专利名称：一种汽车四驱系统的扭矩控制方法
技术领域：
本发明涉及一种根据车辆行驶状态，自动切换驱动模式的方法，属汽车技术领域。
背景技术：
目前，汽车四驱系统的驱动方式主要有分时四驱、全时四驱两种。分时四驱是由驾驶员根据具体路况，通过手动接通或断开分动器来选择两轮驱动或四轮驱动模式，其优点是能够在保证车辆动力性和通过性的同时兼顾燃油经济性，缺点是其四轮驱动只是将前后轮锁定在一起，不能合理分配扭矩，并且需要驾驶员自行判断路况，手动切换驱动模式，操作比较繁琐而且很难实现适时切换。全时四驱是车辆在整个行驶过程中一直保持四轮驱动的模式。这种驱动模式拥有较好的越野和操控性能，但它不能根据路面情况做出扭矩分配的调整，油耗偏大，经济性差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种可根据车辆行驶状况，自动切换驱动模式、自行调整扭矩分配方案的汽车四驱系统扭矩控制方法，以改善车辆的动力性、通过性、燃油经济性和乘驾舒适性。本发明所述问题是由以下技术方案实现的
一种汽车四驱系统的扭矩控制方法，所述方法利用智能扭矩电子控制器实时采集车辆的轮速、加速踏板开度、发动机状态、发动机转速、转向角和ABS/ESP激活信号,然后利用车速与加速踏板位置信号对扭矩分配需求的MAP表和车速与前后桥轮速差信号对扭矩分配需求的MAP表求得当前工况的扭矩预估值，再通过预估扭矩与切换阈值的对比确定两驱/四驱驱动模式，进而得到目标扭矩，最后由智能扭矩管理器根据I-T特性曲线控制前、后桥的扭矩。上述汽车四驱系统的扭矩控制方法，所述方法包括以下步骤
a.智能扭矩电子控制单元从CAN网络上获取轮速、加速踏板开度、发动机状态、发动机转速、转向角和ABS/ESP激活信号，判断当前汽车运行工况；
b.如果当前ABS/ESP有效，则智能扭矩电子控制器切断扭矩的传输；若当前状态ABS/ESP未激活但电磁离合器温度过高，则暂时切断后桥扭矩输出，车辆切换到两驱模式，目标调整扭矩为零；若当前ABS/ESP未激活且电磁离合器温度未超限，则根据当前汽车运行工况查询相应map表,得到相应的预估扭矩；
c.将预估扭矩与切换阈值相比较，若预估扭矩小于切换阈值，则切换至两轮驱动模式；若预估扭矩大于切换阈值，则切换至四轮驱动模式；
d.将预估扭矩与车辆请求扭矩的限制值TqMaxLmt相比较,若预估扭矩在车辆请求扭矩的限制值TqMaxLmt范围内，则预估扭矩即为最终的目标扭矩；
e.智能扭矩管理器根据其I-T特性曲将目标扭矩转化成离合器电磁阀的驱动电流，由智能扭矩电子控制器输出电磁阀驱动电流，给前、后桥分配适当扭矩。
上述汽车四驱系统的扭矩控制方法，所述汽车运行工况分以下六种
起步前预分配工况SI :发动机已起动，车辆速度V为0，加速踏板位置Acc>0 ；
起步工况S2 :车辆已起步，车辆速度V小于速度阈值Vth，纵向加速度Ap达到第一加速度阈值Athl ；
急加速工况S3 :车辆速度V达到速度阈值Vth，纵向加速度Ap达到第二加速度阈值Ath2 ；
转向工况S4 :车辆处于行驶过程，车辆转向角Asw达到转向角阈值Aswth ；
转速差控制工况S5 :车辆处于行驶过程，前后轮轮速差Vwd达到第一阈值Vwdmn ； 滑转控制工况S6 :车辆处于行驶过程，前后轮轮速差Vwd达到第二阈值Vwdmx。
上述汽车四驱系统的扭矩控制方法，若车辆的行驶状态同时处于不同的工况，则分别查询各工况所对应的map表，并将各工况下的预估扭矩之和作为该行驶状态下的预估扭矩。本发明利用智能扭矩电子控制器自行识别车辆行驶状态，并根据车辆行驶状态自动切换驱动模式并调整扭矩分配方案，在保证车辆动力性、通过性的同时，大大提高了车辆的燃油经济性和乘驾舒适性。
下面结合附图对本发明作进一步说明。图I是智能扭矩电子控制器的系统框 图2是扭矩制器系统的结构框 图3是本发明的逻辑框 图4是工况识别逻辑框图。图中各符号为ABS/ESP、防抱死系统/车身电子稳定系统；V、车辆速度；Vth、速度阈值;Ap、纵向加速度；Athl、第一加速度阈值;Ath2、第二加速度阈值；Acc、加速踏板位置；Vwd、前后轮轮速差；Vwdmn、前后轮轮速差第一阈值；Vwdmx、前后轮轮速差第二阈值；Asw、车辆转向角；Aswth、转向角阈值；S1 S6、工况工况6。
