CN103189252B - 用于车辆调节系统的控制装置和用于确定车辆轮胎的轮胎状态的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆调节系统（7）的控制装置（4），其中，控制装置（4）采集车辆（1）的行驶状态传感器（5、8、9）的行驶状态测量信号（S1、S2、S3）且由行驶状态测量信号（S1、S2、S3）确定车轮（3、6）的响应特性，其特征在于，控制装置（4）还采集朝向车道表面（2a）取向的光谱传感器（10）的车道测量信号（S4）且由此确定车道表面（2a）上的水层（12）的存在和/或特性，并且控制装置（4）由车轮（3、6）的所确定的响应特性和车道测量信号（S4）来确定轮胎（3a、6a）的轮胎特性。

Description

用于车辆调节系统的控制装置和用于确定车辆轮胎的轮胎状 态的方法
技术领域
本发明涉及一种用于车辆调节系统的控制装置、此类车辆调节系统以及一种用于确定车辆轮胎的轮胎状态的方法。
背景技术
车辆轮胎用于在车辆与车道之间传递所有的力和力矩。因此，轮胎的监控或检查使得车辆调节系统的更好的调整且必要时危险情况的识别成为可能。
为此，一方面如下是公知的，即，测量和监控车辆轮胎中的气压。此外，磨损传感器是公知的，其必要时可在过大地磨损轮胎胎面的情形中有助于识别危险情况。
DE 101 19 352 C1描述了一种用于确定车辆轮胎的胎面特性的方法，其中，从配属给轮胎的近场雷达传感器发出微波且因此可确定车辆轮胎的胎面深度。
DE 100 58 099 A1描述了一种用于识别或估计轮胎磨损的方法和设备，其中，在车辆的正常运行期间经由车辆调节系统的行驶状态传感器的传感器信号来鉴定、存储且为了近似识别轮胎状态或轮胎磨损而评估行驶动态的值和其它影响轮胎磨损的测量值。
WO 2009/089972 A1描述了一种用于依赖于轮胎状态而将驱动力矩分配到车辆的轮子上的方法。在此，带有较小气压的轮胎可借助于气压传感器或按照轮速自动地识别。此外，各个轮子的胎面深度或者磨损可借助于传感技术确定。
EP 1 549 536 B1描述了车辆稳定控制的改善方案，其中，轮胎力特性包括在内。在此，轮胎的压力借助于传感器来确定，由此可估计轮胎力和估计关于车辆对驾驶员输入的响应的信息，以便确定车轮转向角的、制动力矩的和/或驱动力矩的主动修正。
此外，可探测表面的光谱传感器是公知的。此类光谱传感器同样可就车辆而言来使用。
发明内容
本发明基于如下任务，即，以相对少的耗费和相对高的可靠性来确定轮胎状态。
该任务通过如下的用于车辆调节系统的控制装置、如下的车辆调节系统以及用于确定车辆轮胎的至少一个轮胎状态的方法来解决。所述控制装置采集车辆的行驶状态传感器的行驶状态测量信号且由所述行驶状态测量信号确定车轮的响应特性，其中，所述控制装置还采集朝向车道表面取向的光谱传感器的车道测量信号且由此确定所述车道表面上的水层的存在和/或特性，并且所述控制装置由所述车轮的所确定的响应特性和所述车道测量信号来确定轮胎的轮胎特性，其中，评估响应特性是否与车道表面的状态相适应。所述车辆调节系统具有：所述的控制装置、用于测量行驶状态测量值且将行驶状态测量信号发出到所述控制装置的行驶状态传感器和光谱传感器，所述光谱传感器朝向车道表面取向且将车道测量信号发出到所述控制装置，其中，所述光谱传感器确定所述车道表面在对于水而言相关的波长范围中的吸收性能和/或反射性能。在所述方法中，采集车辆的行驶状态传感器的行驶状态测量信号且由所述行驶状态测量信号确定车轮的响应特性，其中，此外还采集朝向车道表面取向的光谱传感器的车道测量信号且由此确定所述车道表面上的水层的存在和/或特性，并且由所述车轮的所确定的响应特性和所述车道测量信号来确定所述轮胎的轮胎特性，其中，评估响应特性是否与车道表面的状态相适应。本发明还具有其他优选的改进方案。
