CN105606530A - 一种路面峰值附着系数测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种路面峰值附着系数的测试装置及方法,属于车辆控制技术领域。包括:1,采集汽车质心加速度ax、车速v、车轮转速wi、轮缸压力pi、车轮获得的驱动转矩Ti;2,依据加速度ax,判别汽车的状态并获得车轮纵向力;计算车轮驱动力或制动力;3,依据车速v和车轮转速wi信息,计算汽车车轮滑移率s;4,依据加速度ax计算车轮垂直载荷。5,依据车轮纵向力和车轮垂直载荷,计算附着系数;6,依据车轮滑移率和附着系数,在预存储的标定曲线中选取两条相近路面R1、R2,并获取两条相近路面对应的车轮附着系数及路面峰值系数μ1、μ2;7,计算与相近路面的近似度λ;8,计算当前路面的峰值附着系数μmax。本发明简单有效,适用范围广,效率高,能够更好的控制车辆。
Description
技术领域
本发明属于车辆控制技术领域,涉及一种路面峰值附着系数测试方法。
背景技术
车辆稳定性控制技术在保证车辆主动安全方面具有十分重大的意义,现已成为汽车工业界的研究重点之一。汽车轮胎-路面附着系数能够提供车辆保持稳定性裕量的重要信息,是设计车辆稳定性控制器参数的重要参考依据。利用车载传感器对轮胎一路面附着系数进行实时在线观测,是车辆稳定性控制所需要的关键技术之一。当路面附着系数未知时,主动安全系统的性能通常无法充分发挥。如果能够实时估算出路面峰值附着系数,系统就可以根据当前路况调节控制策略,提高车辆安全。实时检测路面峰值附着系数,是车辆主动控制所必需的关键技术之一。
由于影响道路附着系数的因素较多,一般采用估算的方法获取路面附着系数存在较大的误差。经检索,目前对于路面识别技术的研究大多限于理论方面,难以满足实际需要。现有的通过拟合当前路面附着曲线的测试方法,其准确性取决于滑移率及路面附着系数(s,μ)数据点的多少,这样势必会影响μmax观测的实时性。又如清华大学一种轮胎一路面最大附着系数测试方法,虽然减少了标定曲线及数据点,但数据分析繁冗,效率较低,实时性不强,不利于为车辆的控制系统提供快速的结果进行下一步的控制运算,导致控制系统反应速度慢。
发明内容
为了解决现有路面附着系数测试方法实时性较差,计算繁琐、效率低的问题,本发明提出一种更为简洁高效的路面峰值附着系数测试方法。采用的技术方案如下:
一种路面峰值附着系数测试装置,包括信息采集单元和信息处理单元;所述信息采集单元包括汽车质心加速度传感器、车速传感器、车轮转速传感器、轮缸压力传感器及CAN总线;所述汽车质心加速度传感器安装在车辆质心处,用于采集车辆纵向加速度;所述车速传感器安装在变速器的输出轴,用于采集车速信号;所述车轮转速传感器安装在车轮轮毂上,用于采集每个车轮转速;所述轮缸压力传感器安装在液压管路上,用于采集轮缸的压力;所述CAN总线一端连接发动机控制单元、另一端连接信息处理单元,用于获得车轮驱动转矩;所述信息处理单元为车载ECU,所述ECU根据信息采集单元采集的信息、结合预存储的路面附着系数-滑移率曲线,计算出当前路面的峰值附着系数。
基于上述测试装置,本发明提出了一种路面峰值附着系数的测试方法,包括如下步骤:
步骤1,汽车信息采集单元中的汽车质心加速度传感器、车速传感器、车轮转速传感器、轮缸压力传感器、CAN总线分别采集汽车质心加速度ax、车速v、车轮转速wi、轮缸压力pi,i=1,2,3,4,代表车轮、车轮获得的驱动转矩Ti;
步骤2,依据步骤1中质心加速度传感器测得的加速度ax,判别汽车的状态并获得车轮纵向力;当ax>0时,汽车处于驱动状态时,直接通过发动机控制单元上的CAN总线获得汽车车轮的驱动转矩,并计算车轮驱动力;当ax<0时,汽车处于制动状态,依据轮缸压力传感器,计算车轮制动力;
步骤3,依据步骤1中获取的车速和车轮转速信息,计算汽车车轮滑移率s;
步骤4,依据步骤1中质心加速度传感器测得的加速度ax,计算车轮垂直载荷。
步骤5,依据步骤2和步骤4中计算的车轮纵向力和车轮垂直载荷,计算附着系数
步骤6,依据步骤3中计算的车轮滑移率和步骤5中计算的附着系数,在预存储的标定曲线中选取两条相近路面R1、R2,并获取两条相近路面对应的车轮附着系数及路面峰值系数μ1、μ2;
步骤7,依据步骤3、步骤5获得的当前路面信息及步骤6获得的相近路面信息,计算与相近路面的近似度λ;
步骤8,依据步骤6和步骤7获得的信息,计算当前路面的峰值附着系数μmax。
