CN107933562A - 用于计算道路摩擦力估算的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定路面与车辆轮胎(101a‑b)之间摩擦力估算的方法，所述轮胎设置在车辆的转向轮上，并且所述车辆包括可枢转地附接于连接于转向轮的联动臂(106)的轴齿条(104)从而轴齿条的平移运动导致联动臂绕转向主销元件(108)旋转以使所述联动臂导致转向轮转动，所述方法包括如下步骤：获得(S402)多个齿条力值；获得(S404)多个横向车轮力值；将多个齿条力值与横向车轮力值之间的关系映射(S406)至模型；并且基于映射确定(S408)横向摩擦力估算。

Description

用于计算道路摩擦力估算的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于计算路面与车辆轮胎之间摩擦力估算的方法。本发明进一步涉及相应的系统和车辆。
背景技术
因为汽车技术在发展，因此主动安全(active safety)在当今车辆中变得更先进。例如，最新型车辆具有众所周知的已知ABS制动系统形式的主动安全，其使得车辆驾驶员能够有更多的受控制动动作。
在车辆的驾驶情景下，道路与轮胎之间的摩擦力非常重要，因为它限定了从车辆传送至地面的力的量。因此，摩擦力是当必须进行例如涉及车辆制动和转向的判定时用于主动安全系统的重要参数。这与手动驾驶车辆和自主车辆二者都是相关的。
通常通过分析轮胎力对比所谓的滑移角度(αslip)完成摩擦力估算，参见图1a-c。滑移角度是轮胎实际接触部(contact patch)的行进方向Vx与轮毂方向Wd(即车轮的指向方向)之间的角度。现在看图1b和图1c，其示出了轮毂方向(Wdh)、行进方向(Vx)、沿着x(μhighf(x))在横向(y)上在轮胎与路面之间接触区域上的假定可能的抛物线力分布、实际横向力分布Fy(x)、横向合力Fy以及用于高摩擦力情形(μhigh)的相应滑移角度，图1c示出了轮毂方向(Wdl)、行进方向(Vx)、沿着x(μlowf(x))在横向(y)上在轮胎与路面之间接触区域上的假定可能的抛物线力分布、实际横向力分布Fy(x)、横向合力Fy以及用于低摩擦力情形(μlow)的相应滑移角度。图1b-c之间的对比示出，为了维持相同的横向轮胎合力Fy的幅值(由作用于轮胎上的实际横向力分布Fy(x)得到)，低摩擦力情形(图1c)与高摩擦力情形(图1b)相比所需的滑移角度更大。换句话说，当轮胎与路面之间的摩擦力减小时，需要更大的滑移角度来维持相同的横向轮胎力Fy，即驾驶员必须进一步转动车辆。轮胎力(即轮胎上的合力)可例如源自于车辆的惯性测量单元或源自于车轮力距。此外，气胎托迹(Δxh和Δxl)被定义为轮胎与道路之间实际接触部的中心与合力矢量Fy之间的正交距离。本领域已知的更多细节能够在Hans Pacejka的“轮胎和车辆动力(“Tire and vehicle dynamics”)”(Butterworth-Heinemann，Oxford，2002)中找到。
US 2011/0106458描述了基于滑移角度确定路面摩擦力。利用滑移角度用于道路摩擦力估算的一个缺陷在于它需要高准确度地确定用于在正常驾驶期间发生的全范围横向车轮力。
因此，针对确定道路摩擦力估算的方法尚有改进的空间。
发明内容
鉴于现有技术，本发明的一个目的是提供一种用于计算路面与车辆轮胎之间摩擦力估算的改进方法，其至少减轻了现有技术的某些上述缺陷。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于确定路面与车辆轮胎之间摩擦力估算的方法，所述轮胎设置在车辆的转向轮上，并且车辆包括两个前轮和两个后轮以及轴齿条，所述轴齿条可枢转地附接至连接于转向轮的联动臂使得所述轴齿条的平移运动导致联动臂绕转向主销元件(kingpin element)旋转以使所述联动臂导致转向轮转动，所述方法包括如下步骤：获得指示轴齿条上齿条力的多个齿条力值；当获得多个齿条力值时获得指示转向轮上横向力的多个横向车轮力值(lateral wheel force values)，横向车轮力沿基本上平行于车轮旋转轴的方向作用；将多个齿条力值与横向车轮力值之间的关系映射至包括摩擦力参数的模型；基于所述映射确定横向摩擦力估算(lateral friction estimate)。
