活等信號來判斷車輛駕駛狀態(tài)，通過控制策略計(jì)算出需要向后輪傳遞的扭矩，通過CAN總線將分配扭矩、系統(tǒng)類型等信號發(fā)送至整車網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)離合器電磁閥驅(qū)動模塊輸出適當(dāng)電流驅(qū)動電磁離合器，實(shí)現(xiàn)前、后橋扭矩的分配。在硬件方面,智能扭矩電子控制器選用最優(yōu)系統(tǒng)方案,單片機(jī)選用Freescale 16位MC9S12- XET256，其內(nèi)置XGATE協(xié)處理器，集成32位性能和16位架構(gòu)的優(yōu)勢于一身，具有成本低、代碼效率高和電磁兼容性出色等優(yōu)點(diǎn)，而且擁有糾錯(cuò)碼(ECC)、增強(qiáng)型EEPROM(EEE)功能和先進(jìn)的內(nèi)存保護(hù)單元(MPU)，專門應(yīng)用于汽車電子控制領(lǐng)域。功能強(qiáng)大的單片機(jī)和性能穩(wěn)定的外圍芯片使得智能扭矩電子控制器性能更優(yōu)，而且合理的PCB設(shè)計(jì)使得智能扭矩電子控制器電磁兼容性很強(qiáng)。在控制策略方面，主要分為以下幾個(gè)模塊扭矩預(yù)估、驅(qū)動(電流)控制、失效保護(hù)及熱管理模塊。在熱管理模塊中，對電磁離合器系統(tǒng)溫度進(jìn)行估算，當(dāng)系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)溫度過高后，暫時(shí)切斷后橋扭矩輸出，車輛切換到兩驅(qū)模式，防止熱量生成。在失效保護(hù)模塊中，當(dāng)扭矩管理系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)后，系統(tǒng)通過儀表盤指示燈進(jìn)行報(bào)警指示，同時(shí)關(guān)閉驅(qū)動控制模塊，使車輛以兩驅(qū)方式工作。驅(qū)動(電流)控制模塊控制電磁離合器的工作，當(dāng)車型切換為不同的控制方式時(shí)，如電磁式切換到液壓式，在策略中僅將驅(qū)動控制模塊更換即可。其中扭矩預(yù)估為主要部分，通過識別不同車輛駕駛狀態(tài)來計(jì)算分配扭矩的大小。驅(qū)動控制模塊根據(jù)離合器特性，通過改變PWM占空比來改變驅(qū)動電流大小，從而改變離合器摩擦片的結(jié)合程度來實(shí)現(xiàn)扭矩的傳遞。
圖3為一個(gè)循環(huán)的邏輯框圖
智能扭矩電子控制器從CAN網(wǎng)絡(luò)上獲取整車傳感器信號，判斷當(dāng)前汽車運(yùn)行工況。第一步判斷當(dāng)前ABS/ESP是否被激活，如果當(dāng)前ABS/ESP有效，則智能扭矩電子控制器切斷扭矩的傳輸，以免對剎車系統(tǒng)產(chǎn)生干涉，即當(dāng)前目標(biāo)調(diào)整扭矩為零。如果當(dāng)前狀態(tài)ABS/ESP未激活，再判斷電磁離合器溫度是否過高，熱管理模塊需要對電磁離合器系統(tǒng)溫度進(jìn)行估算，當(dāng)系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)溫度過高后，暫時(shí)切斷后橋扭矩輸出，車輛切換到兩驅(qū)模式，目標(biāo)調(diào)整扭矩為零。如果當(dāng)前ABS/ESP未激活且電磁離合器未超出溫度限制，開始進(jìn)行扭矩預(yù)估計(jì)算目標(biāo)扭矩，扭矩預(yù)估在控制策略中是最重要的模塊，是智能扭矩管理器是否進(jìn)入工作的判定，即是否進(jìn)入四驅(qū)控制。扭矩預(yù)估按照不同工況進(jìn)行了扭矩的預(yù)估，主要包括起步前預(yù)分配、起步工況、急加速工況、轉(zhuǎn)向工況、轉(zhuǎn)速差/滑轉(zhuǎn)工況等，工況自動識別如圖4所示。