CN108770352B - 轮胎刚度估算和道路摩擦估算的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明利用滑动相关值来计算摩擦相关值和轮胎刚度相关值,并且反馈估算出的轮胎刚度相关值或计算出的摩擦相关值作为进一步计算的基础。特别地,本发明涉及实现所提及的目的的方法、装置和计算机程序产品。
Description
技术领域
本发明的内容总体涉及估算轮胎和路面之间的摩擦的领域,以及涉及估算轮式车辆中轮胎性能的领域。特别地,本发明的内容涉及用于估算轮胎刚度或道路摩擦的方法、系统和计算机程序产品。
背景技术
例如从结冰的道路到延伸的干的或潮湿的道路,道路摩擦可以突然地变化。这些变化对驾驶员以及他(或她)的安全和舒适性造成重大的挑战。从技术的角度来看,道路摩擦的可靠量化对实施车辆控制系统是至关重要的,所述车辆控制系统例如防抱死制动系统(Anti-lock Braking System,ABS)。例如,如果需要进行ABS制动,则可以利用可用的摩擦势能的知识来优化制动距离。附加地或者替选地,摩擦可以被各种系统中的一个或多个系统使用,所述各种系统包括自动驾驶系统、自适应巡航控制系统、湿滑道路检测系统和连接驾驶系统。
估算或计算道路摩擦的已知的方法包括基于滑动、声音、轮胎胎面变形、道路粗糙度以及润滑剂检测的方法。特别地,基于滑动的方法通常考虑估算出的轮胎刚度,这可以有助于提高估算精度。
US专利申请2015/0284006 A1公开了基于模型的刚度和实际刚度之间的对比分析,并且直接在开环中推断摩擦相关因子。
然而,开环方法通常依赖于轮胎识别(例如从RFID标签识别)来确定刚度。轮胎特性可以在轮胎的整个寿命中变化,或者甚至在操作过程中以各种方式变化,该变化例如是由类型(冬天、夏天、超高性能轮胎)、储存条件(温度、压力)、操作条件(温度、压力、磨损、负载)或使用年限等的变化引起的。开环方法通常不能够可靠地校准或者不能够在操作过程中学习轮胎特性。此外,开环方法通常不会输出测量的不确定性,即,测量的估算有多可靠。
发明内容
发明目的
为了克服已知方法的缺点,特别是上述提及的方法的缺点,本发明的目的在于提供用于在闭环中估算道路摩擦和轮胎刚度中的至少一者的解决方案。
发明概述
公开了用于确定车辆的车轮的摩擦势能和轮胎刚度中的至少一者的方法、计算机程序产品和装置。
总体上,本发明利用了滑动相关值。滑动相关值包括以下中的一者或多者:滑动、牵引力对滑动的曲线的斜率、以及所述斜率的倒数。在下文中,显示标准化牵引力对滑动的任何曲线都被称为“滑动曲线”。
滑动相关值由至少一个包含在车辆中的车辆传感器提供,所述车辆传感器例如车轮速度传感器、绝对速度传感器、雷达、光学传感器或红外传感器、GPS、加速计、角度速度传感器、方向盘转角传感器或单个车轮转角传感器。特别地,滑动相关值可以以时间序列的形式被提供。
通常,滑动可以被定义为车轮的转动速度和车辆的纵向速度之间的标准化差值。在前轮驱动车辆或后轮驱动车辆中,非驱动车轮可以作为速度参考。此外,技术人员已知用模型来确定全轮驱动(all-wheel-drive)车辆的滑动。本发明的方法不局限于从特定的方法或模型中获取的滑动值。
总体上,根据本发明的方法包括计算第一摩擦相关值;估算第二轮胎刚度相关值;以及反馈第二轮胎刚度相关值。
基于第一滑动相关值和第一轮胎刚度相关值计算第一摩擦相关值。
