CN100422007C - 轮式车辆的动态轴负荷和/或轮负荷的确定 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轮式车辆(20)的动态轴负荷和/或动态轮负荷的确定,其中在轮式车辆(20)中(在测量装置1中)测量轮式车辆(20)的至少两个相互垂直定向的直线加速度和分别绕轮式车辆(20)的坐标轴的旋转运动或旋转运动分量的三个转度,其中三个坐标轴分别相互垂直延伸,并且(在分析装置9中)在使用至少两个直线加速度和三个转度的情况下确定轮式车辆(20)的至少一个轴负荷和/或轮负荷。

Description

轮式车辆的动态轴负荷和/或轮负荷的确定
技术领域
本发明涉及用于确定轮式车辆的动态轴负荷和/或轮负荷的设备和方法。
轴负荷和轮负荷、亦即作用于底盘或部分底盘上的力是汽车电子控制系统、例如防抱死刹车系统(ABS)和用于主动控制底盘或底盘与车身的耦合的系统(例如所谓的电控行驶平稳系统ESP)的输入量。另外的实例是防翻车(roll-over-protection(侧翻保护))的保护系统和用于稳定轿车和载货汽车以及挂车的摇摆运动的系统。
本发明特别地涉及具有至少一个这样的系统或具有这样的系统的任意组合的设备的组合。
背景技术
由DE 196 03 430 A1已知一种用于确定汽车的轴负荷的电路装置。在分析电路中接收偏航速度传感器的信号,并且根据该信号计算汽车的轴负荷和/或轮支承力,其中所述信号重现汽车的俯仰运动。特别地,在控制计算机中在俯仰角之内对汽车轴向上的角速度进行积分,并在摇摆角之内对汽车横向上的角速度进行积分。根据俯仰角、摇摆角、地面坡度、左右轮距、前后轮距、以及汽车速度能够计算轴负荷分布。
发明内容
本发明的任务是,给出一种设备和一种方法,所述设备和方法允许在多种实际行驶状况中确定轮式车辆的动态轴负荷和/或轮负荷。特别地,应能够正好在例如曲线行驶的安全危急的状况下在车道倾斜的情况下和/或在车身摇摆的情况下确定轴负荷和/或轮负荷。
建议:为了确定轮式车辆的动态轴负荷和/或轮负荷,测量轮式车辆的至少两个(优选地三个)分别相互垂直定向的直线加速度和轮式车辆的三个转速。这三个转速分别是绕轮式车辆的坐标轴的旋转运动或旋转运动分量的量度,其中两个或三个坐标轴分别相互垂直延伸并且尤其形成笛卡儿坐标系。
此外,建议下列内容:一种设备,具有
-布置或可布置在轮式车辆中的测量装置,其中所述测量装置被构造用于测量轮式车辆的至少两个相互垂直定向的直线加速度和分别绕轮式车辆的坐标轴的旋转运动或旋转运动分量的三个转速,其中三个坐标轴分别相互垂直延伸,和
-分析装置,所述分析装置与测量装置相组合并被构造用于在使用至少两个直线加速度和三个转速的情况下确定至少一个轴负荷和/或轮负荷。
概念“轴”不应仅仅被理解为刚性轴和/或被实施为单个具体存在的组件的轴。相反地,轴的车轮例如可以仅仅经由车身以及经由布置在车身与各个车轮之间的碰撞阻尼装置和/或弹簧装置相互连接。此外,所述轴中的至少一个轴也可以只具有一个车轮。
轴负荷应被理解为这样的负荷,所述负荷全部作用于轴的车轮上(例如由车身作用于四轮汽车的前轮上)或者(例如在车轮的支承点处)由该轴的车轮施加到地基(Untergrund)上。轮负荷应被理解为这样的负荷,所述负荷作用于汽车的单个车轮上(例如由车身作用于四轮汽车的右前轮上)或汽车的多个车轮上(例如四轮汽车的两个右轮上)或者由所述一个或多个车轮施加到地基上。
优选地,所述测量装置具有用于测量两个(或三个)直线加速度的加速度传感器和用于测量三个转速的转速传感器,其中所述加速度传感器和转速传感器是预先制造的、被构造用于装配到轮式车辆中的设备技术单元的部分。该单元是所谓的惯性测量单元(IMU)的特殊实施形式。IMU例如被确定用于被固定在轮式车辆的重心处或附近。于是,轮式车辆或轮式车辆车身的重心优选地位于所述单元内部。
