CN107933561A - 用于计算道路摩擦力估计的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在车辆(100)正沿路线开动时计算路面和所述车辆的轮胎(101a‑d)之间的摩擦力估计(μ)的方法，所述轮胎布置在所述车辆的可转向车轮(102a‑b)上，并且所述车辆包括两个前车轮(102a‑b)和两个后车轮(102c‑d)以及轴架(104)，所述轴架可枢转地附接到连接到所述可转向车轮的连杆臂(106)，以使得所述轴架的平移运动导致所述连杆臂绕中心立轴元件(108)旋转，以便所述连杆臂导致所述可转向车轮的回转运动。本发明还涉及相应的系统和车辆。

Description

用于计算道路摩擦力估计的方法和系统
技术领域
本发明涉及用于计算路面和车辆轮胎之间的摩擦力估计的方法。本发明还涉及相应的系统和车辆。
背景技术
随着汽车技术的发展，当今车辆中的主动安全性正变得更加先进。例如，大多数新车都配备有呈熟知的ABS制动系统的主动安全性，其允许车辆的驾驶员进行更加受控的制动动作。
在对于车辆的驾驶情形中，道路和轮胎之间的摩擦力是重要的，原因是其规定了能够从车辆传递到地面的力的量。因此，摩擦力在必须做出与例如车辆的制动和转向相关的决策时对于主动安全系统来说是高度相关的参数。这对于手动驾驶车辆和对于自主车辆来说都是相关的。
一般可以通过与所谓的偏离角(slip angle，αslip)(见图1a-c)相对分析轮胎力来进行摩擦力估计。偏离角是轮胎接触面(contact patch)的行进方向Vx和轮毂方向Wd(即，车轮的指向)之间的角度。转到图1b和图1c，图1b示出了轮毂方向(Wdh)、行进方向(Vx)、在沿x的横向方向上(y)上轮胎和路面之间的接触区域上的假定的最大可能的抛物线形力分布(μhighf(x))、实际的横向力分布Fy(x)、最终的横向力Fy以及对于高摩擦力情况(μhigh)的对应的偏离角，而图1c示出了轮毂方向(Wdl)、行进方向(Vx)、在沿x的横向方向上(y)上轮胎和路面之间的接触区域上的假定的最大可能的抛物线形力分布(μlowf(x))、实际的横向力分布Fy(x)和最终的横向力Fy以及对于高摩擦力情况(μlow)的对应的偏离角。图1b-c之间的比较示意了：为了保持相同的最终的横向轮胎力Fy的大小(由作用在轮胎上的实际横向力分布Fy(x)产生)，与在高摩擦力情况(图1b)中的偏离角相比，对于低摩擦力情况(图1c)需要更大的偏离角。换言之，当轮胎和路面之间摩擦力减小时，需要更大的偏离角来保持相同的横向轮胎力Fy，即，驾驶员必须使车辆转动更多。轮胎力(即，在轮胎上的最终的力)可以例如从车辆的惯性测量单元或从车轮力矩得出。现有技术中已知的细节可以在Hans Pacejka的“Tire and vehicle dynamics”(Butterworth-Heinemann,Oxford,2002)中找到。
US2011/0106458描述了基于偏离角确定路面摩擦力。利用偏离角进行道路摩擦力估计的一个缺点在于：其需要一定量的车轮激励，例如加速或转弯，结果，没有这样的事件会降低摩擦力估计的可用性。
因此，存在改进用于确定道路摩擦力估计的方法的空间。
发明内容
鉴于上述现有技术，本发明的目的是提供一种减轻现有技术的上述缺点中的至少一些的用于计算路面和车辆的轮胎之间的摩擦力估计的改进的方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于在车辆正沿路线开动时计算路面和车辆的轮胎之间的摩擦力估计(μ)的方法，所述轮胎布置在车辆的可转向车轮上，并且所述车辆包括两个前车轮和两个后车轮以及轴架，所述轴架可枢转地附接到连接到可转向车轮的连杆臂，以使得所述轴架的平移运动导致连杆臂绕中心立轴元件旋转，以便所述连杆臂导致可转向车轮的回转运动，所述方法包括以下步骤：将第一驱动力矩施加到两个前车轮和两个后车轮中的第一车轮，从而导致第一车轮绕第一车轮的中心立轴元件的横摆力矩，将第二驱动力矩施加到两个前车轮和两个后车轮中的至少第二车轮，其中，第二驱动力矩和第一驱动力矩之间的关系为：第一驱动力矩或第二驱动力矩中的任何一个导致的车辆上的纵向净力被第一驱动力矩和第二驱动力矩中的另一个补偿，向车辆的至少第三车轮施加转向力或制动力矩或推进力矩，以导致车辆横摆力矩，从而至少部分地补偿第一车轮的横摆力矩导致的车辆横摆力矩，以使得车辆保持路线，测量施加第一力矩时所述轴架中的轴架力，测量施加第一力矩时第一车轮的转向角(β)，测量施加所述第一力矩时的车辆速度，基于施加的第一驱动力矩、测量的轴架力、车辆速度和转向角计算摩擦力估计。