具体实施例方式本发明所用智能扭矩电子控制器需要和整车传感器、CAN总线、电磁离合器、ABS(防抱死系统)/ESP (车身电子稳定系统)等相互配合实现两驱/四驱的分时转化。系统框图和结构框图见图I、图2。智能扭矩电子控制器是一种电子控制单元，使用现有车身传感器，通过CAN总线接收加速踏板开度、转向角度、轮速、发动机状态、发动机转速、ABS/ESP激活等信号来判断车辆驾驶状态，通过控制策略计算出需要向后轮传递的扭矩，通过CAN总线将分配扭矩、系统类型等信号发送至整车网络，同时离合器电磁阀驱动模块输出适当电流驱动电磁离合器，实现前、后桥扭矩的分配。在硬件方面,智能扭矩电子控制器选用最优系统方案,单片机选用Freescale 16位MC9S12- XET256，其内置XGATE协处理器，集成32位性能和16位架构的优势于一身，具有成本低、代码效率高和电磁兼容性出色等优点，而且拥有纠错码(ECC)、增强型EEPROM(EEE)功能和先进的内存保护单元(MPU)，专门应用于汽车电子控制领域。功能强大的单片机和性能稳定的外围芯片使得智能扭矩电子控制器性能更优，而且合理的PCB设计使得智能扭矩电子控制器电磁兼容性很强。在控制策略方面，主要分为以下几个模块扭矩预估、驱动(电流)控制、失效保护及热管理模块。在热管理模块中，对电磁离合器系统温度进行估算，当系统超负荷运转温度过高后，暂时切断后桥扭矩输出，车辆切换到两驱模式，防止热量生成。在失效保护模块中，当扭矩管理系统报错后，系统通过仪表盘指示灯进行报警指示，同时关闭驱动控制模块，使车辆以两驱方式工作。驱动(电流)控制模块控制电磁离合器的工作，当车型切换为不同的控制方式时，如电磁式切换到液压式，在策略中仅将驱动控制模块更换即可。其中扭矩预估为主要部分，通过识别不同车辆驾驶状态来计算分配扭矩的大小。驱动控制模块根据离合器特性，通过改变PWM占空比来改变驱动电流大小，从而改变离合器摩擦片的结合程度来实现扭矩的传递。
图3为一个循环的逻辑框图
智能扭矩电子控制器从CAN网络上获取整车传感器信号，判断当前汽车运行工况。第一步判断当前ABS/ESP是否被激活，如果当前ABS/ESP有效，则智能扭矩电子控制器切断扭矩的传输，以免对刹车系统产生干涉，即当前目标调整扭矩为零。如果当前状态ABS/ESP未激活，再判断电磁离合器温度是否过高，热管理模块需要对电磁离合器系统温度进行估算，当系统超负荷运转温度过高后，暂时切断后桥扭矩输出，车辆切换到两驱模式，目标调整扭矩为零。如果当前ABS/ESP未激活且电磁离合器未超出温度限制，开始进行扭矩预估计算目标扭矩，扭矩预估在控制策略中是最重要的模块，是智能扭矩管理器是否进入工作的判定，即是否进入四驱控制。扭矩预估按照不同工况进行了扭矩的预估，主要包括起步前预分配、起步工况、急加速工况、转向工况、转速差/滑转工况等，工况自动识别如图4所示。当发动机起动后，车量速度V为O时，车辆处于静止状态，检测到踏板位置Acc>0后，则进入起步前预分配工况Si。在车辆起步后，当车辆速度V还未达到速度阈值Vthr，且纵向加速度Ap达到加速度阈值Athl时，则进入起步工况S2。当车辆速度V达到速度阈值Vthr，且纵向加速度Ap达到加速度阈值Ath2时，则进入急加速工况S3。在车辆行驶过程中，检测到车辆转向角Asw达到转向角阈值Aswth后，则进入转向工况S4。在车辆行驶过程中，检测到前后轮轮速差Vwd达到阈值Vwdmn时，则进入转速差控制工况S5，当前后轮轮速差进一步增大，达到阈值Vwdmx时，则进入滑转控制工况S6。在识别出工况后，根据不同工况查询相应map，得到相应的预估扭矩。如在急加速工况中，根据车速信号及加速踏板位置信号查询对应map即可得到相应的预估扭矩。由于车辆在行驶过程中可能同时处于不同的工况，如在起步时有转向操作等，分工况查询对应map计算出对应预估扭矩，最后将几种工况预估扭矩进行求和，在车辆请求扭矩的限制值TqMaxLmt范围内，即为最终的目标扭矩。通过智能扭矩管理器的I_T特性曲线，将计算得到的目标扭矩转化成电流信号，由智能扭矩电子控制单元输出驱动电磁离合器动作，这是一个动态过程，例如当前后轮存在转速差时，智能扭矩电子控制器会给电磁离合器提供适当大小电流，从而将前桥的扭矩分配到后桥。当前轮打滑得厉害时，即前后轮转速差变大时，智能扭矩电子控制器通过增强电流，使得电磁离合器吸合程度增加，将更多扭矩分配给后桥。智能扭矩电子控制器根据车辆的情况实时地调节电流的强弱来实现前后桥 扭矩的按需分配，这样就实现了交互式扭矩管理。
