CN105228871A - 用于车辆的滑动控制系统以及设有滑动控制系统的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆的滑动控制系统，该车辆具有设有制动器(12，14)的至少一个车轮(10)，滑动控制系统包括至少一个传感器(16)以及控制装置(100)，其配置成基于所述传感器(16)的信号来确定车轮(10)的车轮滑动。因此建议，所述传感器(16)是设置在车轮的轴承(11)中的载荷传感器。

Description

用于车辆的滑动控制系统以及设有滑动控制系统的车辆

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的滑动控制系统，并且涉及一种包括根据本发明的滑动控制系统的车辆。

背景技术

众所周知使用防抱死制动系统和电子稳定系统的方式来控制车辆制动力的控制制动可以避免轮胎与道路接触的滑动。尤其是，根据现有技术的滑动控制系统通过使用车轮速度传感器的信号，并通过计算检测到的车轮速度的差异来使用滚动速度的差异和变化。

此外，已知车辆设有加速度计和陀螺仪，用于检测车辆的本体移动，其可以再次与挡泥板速度进行比较，以便检测车轮的滑动。

载荷传感轴承是已知的，并已用于测量作用在轴承上的力和用于由作用在车轮轴承上的载荷得到的车辆的载荷。例如，在专利文献WO2009/0769988A1中公开的载荷传感轴承。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于具有改进可靠性的车辆中的滑动控制系统。

该目的通过具有至少一个有致动器的车轮的滑动控制系统来实现。滑动控制系统包括控制装置和传感器，其中控制装置配置成基于传感器的信号来确定车轮的车轮滑动。

因此建议由控制装置所使用的传感器包括安装至支撑车轮的轴承上的载荷传感器。如下所示，作用在轴承上的载荷是能够以令人惊讶的可靠的方式来确定配备有载荷传感器轴承的车轮滑动的参数。当使用在轴承中所提供的载荷传感器时，可以省略加速计或陀螺仪。

承载载荷的轴承在使用过程中将发生弹性变形，并且该弹性变形用来估计作用在由轴承承载的旋转轴上的力。载荷传感轴承通常包括调整或修改的标准轴承，其设有以静态模态的形式检测弹性变形的应变仪和位移传感器。变形可以是局部的，即，由于滚动元件通道，并且可以包括整体模态，由于装载区域的形状和大小，并且以平移和旋转的形式自然地包括刚体模态。

在制动过程中，由于车辆载荷(重量+驱动)的纵向制动力、法向力，以及作为制动爪或钳与制动盘之间摩擦结果的制动力均直接或间接地作用在轴承上。间接作用可以通过从制动盘和制动钳上的车轮到车辆本体的直接力传递路径构成车辆重力的一分部，使得轴承短路。车辆的制动系统通常形成所需尺寸，使得作用在轴承上的竖直力被大大减少，甚至可能变成负数。

此外，很常见的是，相对于车轮的车轴，制动钳布置在正常驱动方向的相反侧。在大多数情况下，在轮胎与道路之间接触处的制动力作用在正常驱动方向的相反方向上，并且该力用具有相同绝对值的指向正常驱动方向的反作用力来平衡。

载荷传感轴承(LSB)使用围绕轴承定位的应变计和可选位移传感器来测量轴承的变形，使得作用在水平和竖直平面中的力可以使用多变量线性回归分析来估计，多变量线性回归分析通过合适的处理器和控制系统施加在多个测量计的输出上。

由于作为制动力的函数的所产生的载荷，上述的制动反作用力将导致LSB的变形。制动反作用力是由车轮支撑的车辆的拐角处的重量的数量级，并且在该轴承上的净竖直轴力通常会从正值变成负值，如上所述。这导致制动时，制动力的明确的测量，这难以通过例如加速计的其它传感器来实现。法向力仅是由车辆的振动/潜水导致的较小的动态分力，并且制动力显著地大于道路-轮胎表面的接触部分上的法向力的变化。