當(dāng)發(fā)動機(jī)起動后，車量速度V為O時(shí)，車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)，檢測到踏板位置Acc>0后，則進(jìn)入起步前預(yù)分配工況Si。在車輛起步后，當(dāng)車輛速度V還未達(dá)到速度閾值Vthr，且縱向加速度Ap達(dá)到加速度閾值A(chǔ)thl時(shí)，則進(jìn)入起步工況S2。當(dāng)車輛速度V達(dá)到速度閾值Vthr，且縱向加速度Ap達(dá)到加速度閾值A(chǔ)th2時(shí)，則進(jìn)入急加速工況S3。在車輛行駛過程中，檢測到車輛轉(zhuǎn)向角Asw達(dá)到轉(zhuǎn)向角閾值A(chǔ)swth后，則進(jìn)入轉(zhuǎn)向工況S4。在車輛行駛過程中，檢測到前后輪輪速差Vwd達(dá)到閾值Vwdmn時(shí)，則進(jìn)入轉(zhuǎn)速差控制工況S5，當(dāng)前后輪輪速差進(jìn)一步增大，達(dá)到閾值Vwdmx時(shí)，則進(jìn)入滑轉(zhuǎn)控制工況S6。在識別出工況后，根據(jù)不同工況查詢相應(yīng)map，得到相應(yīng)的預(yù)估扭矩。如在急加速工況中，根據(jù)車速信號及加速踏板位置信號查詢對應(yīng)map即可得到相應(yīng)的預(yù)估扭矩。由于車輛在行駛過程中可能同時(shí)處于不同的工況，如在起步時(shí)有轉(zhuǎn)向操作等，分工況查詢對應(yīng)map計(jì)算出對應(yīng)預(yù)估扭矩，最后將幾種工況預(yù)估扭矩進(jìn)行求和，在車輛請求扭矩的限制值TqMaxLmt范圍內(nèi)，即為最終的目標(biāo)扭矩。通過智能扭矩管理器的I_T特性曲線，將計(jì)算得到的目標(biāo)扭矩轉(zhuǎn)化成電流信號，由智能扭矩電子控制單元輸出驅(qū)動電磁離合器動作，這是一個(gè)動態(tài)過程，例如當(dāng)前后輪存在轉(zhuǎn)速差時(shí)，智能扭矩電子控制器會給電磁離合器提供適當(dāng)大小電流，從而將前橋的扭矩分配到后橋。當(dāng)前輪打滑得厲害時(shí)，即前后輪轉(zhuǎn)速差變大時(shí)，智能扭矩電子控制器通過增強(qiáng)電流，使得電磁離合器吸合程度增加，將更多扭矩分配給后橋。智能扭矩電子控制器根據(jù)車輛的情況實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)電流的強(qiáng)弱來實(shí)現(xiàn)前后橋 扭矩的按需分配，這樣就實(shí)現(xiàn)了交互式扭矩管理。
權(quán)利要求
1.一種汽車四驅(qū)系統(tǒng)的扭矩控制方法，其特征是，所述方法利用智能扭矩電子控制器實(shí)時(shí)采集車輛的輪速、加速踏板開度、發(fā)動機(jī)狀態(tài)、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向角和ABS/ESP激活信號，然后利用車速與加速踏板位置信號對扭矩分配需求的MAP表和車速與前后橋輪速差信號對扭矩分配需求的MAP表求得當(dāng)前工況的扭矩預(yù)估值，再通過預(yù)估扭矩與切換閾值的對比確定兩驅(qū)/四驅(qū)驅(qū)動模式，進(jìn)而得到目標(biāo)扭矩，最后由智能扭矩管理器根據(jù)I-T特性曲線控制前、后橋的扭矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的汽車四驅(qū)系統(tǒng)的扭矩控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 a.智能扭矩電子控制單元從CAN網(wǎng)絡(luò)上獲取輪速、加速踏板開度、發(fā)動機(jī)狀態(tài)、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向角和ABS/ESP激活信號，判斷當(dāng)前汽車運(yùn)行工況； b.