摩擦力参数可直接或间接地包括在模型中。当摩擦力参数间接地包括在模型中时，可根据经验确定的部分数据形成模型的基础并且获得的数据(横向车轮力值和轴齿条力值)映射于其上。在摩擦力参数是直接包括在模型中时，参数自身属于模型定义的一部分并且可直接根据模型计算。
联动臂可以是车辆转向设备的转向臂。
本发明基于这样的认识：通过不需要确定滑移角度就能够计算摩擦力来增加摩擦力估算的可用性。已经认识到，轴齿条力可被测量并且与相应的横向车轮力相关并且该关系可直接用于摩擦力估算。换句话说，多个齿条力值与横向车轮力值之间的关系可直接映射至包括摩擦力参数的模型。本发明在车辆转向操作期间当摩擦力高且横向车轮力高时是特别有利的。
进一步认识到，对于给定的横向车轮力来说，气胎托迹(pneumatic trail)将随着摩擦力的降低而由于滑移角度增加而降低，导致齿条力降低。例如，当轮胎与路面之间的摩擦力减少时，需要更大的滑移角度才能维持相同的横向车轮力，因此气胎托迹减少并因此齿条力也减少。换句话说，轴齿条力中具有可用于分析轴齿条力与横向车轮力之间关系从而估算路面与轮胎之间的摩擦力的摩擦力相关性。
气胎托迹还取决于所谓的车轮后倾角(caster angle of the wheel)，但是车轮设备的后倾角是固定的并且可能包括在总气胎托迹中。
因此，本发明的实施例可能以不确定轮胎滑移角度的方式计算车轮轮胎与道路之间的摩擦力从而增加摩擦力估算的可用性。
根据本发明的一个实施例，模型可包括齿条力与横向车轮力之间的多个预定关系，其中映射包括将所获得的多个齿条力值与所获得的多个横向车轮力值之间的关系匹配于所述多个预定关系之一，其中基于匹配的预定关系来确定摩擦力估算。因此，根据所获得的数据确定的关系与根据经验确定的或在另一实施例中根据转向臂长度和气胎托迹的知识确定的预定关系相比。
在本发明的一个实施例中，模型是横向车轮力与齿条力之间的线性关系，所述线性关系基于将横向车轮力和齿条力关联于摩擦力参数的预定数据，其中所述映射包括：执行线性回归以将获得的多个齿条力值和获得的多个横向车轮力值拟合于所述线性关系，其中横向车轮力值与齿条力值之间线性拟合的斜率指示摩擦力估算。
在另一实施例中，它可进一步包括确定齿条力值与各个横向车轮力值之间的多个比值，其中横向车轮力值与齿条力值之间线性拟合的斜率基于多个比值。
所述模型基于横向车轮力、齿条力和车辆轮胎与路面之间摩擦力的经验数据。
根据本发明的实施例，横向摩擦力估算根据所述摩擦力估算的值可被分类为不同水平的标称摩擦力，其中所述分类水平取决于以下至少一个：车速、批处理时间期间的车速变化、车轮力激励水平、距间隔阈值的距离。
根据本发明的实施例，所述模型可以是横向车轮力与齿条力之间的非线性关系，其中所述映射包括：将多个横向车轮力值和齿条力值拟合于包括摩擦力参数的非线性模型，藉此基于所述拟合确定横向摩擦力估算。
根据本发明的实施例，所述模型可以是将齿条力关联于车轮力的tanh函数。
在又一个实施例中，所述模型可能基于车辆的联动臂长度和轮胎气胎托迹。联动臂的长度(例如车辆的转向臂)对于每种车型是固定的并且气胎托迹可根据经验确定或根据有关轮胎尺寸和转向动力学的知识确定。为了力距平衡，通过横向合力Fy产生同时气胎托迹作为杠杆的力距应当等于来自齿条力(可被测量)同时联动臂作为杠杆的力距。通过包括将测得的横向车轮力值和齿条力值与联动臂长度与取决于摩擦力的气胎托迹之间的已知关系(根据力距平衡)相映射，发现可更准确地确定摩擦力估算。
根据本发明的实施例，横向车轮力值和齿条力值可累加一定批处理时间，进一步包括：确定摩擦力估算置信度值；当置信度值大于阈值置信度时接受摩擦力估算。