根据本发明因此作如下设置，即，以光谱方式来检查车道表面。在此，借助光谱传感器尤其是检查是否存在水层或者车道表面以水进行湿润，其中，为此尤其可确定水层的高度和/或水的物态。
尤其基于如下认知，即，能够借助在水(H2O)的相关的吸收光谱带中的光谱检查来探测水的物态。在此，除了红外线辐射之外也可使用在视觉范围中的光。因此可以考虑，是否存在液态的水或冻结的水也就是说雪或冰，其中，根据本发明辨认出如下，即，这些物态引起车辆轮胎的明显不同的附着特性。此外，根据本发明辨认出如下，即，水层的高度也能够光谱地探测，因为在光谱检查的情形中存在所发出的红外线辐射到水层中的足够的射入深度，以便探测作为较强信号的较大的水深。
为此可使用在至少三个彼此不同的波长中的光或者红外线辐射，例如用于探测水的1460nm、用于探测冰的1550nm和作为参考波长的1300nm。
光学传感器尤其可以是表面传感器。光学表面传感器的使用具有如下优点，即，实际的车道特征能够特别可靠地且非接触式地测得。此外，光学表面传感器即使在停止的车辆的情形中同样提供关于车道特征的信息。光学表面传感器可包括用于发出至少一个波长的光到地面上的光源单元和至少一个用于探测由地面反射的光的探测器。
除了第一探测器之外，表面传感器可包括第二探测器，其中，第一探测器适用于鉴定漫反射的光而第二探测器用于鉴定镜面反射的光。可设置有至少两个偏光器，其中，带有第一偏光装置的第一偏光器配属给第一探测器。光源偏光器可以配属给光源单元和/或第二偏光器可以配属给第二探测器，其偏光方向大致上垂直于第一偏光器的第一偏光方向地取向。如果设置有至少两个偏光器或者偏光过滤器，则第一偏光器布置在第一探测器处，第一偏光器仅让光波在相对第一探测器的第一偏光方向上通过。如果光源偏光器设置在光源单元处，则其偏光方向大致上垂直于第一偏光器的第一偏光方向地布置，并且由传感器发出的光在大致垂直于第一偏光方向的方向上被偏光，从而在第一探测器处滤出偏光的、镜面反射的光而仅探测漫反射的光。当第二偏光器布置在其偏光方向大致垂直于第一偏光方向取向的第二探测器之前时，则可达到类似的效果。第二偏光器可备选地或附加于光源偏光器地使用。同样可作如下设置，即，在光源单元中产生已经偏光的光。光源单元可设计用于发出至少两个彼此不同波长的光或用于发出多个波长的光到地面或者车道表面上。为此，光源单元可例如包括多个光源。应用至少两个、优选三个彼此不同波长允许如下，即，以光谱方式运行传感器。当反射的由水或冰吸收波长的光与参考波长进行比较时，通过使用例如由冰或水特别良好地吸收的波长而能够辨认出在车道或者车道表面上的冰或水。因此如下是可能的，即，在仅一个仪器或者唯一的壳体中实施光谱分析的和漫反射以及镜面反射的原理。为此，至少一个光源单元、第一探测器和必要时第二探测器可以例如并排地布置在共同的唯一的和/或一件式的壳体中。
可使用在至少三个彼此不同的在红外线范围中的波长的光。为此，光源单元可包括多个光源。例如，光源单元可设计用于发出1300nm、1460nm和1550nm的波长的红外线。1460nm波长的光特别良好地被水吸收，而1550nm波长的光良好地被冰吸收。在大约1300nm范围中的光可用作参考波长。然而，也可使用其它的波长。尤其对于参考波长而言可使用任意其它的既不被冰也不被水明显吸收的波长。作为对水敏感的波长也可使用任意其它的在水中被更大程度地吸收的波长。同样地，作为对冰敏感的波长可选择任意的在冰中被更大程度地吸收的波长。其它引人注意的波长例如包括在红外线范围中的1190nm、1040nm、970nm、880nm和810nm以及可见的波长625nm、530nm和470nm。
