CN103153726A - 确定车辆轮胎与滚动面之间潜在摩擦的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于确定轮胎与滚动面之间潜在摩擦的方法和系统,其中:在所述滚动面上旋转所述轮胎，以便使所述轮胎的冠部分经受加速度径向分量；获得表示冠部分在至少一个轮胎旋转期间经受的加速度径向分量的数据；从所述数据开始，选择表示所述加速度径向分量的至少一个过渡区的数据；处理所选择的数据，以便获得与所述至少一个过渡区的过渡陡度相关的信息；根据与所述过渡陡度相关的信息，估计所述潜在摩擦。

Description

确定车辆轮胎与滚动面之间潜在摩擦的方法和系统

技术领域

本发明涉及确定车辆轮胎与滚动面之间潜在摩擦的方法和系统。

背景技术

为了提高车辆安全性，在轮胎内部加入电子设备正在变得日益重要。这样的设备可以例如包括传感器和其他组件，适于获得关于轮胎的各种量的信息，比如温度、压力、加速度、轮胎旋转、车辆速度。这样的设备可以进一步包括发射机（典型情况下无线的）和微处理器，前者用于把传感器获得的信息发送出轮胎（典型情况下到车辆的车载控制单元），后者适于聚集和处理来自传感器的信号，然后再发射。可选情况下，这样的设备也可以包括接收机（典型情况下无线的），用于接收来自外部（例如来自车辆的车载控制单元）的任何信息。

在这种语境中，在滚动面使用期间，分析和监视车辆的轮胎与轮胎在其上同样运行的滚动面之间的相互作用，可以向车辆驾驶员提供有用信息作为驾驶帮助以及/或者向可以配备给同一车辆的自动控制系统提供有用信息以及/或者向该车辆本身以外的其他车辆或基础设施提供有用信息，以便实现例如交通控制和监视系统。例如，这样的信息可以被交通控制和监视系统用于提供警告信号和/或调整自适应速度限制系统中的速度限制。

具体而言，对于允许开发车辆动态的主动控制系统或驾驶员辅助系统（高级驾驶员辅助系统即ADAS）的技术，潜在摩擦的估计可能尤为重要。

潜在摩擦被定义为动摩擦/滑动曲线中最大绝对值点的纵坐标。动摩擦被定义为轮胎与滚动面之间接触面中交换的力与作用于轮胎的垂直负载之间的比例。

图1显示了对于轮胎-滚动面系统的两个不同条件，动摩擦系数μ_k随滑动σ而变的两种示范模式。

当轮胎-滚动面系统的条件变化时，也就是，轮胎的操作条件（比如作用于轮胎的垂直负载、轮胎充气压力、速度、磨损、温度等）、轮胎本身的特征（结构、混合等）以及/或者滚动面的特征和条件（存在打滑因素，比如雪、冰、树叶、粗糙度等），滑动与动摩擦之间的关系由不同的曲线（μpot1、μpot2）描述并且潜在摩擦μpot相应地不同。

在实践中，潜在摩擦决定了限制条件，超过该限制条件后轮胎抓地条件就开始恶化到接近渐进的条件，此时即使滑动增大，摩擦系数也保持实质上不变并低于最大摩擦（即低于潜在摩擦本身）。

本领域中公知能够估计轮胎-滚动面系统中潜在摩擦的系统，比如防抱死制动系统（ABS）。不过，这样的系统确定在制动条件下的潜在摩擦，此时在轮胎-滚动面界面交换的力接近最大值，也就是在高滑动时。

本申请改为将其开发活动引向在系统的“自由滚动”即“稳定状态”的条件下，也就是在不变的滚动条件下（例如在不变速度、实质上没有制动和转向），能够确定轮胎-滚动面系统中潜在摩擦的系统。

不过，考虑到“自由滚动”即“稳定状态”的条件对应于小滑动值（如小于1%）以及与轮胎-滚动面系统的不同条件（它们对应于不同的潜在摩擦）相关的摩擦/滑动曲线集中在原点附近，几乎重叠，确定“自由滚动”条件下的潜在摩擦极为困难。

以本申请人的名义的WO 2010/073272号国际专利申请介绍了无需实现高滑动而确定潜在摩擦的技术。

Bert Breuer等人（“Methods and Instruments for On-BoardMeasurement of Tyre/Road friction”,SAE Conference,Dearborn.USA 1994）和U.Eichhorn等人（“Prediction and monitoring oftyre/road friction”,in Proc.FISITA 24^th Congress:Safety,the Vehicleand the Road Tech.Paper,London,UK,1992,vol.2,pp.67-74）介绍了按照轮间距离的要素变形确定轮胎与道路之间摩擦的技术。

在系统的“自由滚动”即“稳定状态”的条件下，能够确定轮胎-滚动面系统中潜在摩擦的系统的开发中，本申请人已经进行了由轮胎内衬上放置的加速度计一转接一转地测出的纵向和横向加速度分量相关曲线的采集和分析活动。这是基于摩擦是对抗轮胎与滚动面之间沿着轮胎的纵向和横向相对运动的力的观察。

在这些采集和分析活动期间，也使由轮胎内衬上放置的加速度计一转接一转地测出的加速度径向分量相关曲线可用，本申请人已经意外地观察到以两种不同的滚动面（干沥青和湿花岗岩）获得的加速度径向分量的两条曲线在特别限定的过渡区展现出差异，其中，由于加速度计离开轮胎的轮迹，加速度径向分量从近乎零值变化到其最大值。

