專利名稱：基于自對(duì)準(zhǔn)扭矩對(duì)路面摩擦力進(jìn)行評(píng)估的方法和裝置的制作方法
基于自對(duì)準(zhǔn)扭矩對(duì)路面摩擦力進(jìn)行評(píng)估的方法和裝置背景技術(shù)
當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輛時(shí)，譬如客車時(shí)，駕駛員可能會(huì)路過各種路面，譬如浙青路、碎石 路、干、濕、冰、雪路面等等。這些或其他類型的路面的特點(diǎn)是具有不同的道路摩擦系 數(shù)μ，其影響輪胎的抓地力和車輛穩(wěn)定性。
基于安全原因和駕車經(jīng)濟(jì)性、舒適性和性能的原因，重要的是車輛可以以這樣 的方式被操作，使得其允許在任何時(shí)候快速響應(yīng)不同的路面條件。
解決該問題的一種方式是使用瞬時(shí)路面摩擦力評(píng)估。在現(xiàn)有技術(shù)中，不同方法 被公開用于評(píng)估瞬時(shí)路面摩擦力。這些方法可以分為不同類型。第一類方法包括基于運(yùn) 動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)和適當(dāng)?shù)能囕v動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算瞬時(shí)路面摩擦系數(shù)μ的方法。第二類方法使 用力傳感器的信號(hào)。在該類方法中，使用側(cè)向力或自校準(zhǔn)扭矩來評(píng)估路面摩擦力的方法 是已知的。第三類方法使用預(yù)覽照攝像機(jī)，其識(shí)別車輛前頭的道路條件和各種基礎(chǔ)構(gòu)造 fn息ο發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)的目的是提供一種改進(jìn)的車輛。本申請(qǐng)公開了一種用于估計(jì)在道路表面 和車輛輪胎之間的路面摩擦的改進(jìn)方法和設(shè)備。在斜率估計(jì)步驟中，對(duì)于自對(duì)準(zhǔn)扭矩函 數(shù)的線性區(qū)域的斜率的斜率估計(jì)k_sl被計(jì)算。該自對(duì)準(zhǔn)扭矩函數(shù)由作為轉(zhuǎn)向輪的滑動(dòng) 角的函數(shù)的轉(zhuǎn)向輪的自對(duì)準(zhǔn)扭矩所定義。優(yōu)選地，該估計(jì)由當(dāng)前自對(duì)準(zhǔn)扭矩除以當(dāng)前 滑動(dòng)角而給出?？柭鼮V波器的修正公式可以用來從一個(gè)或多個(gè)觀測(cè)變量(observation variable)產(chǎn)生估計(jì)值。特別地，觀測(cè)變量由自對(duì)準(zhǔn)扭矩和滑動(dòng)角或它們的商(quotient)給 定。
道路摩擦系數(shù)μ的第一估計(jì)y_sl根據(jù)斜率估計(jì)k_sl獲取。在線性估計(jì)步驟 中，確定當(dāng)前斜率k_op是否在自對(duì)準(zhǔn)扭矩函數(shù)的線性區(qū)域中。當(dāng)前斜通過當(dāng)前 自對(duì)準(zhǔn)扭矩相對(duì)于滑動(dòng)角的導(dǎo)數(shù)的估計(jì)來計(jì)算。卡爾曼濾波器(Kalmanfilter)的修正公 式可以用來從一個(gè)或多個(gè)觀測(cè)變量產(chǎn)生估計(jì)值。特別地，觀測(cè)變量由自對(duì)準(zhǔn)扭矩的時(shí)間 導(dǎo)數(shù)和滑動(dòng)角的時(shí)間導(dǎo)數(shù)給定。
如果在線性估計(jì)步驟中確定了當(dāng)前斜率k_op在自對(duì)準(zhǔn)扭矩函數(shù)的線性區(qū)域中， 道路摩擦系數(shù)的第一估計(jì)y_sl作為道路摩擦系數(shù)的第二估計(jì)y_COnt。另一方面，如果 在線性估計(jì)步驟中確定了當(dāng)前斜率k_op不在自對(duì)準(zhǔn)扭矩函數(shù)的線性區(qū)域中，則中斷斜率 估計(jì)k_sl的計(jì)算。
如果k_op降到下閾值k_op_threshold_low之下，則確定當(dāng)前斜率k_op在自對(duì)準(zhǔn) 扭矩函數(shù)的非線性區(qū)域中，如果k_op升高到上閾值k_op_threshold_high之上，則確定當(dāng) 前斜率k_op在自對(duì)準(zhǔn)扭矩函數(shù)的線性區(qū)域中，其中k_op_threshold_low < k_op_threshold_ high.