光源单元可设计用于发出恰好三个不同波长的光。为此，光源单元可具有三个光源，每个光源针对一个波长。这三个波长仅用于鉴定光谱和鉴定镜面反射/漫反射的光，以便不仅确定或者识别车道特征而且确定或者识别车道的类型。每一个光源能单独地操控且能不依赖于其它的光源地接通和关闭或者能在强度上进行调整。
此外，也可使用多于上面所提及的两个或三个彼此不同的波长。例如，625nm的波长也可用于测量漫反射和镜面反射的光。
此外可作如下设置，即，在强度或者幅度上调制所发出的光线。强度的或幅度的调制可通过光源单元的所有的或单个的光源的接通和关断来实现。强度的调制或者接通和关闭可以针对光源单元的每个波长或对于光源单元的每个光源分开地进行。例如，幅度的或强度的调制或者接通和关闭可以针对每个波长以相同的频率(然而有相位差地)和/或以不同的频率来实现。由此例如可以实现如下，即，不同波长的光在时间上错开地或顺序地发出。例如可作如下设置，即，针对一定的时间间隔发出第一波长的光，然后关闭第一波长的光并且接通第二波长等等。在探测器中相应地探测仅一个波长的光。由此可以避免在探测器处的入射光的光谱分析或分离。也能使用不同的调制技术的混合形式，尤其是带有或不带有中断的频率和幅度调制的光学的信号序列。
因此如下也是可能的，即，使用简单的探测器作为第一或第二探测器。例如可使用光电二极管。第一探测器和第二探测器可相应地包括一个或多个光电二极管。至少第一探测器可设计用于鉴定所有由光源单元发出的波长的光。探测器也可替选地或补充地包括光电芯片(例如CCD)或其它光学的采集装置。
第一和第二探测器可用于鉴定或者用于确定镜面反射的和漫反射的光。此外，第一和第二探测器中的至少一个也可用于光谱的确定。至少该探测器设计用于探测多个波长的光。在该例子中，传感器恰好具有第一探测器和第二探测器而未设置有其它的探测器。
此外，表面传感器可包括发出关于车道表面的或者地面的特征的信息的评估装置。
表面传感器也适合于识别车道表面上的水膜的厚度或冰层的厚度，从而例如在湿的车道的情形中在只有从一定的例如产生滑水效应的水膜厚度起才将信息传送给驾驶员。
因此，根据本发明首先评估轮胎对相应作用的纵向力和/或横向力或相应的力矩的响应。为此，在轮胎处作用的力和力矩由车辆传感器的行驶动态测量值或者行驶状态测量值确定，并且此外，也确定车辆或者其轮子对这些作用的力和力矩的响应。因此，可确定各个轮胎的滑移性能，尤其是作为摩擦值和/或湿抓地性，此外，也在纵向方向和/或横向方向上，其中，该滑移性能尤其可依赖于水状态来确定，并且与作用的力和/或力矩相关。根据本发明，例如能够确定湿抓地性的损失、滑水效应危险或缺乏的全天候(泥沼和雪，M+S)特性。
因此，滑移性能的或者摩擦值性能的所确定的实际值可与车道表面的所确定的特性也就是说尤其是可能存在的水层和其高度以及物态相匹配。
这种匹配一方面使得对轮胎状态的推断成为可能，其可确定轮胎状态尤其是胎面深度是否使得性能或在车道表面的给定的表面状态或者水浸润的情形中所期待的摩擦值成为可能。因此，可以针对给定的水情况来评估轮胎状态。为此，可有利地比较关于轮胎在车道上依赖于相应的水特性(也就是说存在的水层的相应的高度和相关的物态)的特性的额定值或者存储的参考值。
因此，通过使轮胎状态已知，一方面在识别非常差的轮胎状态的情形中(也就是说胎面深度的高磨损和/或胎面橡胶化合物的硬化)发出报警信号。此外，轮胎状态的判断也可在车辆调节系统例如车辆稳定系统或ABS中考虑。因此，轮胎所拥有的附着能力可更好地充分利用；该调节原则上可如此地允许出现的力或者力矩，即，其充分利用该附着能力或者针对相应的车道状态的各个摩擦值。
