CN100390003C - 用于交互式驱动系统的控制系统和车辆控制 - Google Patents

Abstract

一种用于控制独立地、亦即不对称地控制向前轮驱动车辆的两个后轴和后轮传递的扭矩的方法和设备提供改进的车辆操纵和性能。所述设备包括：原动机；和变速器制成一体的驱动桥；动力输出轴；具有一对可独立控制的、驱动相应的后轴和后轮的调制离合器的后轴；各种不同的车辆传感器；以及微处理器。包括在微处理器的软件中的所述方法包括以下步骤：检测车轮速度、横向偏摆率、横向加速度、节流阀位置和转向盘角度；确定不同的基准值及过度转向和不足转向状态；以及激活两个离合器中的一个或两个。

Description

用于交互式驱动系统的控制系统和车辆控制

技术领域

本发明一般地涉及用于控制向前轮驱动车辆的后轮传递的扭矩的方法和设备，更具体地说，涉及用于控制布置在前轮驱动车辆后部的离合器的独立啮合，向各后轮非对称地传递驱动扭矩的方法和设备。

背景技术

人们在装有自适应四轮驱动系统的车辆的车辆控制和性能的许多方面作了广泛的努力。由于在装有四轮驱动系统的车辆中存在监测和控制对所有四个车轮而不是简单地对两个车轮的扭矩施加的机会，正如在许多车辆中那样，所以，同样存在大大提高这样的车辆的性能和性能特性的机会。

许多获得专利的系统致力于并且利用四轮驱动系统的能力，例如，所述能力具有以下形式：用来根据维持车辆控制提供打滑控制、提供最优加速和减速、或提供最大加速和减速。

除打滑检测和控制外，目前专利活动领域的特点是车辆偏摆控制，就是说，车辆绕其Z轴，或中心轴，垂直轴的运动。

例如，美国专利No.5,332,059传授一种具有转向角传感器和位于后差速器两端的离合器的四轮驱动系统控制系统。离合器响应所检测到的车辆速度、转向角以及纵向和横向加速度来抑制差动。

美国专利No.5,341,893公开了一种诸如拖拉机等车辆用的四轮驱动系统，其中前差速器驱动左和右前轮并通过单独的离合器向后轮提供扭矩。

美国专利No.6,076,033传授一种通过在车辆左和右轮上产生互斥制动和驱动力来控制机动车辆偏摆的过程。

另一种四轮驱动系统出现于美国专利No.6,145,614，它公开了一种具有中心差速器的的四轮驱动系统，带有位于所述差速器两端的差速抑制装置和在主轴上的第二差速器，后者也有位于差速器两端的差速抑制离合器。所述系统还包括转向传感器和根据左和右主驱动轮之间的速度差调整差动抑制范围用的装置。

根据对针对车辆偏摆控制的各项专利的以上综述，看来在这方面的改进是人们所希望的。

发明内容

用于控制独立地，亦即不对称地向前轮驱动车辆的两个后轴和后轮传递的扭矩的方法和设备提供改进的车辆操纵和性能。所述设备包括原动机、和变速器制成一体的驱动桥、动力输出轴、具有一对独立受控的驱动各自后轴和后轮的调制离合器、各种车辆传感器和微处理器。概括在微处理器的软件中的所述方法检测车辆速度、横向偏摆率、横向加速度、节流阀位置和转向盘角度，确定不同的基准值以及过度转向和不足转向状态，并激活所述两个离合器中的一个或两个。

因此，本发明的一个目的是提供一种通过双离合器不对称地向前轮驱动机动车辆的后轴和后轮传递扭矩的方法。

本发明的另一个目的是提供一种单独地控制前轮驱动机动车辆后轴上的双离合器，以便改善车辆操纵和控制的方法。

本发明再一个目的是提供一种根据所检测的车轮速度、横向偏摆率、横向加速度、节流阀位置和转向盘角度，独立地激励前轮驱动机动车辆后轴上左和右离合器的方法。

本发明的另一个目的是提供一种不对称地向前轮驱动车辆的后轴和后轮传递驱动扭矩的设备。

本发明的另一个目的是提供一种单独地向前轮驱动机动车辆的后轮传递驱动扭矩的设备，所述车辆具有：双离合器后轴；用于车轮速度、横向偏摆率、横向加速度、节流阀位置和转向盘角度的传感器；以及微处理器。

本发明的再一个目的是提供一种用于前轮驱动机动车辆的设备，所述车辆具有原动机、和变速器制成一体的驱动桥、动力输出轴、后轴上独立调制的双离合器、监测车辆工作状态的各种不同的传感器和具有驱动所述调制离合器的输出信号的微处理器。

