一种用于汽车的四驱系统及其控制方法与流程

本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种用于汽车的四驱系统及其控制方法。

背景技术：

近年来，能源与环境问题日益突出，开发节能、环保、高效的汽车已成为社会各界的共识。在这种背景下，电动汽车及插电式混合动力汽车已逐步走上交通舞台，未来电动汽车、插电式混合动力汽车将更多地取代传统汽车成为人们的代步工具。

由于人们除工作以外，对远行自驾游也越来越重视，相应地对车辆的行驶能力要求也越来越高，因此，如何更好地提高新能源汽车的行驶能力成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种用于汽车的四驱系统及其控制方法，该四驱系统及其控制方法能够更好地提高新能源汽车的行驶能力。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于汽车的四驱系统，包括：

前桥驱动装置，用于向前桥提供驱动力及自行计算前桥最大可输出扭矩；

后桥驱动装置，用于向后桥提供驱动力及自行计算后桥最大可输出扭矩；

动力电池，用于向所述前桥驱动装置和所述后桥驱动装置供电；

与所述前桥驱动装置和所述后桥驱动装置电连接的控制单元，用于计算驾驶员需求扭矩及计算所述前桥驱动装置和所述后桥驱动装置的实际输出扭矩；

与所述控制单元电连接的车身稳定控制器，用于计算四轮的轮速、车速及在车身稳定性调整过程中向所述控制单元发送干预请求；

四个与所述车身稳定控制器电连接的车轮转速传感器；以及

与所述车身稳定控制器电连接的方向盘转角传感器。

优选地，在上述四驱系统中，所述前桥驱动装置和所述后桥驱动装置还用于在车辆减速滑行或者制动时将制动能转化为电能；

所述动力电池还用于在车辆减速滑行或者制动时存储所述前桥驱动装置和所述后桥驱动装置回馈的电能。

一种用于上述任一项所公开的四驱系统的控制方法，首先，计算驾驶员实际需求扭矩和后桥动态需求扭矩；

然后，用所述驾驶员实际需求扭矩减去所述后桥动态需求扭矩得到前桥动态需求扭矩；

最后，比较所述前桥动态需求扭矩与所述前桥驱动装置自行计算的前桥最大可输出扭矩并取二者中扭矩值较小者得到前桥执行扭矩，比较所述后桥动态需求扭矩与所述后桥驱动装置自行计算的后桥最大可输出扭矩并取二者中扭矩值较小者得到后桥执行扭矩。

优选地，在上述控制方法中，所述驾驶员实际需求扭矩由以下步骤计算获得：

步骤A，计算实际可输出总扭矩，具体为，所述动力电池的最大可提供功率减去高压系统的总负荷功率得到可用电池功率，四个所述车轮转速传感器测得的转速求平均值得到平均转速，利用所述可用电池功率和所述平均转速计算得到第一理论可输出总扭矩，所述前桥驱动装置自行计算的前桥最大可输出扭矩与所述后桥驱动装置自行计算的后桥最大可输出扭矩相加得到第二理论可输出总扭矩，比较所述第一理论可输出总扭矩与第二理论可输出总扭矩并取二者中扭矩值较小者作为所述实际可输出总扭矩；

步骤B，计算驾驶员理论需求扭矩，具体为，所述控制单元利用内置程序以加速踏板开度与车速为条件解释获得初始需求扭矩，对所述初始需求扭矩进行常规的驾驶性处理得到所述驾驶员理论需求扭矩；