作为优选方案,所述步骤2中,当ax>0时,计算车轮驱动力FXi的表达式为:其中,r为车轮半径;
当ax<0时,计算车轮制动力FXi的表达式:其中,Ti=pi·A·r',A为制动钳体和车轮接触面积;r'为制动钳作用等效点到车轮中心的距离。
作为优选方案,所述步骤3中计算汽车车轮滑移率s的表达式为:其中,r是车轮半径。
作为优选方案,所述步骤4中计算车轮垂直载荷包括前轮垂直载荷和后轮垂直载荷;
所述前轮垂直载荷FZ1,2的计算表达式为:
所述后轮垂直载荷FZ3,4的计算表达式为:
其中,m为整车质量,g为重力加速度,L为汽车轴距,a、b分别为汽车质心至前、后轴的距离,hg为汽车质心至路面距离,CLf、CLr分别为汽车前后空气升力系数,ρ为空气密度,A为迎风面积。
作为优选方案,所述步骤5中计算附着系数的表达式为:其中FX为汽车车轮驱动力或制动力,FZ为车轮垂直载荷。
作为优选方案,所述步骤6预存储的标定曲线为典型路面附着系数-滑移率曲线,具体包括干沥青路面,水泥路面,湿沥青路面,鹅卵石路面,冰路面以及雪路面。
作为优选方案,所述步骤7中计算与相近路面的近似度λ包括:和
其中,λ1是与相近路面R1的近似度,λ2是与相近路面R2的近似度,是当前车轮附着系数。
作为优选方案,所述步骤8中计算当前路面的峰值附着系数μmax的表达式为:μmax=λ1·μ1+λ2·μ2。
本发明的有益效果:
1、本发明提出的方法利用现有车载传感器,成本低,且对工作环境要求不高。
2、利用典型路面的附着系数曲线,根据整车实际参数建立识别算法,适用于各种工况,且避免了实际因素对曲线准确性的影响。
3、该算法适用于各种路面,而不局限于几种典型路面,可以直接计算出路面峰值附着系数,且处理方法简单有效,具有适用范围广,效率高的特点,以便更好的控制车辆。
附图说明
图1为峰值附着系数测试方法流程框图;
图2为六种典型路面附着系数-滑移率曲线;
图3为轮胎模型筛选模块筛选原则。
具体实施方式
为方便对本发明方法的理解,下面以具体实施方式为例对本发明作进一步详细描述。
本发明方法使用一种路面峰值附着系数的测试装置,包括汽车信息采集单元和信息处理单元。其特征在于,所述信息采集单元包括汽车质心加速度传感器、车速传感器、车轮转速传感器、轮缸压力传感器及发动机控制单元CAN总线信号。所述汽车质心加速度传感器安装在车辆质心处,用于采集车辆纵向加速度;所述车速传感器安装在变速器的输出轴,用于采集车速信号;所述车轮转速传感器安装在车轮轮毂上,用于采集每个车轮转速;所述轮缸压力传感器安装在液压管路上,用于采集每个轮缸压力;所述信息处理单元即ECU,预存储有典型路面附着系数曲线,并接收信息采集单元传输的信息加以处理。
所述处理方法包括以下步骤:
1)信息采集单元分别采集汽车质心加速度ax,车速v,车轮转速wi,轮缸压力pi,i=1,2,3,4,代表车轮;
2)依据测得的加速度ax,判断汽车的状态并获得车轮纵向力:
当ax>0时,汽车处于驱动状态,通过发动机控制单元上的CAN总线获取各个车轮所获得的转矩Ti,按式②计算该车轮驱动力FXi:
其中,r为车轮半径。
当ax<0时,汽车处于制动状态,依据轮缸压力传感器获得制动压力pi,按式③计算车轮制动力矩Ti,再按式④计算车轮制动力FXi:
Ti=pi·A·r'②
式中:A为制动钳体和车轮接触面积;r'为制动钳作用等效点到车轮中心的距离。
3)依据测得的各个车轮转速wi以及车速v,按式①计算该车轮滑移率s:
式中:r是车轮半径
4)依据测得的加速度ax,代入实际车辆信息,包括整车质量m,汽车轴距L,汽车质心至前、后轴距离a、b,汽车质心至路面距离hg,按式⑤⑥计算汽车前后轮垂直载荷:
式中:CLf、CLr分别为汽车前后空气升力系数,ρ为空气密度,A为迎风面积。
5)依据步骤3)和4)中获取的车轮驱动力或制动力FX和车轮垂直载荷FZ,按式⑦计算当前附着系数
6)利用步骤2)和5)中求得的车轮滑移率s和当前附着系数在预存储的标定曲线上获取两条相近的路面曲线R1、R2,要求满足曲线上该滑移率s对应的车轮附着系数(当前车轮附着系数为),获取其对应路面峰值系数μ1、μ2(μ1、μ2属于预存储曲线上的已知量)。选取原则如图3所示。
7)依据步骤2)、步骤4)及步骤5)取得的数据,按式⑧计算当前路面与所选相近路面的相似度λ:
8)依据步骤5)和步骤6)计算的数据,按式⑨计算当前路面的峰值附着系数μmax
μmax=λ1·μ1+λ2·μ2⑨
