CN103796885A - 用于评估车辆的轮胎参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于评估车辆（2）的轮胎参数（48）的方法，包括以下步骤：-测量（14）车辆（2）的参考运动（32）；-基于排除了待评估的轮胎参数（48）的模型（44）对车辆（2）的模型运动（46）建模（38）；和-基于参考运动（32）和模型运动（46）的对比评估（50）车辆（2）的轮胎参数（44）。

Description

用于评估车辆的轮胎参数的方法

技术领域

本发明涉及一种用于评估车辆的轮胎参数的方法、一种用于实施该方法的控制装置和一种具有该控制装置的车辆。

背景技术

由WO2011/098333A1已知，考虑到车辆中的不同的传感器变量，以便改进已经存在的传感器变量或者产生新的传感器变量并且因此增加可检测的信息。

发明内容

本发明的目的是，改进对多个传感器变量的应用，以便增加信息。

该目的通过独立权利要求的特征实现。优选的改进方案是从属权利要求的主题。

根据本发明的一个方面，用于评估车辆的轮胎参数的方法包括以下步骤：

-测量车辆的参考运动；

-基于排除了/免除了/不含有待评估的轮胎参数的模型对车辆的模型运动建模；和

-基于参考运动和模型运动的对比评估车辆的轮胎参数。

参考运动应理解为车辆的这样一种运动：该运动通过测量技术以一种这样的精度检测，该精度被视为足以执行车辆中的进一步的信息处理。相比之下，模型运动应理解为车辆的这样一种运动：该运动可能与参考运动有偏差/误差。运动在下文中至少应理解为那些可以随时间影响车辆在空间中的位置的变量。具体地，这些变量是车辆的加速度、速度和转动角速度，可以包括横摆速度、侧倾速度和俯仰速度。

所提出的方法基于这样的考虑：基于车辆中的冗余检测信息产生新的传感器数据或提高已经存在的传感器数据的质量是以车辆的精确模型为前提条件的。然而，这种精确模型需要关于车轮与车轮所驶过道路的接触的信息。该信息在下面被称为轮胎参数并且包括车轮的侧偏刚度、滑移刚度和轮胎半径。轮胎参数不是固定变量，而是和多个因素如温度、湿度、行车道路条件等有关。

所提出的方法的隐含的思想在于，如果运动对于已知的轮胎参数足够好地反映出真实情况，那么在车辆的模型运动和车辆的参考运动之间的误差必然是来源于轮胎参数中的误差。换句话说，实际的轮胎参数由在模型中应用的轮胎参数以及在模型运动与实际运动之间的误差组成。

根据所提出的方法，排除了待评估的轮胎参数的模型并非旨在一种完全没有轮胎参数的模型，而是这样一种模型：不知道在该模型中所应用的轮胎参数是否正确。因此，所应用的轮胎参数和待评估的轮胎参数是不同的。此外，评估的实施不限于进行对比。例如，评估可以包括将参考运动和模型运动进行对比，以及随后更新所应用的轮胎参数，其具有由对比得出的校正值。替代地，评估本身可能产生被寻找的、待评估的轮胎参数。

在一个改进方案中，所提出的方法包括步骤：在车辆的车轮接地部位检测车辆的参考速度。该改进方案基于这样的考虑：车辆的模型速度的建模可能基于里程模型/测程法模型，该里程模型接收各车轮的车轮速度/转速和待评估的轮胎参数作为输入变量。为了实现评估结果的尽可能大的准确性，因此也在所检测的车轮速度的位置上和进而在车轮接地部位检测车辆的速度。在车轮接地部位检测速度可以由此实现：检测车辆上任意一点的车辆速度，随后将该车辆速度通过已知的车辆参数如轮距、轴距和相对于坐标系原点的距离换算成在车轮接地部位的相应的速度。