步骤C，计算驾驶员实际需求扭矩，具体为，比较所述步骤A的实际可输出总扭矩与步骤B的驾驶员理论需求扭矩并取二者中扭矩值较小者作为所述驾驶员实际需求扭矩。

优选地，在上述控制方法中，所述后桥动态需求扭矩由以下步骤计算获得：

步骤D，计算后桥稳态需求扭矩，具体为，所述控制单元利用内置程序以方向盘转角绝对值和车速为条件解释获得后桥理想输出扭矩的占比值，所述后桥理想输出扭矩是以车身稳定为优化目标的后桥输出扭矩最优值，所述步骤C的驾驶员实际需求扭矩乘以所述占比值得到第一理论后桥需求扭矩，所述控制单元利用内置程序以前轮平均转速为条件解释获得前桥理想输出扭矩，所述前桥理想输出扭矩是以所述前桥驱动装置的效率为优化目标的前桥输出扭矩最优值，所述步骤C的驾驶员实际需求扭矩减去所述前桥理想输出扭矩得到第二理论后桥需求扭矩，比较所述第一理论后桥需求扭矩与第二理论后桥需求扭矩并取二者中扭矩值较小者作为所述后桥稳态需求扭矩；

步骤E，计算后桥动态需求扭矩，具体为，当满足滑差补偿条件时，所述控制单元利用内置程序以滑差值和车速为条件解释获得滑差补偿扭矩，所述滑差值为前轮的平均转速减去后轮的平均转速的差值，所述步骤D的后桥稳态需求扭矩加上所述滑差补偿扭矩得到所述后桥动态需求扭矩，当不满足滑差补偿条件时，以所述步骤D的后桥稳态需求扭矩作为所述后桥动态需求扭矩，所述滑差补偿条件为所述滑差值超过了预设值且持续了预设时间。

优选地，在上述控制方法中，所述步骤E还包括：

当车辆失稳时，所述车身稳定控制器向所述控制单元发送用于所述后桥驱动装置的干预请求，所述控制单元比较车身稳定控制器所请求的后桥动态需求扭矩与所述步骤E所计算的后桥动态需求扭矩并根据干预请求的类型选取二者中的一者为新的后桥动态需求扭矩，选取原则为，当干预请求的类型为限扭或减扭时，选取二者中扭矩值较小者，当干预请求的类型为增扭时，选取二者中扭矩值较大者；

所述控制方法还包括：

步骤F，计算前桥动态需求扭矩，具体为，所述步骤C的驾驶员实际需求扭矩减去所述步骤E的新的后桥动态需求扭矩得到所述前桥动态需求扭矩；

步骤G，比较所述步骤F的前桥动态需求扭矩与所述前桥驱动装置自行计算的前桥最大可输出扭矩并取二者中扭矩值较小者得到前桥执行扭矩，比较所述步骤E的新的后桥动态需求扭矩与所述后桥驱动装置自行计算的后桥最大可输出扭矩并取二者中扭矩值较小者得到后桥执行扭矩。

优选地，在上述控制方法中，所述步骤F还包括：

当车辆失稳时，所述车身稳定控制器向所述控制单元发送用于所述前桥驱动装置的干预请求，所述控制单元比较车身稳定控制器所请求的前桥动态需求扭矩与所述步骤F所计算的前桥动态需求扭矩并根据干预请求的类型选取二者中的一者为新的前桥动态需求扭矩，选取原则为，当干预请求的类型为限扭或减扭时，选取二者中扭矩值较小者，当干预请求的类型为增扭时，选取二者中扭矩值较大者；

所述步骤G为，比较所述步骤F的新的前桥动态需求扭矩与所述前桥驱动装置自行计算的前桥最大可输出扭矩并取二者中扭矩值较小者得到前桥执行扭矩，比较所述步骤E的新的后桥动态需求扭矩与所述后桥驱动装置自行计算的后桥最大可输出扭矩并取二者中扭矩值较小者得到后桥执行扭矩。

根据上述技术方案可知，本发明提供的四驱系统为前、后桥完全解耦的动力构型，因此布置上更加灵活、为动力电池提供了更大的布置空间。在控制方面，前、后桥可以互不影响地实现扭矩调节，使动力源实现更智能的控制，从而更为灵活地应对各种路面，例如，在对接路面行驶(从高附路面行驶至低附路面或者反之)，当一个驱动轴行驶至低附路面时，可以完全停止该驱动轴的扭矩输出，由行驶在高附路面上的驱动轴单独提供驱动扭矩驱动车辆行驶，从而更稳定地通过。