置信度值提供了摩擦力估算是道路与轮胎之间真实摩擦力的可能性指示。例如，如果横向车轮力数据和轴齿条力数据已经累加了相对长的时间，则与横向车轮力数据和轴齿条力数据已经累加了相对短时间相比置信度值更高。可从试验根据经验确定置信度值。例如，根据经验确定用于已知的例如累加持续时间、车速、车速变化、车轮激励量(即横向车轮力水平)等等的置信度值。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于确定路面与车辆轮胎之间摩擦力估算的系统，所述轮胎设置在车辆的转向轮上，并且车辆包括两个前轮和两个后轮以及轴齿条，轴齿条可枢转地附接于连接于转向轮的联动臂使得轴齿条的平移运动导致联动臂绕转向主销元件旋转以使所述联动臂导致转向轮转动，所述系统包括：被构造为确定指示轴齿条上齿条力的齿条力值的力确定单元；被构造为确定指示转向轮上横向力的横向车轮力值的车辆状态估算器，横向车轮力沿基本上平行于车轮旋转轴的方向作用；以及控制单元，其被构造为：获得指示轴齿条上齿条力的多个齿条力值；获得指示转向轮上横向力的多个横向车轮力值，将多个齿条力值与多个横向车轮力值之间的关系映射至包括摩擦力参数的模型；并且
基于所述映射确定横向摩擦力估算。
车辆状态估算器可有利地包括惯性测量单元(IMU)。
控制单元可包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或其它可编程装置。
本发明第二方面的效果和特征大部分类似于结合本发明第一方面如上所述的那些。
还进一步提供了包括所述系统的车辆。车辆例如可以是自主车辆。
总之，本发明涉及一种用于确定路面与车辆轮胎之间摩擦力估算的方法，所述轮胎设置在所述车辆的转向轮上，并且所述车辆包括可枢转地附接于连接于转向轮的联动臂的轴齿条使得轴齿条的平移运动导致联动臂绕转向主销元件旋转以使所述联动臂导致转向轮转动，所述方法包括如下步骤：获得多个齿条力值；获得多个横向车轮力值；将多个齿条力值与横向车轮力值之间的关系映射至模型；并且基于映射确定横向摩擦力估算。
当研究所附权利要求和随后的描述时本发明的其它特征和优点变得更为清楚。本领域技术人员认识到，本发明的不同特征可以组合从而产生在下文中描述的那些之外的实施例而不脱离本发明的范围。
附图说明
现在将参照示出本发明示例实施例的附图更详细地描述本发明的这些及其它方面，其中：
图1a-c示意性地示出有关摩擦力估算的参数；
图2a概念上示出根据本发明示例实施例的车辆；
图2b概念上示出带有图2a中车辆车轮的底盘轴距(chassis wheel base)；
图3示意性地示出根据本发明示例实施例的系统；
图4是根据本发明示例实施例的方法步骤的流程图；
图5a-b均概念上示出横向车轮力值相对于轴齿条力以及基于线性模型的拟合曲线；
图6a-b均概念上示出横向车轮力值相对于轴齿条力以及基于非线性模型的拟合曲线；并且
图6c概念上示出在已知的摩擦力条件下横向车轮力与轴齿条力之间的预定关系。
具体实施方式
在当前详细说明中，描述了根据本发明的系统和方法的各种实施例。然而，本发明体现为很多不同的形式并且不应当被诠释为局限于此处阐述的实施例；相反，这些实施例是为了提供透彻性和完整性，并且完全向本领域技术人员传达了本发明的范围。相似的附图标记自始至终指的是相似的元件。
图2a示出根据本发明一个实施例的车辆100。车辆100包括至少一个转向轮102a-b。转向轮102a-b在此被示为车辆100的前轮。车辆100进一步包括后轮102c-d。车轮102a-d均具有安装在相应轮毂103(未全部编号)上的轮胎101a-d。此外还参照图2b，车辆100包括可枢转地附接于联动臂106的轴齿条104，该联动臂连接于转向轮102a-b，使得当轴齿条104受到导致轴齿条104平移运动的力时，联动臂106绕转向主销(kingpin)108旋转从而导致车轮102a-b转动。这样，车辆受到转动力矩(TwhlTurn)。车辆100可例如是自主汽车。
当向单个前轮102a施加力距时，车轮与接触区域(例如道路)之间的合力(FWhl)产生试图使前轮102a围绕转向主销108转动的转矩TWhlStr。转动力矩又被传递至轴齿条104且被监控为齿条力Frack。更详细地参照图1b-c，示出不同摩擦力条件下的转向轮(102a)。已知横向合力Fy之间的距离(Δxh和Δxl)是气胎托迹。气胎托迹(Δxh和Δxl)(连同主销后倾托迹(caster trail)，此处包括在气胎托迹定义Δxh和Δxl中)有效地形成用于横向合力Fy的杠杆。因此，由于气胎托迹(Δxh和Δxl)作为杠杆，横向力Fy在车轮102a上产生力距，该力距用TWhlStr表示。该力距经由具有长度d的联动臂106平移至轴齿条104，在此能够测量轴齿条力Frack。为了力距平衡，轴齿条力Frack乘以联动臂的长度d必须等于TWhlStr。换句话说，气胎托迹*Fy＝d*Frack。