如果當(dāng)前ABS/ESP有效，則智能扭矩電子控制器切斷扭矩的傳輸；若當(dāng)前狀態(tài)ABS/ESP未激活但電磁離合器溫度過高，則暫時(shí)切斷后橋扭矩輸出，車輛切換到兩驅(qū)模式，目標(biāo)調(diào)整扭矩為零；若當(dāng)前ABS/ESP未激活且電磁離合器溫度未超限，則根據(jù)當(dāng)前汽車運(yùn)行工況查詢相應(yīng)map表,得到相應(yīng)的預(yù)估扭矩； c.將預(yù)估扭矩與其閾值相比較，若預(yù)估扭矩小于其閾值，則切換至兩輪驅(qū)動模式；若預(yù)估扭矩大于其閾值，則切換至四輪驅(qū)動模式； d.將預(yù)估扭矩與車輛請求扭矩的限制值TqMaxLmt相比較,若預(yù)估扭矩在車輛請求扭矩的限制值TqMaxLmt范圍內(nèi)，則預(yù)估扭矩即為最終的目標(biāo)扭矩； e.智能扭矩管理器根據(jù)其I-T特性曲將目標(biāo)扭矩轉(zhuǎn)化成離合器電磁閥的驅(qū)動電流，由智能扭矩電子控制器輸出電磁閥驅(qū)動電流，給前、后橋分配適當(dāng)扭矩。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的汽車四驅(qū)系統(tǒng)的扭矩控制方法，其特征在于，所述汽車運(yùn)行工況分以下六種 起步前預(yù)分配工況SI :發(fā)動機(jī)已起動，車輛速度V為O，加速踏板位置Acc>0 ； 起步工況S2 :車輛已起步，車輛速度V小于速度閾值Vth，縱向加速度Ap達(dá)到第一加速度閾值A(chǔ)thl ； 急加速工況S3 :車輛速度V達(dá)到速度閾值Vth，縱向加速度Ap達(dá)到第二加速度閾值A(chǔ)th2 ； 轉(zhuǎn)向工況S4 :車輛處于行駛過程，車輛轉(zhuǎn)向角Asw達(dá)到轉(zhuǎn)向角閾值A(chǔ)swth ； 轉(zhuǎn)速差控制工況S5 :車輛處于行駛過程，前后輪輪速差Vwd達(dá)到第一閾值Vwdmn ； 滑轉(zhuǎn)控制工況S6 :車輛處于行駛過程，前后輪輪速差Vwd達(dá)到第二閾值Vwdmx。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的汽車四驅(qū)系統(tǒng)的扭矩控制方法，其特征在于，若車輛的行駛狀態(tài)同時(shí)處于不同的工況，則分別查詢各工況所對應(yīng)的map表，并將各工況下的預(yù)估扭矩之和作為該行駛狀態(tài)下的預(yù)估扭矩。
全文摘要
一種汽車四驅(qū)系統(tǒng)的扭矩控制方法，它利用智能扭矩電子控制器實(shí)時(shí)采集車輛的輪速、加速踏板開度、發(fā)動機(jī)狀態(tài)、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向角和ABS/ESP激活信號，然后利用車速與加速踏板位置信號對扭矩分配需求的MAP表和車速與前后橋輪速差信號對扭矩分配需求的MAP表求得當(dāng)前工況的扭矩預(yù)估值，再通過預(yù)估扭矩與切換閾值的對比確定兩驅(qū)/四驅(qū)驅(qū)動模式，進(jìn)而得到目標(biāo)扭矩，最后由智能扭矩管理器根據(jù)I-T特性曲線控制前、后橋的扭矩。本發(fā)明利用智能扭矩電子控制器自行識別車輛行駛狀態(tài)，自動切換驅(qū)動模式并調(diào)整扭矩分配方案，在保證車輛動力性、通過性的同時(shí)，大大提高了車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性和乘駕舒適性。
文檔編號B60W30/18GK102826087SQ20121031761
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者李琦, 李雷, 張南, 盧娜, 劉詠濤, 王廣, 牛海超 申請人:長城汽車股份有限公司