因此，根据本发明直接确定摩擦值性能或者轮胎在车道上的性能，为此而不须动用理论的数据，如轮胎老化或关于轮胎的橡胶化合物的数据。这使得如下优点成为可能，即，关于轮胎老化的数据也不再考虑实际的负荷和实际的磨损以及由于不利的天气状态、例如对轮胎的温度或日照影响而产生的老化。
此外，车辆轮胎的特性尤其是关于湿抓地性的损失、滑水效应危险或缺乏的M+S特性也可显示或者记录。
附图说明
下面借助实施方式的附图对本发明进行说明。其中：
图1在俯视图中示出了车道上的根据本发明的车辆；
图2示出了根据图1的车辆的侧视图；
图3示出了根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
车辆1在车道2上行驶，例如在伴随着方向盘转向和倾斜放置的前轮3的弯道中。车辆1具有带有控制装置4、优选在所有轮子也就是说前轮3和后轮6处的ABS传感器5以及另外的行驶动态传感器(例如用于测量横摆率ω的横摆率传感器8以及用于测量横向加速度aq的横向加速度传感器9)的行驶动态调节系统和/或行驶稳定调节系统。
此外，在车辆1中设置有光谱传感器10，其例如在车辆1的前部区域中指向车道2。光谱传感器10优选地在IR(红外线)波长范围中工作且以如下方式探测水(H2O)的吸收光谱带，即，其发出红外线辐射IR并且探测由车道2的车道表面2a反射的红外线辐射IR。
ABS传感器5将轮速测量信号S1作为第一测量信号发送给控制装置4；横摆率传感器8相应地发出作为第二测量信号的横摆率测量信号S2，并且横向加速度传感器9将横向加速度测量信号S3作为第三测量信号发送给控制装置4。
光谱传感器10将车道测量信号S4作为第四测量信号发送给控制装置4，车道测量信号S4不同于测量信号S1、S2、S3而并不提供车辆行驶状态值，而是提供关于车道2的车道表面2a的光谱组成的数据。光谱传感器10有利地如此地设计，即，其探测在车道表面2a上的水的浓度，尤其也探测在车道表面2a上的或作为其一部分的水膜12的高度h。此外，光谱传感器10的测量信号S4包含关于水膜12的或车道表面2a上的水的物态的信息。因此，光谱传感器10例如能够探测水或者水膜12是否是液态的或是冻结的，也就是说冰或雪。
光谱传感器10具有光源单元和一个或多个探测器。光源单元可使用在红外线范围中的或可见的范围中的至少三个彼此不同波长的光。为此，光源单元可包括多个光源。例如，光源单元可设计用于发出1300nm、1460nm和1550nm波长的红外线辐射。1460nm波长的红外线辐射特别良好地被水吸收，而1550nm波长的红外线辐射良好地被冰吸收。在大约1300nm范围中的红外线辐射可用作参考波长。然而也可使用其它的波长。尤其是对于参考波长而言可使用任意其它的既不被冰又不被水明显吸收的波长。作为对水敏感的波长同样可使用任意其它的在水中被更大程度地吸收的波长。同样地，作为对冰敏感的波长可使用任意的在冰中被更大程度地吸收的波长。其它引人注意的波长包括在红外线范围中的例如1190nm、1040nm、970nm、880nm和810nm以及可见的波长625nm、530nm和470nm。
车辆1的行驶速度v可例如由轮速测量信号S1和/或车辆变速器的从动轴的转速形成。由此可相应地确定纵向加速度a。
此外，根据本发明例如由方向盘转向或由合适的传感器来确定前轮3的侧偏角α。此外，车辆的重量、轴距和轨迹宽度可以是已知的且存储在控制器4或外部的存储器中。