从这样的完全意外的初始观察（也由分析不同表面上滚动获得的曲线验证后）开始，本申请人已经惊奇地发现，在进入和离开轮迹的两个过渡区，加速度径向分量曲线过渡的陡度取决于轮胎与滚动面之间的相互作用。

本申请人已经进一步发现，上述过渡的陡度可以与潜在摩擦相关。

确切地是本申请人已经发现，在所述过渡区，过渡的陡度甚至更高，轮胎与滚动面之间的潜在摩擦更低。

发明内容

在本发明的第一方面，它涉及用于确定轮胎与滚动面之间潜在摩擦的方法，轮迹被限定在所述轮胎与所述滚动面之间，所述方法包括：

-根据所述轮胎的径向，在所述滚动面上旋转所述轮胎，以便使所述轮胎的冠部分经受加速度径向分量；

-获得表示冠部分在至少一个轮胎旋转期间经受的加速度径向分量的数据，所述加速度径向分量包括两个区R_drop和一个区R_in，其中所述区R_drop表示其中由于所述冠部分进入和离开所述轮迹，所述加速度径向分量以绝对值分别经历从最大值突然下降到大约为零的值和从大约为零的值突然上升到最大值的两个区，以及所述区R_in表示其中由于所述冠部分在所述轮胎轮迹内通过，所述加速度径向分量大约为零的一个区；

-从所述数据开始，选择表示所述加速度径向分量的至少一个过渡区的数据，所述至少一个过渡区包括所述区R_drop中的一个的邻接所述区R_in的至少一个部分；

-处理所选择的数据，以便获得与所述至少一个过渡区的过渡陡度相关的信息；以及

-根据与所述过渡陡度相关的信息，估计所述潜在摩擦。

本发明的第二方面，它还涉及用于确定轮胎与滚动面之间潜在摩擦的系统，轮迹被限定在所述轮胎与所述滚动面之间，所述系统包括至少一个处理单元，适于：

-获得表示冠部分在至少一个轮胎旋转期间经受的加速度径向分量的数据，所述加速度径向分量包括两个区R_drop和一个区R_in，其中所述区R_drop表示其中由于所述冠部分进入和离开所述轮迹，所述加速度径向分量以绝对值分别经历从最大值突然下降到大约为零的值和从大约为零的值突然上升到最大值的两个区，以及所述区R_in表示其中由于所述冠部分在所述轮胎轮迹内通过，所述加速度径向分量大约为零的一个区；

-从所述数据开始，选择表示所述加速度径向分量的至少一个过渡区的数据，所述至少一个过渡区包括所述区R_drop中的一个的邻接所述区R_in的至少一个部分；

-处理所选择的数据，以便获得与所述至少一个过渡区的过渡陡度相关的信息；以及根据与所述过渡陡度相关的信息，估计所述潜在摩擦。

在本说明书和以下的权利要求书中：

-说法“自由滚动”用于指明在实质上没有制动和转向的情况下，所述轮胎的不变的滚动条件，比如速度近乎不变；

-说法轮胎的“冠部分”用于指明根据所述轮胎的横向，所述轮胎在其侧面之间延伸的部分；

-说法“横向”和“横向地”用于指明在与所述轮胎的旋转轴平行的方向上测出的量；

-说法“径向”和“径向地”用于指明在与所述轮胎的旋转轴正交的方向上测出的量；

-说法“纵向”和“纵向地”用于指明在与所述轮胎相切地并且与所述横向方向和与所述径向方向正交地测出的量。

本发明，在其所述以上方面其中至少一个中，能够展现以下优选特征中的至少一个。

在一个实施例中，所述至少一个过渡区还包括邻接区R_drop的所述至少一个部分的R_in的至少一个部分。

优选情况下，所选择的数据表示在所述冠部分离开所述轮胎的轮迹处的所述过渡区。确切地说，其中包括在所述至少一个过渡区中的区R_drop的所述至少一个部分是所述区R_drop的部分，其中，由于所述冠部分离开所述轮迹，所述加速度径向分量以绝对值经历从大约为零的值突然上升到最大值。事实上，本申请人已经验证了两种不同的轮胎-滚动面系统（以及因而两种不同的潜在摩擦值）对应的所述加速度径向分量的两条曲线之间所述过渡陡度的差异在离开所述轮迹的过渡区中比进入所述轮迹的过渡区中更明显。

在一个实施例中，选择了也表示另一个过渡区的数据，它包括所述两个区R_drop中另一个的邻接所述区R_in的至少一个部分。

在一个实施例中，所述轮胎在自由滚动条件下旋转。

优选情况下，表示所述加速度径向分量的所述数据在轮胎的每一转都获得。

在优选实施例中，在获得与所述至少一个过渡区的过渡陡度相关的信息之前，通过归一化过程处理所选择的数据。优选情况下，根据所述归一化过程，所述数据值被除以区R_out中所述加速度径向分量的（平均）值对应的至少一个参考值，所述区R_out表示所述轮胎的轮迹以外的区，其中所述加速度径向分量的值大约等于所述轮胎的离心加速度。正如以下更详细地显示，本申请人已经发现，事实上这样的归一化过程允许使所述潜在摩擦的所述估计与所述轮胎的角速度几乎无关。

