CN101200160B - 一种机动车接地不足风险的估计方法 - Google Patents

Abstract

依据本发明的机动车接地不足风险的估计方法，风险被估计为轮胎最大抓地势能μ_max，代表所用轮胎最大抓地势能部分的利用百分比P_u，以及与轮胎打滑风险、尤其是轮胎面积损失相关的量值P_S的函数。

Description

一种机动车接地不足风险的估计方法

技术领域

本发明涉及一种机动车接地不足风险的估计方法，所述不足与至少一个车辆轮胎的抓地状态相关。

背景技术

某些机动车安装有用于提供行驶辅助和具有改善车辆行驶性能目的的装置。这种驱动辅助装置可分为两类。第一种类型包括在危险情况下代替驾驶员以主动操控机动车的方式动作的装置。这第一种类型包括，例如：防止制动器锁死类型(ABS)的主动系统或稳定性管理类型(ESP)的主动系统。第二种类型包括用于警告驾驶员其处于潜在危险情况下的信息提供装置。

本发明尤其涉及第二种类型的装置，且其用于估计机动车接地不足的风险，并通知驾驶员。

为了估计这种风险，可采用大量的已知参数，特别是外部温度。安装在  车辆上的温度传感器可以在外部温度低于确定阈值的任何时候警告驾驶员，在这个阈值道路可能结冰。

这种估计接地不足的风险很简单但不能获得准确和可靠的结果。这种估计假设低于确定温度，路面就结冰，但其不证实这一假设。因此，即使车辆没有真正的接地不足风险，通常也会触发警报。进一步，在某些情况下，当存在一个接地不足风险时，仅依靠测量温度将无法察觉该接地不足的风险，例如当路上有油或轮胎磨损很大时。

除了温度，其他参数也可用于估计接地不足风险，但没有哪个参数可在所有情况下提供有效和可靠的估计。

发明内容

本发明的目的在于提出一种估计机动车接地不足风险的方法，其比已知方法更可靠和具有更好的性能。

为此，本发明提供一种估计机动车接地不足风险的方法，这种不足与车辆的至少一个轮胎的抓地状态相关，该方法的特征在于该风险被估计为以下三个参数的函数：

●轮胎的最大抓地势能μ_max；

●所用的轮胎最大抓地势能的利用百分比P_u；和

●与轮胎打滑风险、特别是轮胎面积的损失相关的量值P_s。

假设轮胎取决于以下描述：

●纵向力的合力F_x(基本包括加速度和制动力)；

●横向力的合力F_y(基本包括侧向力)；和

●垂直方向力的合力F_z；

然后采用以下定义。

在给定实例中，轮胎的抓地势能μ定义为纵向力和横向力的合力除以垂直方向力的比值：

$\mathrm{\μ}=\frac{\sqrt{F_x^2+F_y^2}}{F_z}$

在给定实例中，路面上轮胎的最大抓地势能μ_max被定义为抓地势能μ所能达到的最大值。该最大抓地势能μ_max依据几个因素，包括地面(道路的)的性质或其磨损状态，地面温度和轮胎温度，或实际的天气因素(包括，例如，地面水或雪的存在情况)。

在给定实例中，轮胎最大抓地势能μ_max的利用百分比P_u由以下公式定义：

$P_u=\frac{\mathrm{\μ}}{{\mathrm{\μ}}_{\max }}\·100$

该利用百分比P_u对应于由实际采用的相对最大抓地势能的抓地势能所表示的百分比。这个值可在0％到100％的范围内变化。自然，越接近100％的值，轮胎抓地不足的风险就越大。

轮胎的接触面积定义为轮胎与地面的接触面积。

量值P_s定义为与轮胎打滑风险相关的量值，即与轮胎和地面间接触面积损失相关。该面积损失是没有与地面直接接触的轮胎接触面积的部分。

当轮胎行驶在干燥的地面且在正常情况下使用，轮胎的全部接触面积与地面直接接触。相反，当轮胎在浸湿的地面行驶，由于轮胎的一部分接触面积不再直接与地面接触而与细小的水膜接触，从而会产生打滑现象。当在干燥的地面行驶时面积损失等于0％，且当轮胎和地面间的所有直接接触损失时面积损失可为100％。