基于第一滑动相关值、计算出的第一摩擦相关值、和第二摩擦相关值来估算第二轮胎刚度相关值。第二摩擦相关值可以包括以下中的一者或多者:牵引力或标准化牵引力、施加的车轮扭矩、使用的纵向加速度或横向加速度或两者的结合、使用的制动压力、在ABS制动期间使用的摩擦、当牵引力控制系统(TCS)被激活时使用的摩擦、或提供作为车辆连接(connectivity)上可用的数据的当前摩擦势能。术语“车辆连接”被理解为包含任何与车辆外部的实体的通信,例如车辆与车辆的通信或车辆与基础设施的通信。例如,通过使用车辆连接上提供的数据,对于一辆车辆而言,将足以具有校准的轮胎模型,并且将其摩擦相关值(直接地或通过诸如服务器或云服务器的中间实体)传递给车队的其它车辆。车队的其它车辆可以基于传递的摩擦相关值即时地校准它们的轮胎模型。
一般情况下,第二轮胎刚度相关值被反馈作为计算第三摩擦相关值的基础。在下文中,术语“反馈”被理解为意味着:反馈的输出被当作在后来的某一时间点(特别是在环的后续迭代期间)的计算或估算的输入或基础。在后来的某一时间点的计算或估算可以形成或不形成本文中公开的方法的一部分。
第二轮胎刚度相关值基于估算出的第一轮胎刚度。特别地,该第二轮胎刚度相关值可以与其所基于的(估算出的)轮胎刚度相同或不相同。
因此,在一些实施方式中,根据本发明的方法的步骤可以重复执行,即,在闭环中迭代地执行。在这种情况下,在每次迭代中,第一值和第二值被第二值和第三值取代,等等。
在一些实施方式中,相对于上述情况,计算摩擦相关值和估算轮胎刚度相关值的步骤可以以相反的顺序执行。在这种情况下,该方法包括这些步骤:(i)基于第一滑动相关值和第一摩擦相关值,估算第一轮胎刚度;(ii)基于第一滑动相关值、估算出的第一轮胎刚度相关值、和第二刚度相关值,计算第二摩擦相关值;以及(iii)反馈计算出的第二摩擦相关值作为估算第三轮胎刚度的基础。
在一些实施方式中,可以基于第二滑动相关值和反馈的第二轮胎刚度相关值来计算第三摩擦相关值。
在一些实施方式中,可以基于第二滑动相关值和反馈的第二摩擦相关值估算第三轮胎刚度相关值。
优选地,可以计算摩擦不确定性测量值,该摩擦不确定性测量值指示第一摩擦相关值和第二摩擦相关值或另一摩擦相关值中的至少一者的不确定性。
优选地,可以计算刚度不确定性测量值,该刚度不确定性测量值指示第一轮胎刚度相关值和第二轮胎刚度相关值或另一轮胎刚度相关值中的至少一者的不确定性。
在一些实施方式中,可以在前馈环路中估算刚度校正因子。在该情况下,第一轮胎刚度相关值也可以基于刚度校正因子。
例如,可以基于以下中的至少一者估算刚度校正因子:
-轮胎的压力,
-轮胎的温度,
-环境温度,
-轴高,
-悬架压力,
-悬架高度。
在一些实施例中,也可以基于以下中的至少一者进行上述估算:
-通过人机界面手动输入的轮胎类型,
-从ABS制动中估算的摩擦势能,
-从TCS事件中估算的摩擦势能,
-从车辆连接中接收到的估算的摩擦势能,
-车轮上的标准化牵引力,
-摩擦相关值,
-施加在车轮上的扭矩,
-纵向加速度,
-横向加速度,
-制动压力,
-偏航速率,
-车轮速度,
-车辆速度,
-方向盘转角,
-车轮转角,
-轮胎压力,
-轮胎温度,
-环境温度,
-轴高,
-悬架压力,
-悬架高度,
-控制标记寄存器。
控制标记寄存器的标记的示例包括是否在进行ESC控制的指示、是否在进行ABS制动的指示、是否在进行TCS的指示、是否在进行制动的指示、是否在进行换挡的指示、是否接合离合器踏板的指示,是否接合反向齿轮的指示、是否连接拖车的指示、或是否接入巡航控制的指示。
此外,公开了包括程序代码的计算机程序产品,该程序代码被配置为当在计算设备中执行时,执行所公开的方法中的一个方法的步骤。