参阅以下对推荐的实施例和附图的描述，本发明的其他目的和优点将变得显而易见。附图中相同的标号标示相同的组件、元件或特征。

附图说明

图1是包括本发明的前轮驱动机动车辆驱动系统的示意平面图；

图2是按照本发明的双调制离合器后轴的完整的剖面图；

图3是按照本发明的驻留在微处理器中的控制体系结构的方框图；

图4是按照本发明的驻留在微处理器中的牵引控制器模块之一的方框图；

图5是按照本发明的驻留在微处理器中的动态控制器模块的方框图；

图6是按照本发明的驻留在微处理器中的智能执行器模块之一的方框图；

图7是流程图，举例说明图5中所示的动态控制模块执行的步骤顺序；

图8是图5中所示的横向偏摆率计算的流程图；

图9A和9B是图5中所示的离合器选择器逻辑的流程图；

图10是与图9B中所示的左转不足转向检测子程序相关的流程图；

图11是与图9B中所示的右转过度转向检测子程序相关的流程图；

图12A和12B是与图9B中所示的右转过度转向检测子程序相关的流程图；

图13A和13B是与图9B中所示的左转过度转向检测子程序相关的流程图；以及

图14A、14B和14C是与图3中所示的仲裁器模块相关的流程图。

具体实施方式

现参见图1，其中示意地举例说明自适应四轮驱动车辆驱动链，用标号10标示。四轮驱动车辆驱动链10包括诸如汽油、柴油或天然气内燃机等原动机12，它啮合到并直接驱动和变速器制成一体的驱动桥14。和变速器制成一体的驱动桥14的输出驱动主或前驱动系统20和次或后驱动系统30。主驱动系统20包括前或主汽车传动轴22、主或前差速器24、一对前转动轴26和相应的一对前轮胎和车轮总成(tire and wheel assembly)28。应当指出，前或主差速器24是传统式的。

和变速器制成一体的驱动桥14通过动力输出轴16还向次或后驱动系统30传递驱动扭矩，后驱动系统30包括具有适当的万向节34的次汽车传动轴32、后或次轴总成36、一对次或后转动轴38和相应的一对次或后轮胎和车轮总成40。作为在这里就次轴总成36所使用的，”轴”(axle)一词用来识别接收驱动系统扭矩、将其分配到两个一般对准的横向放置的驱动轴，并适应除其他因素外由车辆转弯造成的转速差。这样，”轴”一词用来包括提供这些功能但不包括传统的笼式(caged)差速器组的本发明。

上述和以下的描述涉及其中主驱动系统20位于车辆前部而相应地次驱动系统30位于车辆后部的车辆，这样一种车辆一般称作(主)前轮驱动车辆或自适应四轮驱动车辆。

与车辆驱动链10相关的是控制器或微处理器50，它从多个传感器接收信号，并向后或次轴总成36提供两个独立的控制信号，亦即执行信号。具体地说，转向盘角度传感器52检测转向柱54和转向盘的角度位置，并向微处理器50提供适当的信号。因为转向柱54和前(转向)轮胎和车轮总成28之间一般都存在直接的和正向的链接关系，所以前轮胎和车轮总成的角度关系可以直接引用，而且事实上，从转向盘角度传感器52所提供的信息算出。因此，显然，转向柱54的旋转和转向盘角度传感器52的运动按照已知的数学关系总是对应于前轮胎和车轮总成28的角度运动。即使是可变比率转向系统也是如此。微处理器50中的比例系数很容易把转向柱54的角度位置转换为前(转向)轮胎和车轮总成28的角度位置。

由于引用”转向角”时这种容易转换的缘故，这种引用指的是转向柱54和所附转向盘的角度位置，显然，如前所述，转向柱54的角度和车辆前轮胎和车轮总成28的角度两者都是由已知的关系或比率相关的，因而必要时可检测其中任何一个并适当地按比率计算或转换为另一个。在这方面，无论是在运转上链接到转向机齿条或呈线性运动的其他转向组件的线性传感器(未示出)，还是具有有限的运动并链接到具有有限运动的转向组件的角度传感器在所述系统中均起作用。最后，在电线转向系统(steer-by-wire system)中，可以向微处理器50送入来自电线转向系统的转向角传感器52的信号。所有这些传感器类型、传感器位置和系统配置都在本发明的范围之内。但是，应当指出，转向柱54的相对显著的旋转范围，一般至少三次方向盘从一极限转至另一极限位置(1080°)，在传感器52的输出信号上，相对于呈较小旋转运动或线性运动的传感器位置，提供较高的分辨率。

所述车辆驱动链10还包括第一可变磁阻或霍尔效应传感器56，它检测左主(前)轮胎和车轮总成28的旋转速度，并向微处理器50提供信号。第二可变磁阻或霍尔效应传感器58检测右主(前)轮胎和车轮总成28的旋转速度，并向微处理器50提供信号。与左次(后)轮胎和车轮总成40相关的第三可变磁阻或霍尔效应传感器60检测其旋转速度，并向微处理器50提供信号。最后，与右次(后)轮胎和车轮总成40相关的第四可变磁阻或霍尔效应传感器62检测其旋转速度，并向微处理器50提供信号。应该明白，速度传感器56、58、60和62可以是独立的，亦即专用的传感器，或者可以是装在车辆内提供防锁煞车系统(ABS)的那些传感器或其他速度检测或牵引控制系统。此外，显然，适当的和传统的计数或音调轮(tone wheel)(未示出)在与每一个速度传感器56、58、60、62的最接近的检测关系方面，与每一个相应的轮胎和车轮总成28或40相关。节流阀位置传感器64和横向偏摆率和横向加速度传感器65，可以是单一的或分立的装置，也向微处理器50提供信号。微处理器50包括接收和调节来自以下传感器的信号的软件：转向角传感器52；轮速传感器56、58、60、62；节流阀位置传感器64；以及横向偏摆率和横向加速度传感器65。