此外优选的是,两个(或三个)直线加速度能够作为相互线性独立的被测量由测量装置来测量。优选地,分别由加速度传感器所检测的加速度或加速度分量的方向形成三维直角坐标系的轴。
为了对准三个坐标轴,相应的内容是优选的,其中相对于所述三个坐标轴测量汽车的旋转运动的旋转向量的分量。换句话说:测量装置被这样构造,使得三个坐标轴分别成对地相互垂直延伸。
所述测量装置可以例如针对每个被测量具有单独的传感器。然而,也存在同时测量所提及的被测量中的两个(例如两个加速度或两个转速)的传感器。
优选地,测量装置的用于测量转速的测量传感器和用于测量直线加速度的测量传感器被固定在相对于汽车底盘可移动的车身上。
加速度传感器根据汽车的方位测量受地心引力影响的被测量。在汽车的静止状态中,加速度传感器只测量地心引力的作用。于是,实际的加速度不存在于所测量的量中。
在本说明书中,由于地心引力而被改变的动态加速度值被表示为有效加速度值。优选地,在确定动态轴负荷和/或轮负荷时使用该有效加速度值。于是得到包含静态负荷(地心引力或重力的部分)的动态负荷。然而,在需要时也可以例如通过以下方式确定纯的动态负荷,即对三个转速进行积分以便确定汽车相对于地面固定坐标系的方位,并且在使用关于该方位的信息的情况下消除静态部分。
特别地,所述设备可以为此具有方位确定装置,所述方位确定装置被构造用于根据三个转速来确定轮式车辆在汽车外部坐标系中的方位。此外,为了能够监控由测量装置所测量的量以找出可能的故障,建议一种监控装置,所述监控装置被构造用于在使用方位确定装置的输出量的情况下以及在使用比较量的情况下监控所测量的直线加速度中的至少一个。为了确定所述比较量,尤其使用另外的、不由测量装置测量的量、例如汽车的至少一个可转向的车轮的转向角和/或行驶速度。如果在监控时确定:测量装置的测量值例如由于传感器故障而不可靠,则可以采取适当的措施。
通过考虑汽车的三个转速和至少两个加速度,甚至在安全危急的行驶状况下、特别是当汽车的加速度高和/或汽车的旋转运动快时也能够出现可靠地计算轴负荷和/或至少一个轮负荷。不能或仅能受限制地应用预先已知的用于计算负荷的方法的行驶状况的实例涉及曲线行驶、在侧倾地基上的行驶、和/或在车身侧转运动的情况下(在车身摇摆的情况下)的行驶。
在用于计算负荷的在分析装置中实现的计算模型中,可以基于转速和加速度例如考虑一项或多项,迄今没有关于所述一项或多项的被测信息可供使用。属于所述项的有:
-考虑到基于汽车和/或车身垂直于地基平面的运动的负荷的项,
-考虑到车身与汽车底盘之间的相对运动的项,和/或
-考虑到在旋转运动时汽车和/或汽车部分(特别是车身)的惯性矩的项。
此外,可以在该计算模型中考虑这样的项,这些项考虑车身相对于底盘的(特别是阻尼)弹性运动特性。对此还将更详细地进行探讨。
特别地,所述分析装置可以具有计算单元,所述计算单元被构造用于,
-在使用由测量装置所测量的、垂直于汽车地基的平面定向的直线加速度的测量值的情况下计算至少一个部分轴负荷和/或部分轮负荷;
-在使用三个转速的情况下计算至少一个部分轴负荷和/或部分轮负荷,所述部分轴负荷和/或部分轮负荷由轮式车辆的旋转运动和/或由轮式车辆的一部分的旋转运动产生;和/或
-在考虑轮式车辆的至少一个车轮与车身之间的、特别是有阻尼的、弹簧的情况下计算轴负荷和/或轮负荷。
所述计算单元例如具有微处理器。
此外,本发明方法允许作出对行驶状况的可靠预报,其中在至少使用两个所计算的轴负荷和/或轮负荷的情况下预先计算:轮式车辆的一个车轮或轮式车辆的多个车轮是否与地基失去接触。例如,汽车的不同车轮的负荷被视为时间的函数,并且这些函数被反复地外插,使得至少分别获得负荷的未来的值。于是,通过比较和/或在使用被外插的负荷的情况下可以为未来的时刻确定:是否将失去与地基的接触。例如,在这种情况下,用于主动控制底盘或底盘与车身的耦合的系统能够采取适当的措施,以便避免危险的情况。例如,能够对汽车的单个车轮或多个车轮进行制动。
