一种车辆防滑脱困系统及方法与流程

本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种车辆防滑脱困系统及方法。

背景技术：

车辆发明之初，两个后轮是用一根刚性轴连接的，两侧车轮转速永远都是相同的，转弯的时候由于内两侧的转弯半径不同，导致车轮除了承受滚动摩擦之外，同样要承受滑动摩擦，如此一来，就加剧了轮胎的磨损。为了解决此问题，设计师将刚性轴换成两个半轴，连接两个半轴的部件，被称为差速器，差速器的发明，解决了转弯时，轮胎磨损的问题，但同样产生了新的问题。当车辆在泥泞路段、土质松软的道路或者路面覆盖较厚的积雪路面行驶时，可能会因为路况原因，导致车辆轮胎打滑，车辆被困的现象，由于差速器的存在，导致车辆动力全部传递到空转车轮一侧，而被困车轮则没有动力输入，因此，车辆脱困，就变得更加困难。

为解决上述问题，出现两种解决方式：

一、增加差速锁机构，以耦合差速锁为例，该差速锁是以硅油作为传递扭矩的介质；硅油有很高的热膨胀系数，当两半轴转速差较大时，硅油温度不断上升，体积不断膨胀，硅油推动摩擦叶片紧密结合，会使耦合器两端的驱动轴连在一起，使差速器失去差速作用，如此，可以把扭矩转移到另一侧驱动轮上，提高了车辆泥泞路况脱困的能力；

另一种解决方式则是：

二、通过液压锁止机构，控制空转一侧的轮胎，实现车辆的脱困。

但是这两种方案各自存在如下缺陷：

方案一、增加差速锁，该方案确实可以解决车辆在泥泞路况容易被困的问题，在一些高端车上已经实现了量产，但增加了新的机构，意味着成本和整车质量的增加，对那些利润比较低的车来说，无疑是致命的打击，在这个讲究节能减排的时代，通过增加部件来解决当前问题显然不是最好的解决方式。

方案二、增加液压锁止机构，不但需要面对方案一所面对的问题，同时还需要调整底盘布局，底盘作为车辆安全相关的核心部件，改变布局，就需要大量的资金和时间去做可靠性验证。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种车辆防滑脱困系统，如图1所述，具体包括：

状态检测模块，用于对车辆进行实时状态检测得到整车状态信号；

控制模块，连接所述状态检测模块，用于接收外部的防滑脱困指令并在所述整车状态信号满足预设的防滑脱困激活条件时生成一防滑脱困激活信号并输出；

电子驻车制动模块，分别连接所述状态检测模块、所述控制模块和一执行模块，所述电子驻车制动模块包括：

第一处理单元，用于在接收到所述防滑脱困信号后，根据所述整车状态信号识别出被困轮和空转轮，持续输出所述空转轮的轮速，并根据所述轮速持续计算得到所述空转轮的单轮减速度；

第二处理单元，连接所述第一处理单元，用于在车辆被困过程中，根据所述轮速及对应的所述单轮减速度控制所述执行模块动态调整对所述空转轮的轮速限制，以通过增大所述被困轮的扭矩的方式实现车辆防滑脱困。

优选的，还包括一防滑脱困开关，连接所述控制模块，所述防滑脱困开关被按下时生成所述防滑脱困指令并发送至所述控制模块。

优选的，所述电子驻车制动模块还包括一条件判定单元，连接所述第一处理单元，所述条件判定单元包括：

第一判定子单元，所述第一判定子单元用于根据所述防滑脱困激活信号判断所述执行模块的当前状态是否满足预设的第一运行条件，在所述当前状态满足所述第一运行条件时将所述防滑脱困激活信号发送至所述第一处理单元；以及在所述当前状态不满足所述第一运行条件时生成一第一错误信号并反馈给所述控制模块；和/或

第二判定子单元，用于根据所述防滑脱困激活信号比较对应的防滑脱困模式与所述电子驻车制动模块正在执行模式的优先级，在所述防滑脱困模式的优先级高于所述正在执行模式的优先级时将所述防滑脱困激活信号发送至所述第一处理信号；以及在所述防滑脱困模式的优先级不高于所述正在执行模式的优先级时生成一第二错误信号并反馈给所述控制模块。