现参见图2，后或次轴总成36包括输入轴70，它接收来自次汽车传动轴32的驱动扭矩。输入轴70可以包括法兰盘或环或形成例如万向节34或与次汽车传动轴32连接的其他装置的一部分的类似组件。法兰盘72可以用防松螺母74或类似装置固定在输入轴74上。输入轴70装入位于中心的轴向延伸的中心外壳76内并用适当的油封78包围，油封在外壳76和输入轴70或法兰盘72相关部分之间提供不透液体密封。输入轴70最好用一对诸如圆锥辊子轴承总成80等减摩轴承可旋转地支承。输入轴70终止于具有轮齿84的准双面齿轮或伞齿轮82，后者与用攻有适当螺纹的紧固件96固定处于中心位置的管形驱动件94上的法兰盘92上的环形齿轮88的构形互补的轮齿86配对。

管形驱动件94可旋转地由一对诸如滚珠轴承总成102等减摩轴承支承。管形驱动件94是空心的并围成内部容积104。一对清除器或勺子106通过管形驱动件94壁径向伸展，并收集润滑和冷却液108，并驱使它进入内部容积104。然后润滑和冷却液108通过与管形驱动件94的内部容积104连通的通道110提供给后差速器总成36。

后或次轴总成36还包括一对用螺纹紧固件114附在中央外壳76上的钟状罩112A和112B。外壳112A和112B是镜像，亦即左和右组件，它们每一个都接纳一对调制离合器总成120A和120B中相应的一个。但由于两个调制离合器总成120A和120B是相反呈镜像布置的，下面描述的两个离合器总成120A和120B的组件是相同的。因此，为了图2清楚起见，组件的标号只出现在左和右离合器总成120A和120B的一边或同时出现在两边，应该明白，这样的组件在两个总成两边都有，而且采用相同的标号。

两个调制离合器总成120A和120B由输入轴70通过伞齿轮82和88以及管形驱动件94驱动。具体地说，上述环形齿轮88固定在管形驱动件94上。环形齿轮88的管形延伸部分122包括外或凸花键124，后者与左驱动轴套130A上形成的内或凹花键或轮齿128A配对。左驱动轴套130A还包括外或凸花键或轮齿132A，它与离合器端部钟状罩140A上的构形互补的内或凹花键或轮齿134A配对。关于右调制离合器总成120B的驱动机构，管形驱动件94包括外或凸花键或轮齿136，它与构形互补的凹花键或轮齿128B和驱动轴套130B啮合。相应地，驱动轴套130B包括外或凸花键或轮齿132B，它与在离合器端部钟状罩140B上形成的内或凹花键或轮齿134N互补和啮合。

离合器端部钟状罩140A和140B是相同的，但按镜像关系放置。每一个离合器端部钟状罩140A和140B都包括内花键142，它驱动地啮合第一组多个直径较大的离合器摩擦片或盘146上的构形互补的外花键144。与第一组多个直径较大的离合器摩擦片或盘146交错的是第二组多个直径较小的离合器摩擦片或盘148。每个离合器摩擦片或盘146和148的至少一个面包括适当的离合器摩擦材料。每个直径较小的离合器摩擦片或盘148包括内或凹花键150，与圆形轴套或轮轴154上构形互补的外或凸花键152啮合。轮轴154本身又用内或凹花键或轮齿156啮合到各自的左和右输出轴160A和160B上的凸花键或轮齿158，使之与其一起旋转。

调制离合器总成120A和120B还包括圆球斜面执行器总成170A和170B。圆球斜面执行器总成170A和170B每一个都包括圆形施压板(apply plate)172，后者包括与轴套或轮轴154上的凸花键152啮合的凹花键或内轮齿174。于是施压板172与第二组多个离合器片148一起旋转。并可以与其在轴向上相对运动。施压板172包括凸肩176，后者定位并接纳与衔铁182啮合的平垫圈178。衔铁182包括绕其圆周的凸花键184，凸花键184互补并啮合在端部钟状罩140A和140B内部的凹花键142。于是，衔铁182和端部钟状罩140A和第一组离合器片146一起旋转。衔铁182设置在U形圆转子186附近。转子186部分地包围内装电磁线圈194的固定外壳192。固定外壳192和线圈194最好用多个柱螺栓和螺纹紧固件196固定在端部钟状罩112A和112B上。通过左和右电导体66和68向电磁线圈194提供电能。

通过焊件、相互啮合的花键或压配合啮合到转子186的是第一圆形件202。第一圆形件202形成可绕输出轴160A和160B自由旋转的宽松的配合，于是第一圆形件202和转子186均可绕输出轴160A和160B以及电磁线圈194的外壳192自由旋转。第一圆形件202包括多个曲面斜面或凹槽204，绕输出轴160B排列呈圆形。斜面或凹槽204代表螺旋环的斜截面。设置在每一个凹槽204内的是负载传递球206或类似的负载传递件，它沿着凹槽204的斜表面所围出的斜面平移。

第二圆形件208设置在与第一圆形件202相反的位置上，并包括类似的多个尺寸和排列互补的凹槽212。于是负载传递球206被容纳在一对反置的凹槽204和212内，凹槽204和212的端部是弯曲的，而且坡度比凹槽内部区域陡得多，使得负载传递球206有效地陷入其中。多个波形垫圈或盘形弹簧214设置在第二圆形件208和轮轴或轴套154之间并使第二圆形件208朝第一圆形件202方向加偏压。