附图说明
现在根据实施例来更详细地阐明本发明。在此,参考示意性的附图并且说明一个优选的实施形式。附图中相同的附图标记表示相同的、功能相同的、或等价的单元或者装置。在所述附图中:
图1示出具有用于确定动态轴负荷和轮负荷的装置的道路汽车,
图2示出图1中所示的分析装置结合测量装置的设计,
图3示出图1中所示的在与分析装置共同的壳体中的测量装置,
图4以侧视图形式示出具有底盘以及具有经由阻尼弹簧与底盘相连接的车身的道路汽车的模型,
图5从前面示出依照图4的模型,
图6示出道路汽车的用于说明尺寸和角度的图示,以及
图7示出图1中所示的测量装置的构造的实例。
具体实施方式
图1中所示的道路汽车20具有两个前轮和两个后轮,其中用附图标记22标明右前轮并用附图标记24标明右后轮。前轮被分配给前轴26。后轴被分配给后轴27。在道路汽车20直线行驶的情况下,被分配给轴的车轮共轴旋转,亦即它们具有共同的旋转轴。
在道路汽车20中布置有测量装置1,所述测量装置1与用于确定道路汽车20的轴负荷和轮负荷的分析装置9相连接。
如图7中所示,测量装置1例如具有加速度测量装置3和转速测量装置4。特别地,测量装置1是预先制造的结构单元,其中用于测量加速度和转速的相应的传感器相对于彼此位置固定地被布置在所述单元中。所述结构单元尤其被确定用于被固定在汽车的重心处或在汽车的重心附近,其中力求汽车中确定的对准(Ausrichtung)。
特别地,加速度测量装置3具有三个直线加速度传感器31、32、33(图7),所述直线加速度传感器31、32、33被这样布置,使得所述加速度传感器之一分别测量汽车在笛卡儿坐标系的轴向上的加速度或加速度分量,其中x轴在汽车纵向上指向前方,y轴垂直于纵轴被定向,而z轴(在汽车水平对准的情况下)垂直地指向上方。在图6中示意性地示出这样的坐标系。该图示出具有两个可转向的前轮21、22和两个不可转向的后轮23、24的道路汽车20。前轮在所示出的状态中向左偏转,并且相对于x轴具有转向角δL(左前轮21)以及δR(右前轮22)。前轮21、22彼此具有距离(轮距)SF,后轮23、24彼此具有距离SR。rR表示后轮23、24的半径。在纵向上,大约在车身25的中心处布置有所述测量装置1。它在纵向上与前轮21、22的轴具有距离lF,而与后轮23、24的轴具有距离lR
本发明不限于具有前轮转向的轮式车辆。相反地,例如后轮附加地也可以是可转向的。
在图2中示出图1中所示的设备的一个实施例。加速度测量装置3经由滤波装置5与分析装置9相连接。转速测量装置4同样经由滤波装置5与分析装置9相连接。
图2中所示的滤波装置5代表其他滤波装置,所述其他滤波装置可以被额外地设置在图1至图3中所示的设备中或者在改变后的设备中。由滤波装置执行的对测量信号和/或由此推导出的信号的滤波尤其用于消除可能存在的噪声并且消除测量信号的例如由于车身的振动所引起的高频振荡。特别地,滤波装置可以具有至少一个低通滤波器和/或至少一个带通滤波器。
在向分析装置9传输由加速度测量装置3的加速度测量传感器所测量的加速度信号和由转速测量装置4的转速测量传感器所测量的转速信号之前,滤波装置5对加速度信号和转速信号进行滤波。
如图3所示,测量装置1和分析装置9可以与其他单元和/或装置一起被布置在共同的壳体2中。如图中所示,分析装置9可以具有计算单元11和监控装置10。计算单元11用于计算汽车的轴负荷和/或轮负荷。监控装置10用于监控由测量装置1所产生的测量信号。
在使用经由输入端6所接收的、转向角和汽车速度的测量信号的情况下,监控装置10执行对至少一个由测量装置1所测的量的监控。例如,为了监控直线加速度,监控装置10使用至少两个角(通过对转速进行积分所获得的汽车的摇摆角和俯仰角),所述角是汽车在地面固定坐标系中的方位的量度。按这种方式,监控装置10可以考虑:根据汽车相对于地面固定坐标系的方位,所测量的直线加速度包含可归因于地心引力的分量。