优选的，还包括一显示模块，连接所述控制模块，所述控制模块根据所述防滑脱困指令、所述整车状态信号、所述第一错误信号和所述第二错误信号处理得到一防滑脱困状态信号并输出，所述显示模块根据所述防滑脱困状态信号实时显示车辆的防滑脱困状态。

优选的，所述第二处理单元包括：

存储子单元，用于保存预设的若干空转轮轮速区间以及各所述空转轮轮速区间关联的单轮减速度等级区间，各所述单轮减速度等级区间关联有预设的夹紧电流和相应的电机步进周期；

分区子单元，连接所述存储子单元，用于根据所述空转轮轮速于所述存储子单元中匹配得到对应的所述空转轮轮速区间，并根据所述单轮减速度于所述存储子单元中匹配得到对应的所述单轮减速度等级区间；

控制子单元，分别连接所述存储子单元和所述分区子单元，用于根据所述单轮减速度等级区间关联的所述夹紧电流和相应的所述电机步进周期控制执行模块动态调整对所述空转轮的轮速限制，进而通过增大所述被困轮的扭矩的方式实现车辆防滑脱困。

优选的，所述执行模块包括一驱动电路以及连接所述驱动电路的一执行机构，所述驱动电路根据所述夹紧电流和相应所述电机步进周期驱动所述执行机构执行所述控制动作，以调整所述空转轮的控制状态。

优选的，所述执行机构包括：

左后轮执行机构，所述左后轮执行机构连接一左后轮制动卡钳，所述左后轮执行机构通过控制所述左后轮制动卡钳以限制左后轮制动盘以夹紧释放左后轮；

右后轮执行机构，所述右后轮执行机构连接一右后轮制动卡钳，所述右后轮执行机构通过控制所述右后轮制动卡钳以限制右后轮制动盘以夹紧释放右后轮。

一种车辆防滑脱困方法，应用于如上任意一项所述的车辆防滑脱困系统，所述车辆防滑脱困方法具体包括以下步骤：

步骤s1，所述车辆防滑脱困控制系统对车辆进行实时状态检测得到整车状态信号；

步骤s2，所述车辆防滑脱困控制系统接收外部的防滑脱困指令并在所述整车状态信号满足预设的防滑脱困激活条件时生成一防滑脱困激活信号并输出；

步骤s3，所述车辆防滑脱困控制系统在接收到所述防滑脱困激活信号后，根据所述整车状态信号持续输出所述空转轮的轮速，并根据所述轮速持续计算得到所述空转轮的单轮减速度；

步骤s4，所述车辆防滑脱困控制系统在车辆被困过程中，根据所述轮速及对应的所述单轮减速度控制所述执行模块动态调整对所述空转轮的轮速限制，以通过增大所述被困轮的扭矩的方式实现车辆防滑脱困。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

1)通过电子驻车制动模块控制执行模块对车辆空转轮施加制动力的方式，发动机传递的扭矩经过减速器降速增扭之后，传递到被困了轮，使得被困轮上的扭矩增大，实现车辆防滑脱困；

2)设置一防滑脱困开关以发送防滑脱困指令，且设计了整车状态信号和防滑脱困指令的双信号识别，保证了防滑脱困模式激活的有效性，避免出现误操作；

3)将控制模块和驱动电路分开设计，减小驱动电路的大电流对控制模块的影响，有利于保护控制模块，提升系统安全性。

附图说明

图1为本发明的较佳的实施例中，车辆防滑脱困系统的结构示意图；

图2为本发明的较佳的实施例中，车辆防滑脱困方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供本发明提供一种车辆防滑脱困系统，如图1所示，具体包括：

状态检测模块1，用于对车辆进行实时状态检测得到整车状态信号；

控制模块2，连接状态检测模块1，用于接收外部的防滑脱困指令并在整车状态信号满足预设的防滑脱困激活条件时生成一防滑脱困激活信号并输出；

电子驻车制动模块3，分别连接状态检测模块1、控制模块2和一执行模块4，电子驻车制动模块3包括：

第一处理单元31，用于在接收到防滑脱困信号后，根据整车状态信号识别出被困轮和空转轮，持续输出空转轮的轮速，并根据轮速持续计算得到空转轮的单轮减速度；

第二处理单元32，连接第一处理单元31，用于在车辆被困过程中，根据轮速及对应的单轮减速度控制执行模块4动态调整对空转轮的轮速限制，以通过增大被困轮的扭矩的方式实现车辆防滑脱困。

具体地，本实施例中，状态检测模块1检测到的整车状态信号包括：转角信号、油门踏板信号、档位信号、发动机状态信号、执行模块4状态信号、电子驻车制动状态信号以及各车轮轮速信号。其中转角信号由方向盘转角传感器采集得到，油门踏板信号由油门踏板模块采集得到，执行模块4状态信号由执行模块4采集得到，电子驻车制动状态信号由电子驻车制动模块3采集得到，各车轮轮速信号由轮速脉冲传感器采集得到，整车状态信号通过车辆原有的can总线发送至控制模块2，同时cam总线还通过连接电子驻车制动模块3和执行模块4以进行数据交互，不需要另外布线，降低系统成本。本实施例中还包括一电源模块，连接控制模块2，电源模块通过控制模块2进行电能处理为整个控制系统供电，是执行模块4实现电机驱动的能量来源。

车辆在泥泞路段、土质松软的道路或者路面覆盖较厚的积雪路面行驶被困，发生左后轮或右后轮打滑时，发动机传递的扭矩经过减速器降速增扭之后，传递到后轮差速器；此时由于有一侧车轮被困，另一次车轮没有阻力进行空转，发动机传递过来的扭矩则经过差速器，全部被传递到空转轮。

本实施例中设计了一防滑脱困开关6，并且设计了一开关处理模块与防滑脱困开关6相连接以采集开关状态。当司机识别到车辆被困，按下防滑脱困开关6后，开关处理模块采集到开关状态并生成防滑脱困指令，并通过特定方波的形式发送至控制模块2。控制模块2检测到信号的变化之后，对来自于开关信号处理模块的波形进行识别，识别出司机的意图之后，结合can总线上传输过来的整车状态信号对整车状态进行识别。识别到整车状态可以进入防滑脱困模式之后，则向电子驻车制动模块3发送防滑脱困激活信号。本实施例中，采用显示模块5对防滑脱困模式的状态进行显示，显示模块5包括一仪表显示灯和一显示屏。当整车状态信号满足防滑脱困激活条件时，控制模块2向显示模块5发送防滑脱困模式已激活信号，使仪表显示灯亮黄灯，同时启动文字提示“防滑脱困模式已激活”；电子驻车制动模块3识别到来自于控制模块2的防滑脱困激活信号后，首先判断自身有没有其他功能在执行，有高优先级功能在执行的话，则记录该高优先级功能信号，同时发送故障代码给控制模块2，此时控制模块2发送故障代码给显示模块5，使仪表显示灯亮红色，并且文字提示“请稍后操作”；如果在执行的功能优先级低，则终止并退出该功能，等退出结束之后执行防滑脱困模式，没有功能执行的话则继续识别执行模块4是否正常，所有条件均满足时则进入防滑脱困模式，同时电子驻车指导模块向控制模块2发送模式正在运行的状态信号，此时控制模块2向显示模块5发送显示指令，使得仪表显示灯由黄变绿，并且文字提示“模式正在运行”。防滑脱困模式运行时，电子驻车制动模块3通过接收控制模块2发送过来的各车轮轮速信号，开始识别车辆的被困轮和空转轮。识别出被困轮和空转轮之后，还包括对空转轮轮速有效性判断的过程：当空转轮轮速无效的话，直接输出一个预设的夹紧电流和相应的电机步进周期给控制模块2并退出防滑脱困模式。当空转轮的轮速有效时，空转轮的轮速与预先设置的空转轮轮速区间向匹配，同时计算被困轮的单轮减速度，进而根据单轮减速度与预先设置的单轮减速度等级区间相匹配，根据单轮减速度等级区间关联有输出至执行模块4的夹紧电流和相应的电机步进周期，根据不同的夹紧电流和电机步进周期控制执行模块4改变当前mos管状态进而动态调整对空转轮的轮速限制，使得空转轮的轮速逐步下降。发动机传递的扭矩经过减速器降速增扭之后，传递到被困轮，使得被困轮的扭矩增大，进而实现车辆防滑脱困。当司机关闭防滑脱困开关6或电子驻车制动模块3根据控制模块2发送的整车状态信息识别到车辆已经脱离被困区域或有更高优先级的功能已经被触发时，电子驻车制动模块3则发送释放命令给执行模块4释放空转轮，从而保证车辆的正常运行不受影响。

本发明的较佳的实施例中，还包括一防滑脱困开关6，连接控制模块2，防滑脱困开关6被按下时生成防滑脱困指令并发送至控制模块2。

具体地，本实施例中，通过使用防滑脱困开关6来生成防滑脱困指令并通过车辆上原有的can总线发送至控制模块2，控制模块2接收到防滑脱困指令之后对整车状态信号进行防滑脱困条件的判断，通过设计整车状态信号和防滑脱困指令的双信号识别，保证了防滑脱困模式激活的有效性，避免出现误操作。

本发明的较佳的实施例中，电子驻车制动模块3还包括一条件判定单元33，连接第一处理单元31，条件判定单元33包括：

第一判定子单元331，第一判定子单元331用于根据防滑脱困激活信号判断执行模块4的当前状态是否满足预设的第一运行条件，在当前状态满足第一运行条件时将防滑脱困激活信号发送至第一处理单元31；以及在当前状态不满足第一运行条件时生成一第一错误信号并反馈给控制模块2；和/或

第二判定子单元332，用于根据防滑脱困激活信号比较对应的防滑脱困模式与电子驻车制动模块3正在执行模式的优先级，在防滑脱困模式的优先级高于正在执行模式的优先级时将防滑脱困激活信号发送至第一处理信号；以及在防滑脱困模式的优先级不高于正在执行模式的优先级时生成一第二错误信号并反馈给控制模块2。

具体地，本实施例中，通过设置第一判定子单元331对执行模块4的当前状态进行判断：在执行模块4的当前状态满足满足第一运行条件时将防滑脱困激活信号发送至第一处理单元31；以及在不满足第一运行条件时生成一第一错误信号并反馈给控制模块2。

同时通过设置第二判定子单元332对辅助转向模式与电子驻车制动模块3正在执行模式的优先级进行比较：在辅助转向模式的优先级高于正在执行模式的优先级时将防滑脱困激活信号发送至第一处理单元31；以及在防滑脱困模式的优先级不高于正在执行模式的优先级时生成一第二错误信号并反馈给控制模块2。

本发明的较佳的实施例中，还包括一显示模块5，连接控制模块2，控制模块2根据防滑脱困指令、整车状态信号、第一错误信号和第二错误信号处理得到一防滑脱困状态信号并输出，显示模块5根据防滑脱困状态信号实时显示车辆的防滑脱困状态。

具体地，本实施例中，显示模块5采用hmi显示模块，hmi显示模块包括一仪表显示灯和一显示屏。当控制模块2接收到防滑脱困指令时控制模块2控制仪表显示灯由灭变黄，同时控制显示屏上文字提示“防滑脱困模式已激活”，当控制模块2识别到由can总线传递的整车状态信号满足预设的防滑脱困激活条件时，控制模块2控制仪表显示灯由黄变绿，同时控制显示屏上文字显示“防滑脱困模式正在运行”。当控制模块2识别到执行模块4处于故障状态或控制模块2发出控制模块2不可用信号时，控制模块2控制仪表显示灯的颜色变成红色，同时控制显示屏上文字提示“防滑脱困功能受限”。

本发明的较佳的实施例中，第二处理单元32包括：

存储子单元321，用于保存预设的若干空转轮轮速区间以及各空转轮轮速区间关联的若干单轮减速度等级区间，各单轮减速度等级区间关联有预设的夹紧电流和相应的电机步进周期；

分区子单元322，连接存储子单元321，用于根据空转轮轮速于存储子单元321中匹配得到对应的空转轮轮速区间，并根据单轮减速度于存储子单元321中匹配得到对应的单轮减速度等级区间；

控制子单元323，分别连接存储子单元321和分区子单元322，用于根据单轮减速度等级区间关联的夹紧电流和相应的电机步进周期生成相应的控制指令以控制执行模块4动态调整对空转轮的轮速限制，进而通过增大被困轮的扭矩的方式实现车辆防滑脱困。

具体地，本实施例中，空转轮轮速区间预先设置有三个，根据空转轮轮速由低到高分别为第一空转轮轮速区间、第二空转轮轮速区间和第三空转轮轮速区间；第一空转轮轮速区间关联有第一单轮减速度等级区间和第二单轮减速度等级区间，第二空转轮轮速区间关联有第三单轮减速度等级区间和第四单轮减速度等级区间，第三空转轮轮速区间关联有第五单轮减速度等级区间和第六单轮减速度等级区间；第一单轮减速度等级区间关联第一夹紧电流和第一电机步进周期，第二单轮减速度等级区间关联第二夹紧电流和第二电机步进周期，第三单轮减速度等级区间关联第三夹紧电流和第三电机步进周期，第四单轮减速度等级区间关联第四夹紧电流和第四电机步进周期，第五单轮减速度等级区间关联第五夹紧电流和第五电机步进周期，第六单轮减速度等级区间关联第六夹紧电流和第六电机步进周期。空转轮轮速越高时，各空转轮轮速区间内的轮边减速度等级越接近，同时轮边减速度等级呈现下降趋势。在本实施例中，第三空转轮轮速区间关联的第六单轮减速度等级最小，同时第六单轮减速度等级与第五单轮减速度等级最接近。当空转轮轮速越高时，各减速度等级区间内的夹紧电流越大，对应的电机步进周期越长，本实施例中，第六单轮减速度等级关联的第六夹紧电流最大，第六步进电机周期最长。

本发明的较佳的实施例中，执行模块4包括一驱动电路41以及连接驱动电路41的一执行机构42，驱动电路41根据夹紧电流和相应电机步进周期驱动执行机构42执行控制动作，以调整空转轮的控制状态。

具体地，本实施例中，通过设置驱动电路41以根据控制模块2发送的夹紧电流和相应电机步进周期改变执行机构42运转方向的mos管，实现执行机构42电机的正反转，进而执行对应的控制动作以调整空转的控制状态；驱动电路41噪音大且工作电流大，大电流会引起周围磁场的变化，现有技术中将控制模块2和驱动电路41设计在一起，驱动电路41的大电流可能会对控制模块2造成影响，而本技术方案中将控制模块2和驱动电路41分开设计，更有利于保护控制模块2，减少驱动电路41对控制模块2的影响，更安全合理。

本实施例中，通过调整执行机构42的夹紧释放，进而控制夹紧力的大小，在各种路况下和各种环境温度下，保证被困轮得到扭矩的同时，也不会影响车辆脱困后的正常运行。

本发明的较佳的实施例中，执行机构42包括：

层执行机构，左后轮执行机构连接一左后轮制动卡钳，左后轮执行机构通过控制左后轮制动卡钳以限制左后轮制动盘以夹紧释放左后轮；

右后轮执行机构，所述右后轮执行机构连接一右后轮制动卡钳，所述右后轮执行机构通过控制所述右后轮制动卡钳以限制右后轮制动盘以夹紧释放右后轮。

具体地，本实施例中，左后轮执行机构包括一第一电机和一第一传动机构，用于将第一电机产生的扭矩转化成垂直于左后轮制动盘的夹紧力，左后轮制动卡钳为左后轮执行机构向左后轮制动盘施加夹紧力提供支点，以确保制动力方向垂直于左后轮制动盘；左后轮制动盘与左后轮固定连接，将左后轮执行机构施加的夹紧力转换成左后轮的制动力，进而限制左后轮旋转；

右后轮执行机构包括一第二电机和一第二传动机构，用于将第二电机产生的扭矩转化成垂直于右后轮制动盘的夹紧力，右后轮制动卡钳为右后轮执行机构向右后轮制动盘施加夹紧力提供支点，以确保制动力方向垂直于右后轮制动盘；右后轮制动盘与右后轮固定连接，将右后轮执行机构施加的夹紧力转换成右后轮的制动力，进而限制右后轮旋转。

一种车辆防滑脱困方法，如图2所示，应用于如上任意一项的车辆防滑脱困系统，车辆防滑脱困方法具体包括以下步骤：

步骤s1，车辆防滑脱困控制系统对车辆进行实时状态检测得到整车状态信号；

步骤s2，车辆防滑脱困控制系统接收外部的防滑脱困指令并在整车状态信号满足预设的防滑脱困激活条件时生成一防滑脱困激活信号并输出；

步骤s3，车辆防滑脱困控制系统在接收到防滑脱困激活信号后，根据整车状态信号持续输出空转轮的轮速，并根据轮速持续计算得到空转轮的单轮减速度；

步骤s4，车辆防滑脱困控制系统在车辆被困过程中，根据轮速及对应的单轮减速度控制执行模块动态调整对空转轮的轮速限制，以通过增大被困轮的扭矩的方式实现车辆防滑脱困。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

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