驱动力矩可以是推进力矩或制动力矩。推进力矩导致车辆的加速，而制动力矩导致车辆的减速(阻滞)。横摆力矩提供绕中心点的回转运动，例如，车轮绕中心立轴元件的回转运动或车辆绕车辆中心的回转运动。
纵向净力是这样的力：在没有任何其他力时其可以导致车辆的平移驱动运动。然而，第一驱动力矩和第二驱动力矩是这样的力矩：它们彼此消除，并且平移驱动运动基本没有(例如，被消除)。类似地，向车辆的至少第三车轮施加转向力或制动力矩或推进力矩从第一车轮消除横摆力矩导致的任何车辆横摆力矩，以使得车辆保持当前驾驶路线。施加转向力以转动车辆的车轮，以使得车辆转动。因此，转向力导致车辆的横摆力矩。
本发明基于这样的认识：通过能够以不影响车辆的路线或速度的方式计算摩擦力增加了摩擦力估计的可用性。已经认识到可以针对在车辆的单个车轮上的施加的力矩测量轴架力，并且轴架力可以与轮胎和路面之间的摩擦力相关。另外，通过将相应的力矩施加到车辆的其他车轮，可以补偿车辆的净加速(或减速)和转动横摆。因此，可以在没有过度激励(例如，加速或转弯)的情况下确定摩擦力估计，这从而增加了摩擦力估计的可用性。本发明还基于这样的认识：经受推进或制动的车轮被取决于路面和车轮的轮胎之间的摩擦力的不同大小的横向力影响。
因此，本发明的实施例可以在没有任何净平移运动并且不影响车辆的驾驶路线的情况下计算第一车轮和道路之间的摩擦力。因此，提高了摩擦力估计的可用性。另外，本发明的实施例可以计算“分割-μ”摩擦力，即车辆的左和右轨道的分离的摩擦力估计。
大致同时地并且在施加第一力矩的时间持续时段期间测量轴架力、车辆速度和转向角。
根据本发明的一个实施例，第一车轮是两个前车轮中的一个并且第一驱动力矩是制动力矩，并且其中，第二力矩是施加到后车轮的推进力矩，其中，所述方法包括：将转向力施加到车辆的前车轮，以便产生车辆横摆力矩，从而补偿第一车轮的横摆力矩导致的车辆横摆力矩；测量施加所述第一力矩时轴架中的轴架力；基于施加的制动力矩、测量的轴架力、车辆速度和转向角计算摩擦力估计。该实施例对于后车轮驱动车辆来说是有利的，原因是推进力矩被施加到后车轮。
可以将所述第二力矩均等地分割并施加到每个后车轮。换言之，第二力矩中的第一半可以施加到后车轮中的一个，并且第二半可以施加到另一个后车轮。
在另一实施例中，第一车轮是两个前车轮中的一个并且第一驱动力矩是推进力矩，并且其中，第二力矩是施加到后车轮的制动力矩，其中，所述方法包括：将转向力施加到车辆的前车轮，以便产生车辆横摆力矩，从而补偿第一车轮的横摆力矩导致的车辆横摆力矩；测量施加所述第一力矩时轴架中的轴架力；基于测量的轴架力、施加到第一车轮的制动力矩、车辆速度和转向角计算摩擦力估计。该实施例对于前车轮驱动车辆来说是有利的，原因是推进力矩被施加到前车轮。
根据本发明的一个实施例，第一车轮可以是两个前车轮中的一个并且第一驱动力矩可以是制动力矩，并且其中，第二力矩是施加到前车轮或后车轮中的非制动车轮的推进力矩，其中，所述方法包括：将制动力矩施加到车辆的后车轮中的一个，所述后车轮位于关于车辆的左右方位车辆的与第一车轮相对的一侧上，以便产生车辆横摆力矩，从而至少部分地补偿第一车轮的所横摆力矩导致的车辆横摆力矩，使得车辆保持路线；测量施加所述第一力矩时所述轴架中的轴架力；基于测量的轴架力、施加到第一车轮的制动力矩、车辆速度和转向角计算摩擦力估计。因此将推进有利地施加到车辆的孤立的车轮，这允许执行摩擦力计算更加灵活。另外，由于一个车轮不经受任何施加的力矩，所以该车轮可以用于获取速度参考，这可以有用于互补的摩擦力测量。