应当指出，凹槽204和212和负载传递球206可以用响应它们之间的相对旋转而能使圆形件202和208发生轴向位移的其他类似的机械元件代替。例如，可以利用设置在构形互补的圆锥螺旋线中的圆锥形滚柱。

第二圆形件208包括多个凹花键或轮齿215，它与输出轴160B上的凸花键或轮齿158补并啮合。第一圆形件202的轴向位置由推力轴承总成216建立。在推力轴承总成216附近是诸如滚珠轴承总成218等减摩轴承，它可旋转地支承在并轴向定位在输出轴160B上。滚珠轴承总成218由一对扣环222保持就位，并使输出轴160B和钟状罩112B轴向定位。在滚珠轴承总成218和输出轴60B端部旁边的是油封224。输出轴160B的端部可以包括凸花键226、法兰盘或其他便于和相邻的后轴38连接的其他组件。驱动轴160A和160B相反一端可旋转地支承在一个接纳在管形驱动件94内的圆柱轴颈轴承、轴衬或滚柱轴承总成228。

现参见图3，微处理器50包括几个模块，它从一个或多个不同的传感器接收信号，这些传感器包括：转向盘角度传感器52；轮速传感器56、58、60和62；节流阀位置传感器64；以及横向偏摆率和横向加速度传感器65。微处理器50包括6个模块或构件，它们包括：左和右牵引控制器模块250A和250B，在图4中还将更详细描述；动态控制器模块252，在图5中还将更详细描述；仲裁器模块256，在图14A，14B和14C中还将更详细描述；以及左和右智能执行器模块258A和258B，在图6中还将更详细描述。

然后翻到图4，左和右牵引控制器模块250A和250B是相同的，因而只描述左牵引控制器模块250A。两个模块250A和250B都读取由所有4个车辆传感器56、58、60和62的速度提供的车辆速度，还接收来自转向盘角度传感器52、节流阀位置传感器64的信号。打滑误差信号是任选的，当使用打滑误差信号时，它代表实际车轮打滑和计算或预期的车辆打滑之间的差。子程序262从车辆速度和节流阀位置算出扭矩需要量。扭矩需要量子程序262的输出既提供给第二子程序264，求出目标扭矩，又提供给第三子程序266，提供扭矩过度信号。来自传感器64的节流阀位置还提供给调节和滤波子程序268，后者向目标扭矩子程序264提供滤波后的节流阀信号。来自传感器52的转向盘角度提供给子程序272，后者提供与转向状态(左转还是右转)有关的信号，该信号既提供给264又提供给266。260线上的任选的打滑误差信号还提供给子程序264和266。如图3举例说明的，左牵引控制器模块250A和右牵引控制器模块250B两者的输出都提供给仲裁器模块256。

现参见图5，该图比较详细地显示示于图3中的动态控制器模块252。动态控制器模块252从车辆传感器56、58、60和62、从转向盘角度传感器52和横向偏摆率和横向加速度65接收信号。它还接收与随后还将描述的左和右转速度状态相关的信号。几个信号提供给横向偏摆率基准子程序276，在图8中还将更详细地描述该子程序。直接从横向偏摆率传感器65接收信号和子程序276的输出信号的比例、微分和积分(PID)控制器模块278在图14C中还将更详细地描述。横向偏摆率基准模块252还包括过度转向检测模块282，它接收来自横向偏摆率基准子程序276的信号。过度转向检测子程序呈现于图10、11、12A、12B、13A和13B。动态控制器模块252还包括驱动扭矩检测子程序284，它接收左和右转速度状态信号。子程序278、282和284的输出提供给示于图9A和9B的离合器选择器逻辑子程序286。正如图3所举例说明的，离合器选择器逻辑子程序286把左和右扭矩控制输出分别提供给智能执行器模块258A和258B。

现参见图6，其中举例说明两个智能执行器模块258A和258B之一，应该明白，模块258A和258B是相同的，由于它们独立和专用的性质，把电能分别提供给右和左电磁离合器总成120A和120B。模块258A接收来自机动车辆的电力系统指示供给电磁线圈194A的当前可用电压的信号。智能执行器模块258A还接收来自离合器选择器逻辑子程序286的信号，后者是要求施加的扭矩等级。模块258A还接收以下信号：指示离合器的输入速度的信号，它可以通过对来自前轮速度传感器56和58的信号平均而求出；以及离合器的输出速度信号，它可以通过对来自后轮速度传感器60和62的信号平均而求出。或者，可以利用检测次汽车传动轴32或直接啮合组件的速度的单一传感器(未示出)来检测离合器输入扭矩。离合器扭矩控制器292接收要求的离合器扭矩，调整要求的扭矩等级，并将其提供给线圈电流控制器294，向它提供的还有当前可用的电力系统的电压。线圈电流控制器294把线路60上的输出信号提供给电磁离合器总成120A的左线圈194，并可以利用脉宽调制(PWM)控制器方案或可以向线圈194提供调制，亦即正比的电信号的任何其他控制方案。线圈电流估计器296还接收控制电压并以离合器输入和输出速度驱动离合器扭矩估计器298，后者提供代表估计的扭矩等级的信号。