本申請(qǐng)還公開了一種計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序代碼和包括該計(jì)算機(jī)可讀取程序代碼的 計(jì)算機(jī)可讀取媒介，該計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序代碼用于執(zhí)行根據(jù)本申請(qǐng)的方法的步驟。
現(xiàn)在將參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，在附圖中


圖1示出了車輛的動(dòng)力學(xué)模型；
圖2示出了各種路面條件的自對(duì)準(zhǔn)扭矩測(cè)量值對(duì)滑動(dòng)角；
圖3示出了對(duì)于給定路面摩擦力在自對(duì)準(zhǔn)扭矩和滑動(dòng)角之間以及側(cè)向力和滑動(dòng) 角之間的關(guān)系；
圖4示出了道路摩擦系數(shù)的估計(jì)算法的流程圖；以及
圖5示出了路面摩擦力評(píng)估設(shè)備。
參考標(biāo)號(hào)
10 車輛
11左前輪
12右前輪
13 前軸
14左后輪
15右后輪
17 重心
18 縱軸
20第一上曲線
21第一下曲線
23高μ區(qū)域
M第二上曲線
25第二下曲線
洸低μ區(qū)域
30 函數(shù)
31 函數(shù)
32線性近似
40第一計(jì)算線程
41第二計(jì)算線程
42第三計(jì)算線程
43第四計(jì)算線程
44斜率估計(jì)步驟
45 步驟
46線性估計(jì)步驟
47 步驟
48 步驟
49 步驟
50 步驟
52道路摩擦系數(shù)估計(jì)裝置5
53控制單元54車體滑動(dòng)角計(jì)算單元55方向盤角速度計(jì)算單元56自對(duì)準(zhǔn)扭矩計(jì)算單元58道路摩擦系數(shù)設(shè)定單元59車輛速度傳感器

60偏航速率傳感器61側(cè)向加速傳感器62方向盤角度傳感器63轉(zhuǎn)向扭矩傳感器
具體實(shí)施例方式在以下描述中，細(xì)節(jié)被提供以描述本申請(qǐng)(發(fā)明)的實(shí)施例。然而，對(duì)本領(lǐng)域 技術(shù)人員顯而易見的是，實(shí)施例可以在沒有這樣的細(xì)節(jié)的情況下實(shí)行。圖1顯示車輛的動(dòng)力學(xué)模型。車輛10的示意性模型在平行于路面的平面中示 出。車輛10具有前輪11和12，其沿著前軸13按距離S間隔開，和兩個(gè)后輪14和15， 其沿著后軸16以相同的距離S間隔開。前軸13具有到車輛的重心17的距離a，而后軸 16具有到重心17的距離b。車輛10以向前速度u向前移動(dòng)，以側(cè)向速度V向一旁移動(dòng)， 并以偏航速率(yaw rate) 一繞其重心17偏航。如果車輛10向右邊偏航，左側(cè)輪11、14 的前進(jìn)速度增加5一，右側(cè)輪12、15的前進(jìn)速度減少相同數(shù)量。此外，前輪11、12的側(cè) 向速度增加《一，而后輪14、15的側(cè)向速度減少^^。圖1的右側(cè)顯示右前輪12和右后輪15的示意性視圖。輪的水平取向通常并不與 輪的方向一致，而是與其相差一滑動(dòng)角α。右前輪12相對(duì)于車輛縱向軸線18的取向由右 轉(zhuǎn)向角\給出。右前輪12的車輪速度的方向由速度向量(V+^一，U-S一)給出。速度向 量的方向與右前輪12的取向相差一滑動(dòng)角％。對(duì)于后輪14、15(其在該模型中并非轉(zhuǎn)向 輪)，轉(zhuǎn)向角S是零，而滑動(dòng)角ab等于車輪速度向量(V-6 一，U+s#)和
的方向。在一簡(jiǎn)化模型中，右和左轉(zhuǎn)向角\，S1被假設(shè)為等于轉(zhuǎn)向角δ。右和左轉(zhuǎn)向 角于是分別地由下式給出
■ λ/ , · λ
ν + αψρν + αψar = S - arctan -—禾 Πα, =δ - arctan -Γ 。
yu + sy/ J\u- s\f/ J滑動(dòng)角的確定于是被簡(jiǎn)化為轉(zhuǎn)向角和重心在水平面中的運(yùn)動(dòng)的確定，其由速度 (U，ν)和偏航速率一確定。重心17的運(yùn)動(dòng)又可以通過使用速度和加速度傳感器和專用偏 航速率傳感器的輸出信號(hào)來確定。當(dāng)圖1的車輛10轉(zhuǎn)彎時(shí)，車輪11、12、14、15的輪胎經(jīng)受自對(duì)準(zhǔn)扭矩M_z，其 傾向于將車輪11、12、14、15沿水平平面對(duì)準(zhǔn)。自對(duì)準(zhǔn)扭矩取決于車輪的滑動(dòng)角α和 諸如外傾角(camber angle)、輪胎形狀和道路摩擦力。通過轉(zhuǎn)向前輪11、12，自對(duì)準(zhǔn)扭 矩M_z被傳遞到車輛10的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。對(duì)于液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向，在前輪上的自對(duì)準(zhǔn)扭矩的計(jì)算可以根據(jù)下式來執(zhí)行Mz—L+Mz—R = |p HPSR_PHPSljAHPsdTR—wc+TSW ⑴.