在低摩擦力情形下(图1c)，在横向(y)上沿x(μhighf(x))分布在轮胎与路面之间接触区域上的假定抛物线力分布具有由更靠近轮胎102a的抛物线表示的较低最大量。因此，为了获得相同的横向合力Fy，车轮必须进一步转动(使得横向力分布Fy(x)包括更多的假定最大抛物线力分布μlowf(x))从而增加滑移角度α。这进一步将横向合力Fy移至更靠近轮胎与道路之间实际接触部的中心，因此与较高摩擦力情形相比气胎托迹Δxl更短(图1b中为Δxh)。由于联动臂106的长度d在较高摩擦力情形下和较低摩擦力情形下相同但气胎托迹各异，因此轴齿条力的差异将因此反映出轮胎与路面之间的摩擦力差异。
根据路面与车轮轮胎之间的摩擦力，受到推进力或制动(图2b中为制动)的车轮102a受到不同大小横向力的影响。横向力通常是车轮力距(TWhlStr)、摩擦系数(μ)和滑移角度(αslip)的函数(Fy(Twhlstr，μ，αslip))，参见图1a-c。参照图2a-b和图1a-c所示可经由齿条力Frack测量横向力Fy。此外，滑移角度(αslip)通常取决于车辆的速度(横向速度，纵向速度和横摆速度(yaw velocity))以及车辆的转向角度β(参见图1a)。转向角度是车辆的纵向中心线130(车辆的后部与前部之间)与轮毂方向Wd之间的角度(参见图1a)。可通过设置在车辆的转向柱(未示出)上的转向角传感器测量转向角度。传感器可测量方向盘的旋转角从而得到转向角度。另一个测量转向角度的方式是确定轴齿条的位置(平移位置)并且由此得到转向角度。因此，滑移角度可通常被设置为转向角度和速度的函数(α(速度，转向角度))。可根据两个函数Fy(TWhlStr，μ，αslip)和α(速度，转向角度)得到摩擦力μ。对于关于函数(Fy(TWhlStr，μ，αslip)和α(速度，转向角度))和上述参数之间关系的细节，参见Hans Pacejka的“轮胎和车辆动力”(Butterworth-Heinemann，Oxford，2002)(特别参见Pacejka文献的第1和第3章)。
现在将参照图3-6描述本发明的不同实施例。
图3示意性地示出根据本发明的一个示例实施例用于确定路面与车辆100轮胎之间摩擦力估算的系统。系统300包括力确定单元，力确定单元可体现为用于辅助驾驶员用于转向车辆的动力(即在轴齿条104上施加力)的转向设备的电力辅助系统302。力确定单元被构造为确定指示轴齿条104上齿条力的齿条力值。系统300进一步包括车辆状态估算器，估算器包括惯性测量单元(IMU)308，用于确定指示转向轮102a-b上横向力的横向车轮力值。IMU308也可被构造为确定轮胎与道路之间接触面处沿其它方向例如沿与地平面正交的方向的车轮力。IMU308可包括加速度计和/或陀螺仪从而例如能够确定至少在车辆100的轮胎与地面之间接触面的平面维度内车辆的加速度和速度。然而，若需要则IMU308可确定所有三个维度的加速度和速度。例如基于测量的加速度数据、车辆质量和惯性，能够确定横向力(例如经由质量和加速度与力关系的牛顿第二定律)。还具有控制单元310，其被构造为从力确定单元302获得指示轴齿条104上齿条力的多个齿条力值和从IMU308获得横向齿条力值。控制单元模块310进一步被构造为将多个齿条力值与多个横向车轮力值之间的关系映射为包括摩擦力参数的模型，并且基于该映射确定横向摩擦力估算。
此外，系统300包括车轮转速传感器314。车轮转速传感器314被构造为确定车轮的角速度并且可被设置为在车轮轮毂内布置的转速表的形式。另外，系统可包括全球定位系统(GPS)312。通过GPS312和车轮转速传感器314，可以改进的精度确定车辆的速度。
