CN106061761A - 路面状态估计方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于在无需增加传感器的数量的情况下通过精确判断是否存在针对轮胎的任何大输入来估计路面状态的方法。在轮胎上配置加速度传感器以检测运动中的轮胎的振动。根据振动的时间变化波形中所出现的峰位置来估计轮胎接地面的踏入端点和蹬出端点的位置。同时，根据所估计出的踏入端点和蹬出端点的位置来计算轮胎的接地时间、接地外时间和转动时间。然后使用所计算出的数据中的一个或多个数据，来判断所估计出的踏入端点和蹬出端点的位置是否等于踏入端点和蹬出端点的实际位置。并且如果踏入和蹬出位置判断的结果是“错误估计”，则不进行路面状态的估计。

Description

路面状态估计方法
技术领域
本发明涉及用于估计行驶中的车辆下的路面状态的方法。
背景技术
为了增强车辆的行驶稳定性，期望精确地估计行驶中的车辆下的路面状态并且将如此获得的数据反馈回车辆控制。如果可以及时估计路面状态，则将可以在采取诸如刹车、加速或转向等的任何危险避让操作之前运行诸如ABS(防抱死制动系统)刹车等的这种高级控制，从而大幅提高车辆操作的安全性。
在所提出的用于估计路面状态的方法中(例如，参见专利文献1)，通过轮胎的内衬层上所安装的加速度传感器来检测行驶中的车辆的轮胎胎面的振动的时序波形。然后通过提取包括轮胎接地面(印迹)的踏入端点的区域的时序波形以及包括蹬出端点的区域的时序波形来对轮胎胎面的振动的时序波形进行频率分析。根据由此得出的频谱，来分别计算作为多个频带的振动水平的踏入端区域的频带值Pfi和蹬出端区域的频带值Pkj。并且根据这些频带值Pfi和Pkj来估计路面状态。
应注意，可以根据轮胎振动的时序波形中所出现的峰的位置来识别轮胎印迹的踏入端点和蹬出端点的位置。然而，在轮胎接收到过量输入(冲击)的情况下(诸如在越过凸起或路缘的情况下等)，在时序波形中出现明显的峰。在这种情况下，有时会错误地估计踏入端点和蹬出端点的位置。
如专利文献1中所公开的针对该问题的解决方案是在悬架上安装用于监视的加速度传感器。并且在用于监视的加速度传感器所检测到的加速度的值超过预定阈值的情况下，判断为存在针对轮胎的过量输入(以下称为大输入)，并且取消路面状态的估计。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-242303
发明内容
发明要解决的问题
然而，专利文献1中所公开的方法需要在悬架上(簧下)安装用于监视的加速度传感器。
本发明是有鉴于上述的问题而作出的，并且本发明的目的是提供用于在无需增加传感器的数量的情况下通过精确判断是否存在针对轮胎的任何大输入来估计路面状态的方法。
用于解决问题的方案
本发明提供一种路面状态估计方法，用于根据振动检测部件所检测到的运动中的轮胎的振动的时间变化波形来估计所述轮胎运动时的路面的状态，所述路面状态估计方法包括以下步骤：估计步骤，用于根据所述时间变化波形中所出现的峰位置来估计所述轮胎的踏入端点的位置和蹬出端点的位置；计算步骤，用于根据所估计出的踏入端点的位置和蹬出端点的位置来计算所述轮胎的接地时间、接地外时间、以及作为所述轮胎转动一圈所用的时间的转动时间中的一个或多个；以及判断步骤，用于基于所计算出的接地时间、接地外时间和转动时间中的一个或多个来判断所估计出的踏入端点的位置和蹬出端点的位置是否等于实际的踏入端点的位置和蹬出端点的位置，其中，在所述判断步骤中判断为所估计出的踏入端点的位置和蹬出端点的位置其中之一或两者不等于实际的踏入端点的位置和蹬出端点的位置的情况下，不进行路面状态的估计。