最大抓地势能μ_max，最大抓地势能μ_max的利用百分比P_u，和量值P_s都是已知的参数，因为其测量方法已知。因此，在所属技术领域，特别是根据以下文献WO 03/066399，WO 03/066400，WO 2004/000620，和US 5 502 433，可知：

●测量轮胎最大抓地势能μ_max的方法，该方法例如利用借助力传感器获得的测量值；

●测量最大抓地势能μ_max的利用百分比P_u的方法，该方法无需轮胎最大抓地势能的任何在前测量值；和

●测量与轮胎打滑风险相关的量值P_s的方法。

根据本发明，发现包括最大抓地势能μ_max、最大抓地势能μ_max的利用百分比P_u，和与轮胎打滑风险相关的量值P_s的这组参数构成了适于估计机动车接地不足风险的选择。这种少量参数的选择可估计出现的大部分抓地损失风险的情况，同时避免触发错误警报的风险。

既然这些参数是互补的，其每个都与一种特定类型的抓地损失风险相关，则这三种参数的测量值的结合对于估计所有接地不足风险是最有利的。

轮胎的最大抓地势能μ_max尤其适于通知驾驶员特殊的天气情况、地面的磨损，或其他与轮胎遭遇极限压力非必要相关的原因的结果，至少一个车辆轮胎几乎不存在抓地力。

轮胎最大抓地势能的利用百分比P_u尤其适于通知驾驶员其正在行驶的道路正在使轮胎受到极大的压力且具有抓地不足的风险。在这种情况下，轮胎的抓地力不需要很小，但由行驶导致的压力比可获得的抓地势能大。该估计的安全裕度很小。

与轮胎打滑风险相关的量值P_s尤其适于当地面湿滑且车辆速度很高时警告驾驶员由于打滑的影响轮胎上不当的压力可能导致轮胎和地面间的接触面积的损失。

为了获得接地不足风险性质的估计，对这三个互补参数的每一个进行测量是必需的。这三个参数是独立的且不能相互推导。

本发明的方法还可包括一个或多个以下特征：

对于每个参数，接地不足的风险可通过至少为一个参数测量值的函数的对应参考值V_r比较与这些参数相关的至少一个阈值Sⁿ、并通过将危险值范围从不危险值范围中分离开来估计。

阈值Sⁿ以车辆运行情况的函数的形式进行变化，优选地，以车辆负载和/或速度的函数的形式进行变化。因此，优选地，阈值可能以车辆上负载程度或速度的函数的形式进行变化。这使得结合车辆动能与时间周期以警告车辆驾驶员估计的接地不足风险成为可能。车辆动能越大，就期望越快地警告驾驶员。

如果对于至少一个参数，参考值V_r超过阈值Sⁿ到达危险范围，则该机动车的驾驶员被告知估计的接地不足风险。由于被告知接地不足风险，机动车驾驶员可改变车辆行驶的道路以减小该风险。既然该参数与特定风险相关，警告驾驶员该接地不足风险是重要的，即使三个参数中只有一个是危险值。在警告驾驶员之前没有必要三个参数的每一个均是危险值。

如果对于至少一个参数，参考值V_r超过阈值Sⁿ到达危险范围，且如果该参考值V_r保持在该危险范围同时车辆行驶了从该阈值Sⁿ被超过时刻开始测量的预定距离Lⁿ，则通知机动车驾驶员估计的接地不足风险。假使所述参考值通常是噪声(因为通过传统装置获得的所选参数的测量值一通常包括测量力矩或振荡的装置一本身通常是噪声)，优选为只有当参考值保持在危险值范围内持续对应于车辆运行预定距离的一段时间、才通知驾驶员估计的接地不足风险。这尽可能地避免了不合时宜的警报。

将参数的参考值V_r定义为与该参数的单次测量值相等。参考值的这种定义是特别简单的。

当参数P是轮胎的最大抓地势能μ_max或轮胎最大抓地势能μ_max的利用百分比P_u，则参考值V_r通过该参数的多个测量值(比如两个或四个测量值)的线性组合来定义，不同的测量值与车辆的不同轮胎相关。因此，由于多个测量值被考虑以定义参考值，从而限制了任何非正常噪声测量值的影响并使对驾驶员的警告的相关性更加可靠。