制动力矩被施加到其上的第一车轮以及制动力矩被施加到其上的另一车轮的位置关于车辆几何形状彼此成对角，从而避免产生车辆的转动横摆。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于在车辆正沿路线开动时计算路面和车辆的轮胎之间的摩擦力估计的系统，所述轮胎布置在车辆的可转向车轮上，并且车辆包括两个前车轮和两个后车轮以及轴架，所述轴架可枢转地附接到连接到可转向车轮的连杆臂，以使得轴架的平移运动导致连杆臂绕中心立轴元件旋转，以便所述连杆臂导致可转向车轮的回转运动，所述系统包括：力确定单元，用于测量轴架中的力；转向单元，用于将转向力施加到车辆的前车轮以便产生用于使所述车辆转动的车辆横摆力矩；驱动力矩单元，用于将驱动力矩施加到车轮；惯性测量单元(IMU)和车轮速度传感器，用于确定所述车辆的速度，以及，控制单元模块，配置为：控制驱动力矩单元将第一驱动力矩施加到两个前车轮和两个后车轮中的第一车轮，从而导致第一车轮绕第一车轮的中心立轴元件的横摆力矩；控制驱动力矩单元将第二驱动力矩施加到两个前车轮和两个后车轮中的至少第二车轮，其中，第二驱动力矩和第一驱动力矩之间的关系为：第一驱动力矩或第二驱动力矩中的任何一个导致的车辆上的纵向净力被第一驱动力矩和第二驱动力矩中的另一个补偿；控制驱动力矩单元或转向单元向车辆的至少第三车轮施加转向力或制动力矩或推进力矩，以产生车辆横摆力矩，从而至少部分地补偿第一车轮的横摆力矩导致的车辆横摆力矩，以使得车辆保持路线；获取施加第一力矩时轴架中的轴架力；获取施加第一力矩时第一车轮的转向角；从车辆惯性测量单元或车轮速度传感器获取施加所述第一力矩时测量的车辆速度；基于施加的第一力矩、测量的轴架力、车辆速度和转向角计算摩擦力估计，以及提供指示摩擦力估计的信号。
所述力确定单元可以进行操作以测量例如用于辅助车辆的转向的电动机的线圈中的电流。例如，所述力确定单元可以是电驱动辅助伺服系统。替代地，所述力确定单元是布置成测量轴架力的力传感器。
所述系统包括用于与车轮速度传感器一起确定车辆的速度的惯性测量单元(IMU)。车轮速度传感器(例如，转速计)配置为确定车辆的角速度。可以从角速度确定车轮的平移速度和/或切向速度。IMU可以包括加速度计和/或陀螺仪。IMU可以进一步用于确定车辆车轮的偏离角用于互补测量。
在一个实施例中，所述系统进一步包括全球定位系统(GPS)。借助GPS，可以提高速度确定的准确性。
根据本发明的实施例，控制单元模块可以包括第一控制单元和第二控制单元，其中，第一控制单元配置为：控制驱动力矩单元将第一驱动力矩施加到两个前车轮和两个后车轮中的第一车轮，从而导致第一车轮绕第一车轮的中心立轴元件的横摆力矩；控制驱动力矩控制单元将第二驱动力矩施加到两个前车轮和两个后车轮中的至少第二车轮，其中，第二驱动力矩和第一驱动力矩之间的关系为：第一驱动力矩或第二驱动力矩中的任何一个导致的车辆上的纵向净力被第一驱动力矩和第二驱动力矩中的另一个补偿；控制驱动力矩单元或转向单元向车辆的至少第三车轮施加转向力或制动力矩或推进力矩，以产生车辆横摆力矩，从而至少部分地补偿第一车轮的横摆力矩导致的车辆横摆力矩，以使得车辆保持所述路线；并且第二控制单元配置为：获取施加第一力矩时轴架中的轴架力；获取施加第一力矩时第一车轮的转向角；计算摩擦力估计，以及提供指示摩擦力估计的信号。
因此，力矩和力的控制由第一控制单元执行，而摩擦力的估计由与第一控制单元分离的第二控制单元执行。从而可以独立于估计进行对力矩和力的控制，从而控制单元可以相互独立地进行操作。所述第一和第二控制单元可以经由技术人员已知的手段相互通信。例如，第一和第二控制单元可以经由用例如网络布线或控制单元的USB布线连接的通信端口彼此通信，控制单元还可以无线通信。
根据再另一实施例，所述系统可以包括第三控制单元，所述第三控制单元配置为从所述第一和第二控制单元请求摩擦力估计。所述第三控制单元可以接收指示摩擦力估计的信号。
控制单元可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或其他可编程器件。