如同样在图3中所示,计算单元11可以与外插单元12相连接,以便(如已经说明的那样)进行关于未来行驶状况的预报,在所述行驶状况中汽车的至少一个车轮不再或者不再充分保持与地基接触。经由与外插单元12相连接的接口13,关于这种行驶状况的相应信息可以被输出给系统,所述系统引入用于阻止危险的行驶状况的适当措施(例如侧翻保护)。
下面现在更详细地探讨轴负荷和/或轮负荷的计算,所述计算例如由计算单元11来执行。
在第一种计算方式中,应分别计算多个轮负荷的总和,其中在每种情况下包括一个轴的所有车轮或者包括汽车一侧的所有车轮。例如,按这种方式,在四轮轮式车辆的情况下,计算前轴负荷、后轴负荷、右轮的轮负荷的总和、和/或左轮的轮负荷的总和。对于这些计算中的每一个来说,分别只需要由测量装置所测量的加速度值中的两个。在每种情况下,z方向上的直线加速度属于这两个加速度值(图6)。
哪个量是第二加速度值取决于要计算的总和。在计算轴负荷(轴的车轮的总和)的情况下,x方向上的加速度被用作第二加速度值。在汽车一侧的轮负荷的总和的情况下,y方向上的加速度被用作第二加速度值。
此外,针对这些轮负荷总和中的每一个总和,考虑描述汽车在旋转运动时的惯性的项。优选地,为该项使用所有三个由测量装置所测量的转速。
下面更详细地说明基于物理汽车模型计算这样的轮负荷总和的的实例。
在第一模型中,汽车被视为刚体,亦即不考虑反映车轮与车身之间的(尤其是阻尼)弹簧的项。
动态的前轴负荷FF被定义为前轮的支承力的总和,而动态的后轴负荷FR被定义为后轮的支承力的总和。所述力尤其可以按照以下方程来计算:
F F = ( l R m V a CG , z ( e ) - h CG m V a CG , x ( e ) - J CG , y ) / ( l R + l F )
F R = ( l F m V a CG , z ( e ) + h CG m V a CG , x ( e ) + J CG , y ) / ( l R + l F )
在此,aCG,j (e),j=x,y,z是在假设测量装置被布置在汽车的重心处的情况下由测量装置所确定的并且尤其通过滤波和/或其他措施所处理的直线加速度的测量信号。如果情况不是如此,则将测量值换算到重心。此外,lR以及lF是已根据图6所引入的、测量装置与后轴以及前轴之间的距离,mV是汽车的质量,hCG是重心超过汽车地基的高度,并且JCG,x,JCG,y是以下向量的x分量以及y分量:
J → CG = J ↔ CG ω → · + ω → × ( J ↔ CG ω → )
在此,
Figure C20048003687300114
是汽车相对于重心的惯性张量,其中坐标轴被定向在传感器的测量方向的方向上。
Figure C20048003687300115
是汽车的旋转向量。在假设旋转向量良好近似为对角的情况下,针对向量
Figure C20048003687300121
的两个第一分量得到:
J CG , x = I CG , 1 ω · x + ( I CG , 3 - I CG , 2 ) ω y ω z
J CG , y = I CG , 2 ω · y + ( I CG , 1 - I CG , 3 ) ω x ω z
其中ICG,1,ICG,2,ICG,3(惯性矩矩阵的对角元素)是汽车的主惯性矩,而ωx,ωy,ωz是旋转向量的分量。
以相应的方式得到针对左轮的轮负荷的总和FFL+FRL的方程(第一下标F代表“前”,第一下标R代表“后”,第二下标L代表“左”):
F FL + F RL = 1 2 m V a CG , z ( e ) - h CG s F h CG m V a CG , y ( e ) + ( J CG , x / s F )