现参见图7，其中示出举例说明于图3和5中的动态控制器模块252的步骤。动态控制器模块252接收来自车辆速度传感器56、58、60和62的输入，然后用来计算车辆速度，还接收来自转向盘角度传感器52、节流阀位置传感器64和横向偏摆率和横向加速度传感器65的信号。还提供代表仲裁器模块256当前状态的信号。可以根据需要在初始化点300将该数据初始化或存储，并按照图8举例说明的流程，用于计算横向偏摆率的处理步骤302中。然后把算出的偏摆控制扭矩用于图9A和9B中出现的流程图处理步骤304并确定和使能所述流程图提出的离合器选择逻辑。随后，所述数据用于处理步骤306。

处理步骤306提供偏摆控制左扭矩请求，后者是左离合器标志(若所述标志设置，则为1，或者若所述标志不设置，则为0)乘以左离合器控制扭矩的乘积。换句话说，若左离合器标志没有设置，则偏摆控制左扭矩请求为0。若左离合器标志设置，则偏摆控制左扭矩请求将为左离合器控制器扭矩。这后跟类似的处理步骤308，处理步骤308相应地确定偏摆控制右扭矩请求，后者是右离合器标志(0表示关断，1表示接通)乘以右离合器控制扭矩的乘积。因而，若右离合器标志设置，亦即等于1，则偏摆控制右扭矩请求等于右离合器控制器扭矩。若右离合器标志没有设置，则偏摆控制右扭矩请求等于0。这些信号和过度转向标志代表动态控制器模块252的输出。

然后翻到图8，它详细解释图7中举例说明的动态控制器模块处理步骤/子程序302，偏摆控制扭矩的计算利用以下信息：来自转向盘角度传感器52的信号；车辆速度，它可以是4个传感器56、58、60和62的平均值，或由其他传感器和过程确定的车辆速度信息；来自横向偏摆率传感器65的信号；以及与车辆轴距有关的固定值(存储在存储器中)，这些全都在初始化步骤310中读出和存储。然后子程序302进到处理步骤312。它计算横向偏摆率基准值。利用诸如图5举例说明的控制器278等PID控制器，要求算出误差信号，后者又要求基准信号也计算出来。

用在PID控制器278中的横向偏摆率基准是中性转向车辆的横向偏摆率的线性表达式，可用方程式 ${\stackrel{\·}{\mathrm{\Ψ}}}_{\mathrm{ref}}={\mathrm{\δ}}_{f}V/I,$ 式中

等于横向偏摆率，δ_f等于车辆前轮角度，如上所述，δ_f可以从转向盘角度传感器52算出，V等于车辆速度，而I等于轴距。

所述方程式可以乘以增益K来调节车辆从不足转向到过度转向的车辆特性： ${\stackrel{\·}{\mathrm{\Ψ}}}_{\mathrm{ref}}=K_{\mathrm{ref}}{\mathrm{\δ}}_{f}V/I.$ 所述基准信号在相对较低的横向加速度下是准确的，并且用于所述系统是足够的。通过使用方程式 ${\stackrel{\·}{\mathrm{\Ψ}}}_{\mathrm{ref}}={\mathrm{\δ}}_{f}V/I(1+K{V}^2)$ 把曲线响应表达为转向角，即可以达到较高的准确度和较高的横向加速度。子程序302进到处理步骤314，它对算出的横向偏摆率取微分，得到偏摆加速度基准值。在处理步骤316，通过使用方程式 ${\stackrel{\·}{\mathrm{\Ψ}}}_{\mathrm{error}}={\stackrel{\·}{\mathrm{\Ψ}}}_{\mathrm{ref}}-{\stackrel{\·}{\mathrm{\Ψ}}}_{\mathrm{meesured}}$ 算出横向偏摆率误差，

是在处理步骤312算出的。接着，子程序302进到步骤318，其中读出横向偏摆率误差信号。若基准横向偏摆率大于实测横向偏摆率，则所述值为正。若基准横向偏摆率小于实测横向偏摆率，则所述值为负。在处理步骤322中，算出偏摆加速度，并在PID控制器278的处理步骤中使用，按照方程式 $T_{\mathrm{request}}=K_p{\stackrel{\·}{\mathrm{\Ψ}}}_{\mathrm{error}}+K\∫{\stackrel{\·}{\mathrm{\Ψ}}}_{\mathrm{error}}+K_D(d/\mathrm{dt}{\stackrel{\·}{\mathrm{\Ψ}}}_{\mathrm{error}})$ 产生右或左扭矩请求。然后子程序302提供右离合器控制扭矩、左离合器控制扭矩以及算出的偏摆加速度、偏摆加速度基准值和偏摆误差符号。

暂时回到图7，然后子程序302进到子程序304，它是离合器选择器逻辑。后者在图9A和9B中将要更详细描述。

然后参见图9A和9B，离合器选择器逻辑子程序304利用来自右前轮轮速传感器58、左前轮轮速传感器56、右后轮轮速传感器62和左后轮轮速传感器60的输入数据、偏摆误差符号、偏摆加速度、偏摆加速度基准横向偏摆率和来自转向盘角度传感器52的输入数据。所述信息提供给处理步骤332，它把偏摆符号设置为横向偏摆率的符号。然后子程序304进到第二处理步骤334，把前轮角度的符号设置为转向盘角度符号。这就是简单地根据转向柱54的当前中心位置的左或右并按照所用惯例(或者SAE或者ISO)设置为正或负符号。按照SAE标准或惯例，中心之左为正，而中心之右为负。ISO标准则相反。处理步骤336通过把右前轮的速度加上左前轮的速度除2求出平均前轮速度。