这里，踏入端点是指在轮胎振动的时间变化波形上，安装了振动检测部件的圆周位置(以下称为测量点)碰到路面的时间或者轮胎圆周上的位置，并且蹬出端点是指测量点与路面分离的时间或者轮胎圆周上的位置。
通过实现上述的设置，可以避免将存在针对轮胎的大输入的情况下的轮胎振动的时间变化波形中所出现的大的峰，错误地估计为踏入端点处的峰或蹬出端点处的峰。因此，可以精确地估计路面状态。
应理解，本发明的上述概要并不需要记载本发明所需的所有特征，并且意图将所有这些特征的子组合包括在本发明中。
附图说明
图1是示出根据本发明的路面状态估计设备的结构的图。
图2是示出加速度传感器的配置的示例的图。
图3是示出振动的时序波形的示例的图。
图4是示出踏入端点和蹬出端点的图。
图5是示出根据实施例的用于估计路面状态的方法的流程图。
图6是示出在已存在针对轮胎的大输入的情况下的振动的时序波形的示例的图。
图7是用于说明根据本发明的大输入的估计精度的图。
具体实施方式
图1是根据本发明的实施例的路面状态估计设备10的功能框图。
路面状态估计设备10包括作为振动检测部件的加速度传感器11、作为车轮速度检测部件的车轮速度传感器12、振动波形检测部件13、踏入和蹬出位置估计部件14、接地时间和转动时间计算部件15、判断部件16、存储部件17和路面状态估计部件18。
以上记载的各部件(即，振动波形检测部件13至判断部件16和路面状态估计部件18)可以例如包括计算机软件，存储部件17可以包括RAM和ROM，并且计算机软件、RAM和ROM均包括在车辆主体上所安装的车辆控制装置中。
如图2所示的加速度传感器11配置在轮胎20的轮胎气室22侧的内衬层21的中部附近。并且加速度传感器11将从路面输入至轮胎20的胎面23的振动检测为加速度。在本示例中，以使得加速度传感器11的检测方向是轮胎圆周方向的方式而配置的加速度传感器11检测从路面输入的轮胎的圆周方向振动。以下，将加速度传感器11的位置(精确而言是加速度传感器11的径向外侧的胎面23的表面上的位置)称为测量点。注意，例如通过发送器11F将加速度传感器11的输出发送至车辆主体上所安装的车辆控制装置。
车轮速度传感器12检测车轮的转动速度(以下称为车轮速度)。车轮速度传感器12例如包括在外周上形成有与车轮一起转动的轮齿的转子、与转子相关联的构成磁电路的磁轭以及用于检测磁电路的磁通量的变化的线圈。已知的电磁感应型的车轮速度传感器等可以用于检测车轮的转动的角度。
振动波形检测部件13检测作为从加速度传感器11输出的时序图上的轮胎振动的输入至运动中的轮胎20的振动的时序波形。
如图3所示，在振动的时序波形中，轮胎的每个转动中均出现一正一负两个明显的峰。
振动的时序波形中首先出现的峰(这里为正峰)是作为测量点碰到路面的情况下所出现的峰的踏入端点Pf。接着出现的峰(这里为负峰)是作为测量点与路面分离的情况下所出现的峰的蹬出端点Pk。
踏入和蹬出位置估计部件14从振动的时序波形中检测到首先出现的一正一负两个峰，由此将这些峰的出现时间分别估计为踏入端点Pf的位置t11和蹬出端点Pk的位置t12。此外，踏入和蹬出位置估计部件14将接着出现的一正一负两个峰的时间分别估计为下一踏入端点Pf的位置t21和下一蹬出端点Pk的位置t22。
接地时间和转动时间计算部件15根据踏入端点Pf的位置t11和蹬出端点Pk的位置t12之间的差来计算作为测量点接地路面的时间间隔的接地时间Ta。同时，接地时间和转动时间计算部件15根据第一个蹬出端点Pk的位置t12和下一蹬出端点Pk的位置t22之间的差来计算作为轮胎20转动一圈所花费的时间的转动时间Tab。注意，蹬出端点Pk的位置t12和下一踏入端点Pf的位置t21之间的差是接地外时间Tb。
