CN102343899A - 用于确定车辆中的摩擦系数的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在车辆中确定摩擦系数的一种方法以及一种设备。在这种方法中，确定了在至少一个被转向的车轮(20)处的侧向引导力，其中感知了一个转向齿条力并且将该被转向的车轮(20)处的一个恢复力矩确定为该转向齿条力的一个函数并且将该侧向引导力确定为一个主销后倾角的函数，并且该摩擦系数是基于该恢复力矩来确定的。

Description

用于确定车辆中的摩擦系数的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定车辆中的摩擦系数的方法并且涉及一种用于执行该方法的设备。
背景技术
评估当前的驾驶情况，特别是对于电动车辆的运动动态特性控制系统(例如像ESP)而言，是重要的。为此，必须要确定车辆(或者车辆的车轮)与道路之间的静摩擦系数或者摩擦系数。
文件DE 103 19 662 A1说明了一种用于确定车辆中的摩擦系数或者静摩擦系数的方法，这些车辆具有至少一个被转向的车轮，在转弯过程中一个恢复力矩作用在该车轮上。该文件说明了摩擦系数是从在转弯过程中作用在这些转向的车轮上的恢复力矩中确定的。在这种情况中，可以从一个转向力矩传感器的信号中确定一个当前的恢复力矩。然后，从这个当前恢复力矩以及车辆运动的动态特性值中确定出摩擦系数。
该文件说明了在恢复力矩的基础上用于确定摩擦系数的不同的可能性。因此可使用一个处理器装置来确定摩擦系数，对该处理器装置供给了作为输入变量的恢复力矩以及这些当前车辆运动的动态特性变量。可替代地，可以间接地从当前恢复力矩以及这些车辆运动的动态特性变量中确定摩擦系数。在一个进一步说明的可能性中，摩擦系数是使用一种用于实验系统识别的装置来确定的，对该装置供给了作为输入变量的当前恢复力矩以及这些车辆运动的动态特性值。多个车辆运动的动态特性变量例如是车辆的纵向速度、转弯半径、偏转速度(Giergeschwindigkeit)以及横向加速度。
发明内容
本发明的目的是提出一种方法以及一种设备，通过该方法和该设备甚至在非临界驾驶状态下都可以确定或者检测出摩擦系数。
根据本发明，这个目的是通过下述1的方法以及9的设备来实现的，2-8和10是本发明的优选方案：
1.一种用于在具有至少一个被转向的车轮的车辆中确定摩擦系数的方法，在该方法中确定了在该至少一个被转向的车轮处的侧向引导力，其中感知了一个转向齿条力(Fzs)并且将在该被转向的车轮处的一个恢复力矩(Mz)确定为该转向齿条力(Fzs)的函数、并且将该侧向引导力确定为一个主销后倾角(t)的函数，并且该摩擦系数(μ)是基于该恢复力矩(Mz)来确定的。
2.如1所述的方法，其中该转向齿条力(Fzs)是借助一个状态观测器来确定的。
3.如1所述的方法，其中该转向齿条力(Fzs)是借助一种直接测量来确定的。
4.如1所述的方法，其中该转向齿条力(Fzs)是借助一种间接测量来确定的。
5.如1至3之一所述的方法，其中该侧向引导力是借助横向加速度以及偏转加速度的知识来确定的。
6.如1至5之一所述的方法，其中为了检测一种临界驾驶状态在该偏转加速度与该转向齿条力(Fzs)之间执行一种梯度比较。
7.如1至6之一所述的方法，其中将在该恢复力矩(Mz)中的一种变化追溯到一种函数关系，确切地说是一个气动主销后倾角(tp)依赖摩擦系数而变化，并且该函数关系用来确定该摩擦系数(μ)。
8.如1所述的方法，其中该函数关系是由驾驶试验来识别的。
9.一种用于在具有至少一个被转向的车轮的车辆中确定摩擦系数的设备，该设备具有用于确定该被转向的车轮处的侧向引导力的一个第一装置以及用于感知一个转向齿条力(Fzs)的一个第二装置连同一个计算装置，通过该设备可以将在该被转向的车轮处的一个恢复力矩(Mz)确定为该转向齿条力(Fzs)的函数、并且可以将该侧向引导力确定为一个主销后倾角(t)的函数，并且该摩擦系数(μ)可以是基于该恢复力矩(Mz)来确定的。
10.如9所述的设备，其中用于确定一个转向齿条力(Fzs)的该第二装置被设计为测量一个滚珠丝杠驱动器的一个支座处的一个辅助力。