通过以上步骤实现对路面峰值附着系数的识别,本发明方法计算简单高效,适应各种工况,为车辆的控制提供基础信息,更好的控制车辆。并且该路面峰值附着系数测试装置结构简单,成本低廉。上述计算过程的实现均是在MATLAB中仿真实现。
Claims (9)
1.一种路面峰值附着系数测试装置,其特征在于,包括信息采集单元和信息处理单元;所述信息采集单元包括汽车质心加速度传感器、车速传感器、车轮转速传感器、轮缸压力传感器及CAN总线;所述汽车质心加速度传感器安装在车辆质心处,用于采集车辆纵向加速度;所述车速传感器安装在变速器的输出轴,用于采集车速信号;所述车轮转速传感器安装在车轮轮毂上,用于采集每个车轮转速;所述轮缸压力传感器安装在液压管路上,用于采集轮缸的压力;所述CAN总线一端连接发动机控制单元、另一端连接信息处理单元,用于获得车轮驱动转矩;所述信息处理单元为车载ECU,所述ECU根据信息采集单元采集的信息、结合预存储的路面附着系数-滑移率曲线,计算出当前路面的峰值附着系数。
2.一种路面峰值附着系数测试方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1,汽车信息采集单元中的汽车质心加速度传感器、车速传感器、车轮转速传感器、轮缸压力传感器、CAN总线分别采集汽车质心加速度ax、车速v、车轮转速wi、轮缸压力pi,i=1,2,3,4,代表车轮、车轮获得的驱动转矩Ti;
步骤2,依据步骤1中质心加速度传感器测得的加速度ax,判别汽车的状态并获得车轮纵向力;当ax>0时,汽车处于驱动状态时,直接通过发动机控制单元上的CAN总线获得汽车车轮的驱动转矩,并计算车轮驱动力;当ax<0时,汽车处于制动状态,依据轮缸压力传感器,计算车轮制动力;
步骤3,依据步骤1中获取的车速和车轮转速信息,计算汽车车轮滑移率s;
步骤4,依据步骤1中质心加速度传感器测得的加速度ax,计算车轮垂直载荷;
步骤5,依据步骤2和步骤4中计算的车轮纵向力和车轮垂直载荷,计算附着系数
步骤6,依据步骤3中计算的车轮滑移率和步骤5中计算的附着系数,在预存储的标定曲线中选取两条相近路面R1、R2,并获取两条相近路面对应的车轮附着系数及路面峰值系数μ1、μ2;
步骤7,依据步骤3、步骤5获得的当前路面信息及步骤6获得的相近路面信息,计算与相近路面的近似度λ;
步骤8,依据步骤6和步骤7获得的信息,计算当前路面的峰值附着系数μmax。
3.根据权利要求2所述的一种路面峰值附着系数测试方法,其特征在于,所述步骤2中,当ax>0时,计算车轮驱动力FXi的表达式为:其中,r为车轮半径;
当ax<0时,计算车轮制动力FXi的表达式:其中,Ti=pi·A·r',A为制动钳体和车轮接触面积;r'为制动钳作用等效点到车轮中心的距离。
4.根据权利要求2所述的一种路面峰值附着系数测试方法,其特征在于,所述步骤3中计算汽车车轮滑移率s的表达式为:其中,r是车轮半径。
5.根据权利要求2所述的一种路面峰值附着系数测试方法,其特征在于,所述步骤4中计算车轮垂直载荷包括前轮垂直载荷和后轮垂直载荷;
所述前轮垂直载荷FZ1,2的计算表达式为:
所述后轮垂直载荷FZ3,4的计算表达式为:
其中,m为整车质量,g为重力加速度,L为汽车轴距,a、b分别为汽车质心至前、后轴的距离,hg为汽车质心至路面距离,CLf、CLr分别为汽车前后空气升力系数,ρ为空气密度,A为迎风面积。
6.根据权利要求2所述的一种路面峰值附着系数测试方法,其特征在于,所述步骤5中计算附着系数的表达式为:其中FX为汽车车轮驱动力或制动力,FZ为车轮垂直载荷。
7.根据权利要求2所述的一种路面峰值附着系数测试方法,其特征在于,所述步骤6预存储的标定曲线为典型路面附着系数-滑移率曲线,具体包括干沥青路面,水泥路面,湿沥青路面,鹅卵石路面,冰路面以及雪路面。
8.根据权利要求2所述的一种路面峰值附着系数测试方法,其特征在于,所述步骤7中计算与相近路面的近似度λ包括:和
其中,λ1是与相近路面R1的近似度,λ2是与相近路面R2的近似度,是当前车轮附着系数。
9.根据权利要求7所述的一种路面峰值附着系数测试方法,其特征在于,所述步骤8中计算当前路面的峰值附着系数μmax的表达式为:μmax=λ1·μ1+λ2·μ2。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160525 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |