一种两栖车辆驱动模式自动判断及控制方法

1.本发明属于特种汽车领域，具体涉及一种两栖车辆驱动模式自动判断及控制方法。


背景技术：

2.随着军事技术发展及现代化战争的需要，对多功能运载车辆的需求不断增加。水陆两栖车辆既具有陆地车辆机动性和灵活性的特点，又可以直接实现水面行驶，有很重要的战略意义，得到了快速发展。
3.两栖车辆陆地/水面行驶状态的变化，涉及到驱动模式转换、转向系统转换、轮胎的收放等内容。其中驱动模式转换时机的把握，直接影响到运行效率及安全，若完全依靠人工经验判断并操作实施，增加驾驶员操作难度，也容易出现误判造成一定的风险。
4.鉴于此，先后有发明专利提出通过设置“陆地/水面/岸滩”等模式选择开关和对应控制模块，驾驶员通过选择按键开关，配合自动控制实现“一键切换”，减轻了人工操作的难度。但按键选择的时机，还需依靠人工经验判断，此外，存在“误操作”按键或“未操作”按键带来的风险。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种两栖车辆驱动模式判断及自动控制方法，本发明的方法能够保证两栖车辆陆地/水面行驶及过渡过程中对行驶环境智能判定、驱动模式自动适应、转换时机精准把控，取消了模式人工选择开关，仅基于驾驶员正常驾驶操作过程中产生的常规操作信号和车辆各子系统反馈的总线信号数据，可智能判断得出车辆实际运行环境及状态，并准确确定驱动模式转换时机，确保车辆充分发挥驱动能力且实现安全行驶，降低驾驶人员对动力输出控制的操作难度，减少误判和误操作带来的不良后果。
6.为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种两栖车辆驱动模式自动判断及控制方法，根据车辆的车轮收放状态、车速信号比对及悬架参数信息，进而综合判断车辆实际行驶环境，再根据实际行驶环境自适应匹配转换驱动模式，并自动精准把控驱动模式的转换时机。
7.所述车轮收放状态、车速信号比对及悬架参数信息的具体获取方法为：两栖车辆陆地行驶时，驾驶员如同操作传统车辆一般，通过控制加速踏板、自动变速器手柄、方向盘及制动踏板实现驾驶意图，车辆在进入水中或进行水面航行过程中，车辆状态特征会发生如下变化：第一，陆地行驶时，车轮处于下放与地面接触状态；水上航行时为减低航行阻力，驾驶员可主动操控将车轮收起以便提高航速；第二，陆地行驶时，由车轮和悬架支撑车辆重量，悬架子系统的各缸压力与悬架工作行程符合陆地行驶变化范围；驶入水面后，随车身浮力增加，悬架子系统的各缸压力最大值下降且悬架工作行程变化，悬架工作行程范围发生显著变化；当水面航行人工操控收起
车轮，悬架子系统进入水面航行工作状态并保持稳定；第三，陆地行驶时，车辆abs系统提供的“车速”信号与实际车速吻合；进入水面航行后，车辆abs系统提供的“车速”信号将无法继续真实反映实际车速。
8.基于上述三个方面车辆状态特征变化，来实现对实际行驶环境智能判断，进而实现驱动模式自动适应匹配以及转换时机精准把控。
9.此方法具体实施步骤为：步骤1，对车辆相关系统进行功能升级；步骤2，对车辆陆地行驶状态的判定，并实现陆地行驶状态的转换；步骤3，对车辆驶入水中后状态的判定，并实现水中驶状态的转换；步骤4，对车辆水面航行状态的判定，并实现水面航行状态转换。
10.所述步骤1中功能升级的具体内容包括：1.1，车辆整车控制单元和各子系统能够依据协议，通过can总线实时共享车辆规定信息；1.2，将车辆abs子系统提供的“车速”，作为车辆的第一速度，同时，引入基于北斗信号的“车速”，作为车辆的第二速度；1.3，将加速踏板信号输入到整车控制单元，再由整车控制单元综合计算后，输出到发动机控制单元；1.4，车辆的动力分配器、自动变速器支持根据整车控制单元请求，实时改变驱动模式和挡位。