因此，Ta＝t12–t11,Tb＝t21–t12,Tab＝t22–t12。
此外，可以根据踏入端点Pf的位置t11和下一踏入端点Pf的位置t21之间的差来计算转动时间Tab。
判断部件16包括接地时间比计算部161、比较判断部162和取消信号输出部163。
接地时间比计算部161计算作为接地时间和转动时间计算部件15所计算出的接地时间Ta和转动时间Tab之间的比的接地时间比R。
比较判断部162判断踏入和蹬出位置估计部件14所估计出的踏入端点Pf的位置t11和蹬出端点Pk的位置t12和t22是否都等于踏入端点和蹬出端点的实际位置。
更具体地，判断接地时间比R是否处于预定的接地时间比范围(R1～R2)内。在接地时间比R处于接地时间比范围内的情况下(R1≦R≦R2)，判断为踏入和蹬出位置估计部件14所估计出的t11、t12和t22都等于踏入端点和蹬出端点的实际位置(正常位置)。
另一方面，在接地时间比R不在接地时间比范围内的情况下(R<R1或R>R2)，则判断为所估计出的踏入端点Pf的位置t11和蹬出端点Pk的位置t12和t22其中之一、之二或全部不等于踏入端点和蹬出端点的实际位置(错误估计)。
在比较判断部162判断为估计错误的情况下，即，在无法正确估计踏入端点Pf的位置和蹬出端点Pk的位置的情况下，取消信号输出部163将作为用以取消路面估计的操作的命令信号的取消信号输出至路面状态估计部件18。
存储部件17存储用于示出预定的路面状态和振动水平的计算值之间的关系的映射17M。
路面状态估计部件18包括波形区域分割部181、区域信号提取部182、频率分析部183、振动水平计算部184和路面状态估计部185。路面状态估计部件18仅在判断为踏入和蹬出位置估计部件14所估计出的踏入端点和蹬出端点的位置等于踏入端点和蹬出端点的实际位置的情况下，估计路面状态。并且路面状态估计部件18在从取消信号输出部163输出取消信号的情况下取消路面状态的估计。
波形区域分割部181使用踏入和登出位置估计部件14所估计出的踏入端点Pf或蹬出端点Pk的位置和车轮速度传感器12所检测到的轮胎20的转动速度，来针对轮胎的单个转动提取振动波形。同时，波形区域分割部181如图4所示将振动波形分割成两个区域(即，踏入端区域和蹬出端区域)的数据。
区域信号提取部182提取各区域中的振动水平的时序波形。
包括诸如FFT分析器等的频率分析部件的频率分析部183通过分别针对所提取的振动水平的时序波形进行频率分析来生成频谱。
振动水平计算部184计算作为踏入端区域的频谱的预定频带中的振动水平的踏入端振动水平Vf以及作为蹬出端区域的频谱的预定频带中的振动水平的蹬出端振动水平Vk。同时，振动水平计算部184使用这些振动水平来计算振动水平的计算值S。计算值S例如可以是踏入端振动水平Vf和蹬出端振动水平Vk之比。
路面状态估计部185基于存储部件17中所存储的示出预定路面状态和振动水平的计算值S之间的关系的映射17M、以及振动水平计算部184所计算出的振动水平的计算值S的数据，来估计行驶中的车辆下的路面的状态。
现在，参考图5的流程图来说明根据本实施例的用于估计路面状态的方法。
首先，加速度传感器11检测运动中的轮胎20的圆周方向振动(步骤S10)。并且将输出发送至振动波形检测部件13，在振动波形检测部件13处判断作为时序图上的轮胎圆周方向上的振动波形的振动的时序波形(步骤S11)。
接着，踏入和蹬出位置估计部件14根据如图3所示的振动的时序波形来估计首先出现的踏入端点Pf的位置t11、首先出现的蹬出端点Pk的位置t12和接着出现的蹬出端点Pk的位置t22(步骤S12)。