有利情况下，所述潜在摩擦的所述估计在所述轮胎的每一转都进行。替代情况下，对轮胎的一定的转数可以进行平均（如五转最大值以便进行实时估计）。

有利情况下，从表示所述至少一个过渡区的至少5个点的数据开始进行所述处理。优选情况下，从表示所述至少一个过渡区的至少8个点的数据进行所述处理；在甚至更优选情况下，从表示所述至少一个过渡区的至少10个点的数据进行所述处理。

在一个实施例中，与所述至少一个过渡区的过渡陡度相关的信息包括至少一个过渡陡度参数的值，所述参数为适于对表示所述至少一个过渡区的数据进行近似的参数函数的参数，以及指示所述至少一个过渡区的过渡陡度。有利情况下，所述至少一个过渡陡度参数的值通过确定所述参数的值允许所述参数函数对表示所述至少一个过渡区的数据进行最佳近似而获得。

在另一个实施例中，与所述至少一个过渡区的过渡陡度相关的信息包括表示若干已知潜在摩擦的值或种类的曲线。有利情况下，获得表示若干已知潜在摩擦的值或种类的所述曲线的方式为在与已知潜在摩擦的若干值或种类对应的多条预存储的参考曲线当中识别对表示所述至少一个过渡区的数据进行最佳近似的曲线。

有利情况下，所述系统还包括与所述轮胎操作地相关联的监视设备，所述监视设备包括加速度计，与所述冠部分操作地相关联，适于测量所述轮胎的滚动期间所述冠部分经受的加速度径向分量。

有利情况下，所述至少一个处理单元被操作地连接到所述监视设备，以便接收表示由所述加速度计测出的所述加速度径向分量的信号或者表示所述信号的数据。

附图说明

从仅仅利用非限制实例给出的本发明的某些示范实施例的以下详细说明，应当参考附图进行的说明，本发明的进一步的特征和优点将变得明晰，其中：

图1示意地显示了轮胎与滚动面之间的相互作用的两种不同条件有关的摩擦/滑动曲线的两个实例，对应于潜在摩擦的两个不同值；

图2显示的曲线表示由轮胎的内衬中心安装的加速度计在一个轮胎旋转期间测出的加速度径向分量随加速度计相对于轮迹中心的角位置变化；

图3显示的曲线表示由轮胎的内衬中心安装的加速度计在一个轮胎旋转期间测出的加速度径向分量随加速度计相对于轮迹中心的角位置变化，对两种不同的滚动面获得了两条曲线：干沥青（曲线A）和湿花岗岩（曲线B）；

图4显示了图3的放大图，在两条曲线的两个过渡区附近；

图5示意地显示的曲线表示加速度径向分量，其中在本说明中使用的某些参数为高亮；

图6显示了表示归一化后加速度径向分量的曲线的第一个实例；

图7显示了表示归一化后加速度径向分量的曲线的第二个实例；

图8显示了表示同一拟合函数的四条曲线，对于指示曲线过渡区的过渡陡度的参数p2的四个不同值获得；

图9示意地显示了包括监视设备的轮胎的部分；

图10-12显示了由本申请人进行的实验测试的结果，用于评估本发明的方法和系统的性能。

具体实施方式

图2显示了由轮胎的内衬中心安装的加速度计在一个轮胎旋转期间测出的加速度径向分量随加速度计相对于轮迹中心的角位置变化的实例（θ=0表明加速度计在轮迹中心的角位置，θ>0表明在轮迹中心之后的角位置，θ<0表明在轮迹中心之前的角位置，θ=±180°表明加速度计在与轮迹中心直径地对立的角位置）。

此曲线涉及在干沥青上以60km/h的速度直线行进的菲亚特Stilo的右前轮上安装的倍耐力P6Cinturato^TM205/55轮胎。

由下式近似地给出由加速度计测出的加速度径向分量，若干小贡献除外，比如重力贡献：

$a_r=\frac{d^{2}r}{{\mathrm{dt}}^2}+{\mathrm{\&omega;}}^{2}r$

其中r为加速度计在轮胎的滚动区间从轮胎的中心遵循的轨迹的距离（在轮迹以外，它近似地对应于轮胎的半径r₀），而ω为加速度计相对于该轨迹的角速度（在轮迹以外，它近似地对应于轮胎的角速度ω₀）。

在这样的曲线中，可以识别4个主要的区：

1.第一区，后文称为R_out，是加速度计位于轮胎轮迹以外的情形。在这个区中，由加速度计测出的加速度径向分量实质上等于轮胎的离心加速度

例如，在图2的情况下，这个区可以对应于：

2.第二区，后文称为R_increase，表示以下两种情形的任一种：在第一种情形中，加速度计正在接近轮胎轮迹并且，由于加速度计所在的表面经受了变形，加速度径向分量以绝对值从等于R_out中的取值上升到最大值，在第二种情形中，加速度计正在离开轮胎轮迹并且，由于加速度计所在的表面经受了变形，加速度径向分量以绝对值从最大值下降到等于R_out中的取值。例如，在图2的情况下，这个区可以对应于：