在另一个改进方案中，所提出的方法包括步骤：基于近似轮胎参数建立排除了待评估的轮胎参数的模型。

在一个具体的改进方案中，所提出的方法包括步骤：将经评估的轮胎参数用作模型中的近似轮胎参数，以便评估新的轮胎参数。也就是，所提出的方法被以迭代的方式实施，其中，为待评估的轮胎参数首先预设一初始值。无论何时重新评估了轮胎参数，则将该轮胎参数作为初始值用于新的评估，从而最终使得经评估的轮胎参数近似于车辆的实际轮胎参数。

在一个另外的改进方案中，所提出的方法包括步骤：

-检测参考运动中的差异/方差（Varianz），和

-基于检测到的差异/方差对车辆的运动建模。

信号的差异/方差被认为是指示了信号的携带信息的特性。由于车辆的运动不能突然改变，也就是，测得的运动中的差异应该是小的。因此，差异本身可以被视为测得的运动的噪声的量度，以便例如在对运动建模时将其考虑进去。

在所提出的方法的一个另外的改进方案中，仅当参考运动和/或模型运动超过一确定值时，才将车辆的经过评估的轮胎参数视为有效的。该改进方案基于这样的考虑：特别是以测量技术检测参考运动的过程受到公差和误差的影响，尤其是在传感器的小的测量范围中，这些公差和误差可能由于噪声而变得非常大。因此对于参与检测参考运动和/或可能参与对模型运动建模的传感器的低测量范围，其传感器信号非常不准确，因此所评估的轮胎参数也必然非常不准确。在这个前提下，改进方案的想法在于，仅当作为边界条件/约束条件的车辆的运动超过特定的阈值时才使用轮胎参数的评估结果。在此特别优选的是，车辆的整体加速度应该大于5m/s²。如果车辆根本不运动，则也就不存在关于轮胎参数的说明。

在另一个改进方案中，所提出的方法包括步骤：基于观测器将真实的运动和模型化的运动进行对比。这种观测器可以包括任何能实现模拟的或数字的车辆状态观测的滤波器。因此例如可以使用龙贝格观测器。如果将噪声一起考虑进去，那么卡尔曼滤波器是合适的。如果也还要考虑到噪声形状，那么可能在必要时使用粒子滤波器，该粒子滤波器具有基本数量的可使用的噪声情景/脚本并且在消除时例如通过蒙特卡罗模拟法选出要加以考虑的噪声情景。

在一个具体的改进方案中，观测器是卡尔曼滤波器，该滤波器在其需要的计算资源方面提供了最优结果。

根据本发明的另一方面提出一种控制装置，其设计用于实施所提出的方法。

在所提出的控制装置的一个改进方案中，所提出的装置具有存储器和处理器。在此，所提出的方法被以计算机程序的形式存储在存储器中并且当从存储器将该计算机程序下载至处理器时处理器实施本方法。

根据本发明的另一方面，计算机程序包括程序编码器，以用于当在计算机或所提出的装置之一上执行计算机程序时实施所提出的方法的所有步骤。

根据本发明的另一方面，计算机程序产品包括程序编码，该程序编码被存储在计算机可读的数据存储介质上，并且在一数据处理装置上执行该程序编码时实施所提出的方法之一。

根据本发明的另一方面，车辆包括所提出的控制装置。

附图说明

本发明的上述的性能、特征和优点以及如何实现它们的方式和方法被以清楚和能明确理解的方式结合下面对实施例的描述以及联系附图详细说明，其中：

图1示出具有融合式/联合式传感器（Fusionssensor）的车辆的原理图，

图2示出根据图1的融合式传感器的原理图，和

图3示出轮胎参数特性曲线。

在附图中，相同的技术部件具有相同的附图标记并且仅描述一次。

具体实施方式

根据图1示出具有融合式传感器4的车辆2的原理图。

融合式传感器4在本实施方式中通过已知的GNSS接收器6接收车辆2的位置数据8，该位置数据说明车辆2在行车道10上的绝对位置。该位置数据8在本实施方式中以本领域技术人员已知的方式在GNSS接收器6中从经由GNSS天线14接收到的GNSS信号12得出。对此的细节可以参考有关的专业文献。