图4示出根据本发明一个实施例的方法步骤的流程图。在步骤S402中，获得指示轴齿条上齿条力的多个齿条力值。在步骤S404中，获得指示转向轮上横向力的多个横向车轮力值。所获得的齿条力值与所获得的横向车轮力值之间的关系被映射S406为包括摩擦力参数的模型。基于所述映射S408确定摩擦力估算。模型包括横向车轮力与轴齿条力之间的多个预定关系，各个预定关系用于不同的摩擦力参数。在映射期间，选定与所获得数据匹配最好(即具有最高置信度)的预定关系，并且相应的摩擦力参数被选定为横向摩擦力。
在一个实施例中，模型是横向车轮力与齿条力之间包括摩擦力参数的线性关系。基于在批处理时间期间(batch time duration)取样的齿条力值(Frack)与横向车轮力值(Fy)之间的多个比值(n个比值)确定摩擦力估算。所述比值用于线性回归以用直线拟合累加的数据(Frack相对于Fy)，在此可通过以下给出直线的斜率：
可一直继续进行数据(例如齿条力值和横向车轮力值)的取样直至已经累加合理的数据量。例如，有可能在不令人满意的条件下(未横向地适当激励)例如在较低车轮力、过高的样本差异、或不令人满意的车辆转角情况下获得数据，那么不令人满意的数据点不合格并且继续累加。
当数据批处理令人满意即横向地适当激励时，检测到数据变化。如果变化不太大，则对数据进行处理以确定摩擦力估算。如果变化过大，或如果Kest低于阈值K-值，则数据批处理不合格并且置信度被设定为零。
摩擦力估算可根据估算被分为不同水平的摩擦力。例如，标称的摩擦值可以是“高”、“中”或“低”，分别带有指定的标称摩擦值0.8、0.5、0.3。可进一步基于车速、批处理时间期间的车速变化、车轮力激励水平或距间隔阈值的距离进行分类。已经根据经验发现了分类水平，从而对于给定组的车速、批处理时间期间的车速变化、车轮力激励水平或距间隔阈值的距离，设定了特定的分类。车轮力激励水平是横向车轮力的水平，例如如果横向车轮力过于微弱则Kest的估算就不精确，因为数据扩展(data spread)窄导致线性拟合的梯度小。“距间隔阈值的距离(distance to interval threshold)”是所获得的拟合数据与另一个模型关系匹配是否紧密。例如，对于分类，确定参数Kest在若干个间隔中的某个预定间隔内，并且如果确定的Kest与间隔末端或起始点之间的差异较小则可减小置信度。因此分类基于置信度值，置信度值又取决于车速、批处理时间期间的车速变化、车轮力激励水平和距间隔阈值的距离。可根据经验预先确定置信度与这些参数的相关性和相应图表。
图5a-b各示出示例齿条力数据(Frack)相对横向车轮力(Fy)的图形。用于根据该实施例的方法的输入是齿条力数据(Frack)和横向车轮力数据(Fy)。数据批处理(图5a中的500和图5b中的501)已经被累加了一批处理时间范围并且被认为适当地激励和具有足够高的置信度。这种情况下，使用线性模型并且因此Kest被包括在如上所述的线性回归中。基于线性回归，对齿条力数据(Frack)相对横向车轮力(Fy)进行线性曲线拟合。图5中的线性曲线502和503分别具有梯度Kest1和Kest2，其确定了道路与轮胎之间的标称摩擦力的分类。根据Kest的值(即线性拟合的梯度)，摩擦力被分为“高”、“中”和“低”。例如，高摩擦力可被指定为0.8的标称摩擦力值，中摩擦力可被指定为0.5的标称摩擦力，并且低摩擦力可被指定为0.3的标称摩擦力。基于经验数据预定义分类水平(例如高、中、低)，例如根据经验发现，当Kest高于阈值时，摩擦力高从而可指定0.8的标称摩擦力。可选地或额外地，基于参照图1b-c描述的力距平衡根据对联动臂长度(d)和气胎托迹的认识找到分类水平。在图5a所示的示例中，估算的Kest1低于阈值k3但超过阈值k2并且因此被指定0.8的标称摩擦力从而被分类为高摩擦力。在图5b所示的示例中，估算的Kest2超过阈值k1并且因此被指定0.3的标称摩擦力从而被分类为低摩擦力。如果第三Kest3低于阈值k2但超过阈值k1，它可被指定0.5的标称摩擦力从而被分类为中摩擦力。阈值之间的关系可以是k1<k2<k3。线性曲线拟合与分类步骤组合，以便利的方式估算摩擦条件而不要求轮胎与道路之间物理状态的复杂建模。