本发明的第二方面的效果和特征大体类似于联系本发明的第一方面在上面描述的效果和特征。
还提供包括所述系统的车辆。所述车辆可以例如是自主车辆。
总的来说，本发明涉及一种用于在车辆正沿路线开动时计算路面和车辆的轮胎之间的摩擦力估计(μ)的方法，轮胎布置在车辆的可转向车轮上，并且车辆包括两个前车轮和两个后车轮以及轴架，轴架可枢转地附接到连接到可转向车轮的连杆臂，以使得轴架的平移运动导致连杆臂绕中心立轴元件旋转，以便连杆臂导致可转向车轮的回转运动。本发明还涉及相应的系统和车辆。
在研读随附的权利要求和下面的描述时将会明了本发明的其他特征和优点。技术人员会意识到，在不背离本发明的范围的情况下，可以组合本发明的不同特征以产生不同于在下面进行描述的实施例的实施例。
附图说明
现在将参考示出本发明的示例实施例的附图更详细地描述本发明的这些和其他方面，其中：
图1a-c简略地示意了与摩擦力估计相关的参数；
图2a概念性地示意了根据本发明的示例实施例的车辆；
图2b概念性地示意了具有图2a中的车辆的车轮的车轮底盘；
图3简略地示意了根据本发明的示例性实施例的系统；
图4是根据本发明的示例性实施例的方法步骤的流程图；
图5a简略地示意了与根据本发明的示例性实施例的方法步骤相关的力和力矩；
图5b是根据图5a的示例性实施例的方法步骤的流程图，并且其结合图5a进行描述；
图6a简略地示意了与根据本发明的示例性实施例的方法步骤相关的力和力矩；
图6b是根据图6a的示例性实施例的方法步骤的流程图，并且其结合图6a进行描述。
具体实施方式
在该部分具体描述中，将主要参考呈小汽车形式的车辆描述根据本发明的系统和方法的各种实施例。然而，本发明可以同样被用于其他类型的车辆，例如卡车、巴士等。因此，本发明可以以许多不同形式实现并且不应当被解释为限制到本文阐述的实施例；而是，出于彻底性和完全性提供这些实施例，并且这些实施例会向技术人员传达发明的范围。在本文前后相同的参考标号指代相同的元件。
图2a示意了根据本发明的实施例的车辆100。车辆100包括至少一个可转向车轮102a-b。可转向车轮102a-b在此处被示为车辆100的前车轮。车辆100还包括后车轮102c-d。每个车轮102c-d均具有安装在对应的轮毂103(不是所有轮毂都被编号)上的轮胎101a-d。另外，并且还参考图2b，车辆100包括轴架(axle rack)104，轴架104可枢转地附接到连杆臂(linkage arm)106，连杆臂106连接到可转向车轮102a-b，以使得当轴架104经受导致轴架104的平移运动的力时，连杆臂106绕中心立轴108旋转并且从而导致车轮102a-b的回转运动。以这种方式，车辆经受转动力矩(TwhlTurn)。车辆100可以例如是自主小汽车。
当向单个前车轮102a施加力矩时，在轮胎和接触区域(例如，道路)之间产生的力(FWhl)产生力矩TWhlStr，该力矩试图绕中心立轴108转动前车轮102a。转动力矩转而被传递到轴架104并且可以被监测作为轴架力Frack。更具体地，现在参考图1b-c，其示意了在不同摩擦力条件下的转动车轮(102a)。最终的横向力Fy之间的距离(Δxh和Δxl)称为轮胎拖距(pneumatic trail)。轮胎拖距(Δxh和Δxl)实际上形成对于最终的横向力Fy的杠杆。因此，用轮胎拖距(Δxh和Δxl)作为杠杆，横向力Fy在车轮102a上产生力矩，该力矩表示为TWhlStr。该力矩经由具有长度d的连杆臂106转化到轴架104，在轴架104处可以测量轴架力Frack。为了转动平衡，轴架力Frack乘以连杆臂的长度必须等于力矩TWhlStr。在低摩擦力情况(图1c)中，在沿x的横向方向(y)上轮胎和路面之间的接触区域上的假定的抛物线形力分布(μhighf(x))具有由较靠近轮胎102a的抛物线形曲线示意的较低的最大大小。因此，为了获得相同的最终的横向力Fy，车轮必须转动更多(以使得横向力分布Fy(x)包括更大的假定的最大的抛物线形力分布μlowf(x))从而增加偏离角α。这进一步将最终的横向力Fy移动得更靠近轮胎和道路之间的接触面的中心，因此，与在高摩擦力情况中的轮胎拖距(图1b中的Δxh)相比，轮胎拖距Δxl较短。由于连杆臂106的长度d在高摩擦力情况中和低摩擦力情况中都相同，但是轮胎拖距不同，所以轴架力的差将从而反映轮胎和路面之间摩擦力的差。