其中，M_z_L和M_z_R分別是左輪和右輪上的自對(duì)準(zhǔn)扭矩。p_HPSR^n p_HPSL
是在液壓動(dòng)力缸體右側(cè)和左側(cè)上的壓力，且A_HPS是在液壓動(dòng)力缸體的壓力接受面積。 T_SW是駕駛員在方向盤上輸入的扭矩。有效力矩臂長(zhǎng)度d_TR_wc是方向盤角度的函 數(shù)。對(duì)于有效力矩臂長(zhǎng)度d_TR_wc的計(jì)算，小角度近似被用于在齒條(rack)和拉桿之間 的角度。在輪子平面和拉桿之間的角度可以用依賴方向盤角度的查找表來補(bǔ)償，但是也 可以被近似到恒定值，因?yàn)樵撚?jì)算僅在外部輪子上進(jìn)行。對(duì)于電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向扭矩傳感器被使用來代替壓差傳感器。供應(yīng)電流到電轉(zhuǎn)向馬達(dá)還可以被用于得到施加力。如果轉(zhuǎn)向扭矩通過轉(zhuǎn)向輔助裝置自己產(chǎn)生，如在用 線控系統(tǒng)(wire system)中的轉(zhuǎn)向那樣，在公式(1)中不會(huì)產(chǎn)生方向盤扭矩。此外，自對(duì)準(zhǔn)扭矩受轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦力(T_fr)、驅(qū)動(dòng)扭矩(T_d)、束角變化(toe variation) (T_toe) >外傾角變化(T_camber)和后傾角(caster)、靜態(tài)束角和外傾角(T_ offset)的影響。增加這些因素到方程(1)得到改進(jìn)的公式
權(quán)利要求
1.一種用于估計(jì)在道路表面和車輛輪胎之間的路面摩擦的方法，包括下列步驟-在斜率估計(jì)步驟中，計(jì)算對(duì)于自對(duì)準(zhǔn)扭矩函數(shù)的線性區(qū)域的斜率的斜率估計(jì)k_sl， 該自對(duì)準(zhǔn)扭矩函數(shù)由作為滑動(dòng)角的函數(shù)的自對(duì)準(zhǔn)扭矩所定義， -根據(jù)斜率估計(jì)k_sl獲取道路摩擦系數(shù)y的第一估計(jì)y_sl， -在線性估計(jì)步驟中，確定當(dāng)前斜率k_op是否在自對(duì)準(zhǔn)扭矩函數(shù)的線性區(qū)域中， 如果在線性估計(jì)步驟中確定了當(dāng)前斜率k_op在自對(duì)準(zhǔn)扭矩函數(shù)的線性區(qū)域中， -輸出道路摩擦系數(shù)的第一估計(jì)作為道路摩擦系數(shù)的第二估計(jì)y_COnt。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟-如果在線性估計(jì)步驟中確定了當(dāng)前斜率k_op不在自對(duì)準(zhǔn)扭矩函數(shù)的線性區(qū)域中， 則中斷斜率估計(jì)1^_31的計(jì)算。
3.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，線性估計(jì)步驟包括計(jì)算自對(duì)準(zhǔn)扭矩的時(shí)間導(dǎo)數(shù)和滑動(dòng)角的時(shí)間導(dǎo)數(shù)。
4.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在線性估計(jì)步驟中，如果k_op降到下閾值k_op_threshold_low之下，則確定當(dāng)前斜 率k_op在自對(duì)準(zhǔn)扭矩函數(shù)的非線性區(qū)域中，如果k_op升高到上閾值k_op_threshold_high 之上，則確定當(dāng)前斜率1^_0^在自對(duì)準(zhǔn)扭矩函數(shù)的線性區(qū)域中，其中k_op_threshold_low < k_op_threshold_high。
5.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 斜率估計(jì)步驟包括計(jì)算自對(duì)準(zhǔn)扭矩和滑動(dòng)角的商。
6.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，斜率估計(jì)步驟包括通過卡爾曼濾波器的修正公式計(jì)算一個(gè)或多個(gè)觀測(cè)變量的估計(jì)值。