根据上述技术方案可知，本发明提供的控制方法首先计算后桥驱动装置的后桥动态需求扭矩，然后通过需求总量，即驾驶员实际需求扭矩减去后桥动态需求扭矩后得到前桥驱动装置的前桥动态需求扭矩，从扭矩分配的角度来讲，后桥分配到的是满足基本需求的扭矩，而总供应扭矩中剩余的全部扭矩则分配给了前桥，这样不但使驱动系统的供应能力得到最大化的利用，而且可以最大限度地保障前桥的扭矩需求，因为该方法中前桥分配到的扭矩通常会比在一定的限制条件下计算而得的前桥动态需求扭矩(前桥需求的基本扭矩)要大。由此可见，本发明提供的控制方法在扭矩分配策略上倾向于优化前桥获得的扭矩，由于汽车的方向控制由前桥驱动，所以能够更好地保障汽车的稳定性。综上所述，本发明提供的控制方法能够使四驱系统的驱动能力得到更好的利用，从而使汽车获得更好的行驶能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种用于汽车的四驱系统的示意图；

图2是本发明提供的控制方法的一个实施例的流程框图。

图中标记为：

1、控制单元；2、车身稳定控制器；3、方向盘转角传感器；4、车轮转速传感器；5、前桥驱动装置；6、后桥驱动装置；7、动力电池。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

参见图1，为本发明实施例提供的一种用于汽车的四驱系统的示意图，本发明实施例提供的一种用于汽车的四驱系统包括控制单元1、车身稳定控制器2、方向盘转角传感器3、车轮转速传感器4、前桥驱动装置5、后桥驱动装置6和动力电池7。

其中，前桥驱动装置5用于向前桥提供驱动力及自行计算前桥最大可输出扭矩；

后桥驱动装置6用于向后桥提供驱动力及自行计算后桥最大可输出扭矩；

动力电池7用于向前桥驱动装置5和后桥驱动装置6供电；

控制单元1与前桥驱动装置5和后桥驱动装置6电连接，用于计算驾驶员需求扭矩及计算前桥驱动装置5和后桥驱动装置6的实际输出扭矩；

车身稳定控制器2与控制单元1电连接，用于计算四轮的轮速(或转速)、车速及在车身稳定性调整过程中向控制单元1发送干预请求；

方向盘转角传感器3和四个车轮转速传感器4均与车身稳定控制器2电连接。

为了能将制动能有效地利用起来，本实施例中，前桥驱动装置5和后桥驱动装置6还用于在车辆减速滑行或者制动时将制动能转化为电能；

动力电池7还用于在车辆减速滑行或者制动时存储前桥驱动装置5和后桥驱动装置6回馈的电能。

本发明提供的四驱系统为前、后桥完全解耦的动力构型，因此布置上更加灵活、为动力电池提供了更大的布置空间。在控制方面，前、后桥可以互不影响地实现扭矩调节，使动力源实现更智能的控制，从而更为灵活地应对各种路面，例如，在对接路面行驶(从高附路面行驶至低附路面或者反之)，当一个驱动轴行驶至低附路面时，可以完全停止该驱动轴的扭矩输出，由行驶在高附路面上的驱动轴单独提供驱动扭矩驱动车辆行驶，从而更稳定地通过。

本发明还提供一种用于上述实施例公开的四驱系统的控制方法，包括以下流程：

首先，计算驾驶员实际需求扭矩和后桥动态需求扭矩；

然后，用驾驶员实际需求扭矩减去后桥动态需求扭矩得到前桥动态需求扭矩；

最后，比较前桥动态需求扭矩与前桥驱动装置5自行计算的前桥最大可输出扭矩并取二者中扭矩值较小者得到前桥执行扭矩，比较后桥动态需求扭矩与后桥驱动装置6自行计算的后桥最大可输出扭矩并取二者中扭矩值较小者得到后桥执行扭矩。