本发明提出将测量值用于作用在轴承上的竖直和水平力，作为滑动控制系统的控制装置的输入，其中，假设竖直力Fz是作用制动力Fbrake的良好的估计。

本发明的上述描述以及所附权利要求、附图和以下描述的优选实施例以特定的组合方式示出本发明的多个特征。本领域技术人员针对其特定的需求能够容易地想到这些特征的其它组合或子组合，以便适应如在权利要求中限定的本发明。

附图说明

图1是车轮制动时作用在载荷传感器轴承上的力的示意图。

图2是示出车轮加速度取决于滑动的曲线图。

图2是示出车轮滑动和作用在轴承上的制动力之间的关系的曲线图。

具体实施方式

如示于图1，汽车的车轮10设有制动系统，其包括制动盘12和制动钳14，其中，车轮的半径用rw来表示并且制动钳14的制动片的摩擦的半径中点用rb来表示。

图1中的轴承11设有围绕车轮10的圆周分布的多个测量传感器16。对于测量传感器16的细节，可以参考专利文献WO2009/076988A1，其通过参考传感器设计并入本文。

控制单元100接收并处理来自轴承11的内圈中的传感器16的信号，并且配置成控制由制动盘12上的制动钳14的制动片所施加的制动力的方式，来避免车轮的锁定，并保持行驶的稳定性和控制，即使是在滑动路面的情况下也良好的保持行驶的稳定性和控制。

作用在车辆上，尤其是作用在轴承11上的力用图1中的粗箭头来表示。

车辆载荷Fload作用在竖直方向上。当制动力Fbrake作用在向下的竖直方向上时，产生作用在向上的相反方向上的制动反作用力Fbrake(LSB)被。以类似的方式，作用在路面与轮胎之间的轮胎表面上的纵向制动力Fx导致滚动方向D上的反作用力Fx(LSB)，其中，反应力Fx(LSB)的绝对值对应于纵向力Fx。车辆载荷Fload用来自路面的法向力(未示出)来平衡。如上所述，量Fx*rw/rb是适合于确定随时间的车轮滑动变化的参数。

本发明提出了使用载荷传感轴承的F_x＝Fx(LSB)和Fz测量，即，作为ABS控制的输入的力的水平和竖直分量，其中，假设后者Fz是作用制动力Fbrake的合适的估计，并采用估计Fbrake(LSB)＝Fz。

使用该假设，下文证明：通过使用制动力控制和纵向力测量，可以控制车轮滑动。

车轮加速度可被描述为：

$\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}\·I=F_x\·r_w-F_{brake}\·r_b$

式中：

·I[kg·m²]＝车轮转动惯量

·F_x[N]＝Fx＝在与道路的接触路径处的车轮的纵向力

·r_w[m]＝rw＝车轮半径

·F_brake[N]＝Fbrake(LSB)＝由制动片施加到车轮上的力

·r_b[m]＝rb＝从车轮中心到摩擦的制动片中点的距离

车轮加速度可以使用下面的方程式设置为正值或负值：

如果 $F_{brake}>F_x\frac{r_w}{r_b}\&DoubleRightArrow;\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&omega;}}<0$

如果 $F_{brake}<F_x\frac{r_w}{r_b}\&DoubleRightArrow;\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&omega;}}>0$

车轮滑动可以通过下式来描述：

$\mathrm{\&lambda;}=\frac{v-\mathrm{\&omega;}\&CenterDot;r_w}{v}$

式中：

·λ[-]＝车轮滑动(无量纲)

·v[m/s]＝车辆速度

·ω[rad/s]＝车轮速度

因此：

$\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&lambda;}}=-\frac{r_w}{v}\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&omega;}}+\frac{r_w\&CenterDot;\mathrm{\&omega;}}{v^2}\stackrel{\&CenterDot;}{v}$