然后子程序304进到处理步骤338，它把偏摆加速度区设置为常数。然后子程序304转移并确定左和右不足转向和过度转向。具体地说，左转不足转向在示于图10的子程序340中检测。右转不足转向在示于图11的子程序342中检测。类似地，右转过度转向在示于图12A和12B的子程序344中检测，而左转过度转向在示于图13A和13B的子程序346中检测。当检测到左转不足转向或右转不足转向时，判断点350在“是”处退出，并且处理步骤352把右离合器标志设置为1。若判断点350确定没有左转不足转向或右转过度转向，则判断点350在“否”处退出，并且在处理步骤354中把右离合器标志设置为0。相应地，若检测到右转不足转向或左转过度转向，则判断点360在“是”处退出，并在处理步骤362将左离合器标志设置为1。反之，若判断点360在“否”处退出，则由于没有检测到右转不足转向或左转过度转向，则处理步骤364把左离合器标志设置为0。于是，离合器选择器逻辑子程序304的输出包括右和左离合器标志(它们可以被设置或不被设置)和过度转向标志(它们可以被设置或不被设置)，如将按照图10、11、12A、12B、13A和13B进行描述的。

现参见图10，举例说明左转不足转向检测子程序340。左转不足转向检测子程序340在初始化步骤366开始，它从传感器62读出右后轮速度，读出平均前轮速度，后者可以重新计算或从示于图9A的处理步骤336计算，读出偏摆符号以及读出偏摆误差符号。然后子程序340进到处理步骤368。读出恒定的预定值作为速度超额值。速度超额值是一个可调参数，可以根据经验或通过试验决定，一般在0至最大车辆速度百分数的范围内。

然后子程序340进到步骤372，通过把预先算出的平均前轮速度和在处理步骤368读出的速度超额值加在一起，求出前轮速度极限。接着，进入判断点374，判定右后轮速度是否小于或等于前轮速度极限。若结果为“是”，则在处理步骤376把左转速度状态设置为1或逻辑高。若结果为“否”，则把左转速度状态设置为0，而子程序340进到第二判断点382，判断左转速度状态是否等于1以及偏摆符号等于-1并且偏摆误差符号等于-1。若所有三个条件均为“是”，则判断点382在“是”处退出，并在处理步骤384把左转不足转向设置为1或逻辑高。若判断点382的查询结果为“否”，则在“否”处退出，进到处理步骤386，它把左转不足转向设置为0。因此，若存在左转不足转向，则左转不足转向检测子程序340的输出388为正、逻辑高或1；若不存在左转不足转向，则所述输出为逻辑低、0或空(null)值。

现翻到图11，举例说明右转不足转向检测子程序342。基本上，右转不足转向检测子程序342包括和上面刚才描述的左转不足转向检测子程序340相同的处理步骤。尽管如此，为了清晰和完整，将对它进行充分的描述。右转不足转向检测子程序342接收包括来自传感器60的左后轮速度的数据和信号。在初始化步骤390中提供作为离合器选择器逻辑子程序304中算出的平均前轮速度和偏摆符号和偏摆误差符号。然后子程序342进到处理步骤392，读出等于预定常数的速度超额值。在处理步骤394，确定前轮速度极限，它是平均前轮速度和速度超额值之和。

然后子程序340进到判断点396，判断左后轮速度是否小于或等于在上面刚才的步骤确定的前轮速度极限。若所述条件为“是”，则进入处理步骤398，使右转速度状态等于逻辑高或1。若所述条件为“否”，则判断点396在“否”处退出，而且子程序342进到处理步骤402，把右转速度状态设置为逻辑低或0或空值。接着，进入判断点404，判断右转速度状态是否等于1，偏摆符号是否等于-1以及偏摆误差符号是否等于-1。若所有条件均为“是”，则在“是”处离开判断点404，而子程序342进到处理步骤406，把右转不足转向标志设置为逻辑高或1。若不是所有这些条件均为“是”，则在“否”处离开判断点404，处理步骤408把右转不足转向值或标志设置为逻辑低、0或空值。必要时，右转不足转向检测子程序342的输出410把所述右转不足转向值或标志提供给其他子程序和子系统。

现翻到图12A和12B，应当指出，在图9B引用的右转过度转向检测子程序344包括初始化步骤422，读出偏摆符号、偏摆误差符号、偏摆加速度、偏摆加速度基准、偏摆加速度区和从右转不足转向检测子程序342的右转不足转向输出410。接着，进入处理步骤424，计算偏摆加速度极限，它是偏摆加速度基准和在离合器选择器逻辑子程序304中的处理步骤338中设置的偏摆加速度区的乘积。接着，进入判断点426，判断当前检测的偏摆加速度是否大于刚才算出的偏摆加速度极限。若“是”，则在“是”处离开判断点426，在处理步骤428把偏摆加速度标志或值设置为1或真。若偏摆加速度不大于偏摆加速度极限，则在“否”处离开判断点426，在处理步骤432把偏摆加速度标志设置为0或空值。接着，进入判断点434，判断偏摆加速度标志是否已设置或等于1或偏摆误差符号是否为-1。若这些条件中任何一个为“是”，则在“是”处离开判断点434，处理步骤436确定偏摆误差和加速度标志或使其等于1。若判断点434的查询结果为“否”，则在“否”处离开判断点434，进入处理步骤438，把偏摆误差和加速度标志设置为0或空值。