3.第三区，后文称为R_drop，是以下情形：由于进入（或离开）轮迹，由加速度计检测的加速度径向分量经受了绝对值的突然下降（或突然上升），从最大值到近乎零（或从近乎零值到最大值）。例如，在图2的情况下，这个区可以对应于：

4.第四区，后文称为R_in，是以下情形：加速度计正在沿着轮胎的轮迹通行并且检测到近乎零的加速度径向分量（在轮迹中的过渡期间，加速度计的运动事实上根据几乎直线运动并且不再旋转，所以ω实质上等于0），例如小于30g，优选情况下小于10g，其中g为重力加速度。例如，在图2的情况下，这个区可以对应于：

上述四个区域的延伸一般来说可以取决于一系列参数，比如轮胎结构、轮胎充气压力、作用于轮胎的垂直负载和/或速度。

为了本发明的目的，术语“过渡区”用于指明区R_drop对应的加速度径向分量的曲线区，可选地与邻接这样的区R_drop的R_in的至少一个部分结合，或者与邻接R_in的区R_drop的部分结合，可选地与邻接这样的区R_drop的R_in的至少一个部分结合。

本申请人已经发现，加速度径向分量曲线的两个过渡区的形状，确切地说是陡度，与潜在摩擦相关。

确切地说，本申请人已经发现，在两个过渡区，加速度径向分量曲线的过渡的陡度甚至更高，轮胎与滚动面之间的潜在摩擦更低。

这显示在例如图3中，确切地是在图4的放大图中，它们显示了对两种不同滚动面获得的加速度径向分量的两条曲线：干沥青（曲线A）和湿花岗岩（曲线B）。确切地说，这些曲线显示了，在以60km/h的速度直线行进的菲亚特Stilo的右前轮上安装的倍耐力P6Cinturato^TM205/55轮胎的内衬中心，所安装的加速度计测出的加速度径向分量。

每条曲线都显示了对多个轮胎旋转求平均得到的值。

在过渡区，在进入和离开轮迹时，加速度径向分量以绝对值从最大值到近乎零的值以及从近乎零值到最大值改变，曲线B（表示由于滚动面由湿花岗岩组成所以更低摩擦的情形）具有比曲线A（表示由于滚动面由干沥青组成所以更高摩擦的情形）高得多的过渡陡度。

根据这种观察结果，可以确定轮胎-滚动面系统的潜在摩擦：在滚动面上旋转轮胎，以便使轮胎的冠部分经受加速度径向分量；获得表示冠部分在至少一个轮胎旋转期间经受的加速度径向分量的两个过渡区中的至少一个的数据；处理所获得的数据，以便获得与所述至少一个过渡区的过渡陡度相关的信息；以及根据由此获得的信息，估计潜在摩擦。

根据以上定义的内容，过渡区对应于区R_drop，或者邻接R_in的R_drop的部分，可选地与邻接这样的区R_drop的R_in的至少一个部分结合。

确切地说，在轮胎的冠部分进入轮迹时，过渡区可以具有给出的角延伸，其中θ指明冠部分在一个轮胎旋转期间相对于轮迹中心的角位置。

例如，θ_IN1可以被定义为：

其中，如果加速度信号被采样，等号指明加速度径向分量的值低于（以绝对值）阈值，更接近阈值，并且a_r表示加速度径向分量而是预定的阈值。例如，可以根据进入轮迹时加速度径向分量达到的（以绝对值）最大M_in选择

例如

其中k≤1，优选情况下，k≤0.5。有利情况下，k≤0.2。

根据另一个实例，可以根据轮迹以外的加速度径向分量（它大约等于轮胎的离心加速度

）选择

例如

其中k≤1，优选情况下，k<1。有利情况下，k≥0.2。优选情况下，k≥0.5。

根据某变型，可以使用固定的阈值。例如，可以使用加速度径向分量的不太高的值所对应的阈值，比如

其中g为重力加速度。

θ_IN2又可以是R_in内的任何角度或一端，其中在R_in两端的两个角度是加速度径向分量分别为（以绝对值）第一次和最后一次低于加速度径向分量的几乎零阈值（例如小于30g，优选情况下10g）的角度。

优选情况下，θ_IN2≤0。甚至更优选情况下，θ_IN2<0。

在轮胎的冠部分离开轮迹时，过渡区又具有下式给出的角延伸：

其中θ_OUT1可以被定义为：

其中，如果加速度信号被采样，等号指明加速度径向分量的值低于（以绝对值）阈值，更接近阈值，并且a_r表示加速度径向分量而

是预定的阈值。例如，可以根据离开轮迹时加速度径向分量达到的（以绝对值）最大M_out选择例如

其中k≤1，优选情况下，k≤0.5。有利情况下，k≥0.2。

根据另一个实例，可以根据轮迹以外的加速度径向分量（它大约等于轮胎的离心加速度

）选择

例如其中k≤1，优选情况下，k<1。有利情况下，k≥0.2。优选情况下，k≥0.5。

根据某变型，可以使用固定的阈值。例如，可以使用加速度径向分量的不太高的值所对应的阈值，比如

θ_OUT2又可以是R_in内的任何角度或R_in的一端，其中在R_in两端的两个角度是加速度径向分量分别为（以绝对值）第一次和最后一次低于加速度径向分量的几乎零阈值（例如小于30g，优选情况下10g）的角度。