式中：

使用这些方程式，结合用于车轮加速度的先前的方程式，可以声明：

如果 $\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&omega;}}>\frac{\mathrm{\&omega;}}{v}\stackrel{\&CenterDot;}{v}\&DoubleRightArrow;\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&lambda;}}<0$

如果 $\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&omega;}}<\frac{\mathrm{\&omega;}}{v}\stackrel{\&CenterDot;}{v}\&DoubleRightArrow;\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&lambda;}}>0$

表达式的输出取决于路面和滑动值，如图1所示。

图1示出了用于滑动的不同值的的值，假设所有车轮上的滑动相似。

然而这足以确定上限和下限，以正确的运行系统。可以改写成

这容易地示出了是介于之间的值。而且，取决于路面的类型，将在[-μ_max·g...0]之间的范围内，式中μ_max[-]＝摩擦曲线中的最大摩擦系数并且g[m/s²]＝重力加速度。

这导致的界限，其大约是用于标准道路车辆的[-35...0][1/s²]。

将所有方程式组合在一起，可以示出F_brake的控制导致的控制：

如果 $\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&omega;}}>0\&DoubleRightArrow;\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&lambda;}}<0$

如果 $\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&omega;}}<-35\&DoubleRightArrow;\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&lambda;}}>0$

并且：

图3示出在用载荷传感轴承修改的标准车辆的前轮上进行的实验的结果。该图示出了x轴范围为5至8秒的时间信号。力显示在上部图形(竖直范围从3.0至7.0kN)中，其中，实线轨迹是用比值rb/rw缩放的LSB的估计制动力Fbrake(LSB)，并且虚线轨迹是作用在LSB上的力的Fx(LSB)分力。

滑动作为无量纲数给出。

实验验证，当参数Fbrake(LSB)*rb/rw小于Fx(LSB)时，滑动减小，而当参数Fbrake(LSB)*rb/rw远大于Fx(LSB)时，滑动增加。结论是，实验表明，这些量的比较是用于车辆的车轮滑动的有价值方法。

Claims (7)

1.一种用于车辆的滑动控制系统，所述车辆具有设有制动器(12,14)的至少一个车轮(10)，所述滑动控制系统包括至少一个传感器(16)和配置成基于所述传感器(16)的信号来确定所述车轮(10)的车轮滑动的控制装置(100)，其特征在于，所述传感器(16)是设在所述车轮的轴承(11)中的载荷传感器。

2.根据权利要求1所述的滑动控制系统，其中，所述制动器设有制动钳(14)，其布置在与正常驱动方向(D)相反的所述车轮(10)的车轴的一侧。

3.根据前述权利要求的其中一项所述的滑动控制系统，其中，所述轴承(11)的载荷传感器(16)配置成测量平行于所述车轮(10)的滚动方向作用在所述轴承(11)上的载荷力的分力(Fx(LSB))，其中，所述控制装置(100)配置成将所述制动力(Fbrake(LSB))控制并设置为基于作用在所述轴承(11)上的所述纵向力(Fx(LSB))乘以所述车轮的半径(rw)与半径(rb)之间的比值，所述半径(rb)是从所述车轮(10)的中心到所述制动器(14)的制动片的摩擦的中点的距离。

4.根据权利要求3所述的滑动控制系统，其中，所述控制装置(100)使用所述制动力(Fbrake(LSB))与所述车轮半径和所述制动片半径(rb)的比值的乘积，通过添加常数至所述乘积来确定所述制动力的阈值。

5.根据权利要求4所述的滑动控制系统，其中，所述常数是数字常数与所述车轮的转动惯量(I)和所述制动片的摩擦的中点的半径(rb)的比值的乘积。

6.根据权利要求4所述的滑动控制系统，其中，所述数字常数等于30或更大的数值，优选为35或更大的数值。

7.一种车辆，设有根据权利要求1至7中的任一项所述的滑动控制系统。