现在转回到图2b，施加到单个车轮的车轮力FWhl也将产生试图转动车辆的绕重心的力矩TWhlTurn，因此需要施加反向力以保持期望的路线。这可以例如通过施加附加的车轮力或通过转向而做到，例如，可以将FWhl的符号相反的对应的车轮力施加到(一个或多个)其他车轮，从而在摩擦力估计过程中不影响车辆加速。
经受推进或制动(在图2b中为制动)的车轮102a被取决于路面和车轮的轮胎之间的摩擦力的不同大小的横向力影响。横向力一般是车轮力矩(TWhlStr)、摩擦系数(μ)和偏离角(αslip)(见图1a-c)的函数(Fy(TWhlStr,μ,αslip)。如参考图2a-b和图1a-c所描述，经由轴架力Frack能够测量横向力Fy。另外，偏离角(αslip)一般取决于车辆的速度(横向速度、纵向速度和横摆角速度)以及车辆的转向角β(见图1a)。转向角是车辆的纵向中线130(在车辆的后部和前部之间)和轮毂方向Wd(见图1a)之间的角度。转向角可以通过布置在车辆的转向柱(未示出)上的转向角传感器来测量。所述传感器可以测量转向车轮的旋转角并且从而可以得出转向角。测量转向角的另一种方式是确定轴架的位置(平移位置)并且从其得出转向角。因此，偏离角一般可以被提供为转向角和速度的函数(α(速度,转向角)，例如，α＝α’+β,其中α’与Fy成比例)。可以从两个函数Fy(TWhlStr,μ,αslip)和α(速度,转向角)得出摩擦μ。对于关于技术领域中一般已知的函数Fy(TWhlStr,μ,αslip)和α(速度,转向角)和上述参数之间的关系的细节，请见Hans Pacejka的“Tire and vehicle dynamics”(Butterworth-Heinemann,Oxford,2002)(特别参见Pacejka参考书目的第1章和第3章)。
现在将参考图3-6描述本发明的不同实施例。
图3简略地示意了根据本发明的示例实施例的系统。系统300包括力确定单元、转向单元304，所述力确定单元可以被实施为用于转向装置的电驱动辅助系统302，所述电驱动辅助系统302用动力辅助驾驶员进行车辆的转向(即，将力施加在轴架104上)，所述转向单元304用于向车辆100的前车轮施加转向力(即，将力施加在轴架104上)以产生用于车辆转动的车辆横摆力矩。转向单元可以被实施为电驱动辅助系统302的一部分或实施为单独的模块。所述系统进一步包括用于向车轮施加驱动力矩的驱动力矩单元306。驱动力矩单元306可以是车辆的内燃机或单独的电动机。所述系统进一步包括用于与车轮速度传感器314一起确定车辆的速度的惯性测量单元(IMU)308。车轮速度传感器314(例如，转速计122，见图1a)配置为确定车轮的角速度。IMU 308可以包括加速度计和/或陀螺仪，以使得至少能够确定车辆100的轮胎和地面之间的接触表面的平面中车辆的速度。但是，IMU可以确定在所有方向上的速度。还具有控制单元模块310，控制单元模块310配置为控制驱动力矩单元306，控制转向单元，从力确定单元302获得轴架力并且从IMU 308获得车辆速度。控制单元模块310还配置为基于施加的第一力矩、测量的轴架力、车辆速度和转向角来计算摩擦力估计，并且提供指示摩擦力估计的信号。
系统300可以进一步包括全球定位系统(GPS)312。借助GPS 312，可以确定准确度提高的车辆的速度。
在一个实施例中，控制单元模块310包括图3中的虚线框指示的第一控制单元318和第二控制单元320。力矩和力的控制由第一控制单元318执行，而摩擦力的估计由与第一控制单元分离的第二控制单元320执行。换言之，第一控制单元318控制驱动力矩单元306和转向单元304，例如以使得在摩擦力估计过程中车辆保持其路线。第二控制单元320配置为从力确定单元302接收轴架力并且从IMU 308和车轮速度传感器122接收车辆速度，以及可选地进一步从GPS接收速度信息。