根据本发明，在步骤19中该方法开始之后，例如在整个车辆调节系统7启动时，在根据图3的步骤20、21中首先确定车轮3、6的响应特性，其中，这些响应特性在这里是纵向滑移tx和/或横向滑移ty。为此，由测得的或经由信号S1、S2、S3确定的行驶状态值例如首先在步骤20中确定是否存在值得注意的纵向力Fx或侧向力Fy和/或作用的转矩Mω，例如是否存在或必要时即将存在调节系统通过将制动控制信号S6发送给制动器14而进行的调节干预。随后，在步骤21中确定轮子3、6的滑移性能，例如在哪些力Fx、Fy或力矩Mω(如在图1中所显示的横摆力矩那样)的情形中轮胎失去附着，例如超过在ABS干预或ASR干预的情形中的纵向滑移tx时或超过用于横向滑移ty的侧偏角α时。
随后，在步骤22中由作用力Fx、Fy和/或力矩Mω和滑移性能tx、ty确定车轮3、6的轮胎3a、6a的响应特性，例如作为摩擦值。
在步骤24中采集车道测量信号S4。
在步骤26中进行车道表面2a的所确定的特性与轮胎3a、6a的所确定的响应特性的匹配，以便获得关于湿抓地性、滑水效应特性和在泥沼和雪的情形中的抓地性的数据。因此可依赖于水的情况来获得摩擦值。
在步骤28中进行对轮子3、6的轮胎状态的评估。因此，可评估响应特性是否与车道表面的状态相适应，也就是说例如较小的摩擦值与相关的水膜12相符或不相符。如果未探测到水膜12或者未探测到冰或雪，则期待更好的响应特性，否则可推断出较差的轮胎特性。
在步骤30中，当探测到缺乏附着的轮胎状态时，例如在轮胎3a、6a的响应特性太差的情形中，能够依赖于这种确定而在必要时发送例如作为报警信号的轮胎状态信号S5。轮胎状态信号S5可作为显示信号来发送，例如发送到车辆1中的显示装置或为了应用而发送到行驶动态调节系统中。
如果在轮胎3a、6a中设置有轮胎磨损传感器，则可将其测量信号与根据本发明所确定的轮胎状态特性进行比较。然而，根据本发明所确定的轮胎状态特性是更全面的并且也能够考虑胎面橡胶化合物的硬化、尤其是轮胎3a、6a的胎面深度等的不均匀的磨损。此外，如果设置有用于测量轮胎3a、6a中的气压的胎压传感器，则其测量信号能够补充地使用，以便在步骤26中考虑轮胎3a、6a的气压，气压影响其抓地性且因此相应地影响对不稳定或可能的滑移的响应。

Claims (13)

1.用于车辆调节系统(7)的控制装置(4)，其中，所述控制装置(4)采集车辆(1)的行驶状态传感器(5、8、9)的行驶状态测量信号(S1、S2、S3)且由所述行驶状态测量信号(S1、S2、S3)确定车轮(3、6)的响应特性(tx、ty)，其特征在于，所述控制装置(4)还采集朝向车道表面(2a)取向的光谱传感器(10)的车道测量信号(S4)且由此确定所述车道表面(2a)上的水层(12)的存在和/或特性，并且所述控制装置(4)由所述车轮(3、6)的所确定的响应特性(tx、ty)和所述车道测量信号(S4)来确定轮胎(3a、6a)的轮胎特性，其中，评估响应特性是否与车道表面的状态相适应。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置(4)以如下方式确定所述车轮(3、6)的滑移性能(tx、ty)作为所述车轮(3、6)的响应特性(tx、ty)，即，所述控制装置(4)由所述行驶状态测量信号(S1、S2、S3)确定作用在所述车轮(3、6)处的力(Fx、Fy)和/或力矩(Mω)，并且此外确定在哪些力(Fx、Fy)和/或力矩(Mω)的情形中执行各个车轮(3、6)的纵向滑移(tx)和/或横向滑移(ty)。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置(4)在足够大的力(Fx、Fy)或力矩(Mω)的情形中确定所述滑移性能(tx、ty)。