然后，接地时间和转动时间计算部件15使用步骤S12中所检测到的t11、t12和t22来计算接地时间Ta和转动时间Tab(步骤S13)。
接着，在计算出作为接地时间Ta和转动时间Tab之间的比的接地时间比R(步骤S14)之后，判断部件16判断接地时间比R是否处于预定的接地时间比范围(R1～R2)内。同时，进行踏入和蹬出位置判断，其中在该判断中，判断步骤S12中所检测到的t11、t12和t22是否都等于踏入端点Pf和蹬出端点Pk的实际位置(步骤S15)。
注意，在轮胎接收到过量输入(以下称为大输入)的情况下，诸如在越过凸起或路缘的情况下等，如图6所示，在时序波形中出现明显的峰。在这种情况下，有时会错误地估计踏入端点Pf和蹬出端点Pk的位置。
例如，如图所示，如果将大输入的位置估计为接着出现的蹬出端点Pk的位置，则所计算出的转动时间Tab将会比实际转动时间Tab短。
此外，如果将大输入的位置估计为接着出现的踏入端点Pf的位置，则接地时间ta将会比实际接地时间Ta短。
因而，针对接地时间比R预先确定接地时间比的范围(R1～R2)，并且将R与接地时间比的范围的下限值R1和上限值R2进行比较。然后可以通过判断接地时间比R是否处于预定的接地时间比的范围内，来进行踏入和蹬出位置判断，其中在该判断中，判断踏入和蹬出位置估计部件14所估计出的踏入端点Pf的位置t11和蹬出端点Pk的位置t12和t22是否等于踏入端点和蹬出端点的实际位置。
在步骤S15中的踏入和蹬出位置判断的结果是“正常位置”的情况下，过程进入步骤S16，其中在步骤S16中，使用振动水平的时序波形来进行路面状态的估计。
另一方面，在踏入和蹬出位置判断的结果是“错误估计”的情况下，将取消信号输出至路面状态估计部件18(步骤S17)，并且处理返回至步骤S10，其中在步骤S10中，继续进行运动中的轮胎20的圆周方向振动的检测。
在输出取消信号的情况下，取消路面状态的估计。
注意，在步骤S16结束时，判断是否已完成估计路面状态的操作(步骤S18)。并且如果要继续进行估计操作，则过程返回至步骤S10，其中在步骤S10中，继续进行运动中的轮胎20的圆周方向振动的检测。如果不继续进行估计操作，则使该操作结束。
如下所述的是步骤S16中的用于估计路面状态的方法。
首先，从由加速度传感器11所输出的输入至轮胎20的振动的时序波形中提取轮胎转动一圈的振动波形。将所提取的振动波形分割成两个区域(即踏入端区域和蹬出端区域)的数据。然后分别提取这两个区域中的振动水平的时序波形。
接着，分别对所提取的振动水平的时序波形进行频率分析。并且根据由频率分析得到的两个区域的频谱，来计算预定频带中的振动水平Vf和Vk。然后根据振动水平Vf和Vk计算出计算值S。
然后，根据计算值S以及示出预定路面状态和振动水平的计算值Sf之间的关系的映射17M来估计行驶中的车辆下的路面的状态。
更具体地，根据踏入端区域的频谱来计算8～10kHz的频带中的振动水平Vf，并且根据蹬出端区域的频谱来计算1～3kHz的频带中的振动水平Vk。并且通过判断计算值S＝Vf/Vk与路面的计算值Sf中的哪个计算值Sf更接近来估计路面状态。
根据本实施例，因此，在轮胎20上配置加速度传感器11以检测运动中的轮胎20的圆周方向振动。根据振动的时间变化波形中所出现的峰位置来估计轮胎接地面的踏入端点Pf和蹬出端点Pk的位置。同时，根据所估计出的踏入端点Pf和蹬出端点Pk的位置来计算轮胎20的接地时间Ta、接地外时间Tb和转动时间Tab。然后使用所计算出的数据中的一个或多个数据，进行踏入和蹬出位置判断，其中在踏入和蹬出位置判断中，判断所估计出的踏入端点Pf和蹬出端点Pk的位置是否等于踏入端点和蹬出端点的实际位置。并且如果判断的结果是“错误估计”，则不进行路面状态的估计。因此，可以在无需增加传感器的数量的情况下精确地判断是否存在针对轮胎的过量输入。因而，可以提高路面状态的估计的精度。