融合式传感器4通过后文将要描述的方式设计为，增加从GNSS信号12中得出的位置数据8的信息内容。这一方面是必要的，因为GNSS信号12具有非常高的信号噪声比并且因此可能是非常不准确的。另一方面，并非总是能得到GNSS信号12。

在本实施方式中，车辆2具有获取车辆2的行驶动力学数据16的惯性传感器14。这已知的是包括车辆2的纵向加速度、横向加速度和垂直加速度以及侧倾速度、俯仰速度和横摆速度。在本实施方式中使用该行驶动力学数据16，以便增加位置数据8的信息内容并且准确地说明车辆2在行车道10上的位置。被准确地说明的位置18随后可以在GNSS信号12例如在隧道中完全不可用时由导航设备20使用。

为了进一步增加位置数据8的信息内容，在本实施方式中还使用车轮速度传感器22，该车轮速度传感器检测车辆2的各车轮26的车轮速度24。

根据图2示出根据图1的融合式传感器4的原理图。

在融合式传感器4中接收了已经在图1中所涉及的测量数据。融合式传感器4应该输出被准确说明的位置数据8。对此基本思想是，将GNSS接收器6的位置数据8的信息和惯性传感器14的行驶动力学数据16输入滤波器30中并且因此提高GNSS接收器6的位置数据8中或惯性传感器14的行驶动力学数据16中的信号/噪声带隙。为此，尽管滤波器可以任意地设计，然而卡尔曼滤波器可以最有效地实现该目的且需要的计算资源相对较低。因此滤波器30在下文中优选为卡尔曼滤波器30。

在卡尔曼滤波器30中接收到车辆2的位置数据32和车辆2的比较位置数据34。在本实施方式中，位置数据32利用例如由DE102006029148A1已知的捷联算法模块36由行驶动力学数据16产生。该位置数据包含被准确说明的位置信息18，但也包含其它关于车辆2的位置数据，例如其速度、其加速度和其前进方向。相应地，比较位置数据34从车辆2的模型38获得，该模型首先从GNSS接收器6得到位置数据8。随后在模型38中由该位置数据8确定比较位置数据34，该比较位置数据包含的信息和位置数据32相同。位置数据32和比较位置数据34的区别仅在于它们的值。

卡尔曼滤波器30基于位置数据32和比较位置数据34计算出位置数据32的误差预算40和比较位置数据的误差预算42。误差预算在下面应理解为信号中的整体误差，该整体误差由在检测和传输信号过程中的各个独立误差组成。在GNSS信号12和进而在位置数据8的情况下，相应的误差预算可能由卫星轨道中、卫星时钟中、剩余折射效应中的误差以及GNSS接收器6中的误差组成。

位置数据32的误差预算40和比较位置数据34的误差预算42随后被相应地输送到捷联算法模块36和模型38以用于校正位置数据32或比较位置数据34。也就是，位置数据32和比较位置数据34被以迭代的方式清除其误差。

在本实施方式中，模型38包括对于本领域技术人员已知的里程模型44，其设计用于，由车轮速度传感器22的车轮速度24和未进一步示出的车辆2的转向角确定附加的比较位置数据46。在模型38中的里程模型44的准确性取决于对于车辆的车轮26的轮胎参数如侧偏刚度、滑移刚度和轮胎半径的了解程度。由于这些轮胎参数取决于车轮26和道路10的状态，因此必须在行驶期间调整该轮胎参数，在本实施方式中这在评估滤波器50中进行。

在本实施方式中评估滤波器50同样接收位置数据32和附加的比较位置数据46，然而通过未示出的方式仅处理来自该位置数据32、46的速度。评估滤波器50的基本思想是，在位置数据32和附加的比较位置数据46之间的区别包含轮胎参数的校正值48，上述里程模型44使用该校正值来计算出附加的比较数据46。