在此,SF是轮距,对于前轮和对于后轮来说其被假定为大小相同。当在方程右侧使第二被加数的符号反转时,得到针对右轮的相应方程。这考虑到:对于右轮和左轮的支承力来说,y方向上(即垂直于行驶方向)的加速度产生相反的影响。
在阻止翻车(侧翻保护)方面,例如可以使用左轮的轮负荷的总和和/或右轮的轮负荷的总和,并且执行已经描述的外插。特别地,例如可以将右轮的轮负荷的总和与左轮的轮负荷的总和相比较。因为相应的方程部分地包含相同的项,所以对于某些应用来说和/或在某些行驶状况下分析具有相反符号的项可能就足够了。因此,所述比较在这些情况下可以被简化为在右轮情况下和在左轮情况下符号相反的一项或多项的计算。在比较时,尤其可以检验:是否达到或超过了预先给定的极限值。如果情况如此,那么例如向系统输出一个信号以便稳定汽车行驶运行。
上述模型的基本特点是刚性汽车的假设和分别所考察的车轮(例如前轮、后轮或左轮)的角动量平衡(或等效的平衡)的设置。然而,利用这样的模型不能确定单个车轮的轮负荷。
特别是当在车身与底盘之间出现不可忽略的运动时,仍然可以利用布置在所述车身中的测量装置的测量值(尤其是利用IMU)来确定轴负荷和/或轮负荷。为此建议使用汽车模型,其中所述汽车模型考虑到所述车身与底盘之间的弹性。
为了确定四轮汽车的单个轮负荷,按照第二模型建议以下途径:在车轮(即底盘)与刚性车身之间引入弹簧的弹性。此外,允许底盘与车身之间的相对运动的三个自由度,即z方向上的直线运动(例如车身中的一个点的运动,其中测量装置在所述点处进行测量)、绕在汽车中水平延伸的第一旋转轴(尤其是x轴)的第一旋转运动和绕在汽车中水平延伸的第二旋转轴(尤其是y轴)的第二旋转运动,其中所述第二旋转轴垂直于第一旋转轴。
图4和图5示意地示出所述模型。车身28具有重心CG,并且经由弹簧40、41、43(在两幅图中仅示出四个车轮中的三个)以及经由平行于弹簧40、41、43起作用的阻尼元件44、45、47单独地与四个车轮21、22、23、24相连接。因为车轮21、22、23、24不直接以机械方式相互耦合,所以也可以称为五质量块模型(Fuenf-Massen-Modell)。车轮21、22、23、24立在地基30(例如车道)上。
通过如上面针对刚性汽车所说明的(亦即两个分别针对两个车轮、例如前轮和后轮的方程)那样形成底盘的相应的角动量平衡(或等效的平衡、例如转矩平衡),并且通过考虑以下微分方程
Figure C20048003687300131
Figure C20048003687300132
kΔz + ΓΔ z · = - a z ( e )
可以计算单个轮负荷。在此,κR′κP′k是对应于自由度的各运动分量的线性弹力的汽车参数,γR′γP′Γ是对应于各运动分量的线性阻尼项的汽车参数,cR′cP是其它汽车参数,
Figure C20048003687300134
是车身与底盘之间的绕x轴的相对旋转角(摇摆角),
Figure C20048003687300135
是车身与底盘之间的绕y轴的相对旋转角(俯仰角),以及aj (e),j=x,y,z是由布置在车身中的测量装置所测量的在x、y、z方向上的直线加速度。
所有参数可以例如通过试验和/或通过计算针对某一汽车或某一车型来加以确定。
该模型的前提是车身为刚体,并由此良好近似地适合于汽车在街道上的行驶。该模型考虑到如所述那样的摇摆和俯仰运动,并且因此特别适合于出现这样的运动的行驶状况和/或汽车。特别是在具有高于底盘的车身重心的汽车(例如载重汽车和越野车)的情况下情况如此。
在上面所给出的一组三个微分方程的情况下,特别是可以进行以下改变或实现替代方案:
-所述弹簧可以被描述为非线性弹簧,
-在一个或多个方程中、特别是在针对俯仰角
Figure C20048003687300141
的方程中,可
以附加地考虑一个或多个制动力和/或一个或多个驱动力(例如在全轮驱动的汽车的情况下)在车轮上的分布,和/或
-所述方程可以至少部分地耦合。
为了简化计算,可以作出简化的假设,诸如