因此，在此提供了一种用于确定具有至少一个被转向的车轮的车辆中的摩擦系数的方法，在该方法中确定了在至少一个被转向的车轮处的侧向引导力，其中感知一个转向齿条力(Zahnstangenkraft)并且将该被转向的车轮处的一个恢复力矩确定为该转向齿条力的函数并且将侧向引导力确定为一个主销后倾角的函数。该摩擦系数是基于该恢复力矩来确定的。
还提出了一种设备，该设备用来确定在具有至少一个被转向的车轮的车辆中的摩擦系数并且被设计为尤其是执行上述方法。该设备具有一个用于确定在该被转向的车轮处的侧向引导力的第一装置、以及一个用于感知转向齿条力的第二装置。此外，还配备了一个计算装置，通过该计算装置可以在该转向齿条力以及作为一个主销后倾角的函数的该侧向引导力的基础上确定在该被转向的车轮处的一个恢复力矩。可以基于该恢复力矩来确定该摩擦系数。
为了检测在非临界驾驶状态下的摩擦系数，将在前桥和后桥处的侧向引导力确定为所测量的横向加速度与偏转加速度的函数。借助车辆中的横向加速度以及偏转速率(Gierrate)的知识，使得可以可靠地确定在前桥和后桥处的侧向引导力。适用下列情况：
Fyv+Fyh＝M*ay
Fyv*a+Fyh*b＝J*w_p，
其中，Fyv、Fyh是在前桥以及后桥处的侧向引导力。M代表车辆质量并且J代表车辆的惯性动量。ay是所测量的横向加速度并且w_p是偏转加速度。常量a和b分别是前桥和后桥离开车辆作为一个整体的重心之间的距离。
前桥处的侧向引导力以及恢复力矩通过车桥运动学与转向系统的转向齿条力是处于一种函数关系。
Fzs＝f(Fyv，Mz)
这里，Fzs是转向齿条力并且Mz是整个恢复力矩。
该转向齿条力可以通过一个相应的状态观测器或者通过直接或间接的测量来确定。这可以通过测量一个电动-机械动力转向系统(例如一个APA-EPS转向系统)的滚珠丝杠驱动器(Kugelgewindetrieb)的支座(Widerlager)处的辅助力来进行。该转向齿条力Fzs是从下述多个力的平衡中实时地可获得的。
Fzs＝FH+FUE-Freib。
这里FH是由驾驶者通过转向柱小齿轮来施加的力。所述力可以利用小齿轮/转向齿条的传动比从在扭力杆处测量的手动力矩中计算出来。
这种转向齿条力取决于由驾驶者通过转向柱小齿轮所施加的力并且这个力可以通过小齿轮/转向齿条的传动比从在扭力杆处测量的手动力矩中计算出来。此处可以估算该转向齿轮机构的摩擦力。可以测量在滚珠丝杠驱动器的支座处的辅助力。可以将该恢复力矩确定为转向齿条力的函数并且将前桥处的侧向引导力确定为主销后倾角的函数。
Freib代表了可以令人满意地估算出的转向齿轮机构的摩擦力。FUE是在滚珠丝杠驱动器的支座处测量的辅助力。通过Fzs和Fyv的知识，可计算该恢复力矩。
该恢复力矩Mz在此是主销后倾角t的一个函数并且可以用公式表示为：
Mz＝Fyv*t＝Fyv*(t+tp)。
这个主销后倾角t是由机械主销后倾角tm以及气动主销后倾角tp组成的。在这个背景中，该机械主销后倾角是由车轮悬架系统的运动学特性给出的并且因此是已知的。依赖于摩擦的气动主销后倾角基本上可以由摩擦系数μ的一个函数来描述。在完全相同的横向加速度的情况下，必要的侧向引导力保持相同。在一个确定的横向加速度的情况下，作为在左侧与右侧车辙之间的载荷分布的结果而发生的力矩比例也不改变。因此在该恢复力矩中的改变是由在该气动主销后倾角的依赖摩擦系数的变化引起的。从驾驶试验中可以识别这种关系。通过这种函数关系，可以获知摩擦系数。
应当指出，在非临界车辆状态下，由驾驶者施加的手动力矩随着横向加速度的上升而增加。在一种非临界驾驶状态与一种临界驾驶状态之间的交叉点处，例如在过度转向的情况下，该转向齿条力的需求(并且因此该手动力矩)消失。该横向加速度与该转向齿条力之间的一种梯度比较以此方式提供了识别临界驾驶状态的可能性。在这些梯度的符号相同的情况下，则车辆是处于车辆运动的动态特性的稳定区域中，并且在这些梯度的符号不同的情况下，则存在一种不稳定的并且因此临界的状态。
从说明书和附图中可以找到本发明的进一步的优点和改进。
不言而喻，以上指明的以及以下有待说明的这些特征不但可以在对应地限定的组合中使用而且还可以在其他组合中使用或单独使用而不脱离本发明的范围。
附图说明
图1是一个转向系统的示意性图解，该转向系统配备有所说明的用于确定摩擦系数的设备的一个实施方案。
图2是执行这种用于确定摩擦系数的方法的方式的示意图。
具体实施方案