4.根据权利要求2或3所述的控制装置，其特征在于，其由下面的行驶状态测量值中的其中一个或多个确定作用在所述车轮(3、6)处的力(Fx、Fy)和/或力矩(Mω)：
所述车辆(1)的纵向速度(v)、纵向加速度(a)、横向速度(q)、横向加速度(aq)、横摆率(ω)、所述车轮(3、6)的轮速(n)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置(4)由所述车道测量信号(S4)一方面确定所述车道表面(2a)上的水层(12)的存在且另一方面确定所述车道表面(2a)上的水层(12)的高度(h)和/或物态。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，其由预先存储的数据生成所述轮胎(3a、6a)的额定响应特性并且与所述轮胎(3a、6a)的所确定的实际响应特性(tx、ty)进行比较并且依赖于该比较而发出输出信号(S5)。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置(4)将在新的轮胎(3a、3b)的情形中的初始测量值存储作为所述轮胎(3a、6a)的额定响应特性。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述轮胎(3a、6a)的响应特性是所述轮胎(3a、6a)依赖于所述水层(12)的物态和/或所述水层(12)的高度(h)的摩擦值。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的控制装置，其特征在于，用于光谱测量的所述光谱传感器(10)至少部分地设计在红外线范围中。
10.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置(4)在使用所述车辆调节系统(ABS、ESC)的调节干预(S6)的情形中确定所述滑移性能(tx、ty)。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的控制装置，其特征在于，用于光谱测量的所述光谱传感器(10)至少部分地设计在包括1460μm的用于探测水的吸收波长、1550nm的用于探测冰的吸收波长和没有水和冰的相关吸收的参考波长的三个波长范围中。
12.车辆调节系统，其具有：根据前述权利要求中任一项所述的控制装置、用于测量行驶状态测量值(S1、S2、S3)且将行驶状态测量信号(S1、S2、S3)发出到所述控制装置(4)的行驶状态传感器(5、8、9)和光谱传感器(10)，所述光谱传感器(10)朝向车道表面(2a)取向且将车道测量信号(S4)发出到所述控制装置(4)，其中，所述光谱传感器(10)确定所述车道表面(2a)在对于水而言相关的波长范围中的吸收性能和/或反射性能。
13.用于确定车辆轮胎(3a、6a)的至少一个轮胎状态的方法，其中，采集车辆(1)的行驶状态传感器(5、8、9)的行驶状态测量信号(S1、S2、S3)且由所述行驶状态测量信号(S1、S2、S3)确定车轮(3、6)的响应特性(tx、ty)，其特征在于，此外还采集朝向车道表面(2a)取向的光谱传感器(10)的车道测量信号(S4)且由此确定所述车道表面(2a)上的水层(12)的存在和/或特性，并且由所述车轮(3、6)的所确定的响应特性(tx、ty)和所述车道测量信号(S4)来确定所述轮胎(3a、6a)的轮胎特性，其中，评估响应特性是否与车道表面的状态相适应。
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