-相对于车身的质量而忽略底盘的质量,
-假设:测量点是车身的重心,其中在所述测量点处测量装置测量转速和直线加速度和/或三个旋转轴延伸通过所述测量点,和/或
-假设:测量点与四个作用点的(在z方向上的)高度差对于所有四个车轮而言大小相等,其中在所述四个作用点处在车轮与车身之间起作用的弹簧的弹力作用在车身上。
在所考察的模型中,可以执行数学极限值形成,其中使弹力为无穷大(刚性弹簧的极限情况)。在上面所给出的微分方程中情况κR′κP′k→∞对应于此。针对单个轮负荷,得到以下计算方程:
F FL / R , z = l R 2 ( l F + l R ) m V a CG , z ( e ) - 1 2 ( l F + l R ) ( h CG m V a CG , x ( e ) + J CG , y )
+ - l R s F ( l F + l R ) ( h CG m V a CG , y ( e ) - J CG , x )
F RL / R , z = l F 2 ( l F + l R ) m V a CG , z ( e ) + 1 2 ( l F + l R ) ( h CG m V a CG , x ( e ) + J CG , y )
+ - l R s F ( l F + l R ) ( h CG m v a CG , y ( e ) - J CG , x )
其中方程的运算符
Figure C20048003687300146
中的负号分别涉及左轮,而正号分别涉及右轮。
该简化模型特别适合于具有低的车身重心的汽车,适合于平地(与差的路段相反)上的行驶,以及适合于在高速情况下的行驶。例如可以在一个具体的实施形式中确定:是否存在这些条件之一。如果情况如此,则所述计算单元动用该简化模型。否则应用考虑到弹簧的基本模型。

Claims (19)

1. 用于确定轮式车辆(20)的动态轴负荷和/或动态轮负荷的设备,具有
-布置或可布置在所述轮式车辆(20)中的测量装置(1),其中所述测量装置(1)被构造用于测量所述轮式车辆(20)的至少两个分别相互垂直定向的直线加速度和分别绕所述轮式车辆(20)的坐标轴的旋转运动或旋转运动分量的三个转速,其中三个坐标轴分别相互垂直延伸,和
-分析装置(9),所述分析装置(9)与所述测量装置(1)相组合,并被构造用于在使用至少两个直线加速度和三个转速的情况下确定至少一个轴负荷和/或轮负荷.
2. 如权利要求1所述的设备,其中所述测量装置(1)具有用于测量直线加速度的加速度传感器(31,32,33)和用于测量三个转速的转速传感器(41,42,43),并且其中所述加速度传感器(31,32,33)和所述转速传感器(41,42,43)是预先制造的、被构造用于装配到所述轮式车辆(20)中的设备技术单元(2)的部分.
3. 如权利要求1或2所述的设备,其中所述测量装置(1)被这样构造,使得能够测量至少两个直线加速度作为相互线性独立的被测量.
4. 如权利要求1或2所述的设备,其中所述测量装置(1)被这样构造,使得所述三个坐标轴分别成对地相互垂直延伸.
5. 如权利要求1或2所述的设备,其中所述测量装置(1)的用于测量转速和直线加速度的测量传感器被固定在相对于汽车底盘(29)可移动的车身(28)上.
6. 如权利要求1或2所述的设备,其中所述分析装置(9)具有计算单元(11),所述计算单元(11)被构造用于在使用由所述测量装置(1)所测量的、垂直于汽车地基(30)的平面定向的直线加速度的测量值的情况下计算至少一个部分轴负荷和/或部分轮负荷.
7. 如权利要求1或2所述的设备,其中所述分析装置(9)具有计算单元(11),所述计算单元(11)被构造用于在使用三个转速的情况下计算至少一个部分轴负荷和/或部分轮负荷,所述部分轴负荷和/或部分轮负荷由所述轮式车辆的旋转运动和/或由所述轮式车辆的一部分的旋转运动产生.