优选情况下，θ_OUT2≥0。甚至更优选情况下，θ_OUT2>0。

例如，图5展示了阈值加速度

的概念以及进入和离开轮迹的过渡区、轮胎的离心加速度区R_out以及进入和离开所述轮迹处的最大M_in和M_out。

确切地说，线I表示进入轮迹的过渡区实例，线O表示离开轮迹的过渡区实例，线T表示以的示范阈值加速度值，线S表明轮胎的离心加速度

线C和线D分别表明区域R_out的开始和结束角，而两个圆M_in和M_out分别表明进入和离开轮迹的最大绝对值。

在本发明的优选实施例中，轮胎的冠部分经受的加速度径向分量由冠部分（为了方便，优选情况下在冠部分的径向内表面）上固定的加速度计测量。

图9显示了轮胎2，包括包含加速度计1的监视设备28。

在图9中，字母“R”、“L”和“A”分别表示该轮胎的径向、纵向（也称切线）和横向（也称轴向）。

轮胎2安装在轮缘3上。也可以将其安装在任何类型的车辆上比如小汽车、运输商品的车辆，比如载重拖车或卡车、机动车辆等。

优选情况下，轮胎2被设计为用在配备了适于与监视设备28合作和互动的车载安装电子设备的车辆上。

轮胎2包括外胎结构4，它展现了至少一层外胎层，未详细显示，根据实质上环形结构成形并经由其对立的圆周边缘啮合，带有两个环形锚定结构（通常由名称“轮胎钢丝”标识），其中的每一个都位于通常由名称“轮胎卷边”标识的区域5中。两个环形锚定结构沿着与轮胎2自身的几何转动轴平行的、轮胎2的横向“A”相互分开。

包括一个或多个带状条的带状结构6被施加到外胎结构4上的圆周外部分置。

带状结构6在外部圆周位置由胎冠7重叠，典型情况下，在胎冠上形成了纵向和横向凹进，被安排为界定所期望的轮胎面花纹。

轮胎2还包括一对所谓的侧壁8，被横向地施加在外胎结构4上的对立边上。

附图标记9表示轮胎2的冠部分，根据轮胎的横向它延伸在侧壁8之间。

典型情况下，冠部分9以密封层或所谓的“衬里”被涂布在其内壁上，包括一层或多层不透气的弹性材料，适于确保轮胎自身的气密封。

有利情况下，正如图9所示，监视设备28和加速度计1由适合的固定元件（未显示）固定在轮胎2的衬里上的冠部分9。优选情况下，加速度计1实质上被安排在轮胎2的赤道平面处。

有利情况下，固定元件适于适应在滚动期间轮胎结构所经受的变形，以便保持监视设备28对衬里的固定长时间稳定。

有利情况下，除了加速度计1外，监视设备28还包括射频发射机（未显示）。监视设备28还可以包括其他传感器（未显示），适于测量轮胎的若干所关注物理量（如压力和温度）。射频发射机适于经由天线（未显示）向轮胎2外部的接收机（未显示）发射与测出的物理量有关的数据。该接收机可以位于轮胎所安装的车辆上，以及/或者在该车辆之外（例如，在中心单元处，比如为交通监视和控制系统收集和处理与多台车辆有关的数据的中心单元）。

确切地说，来自加速度计1的数据有利情况下由至少一个处理单元处理（可选地以初始滤波和/或转换到数字格式），它可以包括在监视设备28中和/或在轮胎2外部的接收机中，以便确定该轮胎与轮胎滚动其上的表面之间的潜在摩擦。

所述至少一个处理单元包括硬件和/或软件模块，适于实施潜在摩擦计算算法。估计出的潜在摩擦值可以可选地被传送到若干系统，用于车辆动态的主动控制或驾驶员辅助系统（高级驾驶员辅助系统即ADAS）。

根据本发明的实施例，数据处理可以由拟合过程执行，根据该拟合过程，一转接一转地确定了预定的拟合函数的若干参数值（例如，通过执行最小平方算法），利用这样的拟合函数，允许对表示由加速度计测出的加速度径向分量的至少一个过渡区的数据更好地近似。

例如，拟合过程可以使用以下类型的变量x的参数函数：

f=f(x|p₁...p_n)

其中x可以例如表示完整的轮胎旋转期间，加速度计1的角位置θ（或时间），而p₁…p_n是若干参数,其中至少一个参数是指示加速度径向分量的至少一个过渡区的过渡陡度。

确切地说，根据本申请人的观察，轮胎与滚动面之间的潜在摩擦越高，加速度径向分量的过渡区具有圆得多的形状，而轮胎与滚动面之间的潜在摩擦越低，越像阶梯式的形状，有利情况下，拟合函数是参数函数，至少具有一个参数p_i与这样的过渡区的过渡陡度（即与阶梯式形状或圆形度）相关联。

对表示由加速度计所测出的加速度径向分量的至少一个过渡区的数据适于拟合的拟合函数的实例如下：

在这样的实例中，与过渡区的过渡陡度（阶梯形状）相关联的参数是p₂。事实上，更高或更低的p₂值对应于过渡区的更高或更低的过渡陡度（更强或更弱的阶梯式曲线）。

图8显示了对于参数p₂的四个不同值（4，8，12和16）以及p₁=1的拟合函数

的实例。这样的图确认，随着p₂上升，过渡区的过渡陡度（阶梯式形状）变得逐渐地更强（被加强）。

在拟合函数的多个实例中，一旦已经确定了允许对表示由加速度计所测出的加速度径向分量的至少一个过渡区的数据更好地近似的参数p_i的值，然后可以根据对于与过渡区过渡陡度相关联的参数（如p₂）所确定的值，估计潜在摩擦。