继续看图12B，进入判断点442，进行查询，判断偏摆误差和加速度标志是否设置等于1而偏摆符号等于1并且不存在右转不足转向。若所述语句为“是”，则在“是”处离开判断点442，在处理步骤444把右转过度转向标志或值设置为1。若判断点442中的所述语句为“否”，则进入处理步骤446，把右转过度转向值或标志设置为0。在运转右转不足转向的输出值或信号为0或1并且把所述值提供给示于图9B的离合器选择器逻辑时，右转过度转向检测子程序344结束。

现翻到图13A和13B，举例说明左转过度转向检测子程序346，它与示于图12A和12B的右转过度转向检测子程序344基本上相似。但是，为了清晰和完整，将充分描述左转过度转向检测子程序346。在输入和初始化步骤452中，提供代表偏摆符号、偏摆误差符号、偏摆加速度、偏摆加速度基准、偏摆加速度区和左转不足转向标志或值的信号并将它们初始化。然后左转过度转向检测子程序346进入处理步骤454，作为偏摆加速度基准和偏摆加速度区的乘积，计算偏摆加速度极限。接着，进入判断点456，判断偏摆加速度是否大于偏摆加速度极限。若“是”，则在“是”处离开判断点456，进入处理步骤458，把偏摆加速度标志或值设置等于1。若偏摆加速度不大于偏摆加速度极限，则在“否”处离开判断点456，而处理步骤462把偏摆加速度标志或值设置等于0。

接着，进入判断点464，判断偏摆加速度标志是否设置并等于1，或偏摆误差符号等于-1。若这些语句中有任何一个为“是”，则在“是”处离开判断点464，在处理步骤466中把偏摆误差和加速度值或标志设置为1。若在判断点464中的查询的答案为“否”，则在“否”处离开，处理步骤468把偏摆误差和加速度标志或值设置为0。继续看图13B，进入判断点472，查询偏摆误差和加速度标志是否设置为1，偏摆符号是否设置为1以及是否不存在左转不足转向。若所有这些条件为“是”，则在“是”处离开判断点472，处理步骤474把左转过度转向值或标志设置为1。若所述语句为“否”，则在“否”处离开判断点472，处理步骤476把左转过度转向值或标志设置为0。输出步骤478向示于图9B的离合器选择器逻辑提供左转不足转向值或标志。

现参见图3、14A、14B和14C，仲裁器模块256选择整个系统如何工作，代理或仲裁由左和右牵引控制器模块250A和250B以及动态控制器模块252提供的数据。这样，它包括选择器502，后者决定仲裁器模块256工作模式。在模式1，多端口开关504处在1的位置上，并根据速度和转向盘角度选择数据。在工作模式2，利用基准横向偏摆率和速度，而在工作模式3，利用基准横向偏摆率。这样，给它提供来自转向盘角度传感器52的数据，其绝对值在装置506中通过适当的数学处理而取得。把所述绝对值提供给比较器和关系运算器508。判断转向盘角度阈值或基准510也向关系运算器508提供一个值。判断转向盘角度基准510是一个可调参数，它可以靠经验或通过试验在从0直到最大转向盘角度的范围内选择或决定。关系运算器508判断来自传感器508的转向盘角度是否小于判断转向盘角度阈值或基准510。若是，则把1或肯定逻辑信号提供给逻辑或运算器512。若来自传感器52的转向盘角度的值大于判断转向盘角度阈值或基准510，则关系运算器510输出一个0或空的逻辑信号。

类似地，来自先前计算的车辆速度或来自4个传感器56、58、60和62的平均值和判断车辆速度阈值或基准514也把车辆速度值提供给关系运算器或比较器518。判断车辆速度阈值514是可调参数，它可以在从0直至标称或实际最大车辆速度的范围内，靠经验或通过试验选择或决定。关系运算器518判断当前车辆速度是否小于或等于判断车辆速度阈值514。若是，则把1或正逻辑信号提供给逻辑“或”运算器512的输入端和另一个逻辑“或”运算器或器件522的一个输入端。若当前车辆速度大于判断车辆速度阈值514，则关系运算器518输出逻辑0或空信号给逻辑“或”运算器512和522。

逻辑“或”运算器512和逻辑“或”运算器522按传统工作，并在它们的任何一个或两个都接收正或逻辑高或1的输入时，输出正或逻辑高或1。

来自逻辑“或”运算器512和522的信号分别提供给多端口开关504的模式位置1和2。然后，根据所选的仲裁器模式，把多端口开关504的选择输出提供给开关524并且控制开关524，后者或者选择来自牵引控制器模块250A和250B的打滑控制扭矩或者选择来自动态控制器模块252的偏摆控制扭矩。所述开关的输出是仲裁后的扭矩，把它提供给智能执行器模块258A和258B。

图14B举例说明仲裁器模块256的附加组件。把以前算出的基准横向偏摆率提供给绝对值运算器532，并且把基准横向偏摆率的绝对值提供给关系运算器或比较器534的一个输入端。偏摆基准增益值536也提供给关系运算器534。偏摆基准增益是可调参数，其值可以靠经验或通过试验选择或决定并具有在0和最大值之间的值。若基准横向偏摆率的绝对值小于偏摆基准增益，则关系运算器534把正逻辑高或1值提供给逻辑“或”运算器538的一个输入端。若基准横向偏摆率大于偏摆基准增益值536，则关系运算器534向逻辑“或”运算器538输出逻辑0或空值信号。

类似地，把当前横向偏摆率提供给绝对值运算器542，然后把这个绝对值提供给关系运算器或比较器544的一个输入端。提供给关系运算器544的另一个输入端的是上面刚才描述的偏摆基准增益值536A。如前所述，这是靠经验或通过试验决定的值，最好与偏摆基准增益值536A相同，但也可以与其不同。若横向偏摆率的绝对值小于偏摆基准增益536A，则关系运算器544向逻辑“或”运算器538另一个输入端提供正逻辑或1值。当逻辑“或”运算器538的一个或两个输入都是正或1时，该逻辑“或”运算器向三输入端逻辑“与”运算器548的一个输入端提供正或1的逻辑信号。具有三个输入端的逻辑“或”运算器552接收从三输入端逻辑“与”运算器548的所述三个输入端之一输出的逻辑。

现翻到图14C，其中呈现示于图5的比例、积分和微分(PID)控制器278，它也与出现在图8的处理步骤324相关。它利用提供给绝对值运算器562的横向偏摆率信号和提供给关系运算器566的偏摆加速度及偏摆加速度极限568。关系运算器566判断偏摆加速度是否小于或等于所述靠经验或通过试验产生的偏摆加速度极限值。若小于，则设置偏摆加速度标志，并把所述数据提供给示于图14B的逻辑“与”运算器548。在图14C较低的部分，设置右过度转向标志和左过度转向标志，并把所述数据提供给示于图14B的逻辑“或”运算器552。若输入到逻辑“与”运算器548的所有三个信号均为正或真，则把向所述逻辑“或”运算器552的所述各输入端之一提供信号。若逻辑“或”运算器552的所述各输入端中的任何一个是逻辑高，则把逻辑高的输出提供给示于图14A的运算器522以及多端口开关504的第三部分。

上述公开是本发明者设计的实施本发明的最优方式。但显然，对于机动车辆后轴组件和控制系统专业的技术人员，包括修改或改变的设备将是显而易见的。上述公开旨在使本专业技术人员能够实践本发明。不应该认为本发明以此为限而应该设想它包括上述这样的显而易见的改变并且只由后附的权利要求书的精神和范围限定。

Claims (14)

1.一种用于控制机动车辆偏摆的设备，它以组合的方式包括：

后轴(36)，它具有适合于接收驱动扭矩并驱动一对可独立操作的离合器(120A，120B)的输入部件，所述离合器适合于驱动一对后轴(38)中相应的一个；

多个速度传感器(56、58、60、62)，用以检测多个轮胎和车轮总成(28，40)的速度；

转向盘角度传感器(52)；

横向加速度传感器(65)；

横向偏摆率传感器(65)；以及

微处理器(50)，它适合于接收来自所述传感器的信号并提供用于激活所述一对离合器的第一和第二独立的信号(66，68)，所述微处理器包括用于检测所述车辆的左和右过度转向(478，448)以及左和右不足转向(388，410)的装置。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述一对离合器中的每一个都包括电磁操作器(194)。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述一对离合器中的每一个都包括圆球斜面操作器(170A，170B)。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于还包括第一驱动系统(20)，后者包括：和变速器制成一体的驱动桥(14)；一对前轴(26)；以及一对前轮胎和车轮总成(28)。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述转向盘角度传感器(52)检测所述车辆的转向柱(54)的旋转。

6.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述微处理器(50)包括适合于驱动所述离合器中的电磁操作器(194)的脉宽调制驱动电路(294)。

7.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述微处理器(50)计算偏摆加速度值(322)。

8.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述微处理器(50)包括比例积分微分控制器(278)。

9.一种控制机动车辆偏摆的方法，包括以下步骤：

检测所述机动车辆的车轮速度(28，40)；

检测所述机动车辆的转向组件(28，54)的位置；

检测所述车辆的横向偏摆率(65)；

确定所述车辆的左过度转向(428)、右过度转向(448)、左不足转向(388)和右不足转向(410)；

设置后轴(36)，所述后轴(36)具有用于接收驱动扭矩并驱动一对可独立操作的离合器(120A，120B)的输入部件，所述离合器适合于驱动一对后轮(40)中相应的一个；以及

响应对不足转向和过度转向的所述确定，激活所述离合器(120A，120B)。

10.如权利要求9所述的控制机动车辆偏摆的方法，其特征在于还包括检测横向加速度(65)的步骤。

11.如权利要求9所述的控制机动车辆偏摆的方法，其特征在于还包括确定横向偏摆率误差信号(316)的步骤。

12.如权利要求9所述的控制机动车辆偏摆的方法，其特征在于还包括确定偏摆加速度值(322)的步骤。

13.如权利要求9所述的控制机动车辆偏摆的方法，其特征在于还包括在一对牵引控制器(250A，250B)和动态控制器(252)的各输出之间进行仲裁(256)的步骤。

14.如权利要求9所述的控制机动车辆偏摆的方法，其特征在于还包括检测所述车辆的节流阀位置(64)的步骤。

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