权利要求
1.一种汽车四驱系统的扭矩控制方法，其特征是，所述方法利用智能扭矩电子控制器实时采集车辆的轮速、加速踏板开度、发动机状态、发动机转速、转向角和ABS/ESP激活信号，然后利用车速与加速踏板位置信号对扭矩分配需求的MAP表和车速与前后桥轮速差信号对扭矩分配需求的MAP表求得当前工况的扭矩预估值，再通过预估扭矩与切换阈值的对比确定两驱/四驱驱动模式，进而得到目标扭矩，最后由智能扭矩管理器根据I-T特性曲线控制前、后桥的扭矩。
2.根据权利要求I所述的汽车四驱系统的扭矩控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤 a.智能扭矩电子控制单元从CAN网络上获取轮速、加速踏板开度、发动机状态、发动机转速、转向角和ABS/ESP激活信号，判断当前汽车运行工况； b.如果当前ABS/ESP有效，则智能扭矩电子控制器切断扭矩的传输；若当前状态ABS/ESP未激活但电磁离合器温度过高，则暂时切断后桥扭矩输出，车辆切换到两驱模式，目标调整扭矩为零；若当前ABS/ESP未激活且电磁离合器温度未超限，则根据当前汽车运行工况查询相应map表,得到相应的预估扭矩； c.将预估扭矩与其阈值相比较，若预估扭矩小于其阈值，则切换至两轮驱动模式；若预估扭矩大于其阈值，则切换至四轮驱动模式； d.将预估扭矩与车辆请求扭矩的限制值TqMaxLmt相比较,若预估扭矩在车辆请求扭矩的限制值TqMaxLmt范围内，则预估扭矩即为最终的目标扭矩； e.智能扭矩管理器根据其I-T特性曲将目标扭矩转化成离合器电磁阀的驱动电流，由智能扭矩电子控制器输出电磁阀驱动电流，给前、后桥分配适当扭矩。
3.根据权利要求2所述的汽车四驱系统的扭矩控制方法，其特征在于，所述汽车运行工况分以下六种 起步前预分配工况SI :发动机已起动，车辆速度V为O，加速踏板位置Acc>0 ； 起步工况S2 :车辆已起步，车辆速度V小于速度阈值Vth，纵向加速度Ap达到第一加速度阈值Athl ； 急加速工况S3 :车辆速度V达到速度阈值Vth，纵向加速度Ap达到第二加速度阈值Ath2 ； 转向工况S4 :车辆处于行驶过程，车辆转向角Asw达到转向角阈值Aswth ； 转速差控制工况S5 :车辆处于行驶过程，前后轮轮速差Vwd达到第一阈值Vwdmn ； 滑转控制工况S6 :车辆处于行驶过程，前后轮轮速差Vwd达到第二阈值Vwdmx。
4.根据权利要求3所述的汽车四驱系统的扭矩控制方法，其特征在于，若车辆的行驶状态同时处于不同的工况，则分别查询各工况所对应的map表，并将各工况下的预估扭矩之和作为该行驶状态下的预估扭矩。
全文摘要
一种汽车四驱系统的扭矩控制方法，它利用智能扭矩电子控制器实时采集车辆的轮速、加速踏板开度、发动机状态、发动机转速、转向角和ABS/ESP激活信号，然后利用车速与加速踏板位置信号对扭矩分配需求的MAP表和车速与前后桥轮速差信号对扭矩分配需求的MAP表求得当前工况的扭矩预估值，再通过预估扭矩与切换阈值的对比确定两驱/四驱驱动模式，进而得到目标扭矩，最后由智能扭矩管理器根据I-T特性曲线控制前、后桥的扭矩。本发明利用智能扭矩电子控制器自行识别车辆行驶状态，自动切换驱动模式并调整扭矩分配方案，在保证车辆动力性、通过性的同时，大大提高了车辆的燃油经济性和乘驾舒适性。
文档编号B60W30/18GK102826087SQ20121031761
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者李琦, 李雷, 张南, 卢娜, 刘咏涛, 王广, 牛海超 申请人:长城汽车股份有限公司