在又一实施例中，仍以齿条力数据(Frack)和横向车轮力数据(Fy)作为方法的输入，使用非线性模型功能。图6a-b各示出用于高摩擦力情形(图6a)和低摩擦力情形(图6b)的这种示例的齿条力数据(Frack)相对横向车轮力(Fy)的图形。在图6a-b所示的各图形中，示出了基于非线性模型的拟合曲线602、603。所使用的模型包括直接包含在模型函数中的摩擦力参数。例如，该模型可通过以下函数描述：
Frack/Fz＝μ*tanh(k/μ*Fy/Fz),
其中k是气胎托迹对转向臂长度比值，Fy是横向车轮力并且Fz是法线车轮力即沿着道路与车轮接触面之间的法线。可参照图3所示即利用IMU304测量横向和法线车轮力。因此根据收集的数据(Frack和横向车轮力Fy)，能够通过将拟合曲线与在已知的摩擦力条件下已经预先确定的预定曲线604(参见图6c)进行比较来估算摩擦力μ。换句话说，基于非线性模型的拟合曲线602、603与已知的摩擦力条件下确定的预先限定的曲线604匹配。最佳匹配确定了摩擦力估算。在图6a-b所示的示例情形下，拟合曲线602与标称摩擦力μ＝0.8下确定的曲线606匹配并且拟合曲线603与标称摩擦力μ＝0.3下确定的曲线605匹配。例如可利用本领域已知的最小二乘法进行拟合曲线与预定曲线的匹配。
在又一个实施例中，使用的模型是车辆轮胎与路面之间摩擦力的物理模型。横向力通常是车轮力距(TWhlStr)与气胎托迹(Δx)的函数(Fy(TWhlStr，Δx))，参见图1a-c。参照图2a-b和图1a-c所示，可经由齿条力Frack测量横向力Fy。此外，气胎托迹(Δx)通常取决于车辆的速度(横向速度，纵向速度和横摆速度)、车辆的转向角度β(参见图1a)以及路面与轮胎之间的摩擦力。转向角度是车辆的纵向中心线130(车辆的后部与前部之间)与轮毂方向Wd之间的角度(参见图1a)。可通过设置在车辆的转向柱(未示出)上的转向角传感器测量转向角度。传感器可测量方向盘的旋转角从而得到转向角度。另一个测量转向角度的方式是确定轴齿条的位置(平移位置)并且由此得到转向角度。因此，气胎托迹能够通常被设置为转向角度和速度的函数(Δx(速度，转向角度，μ))。根据两个函数Fy(TWhlStr，Δx)和Δx(速度，转向角度，μ)可得到摩擦力μ并且该模型可被用作摩擦力的物理模型。测量的横向车轮力值和齿条力值从而可映射在已知摩擦力条件下横向车轮力与齿条力之间预先确定的关系上。例如，如前所述参照力距平衡：
Fy*Δx＝d*Frack，即Frack＝Fy*Δx/d
因此，通过将测量的齿条力数据和测量的横向车轮力数据映射至在气胎托迹包括摩擦力参数的情形下的模型，可获得摩擦力估算。有关函数(Fy(TWhlStr，Δx)和Δx(速度，转向角度，μ))以及上述参数之间关系的更多细节，参见Hans Pacejka的“轮胎和车辆动力”(Butterworth-Heinemann，Oxford，2002)(特别参照Pacejka的第1和3章)。
控制单元可包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或其它可编程装置。
所属技术领域的技术人员认识到，本发明绝不局限于如上所述的优选实施例。正相反，很多改进和变化可能在所附权利要求的范围内。
额外地，在权利要求中，单词“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可能完成记载在权利要求中的若干项目的功能。某些测量值记载在彼此各异的从属权利要求中这个纯粹事实并不表明不能得益于这些测量值的组合。权利要求中的任何附图标记不应当被诠释为限制其范围。

Claims (14)

1.一种用于确定路面与车辆轮胎(101a-b)之间摩擦力估算的方法，所述轮胎设置在车辆的转向轮上，并且所述车辆包括两个前轮(101a-b)和两个后轮(101c-d)以及轴齿条(104)，所述轴齿条(104)可枢转地附接于连接至所述转向轮的联动臂(106)使得所述轴齿条的平移运动导致所述联动臂绕转向主销元件(108)旋转以使所述联动臂导致所述转向轮转动，所述方法包括如下步骤：
-获得(S402)指示所述轴齿条上齿条力的多个齿条力值；