需要说明的是，“驾驶员实际需求扭矩”是指，综合考虑了四驱系统的总供应能力与通过解释驾驶员的操作(加速踏板开度)获得的理论需求之后，以理论上能实现的扭矩值(即二者中的较小值)作为“驾驶员实际需求扭矩”。

由上述方法可知，本发明首先计算后桥驱动装置6的后桥动态需求扭矩，然后通过需求总量，即驾驶员实际需求扭矩减去后桥动态需求扭矩后得到前桥驱动装置5的前桥动态需求扭矩，在本发明中，“后桥动态需求扭矩”是在一定的限制条件(如车身稳定性、前桥效率特性)下计算而得的基本扭矩，从扭矩分配的角度来讲，后桥分配到的是满足基本需求的扭矩，而总供应扭矩中剩余的全部扭矩则分配给了前桥，这样不但使驱动系统的供应能力得到最大化的利用，而且可以最大限度地保障前桥的扭矩需求，因为该方法中前桥分配到的扭矩通常会比在一定的限制条件下计算而得的前桥动态需求扭矩(前桥需求的基本扭矩)要大。由此可见，本发明提供的控制方法在扭矩分配策略上倾向于优化前桥获得的扭矩，由于汽车的方向控制由前桥驱动，所以能够更好地保障汽车的稳定性。综上所述，本发明提供的控制方法能够使四驱系统的驱动能力得到更好的利用，从而使汽车获得更好的行驶能力。

参见图2，为本发明控制方法的一个实施例的流程框图，下面结合图2来更好地对本发明的控制方法加以说明。

在具体的实施例中，驾驶员实际需求扭矩可以由以下步骤计算获得：

步骤S1，计算实际可输出总扭矩，对应于图2中的“总输出扭矩能力计算”。

“实际可输出总扭矩”反映了四驱系统的总供应能力，具体计算过程包括，动力电池7的最大可提供功率减去高压系统的总负荷功率得到可用电池功率，四个车轮转速传感器4测得的转速求平均值得到平均转速，利用可用电池功率和平均转速计算得到第一理论可输出总扭矩；

前桥驱动装置5自行计算的前桥最大可输出扭矩与后桥驱动装置6自行计算的后桥最大可输出扭矩相加得到第二理论可输出总扭矩；

比较第一理论可输出总扭矩与第二理论可输出总扭矩并取二者中扭矩值较小者作为实际可输出总扭矩。

步骤S2，计算驾驶员理论需求扭矩，对应于图2中的“驾驶员需求扭矩解释”。

“驾驶员理论需求扭矩”反映了通过解释驾驶员的操作(加速踏板开度)获得的理论需求，具体计算过程包括，控制单元1利用内置程序以加速踏板开度与车速为条件解释获得初始需求扭矩，对初始需求扭矩进行常规的驾驶性处理得到驾驶员理论需求扭矩。

步骤S3，计算驾驶员实际需求扭矩，对应于图2中的“驾驶员需求扭矩处理”。

“驾驶员实际需求扭矩”反映了综合考虑四驱系统供应能力和驾驶员理论需求之后，理论上能实现的扭矩值，具体计算过程包括，比较步骤S1的实际可输出总扭矩与步骤S2的驾驶员理论需求扭矩并取二者中扭矩值较小者作为驾驶员实际需求扭矩。

在上述实施例中，后桥动态需求扭矩可以由以下步骤计算获得：

步骤S4，计算后桥稳态需求扭矩。

具体计算过程包括，控制单元1利用内置程序以方向盘转角绝对值和车速为条件解释获得后桥理想输出扭矩的占比值，后桥理想输出扭矩是以车身稳定为优化目标的后桥输出扭矩最优值，步骤S3的驾驶员实际需求扭矩乘以占比值得到第一理论后桥需求扭矩，对应于图2中的“稳定性分配限值计算”；