例如，通过将所述参数值与预定的潜在摩擦值所对应的预定已知参考值进行对比，可以确定潜在摩擦。

作为替代，通过应用使所述参数与潜在摩擦相关的特定解析函数可以从所述参数获得潜在摩擦。例如，这样的函数可以为以下类型：

μ_p≈f(p₂|c₁...c_m)

其中μ_p表示潜在摩擦，p₂是与其相关的参数，而c₁…c_m是被选择的系数以便更好地再现已知参考值。

对两个过渡区都应用拟合过程时，有利情况下，可以对两个过渡区分开地应用拟合过程，以便考虑加速度径向分量曲线的任何不对称性。

根据本发明的替代实施例，估计潜在摩擦可以经由相似性过程进行，该相似性过程基于在表示潜在摩擦值的不同值和种类的多条预存储曲线当中，识别对表示由加速度计所测出的加速度径向分量的至少一个过渡区的数据进行最佳近似的曲线。

例如，相似性过程可以包括以下步骤：

1)构建表示潜在摩擦值的不同值或种类的一组参考曲线（例如，从与轮胎-道路互相作用的已知条件有关的实验数据求平均）；

2)定义相似性准则，它允许从预存储的参考曲线当中，确定对表示由加速度计所测出的加速度径向分量的至少一个过渡区的数据进行最佳近似的一条；

3)应用相似性准则以便选择预存储的参考曲线之一；

4)识别出与所选定参考曲线相关联的潜在摩擦值的值或种类。

在步骤2)中，作为相似性准则，有可能使用例如在实时采集的实验数据α_r(t_I)与在瞬间t_i采样的参考曲线之间的相关运算，其中i=1…n涉及给定的轮胎旋转。

在步骤1)中，除了按照实验数据的平均，也可以用不同的数学模型获得参考曲线，比如适宜地参数化的指数函数或幂定律。

这种相似性过程可以比以上介绍的拟合过程需要更低的计算量。由于这个原因，相似性过程可以更适合于由位于轮胎上安装的监视设备28内的数据处理单元执行。

在优选实施例中，在应用拟合或相似性过程之前，表示由加速度计1所测出的加速度径向分量的至少一个过渡区的数据可以根据归一化过程归一化。

考虑加速度径向分量a_r典型情况下利用以下类型关系，被链接到由加速度计1所提供的电信号（例如，电压V）：

a_r=GV+V_offset

其中G是增益而V_offset为偏置，有利情况下可以执行归一化以便使加速度径向分量的值与加速度计1的偏置（通过减法运算）和增益（通过除法运算）无关。

这是非常有利的，因为它避免了不得不对加速度计1执行耗时的校准操作。

例如，可以根据以下类型的关系进行归一化：

其中θ表示在完整的轮胎旋转中加速度计1的角位置，

和

表示以角θ归一化的加速度和电压值，V表示从加速度计输出的电压，V（θ）表示在角θ的电压，而V₀和V₁表示两个电压参考值。

以下将举例展示两种归一化模式。

第一种归一化模式

根据第一种模式，可以根据以下类型的关系进行归一化：

其中

和

分别表示在区R_in和R_out从加速度计输出的平均电压值，以及在区R_in和R_out中的加速度径向分量的平均值。

图6显示了由这个关系归一化后，由轮胎内衬上放置的加速度计所测出的加速度径向分量的曲线的实例。正如可以看出，利用这种归一化模式，归一化后的加速度径向分量的值在区R_out中实质上等于1而在区R_in中实质上等于0。

应当指出，这种归一化模式I提供了对区R_out中的加速度径向分量值的除法运算，它实质上等于该轮胎的离心加速度

（其中ω₀和r₀是该轮胎的角速度和半径）。所以，除了在节省校准时间和成本方面有利，这种归一化模式还允许使归一化后加速度值

几乎与该轮胎的角速度ω₀无关。这是极为有利的，因为它还允许使拟合过程中使用的拟合函数

的参数p_i以及相似性过程中使用的（归一化后）曲线与轮胎的角速度ω₀无关。

第二种归一化模式

根据第二种模式，可以根据以下类型的关系进行归一化：

其中

和

分别表示区R_in和R_out中的平均电压值和加速度径向分量值。

图7显示了由这个关系归一化后，由轮胎内衬上放置的加速度计所测出的加速度径向分量的曲线的实例。正如可以看出，利用这种归一化模式，归一化后的加速度径向分量的值在区R_out中实质上等于0而在区R_in中实质上等于1。