测量值的线性组合选自：

●测量值的平均值；和

●测量值的重心，从而每个测量值由对应于测量值的由轮胎所支撑的垂直负载F_Z的值加权。

在这种情况下，通过由垂直负载值加权所选参数的测量值，该参考值主要受最大振幅和最大信噪比的参数测量值的影响：

即该测量值是最准确和最可靠的测量值。因此，参考值上测量噪声的影响受限，尤其在车辆行驶时，从而导致负载转移。

当参数P与轮胎面积损失P_s相关，该参考值V_r定义为多个参数P_s测量值(例如，两个或四个测量值)的最大值，不同的测量值涉及车辆的不同轮胎。仅是车辆的一个轮胎存在接触面积损失也被认为是危险的，并因此与影响车辆行驶道路相关。因而，观测到的具有最大抓地损失的轮胎需要优先估计抓地损失的风险，并因此估计车辆接地的不足。

每个测量通过以下所选设备执行：

●提供有与轮胎旋转解耦的静止装置的设备；和

●提供有旋转装配构件中的车载装置的设备，该装配包括车辆轮胎和/或与轮胎旋转耦合的构件。

对于至少一个参数，接地不足风险的第一级别通过将参考值V_r与第一阈值S¹比较进行估计，且接地不足风险的第二级别通过将参考值V_r与第二阈值S²比较进行估计，风险的第二级别比风险的第一级别高。

具体实施方式

本发明在通过阅读仅由实施例组成的以下描述能更好的理解。

根据本发明的机动车的接地不足风险的估计方法包括将风险估计作为上文提到的三个参数P的函数：

●轮胎的最大抓地势能μ_max；

●已采用的轮胎最大抓地势能的利用百分比P_u；和

●与轮胎打滑风险、尤其是轮胎面积损失相关的量值P_s。

更确切地，对于每个参数P，接地不足风险通过将至少一个参数测量值的函数的参考值V_r比较与所述参数相关的阈值Sⁿ、并将不危险值范围从危险值范围分离开来估计。

第一测量参数P是轮胎的最大抓地势能μ_max：P＝μ_max。

参考值V_r定义为至少一个P＝μ_max的测量值的函数。

第一实施例

在给定实例中，只有μ_max的单次测量值可获得。该测量值，例如，由安装有与车辆各轮胎旋转解耦的静止装置的设备提供。可变地，该测量值可通过具有旋转装配构件中的机载装置的设备提供，所述装配包括车辆轮胎和/或至少一个与车辆轮胎旋转耦合的构件。

在第一实施例中，参考值V_r定义为等于所选参数μ_max的单独测量值，因而给出以下关系式R1：

V_r＝μ_max    (R1)

第二实施例

在给定实例中，可获得多个μ_max的测量值(即至少两个测量值)，该测量值相对于车辆的不同轮胎而变化，例如，两对轮胎分别由前轴和后轴支撑。

举例来说，这四个参数值可由四个设备提供，每个包括第一实施例定义的旋转装配构件中的车载装置。可变地，至少一个测量值可由安装有与每个车辆轮胎旋转解耦的静止装置的设备提供。

在该第二实施例中，参考值V_r定义为参数μ_max的四个测量值的线性组合。优选地，该线性组合对应于测量值的重心，从而每个测量值由与测量值对应的由轮胎支撑的垂直负载F_z的值加权。给出了以下关系式R2：

$V_r={\mathrm{\μ}}_{\max \mathrm{decl}}=\frac{1}{\underset{\mathrm{FL},\mathrm{FR},\mathrm{RL},\mathrm{RR}}{\mathrm{\Σ}}{F}_Z^k}\·\underset{\mathrm{FL},\mathrm{FR},\mathrm{RL},\mathrm{RR}}{\mathrm{\Σ}}{F}_Z^k\·{\mathrm{\μ}}_{\max }^k---\left(R2\right)$

其中FL表示左前轮，FR表示右前轮，RL表示左后轮，和RR表示右后轮。

如果只有两个μ_max的测量值可获得，比如涉及相同前或后轴的两个轮胎，则以上关系式R2可变成以下关系式R3：

$V_r={\mathrm{\μ}}_{\max \mathrm{decl}}=\frac{1}{F_Z^L+F_Z^R}\·(F_Z^L\·{\mathrm{\μ}}_{\max }^L+F_Z^R\·{\mathrm{\μ}}_{\max }^R)---\left(R3\right)$

其中指数L代表左轮，且指数R代表右轮。

如果负载F_z未知，该参考值V_r可定义为测量值的平均值。给出了以下关系式R4(举例来说，对于涉及同一轴上的两个轮胎的两个测量值)：

$V_r={\mathrm{\μ}}_{\max \mathrm{decl}}=\frac{1}{2}\·({\mathrm{\μ}}_{\max }^L+{\mathrm{\μ}}_{\max }^R)---\left(R4\right)$

其中指数L代表左轮，以及指数R代表右轮。

在定义了上述参考值V_r后，接地不足风险通过将该参考值V_r与至少一个阈值Sⁿ比较、且将估计的危险值范围从估计的不危险值范围分离开来进行估计。

在所述实例中，采用以下两个阈值：

● $S^1={\mathrm{\μ}}_{\max S}^1$ 其与由具有潜在危险道路(比如，由于蜿蜒的路径或差的路面质量)形成的地面无危险值和地面有危险值的区别相关，在这种道路上驾驶员需要很大程度地适应驾驶道路情况；和

● $S^2={\mathrm{\μ}}_{\max S}^2$ 其在由光滑道路形成的路面时(比如，由于在路面上有雪和/或冰)与无危险值和有危险值的区别相关。

因此，第一级别的接地不足风险通过将参考值V_r与第一阈值S¹相比较而进行估计，且第二级别的接地不足风险通过将参考值V_r与第二阈值S²相比较而进行估计。应该注意到第二级别风险(路面在有雪和/或冰)高于第一级别风险(蜿蜒路径或较差的路面质量)。

然而，阈值Sⁿ的个数应限制为只有一个，或多于两个。

当：

●首先参考值V_r超过阈值Sⁿ的一个而达到危险值范围；且

●其次当车辆行驶自超过该阈值Sⁿ的时间起测量的预定距离Lⁿ，参考值V_r保持在所述危险范围内；

然后车辆驾驶员被通知估计的接地不足风险。该信息可通过传统的视觉和/或听觉警报装置提供给驾驶员，且可分等级。

在所述的实例中，Lⁿ＝L¹＝L²＝50米(m)。

然而，可变地，只要参考值V_r超过阈值Sⁿ并到达危险范围就通知驾驶员，甚至不用等行驶了预定距离。

在上述实例中，阈值是预定的，例如： $S^1={\mathrm{\μ}}_{\max S}^1=0.5$ 且 $S^2={\mathrm{\μ}}_{\max S}^2=0.3.$

然而，可变地，只有一个阈值Sⁿ需要以车辆行驶情况的函数的形式变化，优选地以车辆负载和/或其速度的函数的形式变化。

第二测量参数P是代表轮胎最大抓地势能部分的利用百分比P_u，其采用：P＝P_u。

参考值V_r定义为至少一个P＝P_u测量值的函数，采用类似于所述的P＝μ_max的方式完成，其中与R1到R4有关的μ_max由P_u替换。

最后，以类似于实施例P＝μ_max的方式，接地不足风险通过将参考值V_r与至少一个阈值Sⁿ比较、并将危险值范围从不危险值范围分离以进行估计。

两个预定阈值 $S^1=P_u^{1}s$ 和 $S^2=P_u^{2}s$ 在范围60％到80％(对于S₁)和80％到90％(对于S²)内选择。例如： $S^1=P_u^{1}s=70\%$ 及 $S^2=P_u^{2}s=85\%.$

最后，第三测量参数P与轮胎面积损失相关P_S：P＝P_S。

参考值V_r定义为至少一个P＝P_S的测量值的函数。

第一实施例

在给定实例中，对于P_S只可获得一个测量值。以类似于实施例P＝μ_max和P＝P_u的方式，参考值V_r定义为等于所选参数P_S的单独测量值。

第二实施例

在给定实施例中，对于P_S可获得多个测量值(即至少两个测量值)，不同的测量值与车辆的不同轮胎相关，例如(对于P＝μ_max和P＝P_u)：由前和/或后轴支承的一对或两对轮胎。