在步骤S15中，还可以进行如下设置：在接地时间或者根据接地时间所估计出的接地长度处于接地长度的预定范围以外的情况下，判断为所估出的踏入端点和蹬出端点的位置其中之一或两者不等于踏入端点和蹬出端点的实际位置。
此外，在步骤S15中，还可以进行如下设置：在转动时间或者根据转动时间所估计出的转动长度处于转动长度的预定范围以外的情况下，判断为所估计出的踏入端点和蹬出端点的位置其中之一或两者不等于踏入端点和蹬出端点的实际位置。
这使得可以判断使用简单方法所估计出的踏入端点和蹬出端点的位置是否等于踏入端点和蹬出端点的实际位置。
此外，在步骤S15中，还可以进行如下设置：计算作为接地时间和转动时间之间的比的接地时间比，并且在所计算出的接地时间比处于接地时间比的预定范围以外的情况下，判断为所估计出的踏入端点和蹬出端点的位置其中之一或两者不等于踏入端点和蹬出端点的实际位置。
结果，可以在无需使用车轮速度的情况下判断所估计出的踏入端点和蹬出端点的位置是否等于踏入端点和蹬出端点的实际位置。这可以进一步提高路面状态的估计的精度。
实验例
图7是将如通过本发明的踏入和蹬出位置判断所判断出的错误估计的结果与如前述的专利文献1中所述的通过监视加速度传感器的大输入检测的结果进行比较的图。如根据图可以清楚看出，本发明的踏入和蹬出位置判断显示出与专利文献1中所述的大输入检测的精度相比相等或更佳的判断精度。
因而，已经确认，即使在存在大输入的情况下，本发明也提供针对根据振动波形所估计出的踏入端点和蹬出端点的位置是否等于踏入端点和蹬出端点的实际位置的精确判断。
至此，已经参考特定实施例和实验例说明了本发明。然而，本发明的技术范围并非被视为局限于这些实施例。对于本领域技术人员显而易见，在没有背离本发明的更广的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和改变。根据所附权利要求书的范围将同样显而易见，意图将所有这些修改包括在本发明的技术范围以内。
例如，在上述实施例中，加速度传感器11被配置在轮胎20的内衬层21的轮胎气室21侧，以检测轮胎20的圆周方向振动。然而，可以进行如下设置：将加速度传感器安装在转向节上以检测轮胎的前后方向振动。
此外，在上述实施例中，使用加速度传感器11所检测到的轮胎的圆周方向振动来估计踏入端点Pf和蹬出端点Pk的位置以及路面状态。然而，还可以使用轮胎的轴向加速度或径向加速度。然而，在要使用轮胎的径向加速度的情况下，优选使用通过对所检测到的轮胎的径向加速度进行微分而得出的微分加速度，这将使得能够更精确地估计踏入端点Pf和蹬出端点Pk的位置。
此外，在上述实施例中，行驶中的车辆下的路面状态是基于根据加速度传感器11所检测到的轮胎振动的时序波形以及示出预定路面状态和计算值Sf之间的关系的映射17M而得出的踏入端振动水平Vf和蹬出端振动水平Vk的计算值S来进行估计的。但这并非是本发明的限制。例如，本发明可适用于如专利文献1中所公开的用于使用振动检测部件所检测到的运动中的轮胎的振动的时间变化波形来估计路面状态的设备。
此外，在上述实施例中，使用车轮速度传感器12的输出将振动波形分割成踏入端区域和蹬出端区域。然而，可以通过根据轮胎的运动半径和转动时间而将振动波形的时序波形转换成轮胎的预定位置处的振动波形，来将振动波形分割成踏入端区域和蹬出端区域。然后，可以省略车轮速度传感器12。