应当指出，这种归一化模式II提供了对区R_out中的加速度径向分量值的除法运算，它实质上等于该轮胎的离心加速度

（其中ω₀是该轮胎的角速度）。所以，除了在节省校准时间和成本方面有利，这种归一化模式还允许使归一化后加速度值

几乎与该轮胎的角速度ω₀无关。

这是极为有利的，因为它也允许使拟合过程中使用的拟合函数

的参数p_i以及相似性过程中使用的（归一化后）曲线与轮胎的角速度ω₀无关。

在优选实施例中，归一化过程（如根据以上陈述的两个模式I和II之一）还可以使用相对于参考值θ₀所归一化的变量θ执行，也就是用变量

例如，θ₀可以设置为等于θ_IN1或θ_OUT1。事实上，本申请人已经观察到，随着轮胎上垂直负载的增加和轮胎的充气压力降低，区R_in的延伸（以及还有θ_IN1、θ_OUT1的绝对值）增大。这种类型的归一化所以具有使在第一近似中的归一化后加速度值

与垂直负载无关以及也近似与轮胎的充气压力无关的优点。这是极为有利的，因为它也允许在第一近似中的使拟合过程中使用的拟合函数的参数p_i以及相似性过程中使用的（归一化后）曲线与轮胎的垂直负载以及也近似与充气压力无关。

考虑以上情况，在本发明的实际实施例中，从图9中轮胎2的内衬1上安装的加速度计输出中提供的电压信号可以在监视设备28中转换为数字格式，并且数字数据可以通过监视设备28的射频发射机发送到车辆的车载接收机中包括的外部处理单元。

例如，一转接一转地，这样的处理单元将适于处理表示对于-180°≤θ_i≤180°（或者对于更低角部分，例如-120°与120°之间）在角度θ_i的离散值由加速度计1测出的加速度径向分量的数据。确切地说，处理单元将适于：

-从监视设备28的加速度计1接收数据；

-从收到的数据开始，选择表示加速度径向分量的至少一个过渡区（优选情况下至少在离开轮迹处）的数据；

-可选地识别加速度径向分量的区R_out和R_in并使用以上陈述的归一化模式I和II之一归一化所选定的数据；

-利用以上介绍的拟合与相似性过程之间的一个处理所选定的数据（可选地已归一化的），以便获得与所述至少一个过渡区的过渡陡度相关的信息。

-根据所述信息（即，根据与用拟合过程获得的潜在摩擦相关的参数值pi，或根据用相似性过程识别出的预存储的参考曲线）估计潜在摩擦。

应当注意，如果没有进行归一化过程（它要求处理表示区R_in和R_out的数据），就可以将分析限制到仅仅表示所考虑的过渡区的数据。这可能例如是有利的，因为它允许以有限的输出动态范围使用加速度计以及/或者减少了由监视设备28传送到外部处理单元的数据流，从而降低了监视设备28的功耗。

应当进一步注意，位于轮胎之外的处理单元允许限制直接放置在该轮胎上的监视设备28的整体尺度、重量、复杂度、功耗和成本。不过，如上所述，本发明还包括了处理单元（至少部分地）被放置在轮胎上安装的监视设备28之内的情况。

本发明实现了对轮胎-滚动面系统的潜在摩擦实时估计，对于实现车辆动态的主动控制或驾驶员辅助系统（高级驾驶员辅助系统即ADAS）的系统开发可能是重要的。这样的应用的实例是：防抱死制动系统——滑溜道路上的刹车距离改进；车身电子稳定系统——在开启关键操纵同时的稳定性能改进；相对于潜在摩擦控制速度和与前方车辆距离的系统等。

正如以上已经陈述，根据本发明的方法和系统有利情况下能够估计自由滚动条件下的潜在摩擦。根据本发明的方法和系统在任何情况下都能够在不同条件下运行，如同在正常驾驶条件下，其中该车辆之下的轮胎滚动可以经受减速、加速和/或转向。

为了评估本发明的性能，本发明人已经进行了实验测试，根据本发明估计了其中的潜在摩擦。

确切地说，本发明人已经使用了以上介绍的归一化模式II和下面的拟合函数，以便近似归一化后的数据：

以θ_OUT2=0和

在离开所述轮迹的过渡区中应用了拟合过程。

一旦（通过执行最小平方算法）识别出允许对表示由加速度计实时测出的加速度径向分量的这样的过渡区的数据进行最佳近似的p₁和p₂的值，本发明人已经发现，有可能使用以下类型的简单线性函数，从参数p₂获得潜在摩擦：

μ_p=f₂(p₂|c₁,c₂)=c₁+c₂p₂

其中选择系数c₁和c₂以最好地再现已知的参考值。考虑到增大参数p₂的值对应于降低潜在摩擦的值μ_p，系数c₂为负值。

图10显示了在不同滚动面上（在湿花岗岩情况下菱形、干花岗岩情况下三角形、湿沥青情况下圆形、干沥青情况下正方形）以60km/h的自由滚动条件，用直线行进的菲亚特Stilo的右前轮上安装的倍耐力P6Cinturato^TM205/55轮胎，所得到的潜在摩擦的值μ_p。确切地说，图中表示的每个点都表示通过平均该轮胎转四转得到的数据所估计的潜在摩擦值。

对每种类型的滚动面获得的数据的实线和虚线分别表示参考潜在摩擦值的平均值和标准差。这样的参考值是利用重复的制动测试获得，以（具有纵向力和垂直负载度量的）测力拖车和参考潜在摩擦的测量结果作为纵向力与垂直负载之间最大比值，如所定义。