7.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，線性估計(jì)步驟包括通過卡爾曼濾波器的修正公式計(jì)算一個(gè)或多個(gè)觀測(cè)變量的估計(jì)值。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)觀測(cè)變量由自對(duì)準(zhǔn)扭矩的時(shí)間導(dǎo)數(shù)和滑動(dòng)角的時(shí)間導(dǎo)數(shù)給出。
9.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 斜率估計(jì)步驟和線性估計(jì)步驟作為計(jì)算線程而被執(zhí)行。
10.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括如下步驟 -比較道路摩擦系數(shù)的第二估計(jì)y_cont和下極限，-比較道路摩擦系數(shù)的第二估計(jì)y_Cont和上極限，-如果第二估計(jì)處于上極限和下極限所定義的范圍內(nèi)，則輸出第二估計(jì)y_Cont作為 道路摩擦系數(shù)的最終估計(jì)P_SAT，如果第二估計(jì)y_COnt低于下極限則輸出下極限作為 道路摩擦系數(shù)的最終估計(jì)P_SAT，如果第二估計(jì)y_COnt高于上極限則輸入上極限作為 道路摩擦系數(shù)的最終估計(jì)P_SAT。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，上極限獲得自最大可用道路摩擦系數(shù)y_max，下極限獲得自最小可用道路摩擦系數(shù) u _min,上極限的獲取包括最大可用道路摩擦系數(shù)y_max的遺忘函數(shù)的計(jì)算，且下極限的獲 取包括最小可用道路摩擦系數(shù)P_min的遺忘函數(shù)的計(jì)算，且遺忘函數(shù)被定義為使得在下 極限和上極限之間的差隨著時(shí)間的推移而增加。
12.—種計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序代碼，其用于執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法的步驟。
13.—種道路摩擦系數(shù)評(píng)估裝置，用于執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的方法的步驟。
14.一種用于控制車輛促動(dòng)器的車輛控制系統(tǒng)，該車輛控制系統(tǒng)包括如權(quán)利要求13所 述的道路摩擦系數(shù)評(píng)估裝置。
15.—種車輛，包括促動(dòng)器和如權(quán)利要求14所述的用于控制車輛促動(dòng)器的車輛控制系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于估計(jì)在道路表面和車輛輪胎之間的路面摩擦的方法。該方法包括步驟在斜率估計(jì)步驟中，計(jì)算對(duì)于自對(duì)準(zhǔn)扭矩函數(shù)的線性區(qū)域的斜率的斜率估計(jì)k_sl，該自對(duì)準(zhǔn)扭矩函數(shù)由作為滑動(dòng)角的函數(shù)的自對(duì)準(zhǔn)扭矩所定義。該方法還包括步驟根據(jù)斜率估計(jì)k_sl獲取道路摩擦系數(shù)μ的第一估計(jì)μ_sl，并且在線性估計(jì)步驟中，確定當(dāng)前斜率k_op是否在自對(duì)準(zhǔn)扭矩函數(shù)的線性區(qū)域中。如果在線性估計(jì)步驟中確定了當(dāng)前斜率k_op在自對(duì)準(zhǔn)扭矩函數(shù)的線性區(qū)域中，輸出道路摩擦系數(shù)的第一估計(jì)μ_sl作為道路摩擦系數(shù)的第二估計(jì)μ_cont。
文檔編號(hào)B60W40/06GK102024095SQ20101028109
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者尤瑟夫·戈內(nèi)姆, 西蒙·英格夫 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司