控制单元1利用内置程序以前轮平均转速为条件解释获得前桥理想输出扭矩，前桥理想输出扭矩是以前桥驱动装置5的效率为优化目标的前桥输出扭矩最优值，步骤S3的驾驶员实际需求扭矩减去前桥理想输出扭矩得到第二理论后桥需求扭矩，对应于图2中的“经济性分配限值计算”；

比较第一理论后桥需求扭矩与第二理论后桥需求扭矩并取二者中扭矩值较小者作为后桥稳态需求扭矩，对应于图2中的“稳态分配计算”。

步骤S5，计算后桥动态需求扭矩，对应于图2中的“滑差计算”和“滑差补偿处理”。

具体计算过程包括，当满足滑差补偿条件(滑差补偿条件为滑差值超过了预设值且持续了预设时间)时，控制单元1利用内置程序以滑差值和车速为条件解释获得滑差补偿扭矩，滑差值为前轮的平均转速减去后轮的平均转速的差值，步骤S4的后桥稳态需求扭矩加上滑差补偿扭矩得到后桥动态需求扭矩；

当不满足滑差补偿条件时，以步骤S4的后桥稳态需求扭矩作为后桥动态需求扭矩。

在实际应用中，为了使行驶过程实现更好的稳定性，步骤S5还可以包括：

当车辆失稳时(对应于图2中的“底盘干预处理”)，车身稳定控制器2向控制单元1发送用于后桥驱动装置6的干预请求，控制单元1比较车身稳定控制器2所请求的后桥动态需求扭矩与步骤S5所计算的后桥动态需求扭矩并根据干预请求的类型选取二者中的一者为新的后桥动态需求扭矩，选取原则为，当干预请求的类型为限扭或减扭时，选取二者中扭矩值较小者，当干预请求的类型为增扭时，选取二者中扭矩值较大者。

这样，控制方法中应当还包括：

步骤S6，计算前桥动态需求扭矩，对应于图2中的“动态分配计算”。

具体计算过程为，步骤S3的驾驶员实际需求扭矩减去步骤S5的新的后桥动态需求扭矩得到前桥动态需求扭矩。

步骤S7，计算执行扭矩，对应于图2中的“最终分配计算”。

具体计算过程包括，比较步骤S6的前桥动态需求扭矩与前桥驱动装置5自行计算的前桥最大可输出扭矩并取二者中扭矩值较小者得到前桥执行扭矩；

比较步骤S5的新的后桥动态需求扭矩与后桥驱动装置6自行计算的后桥最大可输出扭矩并取二者中扭矩值较小者得到后桥执行扭矩。

同样的，车身稳定控制器2还可以请求对前桥驱动装置5进行干预，这样，步骤S6还应当包括：

当车辆失稳时，车身稳定控制器2向控制单元1发送用于前桥驱动装置5的干预请求，控制单元1比较车身稳定控制器2所请求的前桥动态需求扭矩与步骤S6所计算的前桥动态需求扭矩并根据干预请求的类型选取二者中的一者为新的前桥动态需求扭矩，选取原则为，当干预请求的类型为限扭或减扭时，选取二者中扭矩值较小者，当干预请求的类型为增扭时，选取二者中扭矩值较大者。

适应性地，步骤S7应当变为，比较步骤S6的新的前桥动态需求扭矩与前桥驱动装置5自行计算的前桥最大可输出扭矩并取二者中扭矩值较小者得到前桥执行扭矩；

比较步骤S5的新的后桥动态需求扭矩与后桥驱动装置6自行计算的后桥最大可输出扭矩并取二者中扭矩值较小者得到后桥执行扭矩。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。