参考值V_r于是定义为所选参数P_S的测量值的最大值，例如，当可获得四个测量值时依据本实施例应用的以下关系式R5：

$V_r={\mathrm{Ps}}_{\mathrm{decl}}=\underset{\mathrm{FL},\mathrm{FR},\mathrm{RL},\mathrm{RR}}{\max }\left({\mathrm{Ps}}^k\right)---\left(R5\right)$

其中FL表示左前轮，FR表示右前轮，RL表示左后轮，及RR表示右后轮。

最后，以类似于实施例P＝μ_max和P＝P_u的方式，接地不足风险通过将参考值V_r与至少一个阈值Sⁿ比较而进行估计，其将危险值范围从不危险值中分离开。

两个预定阈值 $S^1=P_u^{1}s$ 和 $S^2=P_u^{2}s$ 可分别在30％到50％(对于S¹)和60％到80％(对于S²)范围中选择。例如： $S^1=P_u^{1}s=40\%$ 和 $S^2=P_u^{2}s=70\%.$

在上述本发明的实施方式中，只要三个参数的任何一个的参考值V_r超过阈值Sⁿ中的一个而到达危险值范围，就通知车辆驾驶员估计的接地不足风险。

Claims (13)

1.一种估计机动车接地不足风险的方法，所述不足与车辆的至少一个轮胎的抓地状态相关，该方法的特征在于所述风险被估计为以下三个参数的函数：

轮胎的最大抓地势能μ_max；

所用轮胎最大抓地势能的利用百分比P_u；和

与轮胎打滑风险相关的量值P_s。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述轮胎打滑风险是指轮胎面积损失。

3.如权利要求1所述的方法，其中对于每个参数，接地不足风险是通过将至少一个参数测量值函数的相应参考值V_r与和所述参数相关的至少一个阈值Sⁿ进行比较、且将危险值范围从不危险值范围区分开来估计。

4.如权利要求3所述的方法，其中阈值Sⁿ以车辆运行状况的函数形式变化。

5.如权利要求4所述的方法，其中阈值Sⁿ以车辆负载和/或速度的函数形式变化。

6.如权利要求3或4所述的方法，其中，如果对于至少一个参数，参考值V_r超过阈值Sⁿ而到达危险范围，则通知机动车驾驶员估计的接地不足风险。

7.如权利要求3或4所述的方法，其中，如果对于至少一个参数，参考值V_r超过阈值Sⁿ而到达危险范围，且如果该参考值V_r保持在所述危险范围同时车辆行驶了从所述阈值Sⁿ被超过时刻起开始测量的预定距离Lⁿ，则通知机动车驾驶员估计的接地不足风险。

8.如权利要求3所述的方法，其中参数的所述参考值V_r定义为等于所述参数的单次测量值。

9.如权利要求3所述的方法，其中，当参数P是轮胎的最大抓地势能μ_max或轮胎最大抓地势能μ_max的利用百分比P_u时，则参考值V_r定义为所述参数的多个测量值的线性组合，比如两个或四个测量值，不同的测量值与不同的车辆轮胎相关。

10.如权利要求9所述的方法，其中测量值的线性组合选自：

测量值的平均值；和

测量值的重心，从而每个测量值由对应于所述测量值的由轮胎支撑的垂直负载F_Z的值加权。

11.如权利要求3所述的方法，其中，当参数P与轮胎面积损失P_S相关，则参考值V_r定义为多个参数测量值P_S的最大值，比如两个或四个测量值，不同的测量值与不同的车辆轮胎相关。

12.如权利要求3所述的方法，其中每个测量由以下所选装置实施：

提供有与轮胎旋转解耦的静止装置的设备；和

提供有旋转装配构件中的车载装置的设备，该装配包括车辆轮胎和/或与轮胎旋转耦合的构件。

13.如权利要求3所述的方法，其中对于至少一个参数，第一级别的接地不足风险通过将参考值V_r与第一阈值S¹比较而进行估计，以及第二级别接地不足风险通过将参考值V_r与第二阈值S²比较而进行估计，该第二级别的风险高于第一级别的风险。