现在转到图4，其示意了根据本发明的实施例的方法步骤的流程图。所述方法包括第一步骤S402：将第一驱动(推进或制动)力矩施加到两个前车轮102a-b和两个后车轮102c-d中的第一车轮，从而导致所述第一车轮绕所述第一车轮的中心立轴元件的横摆力矩。随后，步骤S404：将第二驱动力矩施加到两个前车轮和两个后车轮中的至少第二车轮，其中第二驱动力矩和第一驱动力矩之间的关系为：第一驱动力矩或第二驱动力矩中的任何一个导致的车辆的(平移驱动运动)纵向净力被第一驱动力矩和第二驱动力矩中的另一个补偿。在进一步的步骤S406中：向车辆的至少第三车轮施加转向力或制动力矩或推进力矩，以导致车辆横摆力矩，从而至少部分地补偿第一车轮的横摆力矩导致的车辆横摆力矩，以使得车辆保持路线。在步骤S408中，测量施加第一力矩时轴架中的轴架力，并且在步骤S410中测量施加第一力矩时第一车轮的转向角。另外，在步骤S412中测量当施加第一力矩时的车辆速度。最后，步骤S414，基于施加的第一驱动力矩、测量的轴架力、车辆速度和转向角计算摩擦力估计。
现在转到图5a-b，其示意了方法步骤的流程图(图5b)以及对应的车轮力矩、车辆车轮102a-d上的力和轴架(图5a)。
在第一步骤S502中，将制动力矩施加到前车轮之一，在示意的示例(图5a)中，制动力矩被施加到前车轮102a。在步骤S504中将对应的推进力矩(1/2*FWhl)施加到两个后车轮102c-d，以使得纵向净力(即，在前后方向上的力)被消除，从而制动力矩(FWhl)和推进力矩的组合不导致或基本上不导致车辆的平移轨净运动。施加到两个后车轮的制动力矩(FWhl)和推进力矩(1/2*FWhl)在车辆上导致横摆力矩(TWhlTurn)，在步骤S506中，通过横摆力矩(TFy)向车轮102a-b施加转向力。施加转向力以抵消制动力矩(FWhl)和推进力矩(1/2*FWhl)导致的转动力矩(TWhlTurn)。当将制动力矩施加到前车轮102a时，测量轴架104中的力(步骤S508)和转向角(步骤S510)。另外，在步骤S512中，与在步骤S508中测量轴架力同时地测量车辆速度。最后，步骤S514，基于施加的制动力矩、测量的轴架力、车辆速度和转向角计算摩擦力估计。
应当要注意，参考图5a-b描述的方法步骤优选用于后车轮驱动车辆。在前车轮驱动车辆的情况下，将制动力矩在步骤S502中施加到后车轮102c-d并且将推进力矩施加到前车轮102a-b。
现在转到图6a-b，其示意了方法步骤的流程图(图6b)以及对应的车轮力矩、车辆车轮102a-d上的力和轴架(图6a)。
在第一步骤S602中，将制动力矩(FWhl1)施加到前车轮102a。将对应的推进力矩(FWhl3)施加(S604)到非制动车轮(在此种情况下为前车轮102b)，以补偿制动力矩(FWhl1)导致的车辆的制动。此外(S606)，将制动力矩(FWhl2)施加到与第一车轮102a对角地相对布置的后车轮102c，以便避免产生车辆100的转动横摆。当将制动力矩施加到前车轮102a时，测量轴架104中的力(步骤S608)和转向角(步骤S610)。另外，与在步骤S608中测量轴架力同时地在步骤S612中测量车辆速度。最后，步骤S614，基于施加到前车轮102a的制动力矩、测量的轴架力、车辆速度和转向角计算摩擦力估计。
借助上述方法，可以在车俩正沿路线行进时探测并计算摩擦力估计，而不实质上影响路线。这样，车辆的驾驶员和乘客可能不会注意到包括施加力和力矩的摩擦力估计计算。例如，可以在转弯或沿直线路线驾驶时执行摩擦力估计。
所述控制单元可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或其他可编程器件。
本领域技术人员会意识到本发明绝不限于上述优选实施例。相反，在随附的权利要求的范围内许多修改和变化都是可能的。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除复数。单个处理器或其他单元可以完成权利要求中记载的几个物件的功能。某些手段被记载在相互不同的从属权利要求中的单纯事实不表明这些手段的组合不能更加有利地被使用。权利要求中的任何参考标号不应当被解释为限制范围。