8. 如权利要求1或2所述的设备,其中所述分析装置(9)具有计算单元(11),所述计算单元(11)被构造用于在考虑所述轮式车辆(20)的车轮(21,22,23,24)中的至少一个与车身(28)之间的弹簧(40,41,43)的情况下计算轴负荷和/或轮负荷.
9. 如权利要求8所述的设备,其中所述弹簧(40,41,43)是有阻尼的弹簧.
10. 用于确定轮式车辆(20)的动态轴负荷和/或动态轮负荷的方法,其中
-在所述轮式车辆(20)中测量所述轮式车辆(20)的至少两个分别相互垂直定向的直线加速度和分别绕所述轮式车辆(20)的坐标轴的旋转运动或旋转运动分量的三个转速,其中三个坐标轴分别相互垂直延伸,并且
-在使用至少两个直线加速度和三个转速的情况下确定所述轮式车辆(20)的至少一个轴负荷和/或轮负荷.
11. 如权利要求10所述的方法,其中利用加速度传感器(31,32,33)来测量直线加速度,并且利用转速传感器(41,42,43)来测量转速,并且其中所述加速度传感器(31,32,33)和转速传感器是预先制造的、被布置在所述轮式车辆(20)中的设备技术单元(1)的部分.
12. 如权利要求10或11所述的方法,其中测量至少两个直线加速度作为相互线性独立的被测量.
13. 如权利要求10或11所述的方法,其中转速的三个坐标轴分别成对地相互垂直延伸.
14. 如权利要求10或11所述的方法,其中测量所述转速和所述直线加速度作为相对于汽车底盘(29)可移动的车身(28)的转速和直线加速度.
15. 如权利要求10或11所述的方法,其中在使用在所述轮式车辆(20)中所测量的、垂直于汽车地基(30)的平面定向的直线加速度的测量值的情况下计算至少一个部分轴负荷和/或部分轮负荷.
16. 如权利要求10或11所述的方法,其中在使用三个转速的情况下计算至少一个部分轴负荷和/或部分轮负荷,所述部分轴负荷和/或部分轮负荷由所述轮式车辆(20)的旋转运动和/或由所述轮式车辆(20)的一部分的旋转运动产生.
17. 如权利要求10或11所述的方法,其中在考虑所述轮式车辆(20)的车轮(21,22,23,24)中的至少一个与车身(28)之间的弹簧(40,41,43)的情况下计算轴负荷和/或轮负荷.
18. 如权利要求17所述的方法,其中所述弹簧(40,41,43)是有阻尼的弹簧.
19. 用于预报行驶状况的方法,其中在使用至少两个依照如权利要求10或11所述的方法所计算的轴负荷和/或轮负荷的情况下预先计算:轮式车辆(20)的一个车轮(21,22,23,24)或轮式车辆(20)的多个车轮(21,22,23,24)是否与地基(30)失去接触.
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4282072B2 (ja) * 2004-09-30 2009-06-17 本田技研工業株式会社 二輪車の運転者負荷測定方法、装置およびプログラムならびにその記憶媒体
JP4471103B2 (ja) * 2004-10-07 2010-06-02 トヨタ自動車株式会社 車両の制駆動力制御装置
US20060184300A1 (en) * 2005-02-11 2006-08-17 Schubert Peter J Vehicle rollover detection method based on differential z-axis acceleration
JP4878062B2 (ja) * 2007-03-05 2012-02-15 国立大学法人横浜国立大学 自動車のピッチング制御装置および制御方法
DE102007048569B4 (de) * 2007-10-10 2018-07-05 Ab Skf Fahrzeugachsenvorrichtung zum Bestimmen einer Achslast
EP2380795B1 (en) * 2009-01-13 2019-09-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vehicle condition estimating device
US9278693B2 (en) * 2009-03-24 2016-03-08 Ford Global Technologies, Llc System and method for improving vehicle performance on grade
US8583354B2 (en) * 2011-04-06 2013-11-12 Robert Bosch Gmbh Continuous computation of center of gravity of a vehicle
US9002611B2 (en) * 2012-12-21 2015-04-07 Nissin Kogyo Co., Ltd. Vehicular brake hydraulic pressure control apparatus
CN103292944B (zh) * 2013-06-17 2015-05-20 哈尔滨工业大学 一种测量车辆动荷载的装置
US9371073B1 (en) 2015-06-19 2016-06-21 GM Global Technology Operations LLC Real-time determination of tire normal forces
FR3056452A1 (fr) * 2016-09-29 2018-03-30 Compagnie Generale Des Etablissements Michelin Procede d'evaluation de la charge dynamique portee par un pneumatique par la mesure de la pression et de l'acceleration longitudinale
DE102016122245A1 (de) 2016-11-18 2018-05-24 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Traktionskontrolle für ein Fahrzeug
DE102017205892A1 (de) * 2017-04-06 2018-10-11 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Bremsregelungssystem für Kraftfahrzeuge
DE102017212225B4 (de) * 2017-07-18 2021-07-08 Ford Global Technologies, Llc Abschätzung von auf eine Hinterachse eines Kraftfahrzeugs einwirkenden Lasten
AT520200B1 (de) * 2017-07-18 2019-02-15 Siemens Ag Oesterreich Vorrichtung und Verfahren zur Lastbestimmung für Fahrzeuge
CN107505147A (zh) * 2017-09-28 2017-12-22 青岛双星轮胎工业有限公司 轮胎静负荷试验系统及试验方法
US10768074B2 (en) 2018-08-29 2020-09-08 GM Global Technology Operations LLC Vehicle and method for suspension spring degradation detection and fault tolerant tire force estimation
CN111137352B (zh) * 2018-11-02 2021-09-17 北汽福田汽车股份有限公司 转向力控制方法,装置和车辆
KR102412844B1 (ko) * 2020-11-25 2022-06-27 한국타이어앤테크놀로지 주식회사 차량의 무게 중심 좌표 및 축하중 추정 방법 및 이의 수행을 위한 차량의 무게 중심 좌표 및 축하중 추정 시스템
US11958489B2 (en) * 2021-03-16 2024-04-16 Kawasaki Motors, Ltd. Tire force estimator, four-wheeled vehicle, and tire force estimation method
CN113859357B (zh) * 2021-10-15 2022-12-02 上海拿森汽车电子有限公司 车轮转角的估算方法、终端及计算机存储介质
CN115416746B (zh) * 2022-09-22 2023-08-18 清华大学 一种分布式控制装置、混动驱动挂车和汽车列车

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6593849B2 (en) * 2000-09-25 2003-07-15 Ford Global Technologies, Llc Wheel lift identification for an automotive vehicle

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3912144C2 (de) * 1989-04-13 1998-09-17 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Achslastbestimmung eines Fahrzeugs
US5501111A (en) * 1990-12-09 1996-03-26 Kistler Instrumente Ag Force sensor systems especially for determining dynamically the axle load, speed, wheelbase and gross weight of vehicles
DE69514964T2 (de) * 1994-07-06 2000-10-05 Omron Tateisi Electronics Co Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Achslast eines fahrenden Fahrzeuges
DE19603430A1 (de) * 1996-01-31 1997-08-07 Siemens Ag Schaltungsanordnung zum Ermitteln der Achslasten bei einem Kraftfahrzeug
DE19609176A1 (de) 1996-03-11 1997-09-18 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Anordnung zum Erkennen eines Fahrzeug-Überschlags
US6292759B1 (en) * 1998-11-19 2001-09-18 Delphi Technologies, Inc. Vehicle attitude angle estimation using sensed signal blending
DE10014220A1 (de) * 2000-03-22 2001-09-27 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Bestimmung der Querbeschleunigung eines Kraftfahrzeugs
DE60022738T8 (de) 2000-04-17 2006-06-08 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung von Fahrzeugbetriebs-und Dynamikparametern
DE10391325D2 (de) 2002-03-13 2005-02-10 Daimler Chrysler Ag Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von das Fahrverhalten eines Fahrzeuges charakterisierenden Größen

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6593849B2 (en) * 2000-09-25 2003-07-15 Ford Global Technologies, Llc Wheel lift identification for an automotive vehicle

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Publication number Publication date
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