为此，在里程模型44中基于初始值来做出关于轮胎参数的假设。实际的轮胎参数为此包含在位置数据32中，这是因为能通过测量技术基于实际速度获取该位置数据。因此在本实施方式的模型38中对来自GNSS信号12的位置数据8的处理由里程模型44分开地进行，使得在里程模型44中不会输入实际的通过测量技术获取的、可能使得轮胎参数的评估失真的位置数据32、34。评估滤波器50可以通过各种任意的方式基于在实际的位置数据32和经评估的附加的比较位置数据46之间的区别来确定校正值48以便调整轮胎参数。因此评估滤波器50可以形成变量之间的简单的差，然而也可以设计为卡尔曼滤波器，该卡尔曼滤波器同样可以确定位置数据32、46之间的偏差。特别优选的是，在滤波时还考虑到实际的位置数据32中的方差，以便提高轮胎参数的质量。

在此要指出的是，轮胎参数原则上也可能基于从GNSS信号12中得出的比较位置数据34和来自里程模型44的附加的比较位置数据46之间的比较而得出。

参考图3，根据该附图详细说明轮胎参数的校正，该轮胎参数在此假设为轮胎半径。在图3中因此记录了轮胎半径特性曲线54，该轮胎半径特性曲线将车辆2的车轮26的车轮速度24明确地对应于车辆2的纵向速度56。

轮胎半径特性曲线54基于这样的考虑：通过车轮26的轮胎半径可以计算出其周长（U=2rΠ）。如果已知了车轮26每时间单位转动得有多快，也就是车轮速度24，就可以通过车轮26的已知的周长计算出其纵向速度56。

轮胎半径特性曲线54原则上线性升高，因此轮胎半径将轮胎半径特性曲线54描述为具有斜率。如果轮胎半径和斜率是错误的，那么车辆2的车轮速度26和相应的车轮26就对应于错误的纵向速度56。

在本实施例中，因此在具体的车轮速度值60的情况下确定校正值48。校正值60由纵向速度56的、能够基于当前有效的轮胎半径特性曲线54确定的模型值62和参考值64之间的差来确定，在图3中以虚线并且以附图标记54’示出的经过校正的轮胎半径特性曲线应该经过该参考值64延伸。

经过校正的轮胎半径特性曲线54’可以继而在一新的评估步骤中被作为当前有效的轮胎半径特性曲线54使用，该当前有效的轮胎半径特性曲线又基于新获取的参考值64被校正。通过这种方式，轮胎半径特性曲线54以其斜率朝向有关的车轮26的真实的轮胎半径。

校正值58可以随后被传输到里程模型44，该里程模型随后在内部更新其轮胎半径特性曲线。另选地，也可以将经过校正的轮胎半径特性曲线54’的斜率和相应车轮26的被确定的经校正的轮胎半径传输到里程模型44。

Claims (10)

1.一种用于评估车辆（2）的轮胎参数（48）的方法，包括：

-对于车辆（2）的参考运动（32）进行测量（14）；

-基于排除了待评估的轮胎参数（48）的模型（44）对车辆（2）的模型运动（46）建模（38）；和

-基于参考运动（32）和模型运动（46）的对比对车辆（2）的轮胎参数（48）进行评估（50）。

2.根据权利要求1所述的方法，包括：

-在所述车辆（2）的车轮接地部位对车辆（2）的真实速度进行检测（14）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，包括：

-基于近似的轮胎参数（48）建立排除了待评估的轮胎参数（48）的模型（44）。

4.根据权利要求3所述的方法，包括：

-将经过评估的轮胎参数（48）用作模型（44）中的近似的轮胎参数（48），以便评估（50）新的轮胎参数（48）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：

-检测所述参考运动（32）中的差异（52），和

-基于检测到的差异（52）评估车辆（2）的轮胎参数（48）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，如果参考运动（32）和/或模型运动（46）超过一确定值，则将车辆（2）的经过评估的轮胎参数（44）视为有效的。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：

-基于观测器将参考运动（32）和模型运动（46）进行对比。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述观测器是卡尔曼滤波器。

9.一种控制装置（4），所述控制装置设计用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。

10.一种车辆（2），所述车辆具有根据权利要求9所述的控制装置（4）。

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