因此，本发明可以适用于不具有车轮速度传感器12作为构成要素的路面状态估计设备。
此外，在上述实施例中，使用接地时间比R来进行踏入和蹬出位置判断。然而，可以使用接地时间、接地外时间和转动时间中的任意之一来进行踏入和蹬出位置判断。
此外，取代接地时间和转动时间，可以使用接地长度和转动长度。则将不存在针对车轮速度的依赖性。这将进一步提高踏入和蹬出位置判断的精度。
例如，在使用接地时间或接地长度的情况下，在接地时间或接地长度处于接地长度的预定范围以外的情况下，判断为“错误估计”。此外，在使用转动时间或转动长度的情况下，在转动时间或转动长度处于转动长度的预定范围以外的情况下，判断为“错误估计”。
应注意，在上述实施例中，判断根据接地时间Ta和转动时间Tab所估计出的踏入端点和蹬出端点的位置其中之一或两者是否等于踏入端点和蹬出端点的实际位置。然而，由于接地外时间Tb是转动时间Tab和接地时间Ta之间的差，因此，显然可以判断根据接地时间Ta和接地外时间Tb或者根据接地外时间Tb和转动时间Tab所估计出的踏入端点和蹬出端点的位置其中之一或两者是否等于踏入端点和蹬出端点的实际位置。
附图标记说明
10 路面状态估计设备
11 加速度传感器
12 车轮速度传感器
13 振动波形检测部件
14 踏入和蹬出位置估计部件
15 接地时间和转动时间计算部件
16 判断部件
161 接地时间比计算部
162 比较判断部
163 取消信号输出部
17 存储部件
18 路面状态估计部件
181 波形区域分割部
182 区域信号提取部
183 频率分析部
184 振动水平计算部
185 路面状态估计部
20 轮胎
21 内衬层
22 轮胎气室
23 胎面

Claims (4)

1.一种路面状态估计方法，用于根据振动检测部件所检测到的运动中的轮胎的振动的时间变化波形来估计所述轮胎运动时的路面的状态，所述路面状态估计方法包括以下步骤：
估计步骤，用于根据所述时间变化波形中所出现的峰位置来估计所述轮胎的踏入端点的位置和蹬出端点的位置；
计算步骤，用于根据所估计出的踏入端点的位置和蹬出端点的位置来计算所述轮胎的接地时间、接地外时间、以及作为所述轮胎转动一圈所用的时间的转动时间中的一个或多个；以及
判断步骤，用于基于所计算出的接地时间、接地外时间和转动时间中的一个或多个来判断所估计出的踏入端点的位置和蹬出端点的位置是否等于实际的踏入端点的位置和蹬出端点的位置，
其中，在所述判断步骤中判断为所估计出的踏入端点的位置和蹬出端点的位置其中之一或两者不等于实际的踏入端点的位置和蹬出端点的位置的情况下，不进行路面状态的估计。
2.根据权利要求1所述的路面状态估计方法，其中，在所述判断步骤中，在所述接地时间或者根据所述接地时间所估计出的接地长度处于预定的接地长度范围外的情况下，判断为所估计出的踏入端点的位置和蹬出端点的位置其中之一或两者不等于实际的踏入端点的位置和蹬出端点的位置。
3.根据权利要求1所述的路面状态估计方法，其中，在所述判断步骤中，在所述转动时间或者根据所述转动时间所估计出的转动长度处于预定的转动长度范围外的情况下，判断为所估计出的踏入端点的位置和蹬出端点的位置其中之一或两者不等于实际的踏入端点的位置和蹬出端点的位置。
4.根据权利要求1所述的路面状态估计方法，其中，在所述判断步骤中，在计算出作为所述接地时间和所述转动时间之比的接地时间比并且所计算出的接地时间比处于预定的接地时间比范围外的情况下，判断为所估计出的踏入端点的位置和蹬出端点的位置其中之一或两者不等于实际的踏入端点的位置和蹬出端点的位置。
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