11.所述动力分配器和自动变速器均搭载在两栖车辆上，通过控制动力分配器的两个同步器的左右位置移动，分别实现“动力中断”模式、通过自动变速器输出到车轮的“车轮驱动”模式、通过喷泵输出的“喷泵驱动”模式和“车轮喷泵双驱动”四种模式；以便在陆地行驶时采用“车轮驱动”模式，水面航行时采用“喷泵驱动”模式，在陆地和水面过渡状态时，则采用“车轮喷泵双驱动”模式，满足车辆动力需求；不同行驶环境下正确选择上述驱动模式，来提高车辆行驶性能，且保护设备不受损伤。
12.步骤2中陆地行驶时包括以下具体内容：2.1，车辆状态满足如下三个条件：
①
车轮处于下放状态；
②
车辆abs子系统提供的第一速度信号与根据北斗信号提供的第二速度信号相符；
③
悬架子系统的各缸压力与悬架工作行程符合陆地行驶变化范围；整车控制单元判断此时处于陆地行驶模式，动力分配器应始终处于“车轮驱动”模式；2.2，当车速=0时，驾驶员启动发动机、变速器换挡手柄处于“d”挡位置后，动力传到车轮驱动行驶；随车速增加时，动力分配器仍保持“车轮驱动”模式，传动系统工作与传统车辆相同。
13.步骤3中车辆驶入水中时包括以下具体内容：3.1，车辆状态围绕步骤2的2.1中陆地行驶条件进行判断，若：
①
车轮处于下放状态；
②
车辆abs子系统提供的第一速度信号与根据北斗信号提供的第二速度信号相符；
③
悬架子系统的各缸压力与悬架行程值符合陆地行驶变化范围；整车控制单元保持陆地行驶模式；动力分配器保持“车轮驱动”模式；
3.2，当车辆状态随着水面浮力的增加，发生如下变化：
①
车辆abs子系统提供的第一速度信号与根据北斗信号提供的第二速度信号随车轮打滑出现差异，达到设定阈值；
②
悬架子系统的各缸压力与悬架行程逐步超出陆地行驶变化范围；3.2中两个条件同时满足后，整车控制单元判断进入水陆两栖环境，自动控制系统输出“加速踏板怠速信号”以实现降转速，动力分配器结合“喷泵驱动”，动作完成后再恢复输出“加速踏板实际位置”，此时，实现“车轮喷泵双驱动”模式；在“车轮喷泵双驱动”模式下，自动变速器换挡手柄处于“d”挡，车轮与喷泵能够同时输出车辆驱动力；若自动变速器换挡手柄处于“n”挡，动力分配器保持“车轮驱动”模式，“喷泵驱动”模式暂时中断输出动力，由于自动变速器响应“n”挡，车辆实际动力全部中断；若自动变速器换挡手柄处于“r”挡，车轮与喷泵均能够输出动力，车轮随变速器驱动实现反转且喷泵上方的倒挡斗落下，实现喷泵水流换向；3.3，当车辆处于“车轮喷泵双驱动”模式下行驶，一旦判断车辆运行状态条件满足2.1中
ꢀ“
陆地行驶”条件，控制单元控制动力分配器回到“车轮驱动”模式；3.4，当车辆处于“车轮喷泵双驱动”模式下行驶，为进一步提高行驶速度，驾驶员发出“轮胎收起”指令后；自动控制系统会主动配合控制发动机转速降速，控制动力分配器断开“喷泵驱动”和“车轮驱动”，待“轮胎收起”指令完成后，动力分配器仅结合“喷泵驱动”，进入水面航行状态：此时
①
车轮处于收起状态；
②
北斗信号反馈有车速时，车辆abs子系统提供的第一速度信号为0；
③
悬架子系统进入水面特定工作状态并保持稳定。
14.步骤4中水面航行时包括以下具体内容：4.1，满足
①
车轮处于收起状态；
②
北斗信号反馈有车速时，车辆abs子系统提供的第一速度信号为0；
③
悬架子系统进入水面特定工作状态并保持稳定三个条件，车辆驱动保持“喷泵驱动”，此时驾驶员操纵变速器手柄，仍能够反映其驾驶意图：自动变速器换挡手柄处于“d”挡，自动控制系统控制动力分配器仅进行“喷泵驱动”输出前进动力；而“车轮驱动”中断，自动变速器挡位变化对于驱动无影响；自动变速器换挡手柄处于“n”挡，自动控制系统控制动力分配器的“喷泵驱动”暂时中断输出动力；自动变速器换挡手柄处于“r”挡，自动控制系统控制动力分配器进行“喷泵驱动”且喷泵上方的倒挡斗落下，实现喷泵水流换向；4.2，水面航行状态下，收到驾驶员“车轮放下”指令后，控制系统配合完成轮胎下放动作后，控制动力分配器结合“车轮驱动”，即恢复到“车轮喷泵双驱动”模式；4.3，当车辆处于“车轮喷泵双驱动”模式下行驶，一旦判断车辆运行状态条件满足前述“陆地行驶”条件，控制单元控制动力分配器转换到“车轮驱动”模式。
15.通过共享变速器手柄信号，识别驾驶员水面驾驶意图，从而匹配相应驱动模式。
16.如上所述，控制系统通过轮胎状态、车速信号比对及悬架参数，进行陆地/水面及过渡模式的自动判断和驱动模式切换。本方法有如下有益效果：1、本发明的判断及控制方法充分利用了两栖车辆全车信息共享的优势，主动判断水陆行驶模式转换时机，弥补了驾驶员经验不足，提高了两栖车辆水陆行驶模式转换的合理性，从而提高了水陆行驶模式转换的成功率和安全性。
17.2、本发明中陆地/水面驾驶过程中，共享加速踏板信号及变速器手柄信号，无需增加水面行驶时的操作单元，简化系统设置及驾驶员操作难度，若配合使用方向盘信号代替转舵信号，则使得水面航行时的操作方式进一步简化且更符合车辆驾驶习惯。
具体实施方式
18.下面结合具体实施方式做进一步的说明。
19.一般而言，两栖车辆为适应陆地/水面行驶状态，均会配置有动力分配器，所述动力分配器和自动变速器均搭载在两栖车辆上，通过控制动力分配器的两个同步器的左右位置移动，分别实现“动力中断”模式、通过自动变速器输出到车轮的“车轮驱动”模式、通过喷泵输出的“喷泵驱动”模式和“车轮喷泵双驱动”四种模式；以便在陆地行驶时采用“车轮驱动”模式，水面航行时采用“喷泵驱动”模式，在陆地和水面过渡状态时，则采用“车轮喷泵双驱动”模式，满足车辆动力需求；不同行驶环境下正确选择上述驱动模式，来提高车辆行驶性能，且保护设备不受损伤。
20.两栖车辆陆地行驶时，驾驶员如同操作传统车辆一般，通过控制加速踏板、自动变速器手柄、方向盘及制动踏板实现驾驶意图，车辆在进入水中或进行水面航行过程中，车辆状态特征会发生如下变化：第一，陆地行驶时，车轮处于下放与地面接触状态；水上航行时为减低航行阻力，驾驶员可主动操控将车轮收起以便提高航速；第二，陆地行驶时，由车轮和悬架支撑车辆重量，悬架子系统的各缸压力与悬架工作行程符合陆地行驶变化范围；驶入水面后，随车身浮力增加，悬架子系统的各缸压力最大值下降且悬架工作行程变化，悬架工作行程范围发生显著变化；当水面航行人工操控收起车轮，悬架子系统进入水面航行工作状态并保持稳定；第三，陆地行驶时，车辆abs系统提供的“车速”信号与实际车速吻合；进入水面航行后，车辆abs系统提供的“车速”信号将无法继续真实反映实际车速。
21.基于上述三个方面车辆状态特征变化，本发明提供一种两栖车辆驱动模式自动判断及控制方法，其根据车辆的车轮收放状态、车速信号比对及悬架参数信息，进而综合判断车辆实际行驶环境，再根据实际行驶环境自适应匹配转换驱动模式，并自动精准把控驱动模式的转换时机。
22.此方法具体实施步骤为：步骤1，对车辆相关系统进行功能升级：1.1，车辆整车控制单元和各子系统能够依据协议，通过can总线实时共享车辆规定信息；1.2，将车辆abs子系统提供的“车速”，作为车辆的第一速度，同时，引入基于北斗信号的“车速”，作为车辆的第二速度；1.3，将加速踏板信号输入到整车控制单元，再由整车控制单元综合计算后，输出到发动机控制单元；1.4，车辆的动力分配器、自动变速器支持根据整车控制单元请求，实时改变驱动模式和挡位。
23.步骤2，对车辆陆地行驶状态的判定，并实现陆地行驶状态的转换：
2.1，车辆状态满足如下三个条件：
①
车轮处于下放状态；
②
车辆abs子系统提供的第一速度信号与根据北斗信号提供的第二速度信号相符；
③
悬架子系统的各缸压力与悬架工作行程符合陆地行驶变化范围；整车控制单元判断此时处于陆地行驶模式，动力分配器应始终处于“车轮驱动”模式；2.2，当车速=0时，驾驶员启动发动机、变速器换挡手柄处于“d”挡位置后，动力传到车轮驱动行驶；随车速增加时，动力分配器仍保持“车轮驱动”模式，传动系统工作与传统车辆相同。
24.步骤3，对车辆驶入水中后状态的判定，并实现水中驶状态的转换：3.1，车辆状态围绕步骤2的2.1中陆地行驶条件进行判断，若：
①
车轮处于下放状态；
②
车辆abs子系统提供的第一速度信号与根据北斗信号提供的第二速度信号相符；
③
悬架子系统的各缸压力与悬架行程值符合陆地行驶变化范围；整车控制单元保持陆地行驶模式；动力分配器保持“车轮驱动”模式；3.2，当车辆状态随着水面浮力的增加，发生如下变化：
①
车辆abs子系统提供的第一速度信号与根据北斗信号提供的第二速度信号随车轮打滑出现差异，达到设定阈值；
②
悬架子系统的各缸压力与悬架行程逐步超出陆地行驶变化范围；当3.2中两个条件同时满足后，整车控制单元判断进入水陆两栖环境，自动控制系统输出“加速踏板怠速信号”以实现降转速，动力分配器结合“喷泵驱动”，动作完成后再恢复输出“加速踏板实际位置”，此时，实现“车轮喷泵双驱动”模式；在“车轮喷泵双驱动”模式下，自动变速器换挡手柄处于“d”挡，车轮与喷泵能够同时输出车辆驱动力；若自动变速器换挡手柄处于“n”挡，动力分配器保持“车轮驱动”模式，“喷泵驱动”模式暂时中断输出动力，由于自动变速器响应“n”挡，车辆实际动力全部中断；若自动变速器换挡手柄处于“r”挡，车轮与喷泵均能够输出动力，车轮随变速器驱动实现反转且喷泵上方的倒挡斗落下，实现喷泵水流换向；3.3，当车辆处于“车轮喷泵双驱动”模式下行驶，一旦判断车辆运行状态条件满足2.1中
ꢀ“
陆地行驶”条件，控制单元控制动力分配器回到“车轮驱动”模式；3.4，当车辆处于“车轮喷泵双驱动”模式下行驶，为进一步提高行驶速度，驾驶员发出“轮胎收起”指令后；自动控制系统会主动配合控制发动机转速降速，控制动力分配器断开“喷泵驱动”和“车轮驱动”，待“轮胎收起”指令完成后，动力分配器仅结合“喷泵驱动”，进入水面航行状态：此时
①
车轮处于收起状态；
②
北斗信号反馈有车速时，车辆abs子系统提供的第一速度信号为0；
③
悬架子系统进入水面特定工作状态并保持稳定。
25.步骤4中水面航行时包括以下具体内容：4.1，满足
①
车轮处于收起状态；
②
北斗信号反馈有车速时，车辆abs子系统提供的第一速度信号为0；
③
悬架子系统进入水面特定工作状态并保持稳定三个条件，车辆驱动保持“喷泵驱动”，此时驾驶员操纵变速器手柄，仍能够反映其驾驶意图：自动变速器换挡手柄处于“d”挡，自动控制系统控制动力分配器仅进行“喷泵驱动”输出前进动力；而“车轮驱动”中断，自动变速器挡位变化对于驱动无影响；自动变速器换挡手柄处于“n”挡，自动控制系统控制动力分配器的“喷泵驱动”暂
时中断输出动力；自动变速器换挡手柄处于“r”挡，自动控制系统控制动力分配器进行“喷泵驱动”且喷泵上方的倒挡斗落下，实现喷泵水流换向；4.2，水面航行状态下，收到驾驶员“车轮放下”指令后，控制系统配合完成轮胎下放动作后，控制动力分配器结合“车轮驱动”，即恢复到“车轮喷泵双驱动”模式；4.3，当车辆处于“车轮喷泵双驱动”模式下行驶，一旦判断车辆运行状态条件满足前述“陆地行驶”条件，控制单元控制动力分配器转换到“车轮驱动”模式。
26.如上所述，控制系统通过轮胎状态、车速信号比对及悬架参数，进行陆地/水面及过渡模式的自动判断和驱动模式切换。其充分利用了两栖车辆全车信息共享的优势，主动判断水陆行驶模式转换时机，弥补了驾驶员经验不足，提高了两栖车辆水陆行驶模式转换的合理性，从而提高了水陆行驶模式转换的成功率和安全性。