-当获得所述多个齿条力值时获得(S404)指示所述转向轮上横向力的多个横向车轮力值，所述横向车轮力沿基本上平行于所述车轮的旋转轴(133)的方向作用；
-将所述多个齿条力值与所述横向车轮力值之间的关系映射(S406)至包括摩擦力参数的模型；
-基于所述映射确定(S408)所述横向摩擦力估算。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述模型包括齿条力与横向车轮力之间的多个预定关系(604，605，606)，其中所述映射包括将所获得的多个齿条力值与所获得的多个横向车轮力值之间的关系匹配于所述多个预定关系的其中之一，其中基于所匹配的预定关系来确定摩擦力估算。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述模型是所述横向车轮力与所述齿条力之间的线性关系，所述线性关系是基于将横向车轮力和齿条力关联于所述摩擦力参数的预定数据，其中所述映射包括：
-执行线性回归以将所获得的多个齿条力值和所获得的多个横向车轮力值拟合于所述线性关系，其中，横向车轮力值与齿条力值之间线性拟合的斜率(Kest)指示摩擦力估算。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：
-确定所述齿条力值与各个所述横向车轮力值之间的多个比值，其中，横向车轮力值与齿条力值之间线性拟合的斜率基于所述多个比值。
5.根据前述权利要求任意一项所述的方法，其中所述模型是基于横向车轮力、齿条力以及车辆轮胎与路面之间摩擦力的经验数据。
6.根据前述权利要求任意一项所述的方法，其中所述横向摩擦力估算根据所述摩擦力估算的值被分类为不同水平的标称摩擦力，其中所述分类水平取决于以下至少一个：车速、批处理时间期间的车速变化、车轮力激励水平、距间隔阈值的距离。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述模型是所述横向车轮力与所述齿条力之间的非线性关系，其中所述映射包括：
-将所述多个横向车轮力值和齿条力值与包括所述摩擦力参数的非线性模型拟合，藉此基于所述拟合确定所述摩擦力估算。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述模型是将齿条力关联于车轮力的tanh函数。
9.根据前述权利要求任意一项所述的方法，其中所述模型进一步基于车辆的联动臂长度和轮胎气胎托迹。
10.根据前述权利要求任意一项所述的方法，其中所述横向车轮力值和所述齿条力值在批处理时间期间累加，进一步包括：
-确定摩擦力估算置信度值；其中，
-当置信度值大于阈值置信度时接受所述摩擦力估算。
11.一种用于确定路面与车辆轮胎之间摩擦力估算的系统(300)，所述轮胎设置在车辆的转向轮上，并且所述车辆包括两个前轮和两个后轮以及轴齿条，所述轴齿条可枢转地附接于连接于所述转向轮的联动臂使得所述轴齿条的平移运动导致所述联动臂绕转向主销元件旋转以使所述联动臂导致所述转向轮转动，所述系统包括：
-被构造为确定指示所述轴齿条上齿条力的齿条力值的力确定单元(302)；
-被构造为确定指示所述转向轮上横向力的横向车轮力值的车辆状态估算器，所述横向车轮力沿基本上平行于车轮旋转轴的方向作用；以及
-控制单元(310)，被构造为：
-获得指示所述轴齿条上齿条力的多个齿条力值；
-获得指示所述转向轮上横向力的多个横向车轮力值，
-将多个齿条力值与多个横向车轮力值之间的关系映射至包括摩擦力参数的模型；并且
-基于所述映射确定所述横向摩擦力估算。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述车辆状态估算器包括惯性测量单元(308)和车轮转速传感器(314)。
13.根据权利要求11或12所述的系统，进一步包括被构造为确定所述车辆的速度的全球定位系统(314)。
14.一种包括根据权利要求11-13任意一项所述系统的车辆。
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