Claims (14)

1.一种用于在车辆(100)正沿路线开动时计算路面和所述车辆的轮胎(101a-d)之间的摩擦力估计(μ)的方法，所述轮胎布置在所述车辆的可转向车轮(102a-b)上，并且所述车辆包括两个前车轮(102a-b)和两个后车轮(102c-d)以及轴架(104)，所述轴架可枢转地附接到连接于所述可转向车轮的连杆臂(106)，以使得所述轴架的平移运动导致所述连杆臂绕中心立轴元件(108)旋转，以便所述连杆臂引起所述可转向车轮的回转运动，所述方法包括以下步骤：
-将第一驱动力矩施加(S402，S502，S602)到所述两个前车轮和所述两个后车轮中的第一车轮，从而导致所述第一车轮绕所述第一车轮的所述中心立轴元件的横摆力矩；
-将第二驱动力矩施加(S404，S504，S604)到所述两个前车轮和所述两个后车轮中的至少第二车轮，其中，所述第二驱动力矩和所述第一驱动力矩之间的关系为：所述第一驱动力矩或所述第二驱动力矩中的任何一个导致的所述车辆上的纵向净力被所述第一驱动力矩和所述第二驱动力矩中的另一个补偿；
-向所述车辆的至少第三车轮施加(S406，S506，S606)转向力或制动力矩或推进力矩，以导致车辆横摆力矩，从而至少部分地补偿由所述第一车轮的所述横摆力矩导致的车辆横摆力矩，以使得所述车辆保持所述路线；
-测量(S408)施加所述第一力矩时所述轴架中的轴架力；
-测量(S410，S510，S610)施加所述第一力矩时所述第一车轮的转向角(β)；
-测量(S412，S512，S612)施加所述第一力矩时的车辆速度；
-基于施加的第一驱动力矩、测量的轴架力、车辆速度和转向角计算(S414)所述摩擦力估计。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一车轮是所述两个前车轮中的一个并且所述第一驱动力矩是制动力矩，并且其中，所述第二力矩是施加到所述后车轮的推进力矩，其中，所述方法包括：
-将转向力施加(S506)到所述车辆的所述前车轮，以便产生所述车辆横摆力矩，从而补偿所述第一车轮的所述横摆力矩导致的所述车辆横摆力矩；
-测量(S508)施加所述第一力矩时所述轴架中的轴架力；
-基于施加的制动力矩、测量的轴架力、车辆速度和所述转向角计算(S514)所述摩擦力估计。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，将所述第二力矩均等地分割并施加到每个后车轮。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一车轮是所述两个前车轮中的一个并且所述第一驱动力矩是推进力矩，并且其中，所述第二力矩是施加到所述后车轮的制动力矩，其中，所述方法包括：
-将转向力施加到所述车辆的所述前车轮，以便产生所述车辆横摆力矩，从而补偿所述第一车轮的所述横摆力矩导致的所述车辆横摆力矩；
-测量施加所述第一力矩时所述轴架中的轴架力；
-基于测量的轴架力、施加到所述第一车轮的制动力矩、车辆速度和转向角计算所述摩擦力估计。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一车轮是所述两个前车轮中的一个并且所述第一驱动力矩是制动力矩，并且其中，所述第二力矩是施加到所述前车轮或所述后车轮中的非制动车轮的推进力矩，其中，所述方法包括：
-将制动力矩施加(S606)到所述车辆的所述后车轮中的一个，所述后车轮位于关于所述车辆的左右方位在所述车辆的与所述第一车轮相对的一侧上，以便产生车辆横摆力矩，从而至少部分地补偿所述第一车轮的所述横摆力矩导致的车辆横摆力矩，使得所述车辆保持所述路线；
-测量(S608)施加所述第一力矩时所述轴架中的轴架力；
-基于测量的轴架力、施加到所述第一车轮的制动力矩、车辆速度和转向角计算(S614)所述摩擦力估计。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述车辆正沿大致不受影响的路线开动。