本发明是在这些附图中基于多个实施方案来示意性展示的并且将参照附图予以说明。
图1展示了一个总体上由参考号10指代的转向系统。这个转向系统10包括一个转向轮12、一个转向柱14、一个转向小齿轮16、一个转向齿条18以及多个被转向的车轮20。
这些车轮20通过多个转向拉杆(未示出)接合在转向齿条18上。借助转向轮12，驾驶者施加一个手动力矩，这个手动力矩是通过转向柱14以及转向小齿轮16而传输到转向齿条18上。转向柱14可以是机械的、液压的或者电动的转向柱。
还展示了一种安排30，它用来确定在左侧的被转向的车轮20的摩擦系数。为此目的，这种设备30包括一个用于确定车轮20处的侧向引导力的第一装置32、以及一个用于感知该转向齿条力的第二装置34。此外，配备有一个计算装置36，通过这个计算装置可以将恢复力矩确定为转向齿条力的函数并且将侧向引导力确定为该主销后倾角的函数，并且该摩擦系数是基于该恢复力矩来确定的。在被转向的车轮20处的侧向引导力在此是作为所测量的横向加速度以及偏转加速度的一种函数、或者通过对于它们的知识来确定的。
图2展示了在用于确定摩擦系数的所说明的方法中的过程。转向齿条力Fzs是由转向齿条的一个摩擦模型40、一个辅助力传感器42以及一个手动力矩传感器44一起来确定的。因此这个转向齿条力Fzs是从由驾驶者施加的这些力FH、在滚珠丝杠驱动器的支座处所测量的辅助力FUE的总和中减去转向齿轮机构的摩擦力Freib(它也可以是估算的)来确定的。
在前桥Fyv和后桥Fyh处的这些侧向引导力还可以借助一个单车辙模型50来确定。前桥Fyv处的侧向引导力与转向齿条力一起由该模型在步骤52中用来确定恢复力矩Mz。在此利用了以下事实，即在前桥处的侧向引导力Fyv以及恢复力矩Mz是通过车桥运动学特征58而处于一种函数关系中。
此外，主销后倾角t(它是由机械主销后倾角tm以及气动主销后倾角tp组成)也被考虑在内。机械主销后倾角tm(它是由车轮悬架系统的运动学特征引起的)是已知的。气动主销后倾角tp是在另一个步骤54中确定的。
气动主销后倾角tp本质上可以由摩擦系数的一个函数来描述，因此，可以在步骤56中确定摩擦系数μ。

Claims (10)

1.一种用于在具有至少一个被转向的车轮(20)的车辆中确定摩擦系数的方法，在该方法中确定了在该至少一个被转向的车轮(20)处的侧向引导力，其中感知了一个转向齿条力(Fzs)并且将在该被转向的车轮(20)处的一个恢复力矩(Mz)确定为该转向齿条力(Fzs)的函数、并且将该侧向引导力确定为一个主销后倾角(t)的函数，并且该摩擦系数(μ)是基于该恢复力矩(Mz)来确定的。
2.如权利要求1所述的方法，其中该转向齿条力(Fzs)是借助一个状态观测器来确定的。
3.如权利要求1所述的方法，其中该转向齿条力(Fzs)是借助一种直接测量来确定的。
4.如权利要求1所述的方法，其中该转向齿条力(Fzs)是借助一种间接测量来确定的。
5.如权利要求1至3之一所述的方法，其中该侧向引导力是借助横向加速度以及偏转加速度的知识来确定的。
6.如权利要求1至4之一所述的方法，其中为了检测一种临界驾驶状态在该偏转加速度与该转向齿条力(Fzs)之间执行一种梯度比较。
7.如权利要求1至4之一所述的方法，其中将在该恢复力矩(Mz)中的一种变化追溯到一种函数关系，确切地说是一个气动主销后倾角(tp)依赖摩擦系数而变化，并且该函数关系用来确定该摩擦系数(μ)。
8.如权利要求1所述的方法，其中该函数关系是由驾驶试验来识别的。
9.一种用于在具有至少一个被转向的车轮(20)的车辆中确定摩擦系数的设备，该设备具有用于确定该被转向的车轮(20)处的侧向引导力的一个第一装置(32)以及用于感知一个转向齿条力(Fzs)的一个第二装置(34)连同一个计算装置(36)，通过该设备可以将在该被转向的车轮(20)处的一个恢复力矩(Mz)确定为该转向齿条力(Fzs)的函数、并且可以将该侧向引导力确定为一个主销后倾角(t)的函数，并且该摩擦系数(μ)可以是基于该恢复力矩(Mz)来确定的。
10.如权利要求9所述的设备，其中用于确定一个转向齿条力(Fzs)的该第二装置(34)被设计为测量一个滚珠丝杠驱动器的一个支座处的一个辅助力。
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