正如可以注意到，根据本发明的方法估计的潜在摩擦值很好地近似了参考值。

至于参考线之外的少数点，它们可能由于以下事实：根据本发明的估计值是在滚动面不同点上得到的点状值，而参考值则是假设对整个滚动面有效的平均值。所以，我们不能排除图10中显示在参考线之外的点对应于滚动面的若干部分，其中真实和实际的潜在摩擦不同于平均值，从而匹配根据本发明所估计的值。

图11显示了在干沥青上自由滚动条件下，以不同的滚动速度（在50km/h情况下正方形、60km/h情况下圆形、70km/h情况下朝上的三角形、80km/h情况下菱形和120km/h情况下朝左的三角形），用以直线行进的菲亚特Stilo的右前轮上安装的倍耐力P6Cinturato^TM205/55R16轮胎，所获得的潜在摩擦值μ_p。

图12又显示了在湿沥青上自由滚动条件下，以不同的滚动速度（在50km/h情况下正方形、60km/h情况下圆形、70km/h情况下三角形而80km/h情况下菱形），用以直线行进的菲亚特Stilo的右前轮上安装的倍耐力P6Cinturato^TM205/55R16轮胎，所获得的潜在摩擦值μ_p。

确切地说，图11和图12中表示的每个点都表示了在平均该轮胎的四转上得到的数据所估计的潜在摩擦值。

图11和图12显示了如何由于归一化过程，可以使潜在摩擦值几乎与轮胎的角速度无关。

Claims (10)

1.一种用于确定轮胎与滚动面之间潜在摩擦的方法，轮迹被限定在所述轮胎与所述滚动面之间，所述方法包括：

-根据所述轮胎的径向，在所述滚动面上旋转所述轮胎，以便使所述轮胎的冠部分经受加速度径向分量；

-获得表示冠部分在至少一个轮胎旋转期间经受的加速度径向分量的数据，所述加速度径向分量包括两个区R_drop和一个区R_in，其中所述区R_drop表示其中由于所述冠部分进入和离开所述轮迹，所述加速度径向分量以绝对值分别经历从最大值突然下降到大约为零的值和从大约为零的值突然上升到最大值的两个区，以及所述区R_in表示其中由于所述冠部分在所述轮胎轮迹内通过，所述加速度径向分量大约为零的一个区；

-从所述数据开始，选择表示所述加速度径向分量的至少一个过渡区的数据，所述至少一个过渡区包括所述区R_drop中的一个的邻接所述区R_in的至少一个部分；

-处理所选择的数据，以便获得与所述至少一个过渡区的过渡陡度相关的信息；

-根据与所述过渡陡度相关的信息，估计所述潜在摩擦。

2.根据权利要求1的方法，其中，所述至少一个过渡区还包括邻接区R_drop的所述至少一个部分的R_in的至少一个部分。

3.根据权利要求1或2的方法，其中包括在所述至少一个过渡区中的所述区R_drop中的一个的所述至少一个部分是所述区R_drop的部分，其中，由于所述冠部分离开所述轮迹，所述加速度径向分量以绝对值经历从大约为零的值突然上升到最大值。

4.根据权利要求1至3中任何一个的方法，其中，与所述至少一个过渡区的过渡陡度相关的信息包括至少一个过渡陡度参数的值，所述参数为适于对表示所述至少一个过渡区的数据进行近似的参数函数的参数，以及指示所述至少一个过渡区的过渡陡度。

5.根据权利要求4的方法，其中，所述至少一个过渡陡度参数的值通过确定所述至少一个参数的值而获得，其允许所述参数函数对表示所述至少一个过渡区的数据进行最佳近似。

6.根据权利要求1至3中任何一个的方法，其中，与所述至少一个过渡区的过渡陡度相关的信息包括表示潜在摩擦的参考值或若干参考值的种类的曲线。

7.根据权利要求6的方法，其中，表示潜在摩擦的参考值或若干参考值的种类的所述曲线是通过在与潜在摩擦的若干参考值或若干参考值的若干种类的对应的多条预存储的参考曲线当中识别对表示所述至少一个过渡区的数据进行最佳近似的曲线而获得的。

8.一种用于确定轮胎与滚动面之间潜在摩擦的系统，轮迹被限定在所述轮胎与所述滚动面之间，所述系统包括至少一个处理单元，适于：

-获得表示冠部分在至少一个轮胎旋转期间经受的加速度径向分量的数据，所述加速度径向分量包括两个区R_drop和一个区R_in，其中所述区R_drop表示其中由于所述冠部分进入和离开所述轮迹，所述加速度径向分量以绝对值分别经历从最大值突然下降到大约为零的值和从大约为零的值突然上升到最大值的两个区，以及所述区R_in表示其中由于所述冠部分在所述轮胎轮迹内通过，所述加速度径向分量大约为零的一个区；

-从所述数据开始，选择表示所述加速度径向分量的至少一个过渡区的数据，所述至少一个过渡区包括所述区R_drop中的一个的邻接所述区R_in的至少一个部分；

-处理所选择的数据，以便获得与所述至少一个过渡区的过渡陡度相关的信息以及根据与所述过渡陡度相关的信息，估计所述潜在摩擦。

9.根据权利要求8的系统，还包括轮胎。

10.根据权利要求9的系统，还包括与所述轮胎操作地相关联的监视设备，所述监视设备包括加速度计，与所述冠部分操作地相关联，适于测量所述轮胎的滚动期间所述冠部分经受的加速度径向分量。

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