7.一种用于在车辆正沿路线开动时计算路面和所述车辆的轮胎之间的摩擦力估计的系统(300)，所述轮胎布置在所述车辆的可转向车轮上，并且所述车辆包括两个前车轮和两个后车轮以及轴架，所述轴架可枢转地附接到连接于所述可转向车轮的连杆臂，以使得所述轴架的平移运动导致所述连杆臂绕中心立轴元件旋转，以便所述连杆臂引起所述可转向车轮的回转运动，所述系统包括：
-力确定单元(302)，用于测量所述轴架中的力；
-转向单元(304)，用于将转向力施加到所述车辆的所述前车轮以便产生用于使所述车辆转动的车辆横摆力矩；
-驱动力矩单元(306)，用于将驱动力矩施加到所述车轮；
-惯性测量单元(308)(IMU)和车轮速度传感器(122)，用于确定所述车辆的速度，以及，
-控制单元模块(310)，配置为：
-控制所述驱动力矩单元将第一驱动力矩施加到所述两个前车轮和所述两个后车轮中的第一车轮，从而导致所述第一车轮绕所述第一车轮的所述中心立轴元件的横摆力矩；
-控制所述驱动力矩单元将第二驱动力矩施加到所述两个前车轮和所述两个后车轮中的至少第二车轮，其中，所述第二驱动力矩和所述第一驱动力矩之间的关系为：所述第一驱动力矩或所述第二驱动力矩中的任何一个导致的所述车辆上的纵向净力被所述第一驱动力矩和所述第二驱动力矩中的另一个补偿；
-控制所述驱动力矩单元或所述转向单元向所述车辆的至少第三车轮施加转向力或制动力矩或推进力矩，以产生车辆横摆力矩，从而至少部分地补偿由所述第一车轮的所述横摆力矩导致的车辆横摆力矩，以使得所述车辆保持所述路线；
-获取施加所述第一力矩时所述轴架中的轴架力；
-获取施加所述第一力矩时所述第一车轮的转向角；
-从所述车辆惯性测量单元或所述车轮速度传感器获取施加所述第一力矩时测量的车辆速度；
-基于施加的第一力矩、测量的轴架力、车辆速度和转向角计算所述摩擦力估计，以及
-提供指示所述摩擦力估计的信号。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述控制单元模块包括第一控制单元(318)和第二控制单元(320)，其中，所述第一控制单元配置为：
-控制所述驱动力矩单元将第一驱动力矩施加到所述两个前车轮和所述两个后车轮中的第一车轮，从而导致所述第一车轮绕所述第一车轮的所述中心立轴元件的横摆力矩；
-控制所述驱动力矩控制单元将第二驱动力矩施加到所述两个前车轮和所述两个后车轮中的至少第二车轮，其中，所述第二驱动力矩和所述第一驱动力矩之间的关系为：所述第一驱动力矩或所述第二驱动力矩中的任何一个导致的所述车辆的平移驱动运动被所述第一驱动力矩和所述第二驱动力矩中的另一个补偿；
-控制所述驱动力矩单元或所述转向单元向所述车辆的至少第三车轮施加转向力或制动力矩或推进力矩，以产生车辆横摆力矩，从而至少部分地补偿由所述第一车轮的所述横摆力矩导致的车辆横摆力矩，以使得所述车辆保持所述路线；
并且所述第二控制单元配置为：
-获取施加所述第一力矩时所述轴架中的轴架力；
-从所述车辆惯性测量单元或所述车轮速度传感器获取施加所述第一力矩时测量的车辆速度；
-获取施加所述第一力矩时所述第一车轮的转向角；
-计算所述摩擦力估计，以及
-提供指示所述摩擦力估计的信号。
9.根据权利要求8所述的系统，包括第三控制单元，所述第三控制单元配置为从所述第一控制单元和第二控制单元请求摩擦力估计。
10.根据权利要求7至10中任一项所述的系统，包括全球定位系统(312)。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的系统，其中，所述力确定单元是电驱动辅助伺服系统。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的系统，其中，所述车辆的所述开动沿大致不受影响的路线。
13.一种车辆，包括根据权利要求7至12中任一项所述的系统。
14.根据权利要求13所述的车辆，其中，所述车辆是自主车辆。
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