最后,公开了包括处理单元的装置。所述处理单元被配置为执行如本文中所公开的方法中的一个方法的步骤。
特别地,所述处理单元可以被配置为基于第一滑动相关值和第一轮胎刚度相关值计算第一摩擦相关值;基于所述第一滑动相关值、计算出的第一摩擦相关值、和第二摩擦相关值估算第二轮胎刚度相关值;以及反馈估算出的第二轮胎刚度相关值作为计算第三摩擦相关值的基础。
替选地或附加地,处理单元可以被配置为基于第一滑动相关值和第一摩擦相关值估算第一轮胎刚度相关值;基于第一滑动相关值、估算出的第一轮胎刚度相关值、和第二刚度相关值计算第二摩擦相关值;以及反馈计算出的第二摩擦相关值作为估算第三轮胎刚度值的基础。
附图说明
图1为表示典型的(标准化的)牵引力的曲线图,该牵引力作为具有不同摩擦势能的各种路面的滑动的函数。
图2为根据第一种实施方式的方法的流程图。
图3为根据第二种实施方式的方法的流程图。
图4为根据第三种实施方式的方法的流程图。
图5为根据第四种实施方式的方法的流程图。
图6为根据第五种实施方式的方法的流程图。
图7为根据实施方式的装置的框图。
具体实施方式
如上所述,任何显示标准化牵引力对滑动的曲线被称为“滑动曲线”。摩擦势能通常被定义为滑动曲线的最大值,并且取决于各种变量,例如路面和轮胎特性以及操作条件(压力、温度、垂直负载、磨损等)。
图1示出摩擦势能对路面的依赖性。例示了三种路面(即冰面、砂砾路面和沥青路面)的标准化牵引力和纵向滑动之间的关系。正如所显示的,沥青路面上的摩擦势能通常高于砂砾路面上的摩擦势能,而砂砾路面上的摩擦势能高于冰面上的摩擦势能。在图1和本发明的其余部分中,除非另有说明,否则所有的数量和值(特别是滑动)被理解为指纵向方向。滑动曲线可以划分为多个区域,这多个区域包括在原点周围的近似的线性部分,例如图1中从-10%到+10%的滑动的部分。
在下文中,术语“滑动斜率”被理解为指滑动曲线的线性部分的斜率。滑动斜率是滑动相关值的优选示例并且因此可以在本文所描述的方法中使用。
如上所述,第一摩擦相关值和第二摩擦相关值可以特别地但不排他地作为所使用的摩擦值(即,滑动曲线上的点的纵坐标)来呈现。
基于滑动斜率和所使用的摩擦,本领域技术人员已知用于估算当前摩擦势能的至少下限的多种方法。下面所描述的方法提供了更精确地并且更可靠地确定摩擦势能的方式。
图2描绘了根据本发明的确定车辆的车轮的摩擦势能的方法的实施方式的流程图。
方法20使用第一滑动相关值、即第一滑动斜率k1和第一轮胎刚度相关值C1作为输入。从用于提供滑动相关值的至少一个车辆传感器中获取第一滑动斜率k1。
在第一步骤22中,方法20基于第一滑动斜率k1和第一轮胎刚度相关值C1来计算第一摩擦相关值μ1。
μ1=f(C1,k1)
其中,函数f可以是技术人员已知的专门的轮胎模型,例如刷子轮胎模型。
进一步,基于第一滑动斜率k1和第二摩擦相关值μ2来估算第二轮胎刚度C2。
C2=g(μ1,μ2)
反馈第二轮胎刚度C2,即在后来的某一时间点,第二轮胎刚度相关值C2被用作计算的输入。反馈的轮胎刚度可以被当作用于计算第三摩擦相关值μ3的基础。
正如所示出的,在闭环中执行步骤22、步骤24和步骤26。在每次迭代中,第一值和第二值被第二值和第三值取代,等等。迭代允许从至少一个车辆传感器中获取滑动斜率值的时间序列,并且允许通过自适应模型来改进刚度估算的确定。在每次迭代中,使用最近的滑动斜率值和反馈的轮胎刚度估算来计算更精确的摩擦值。因此,使用本文所公开的自适应模型,可以在确定摩擦势能之前和在确定摩擦势能的过程中考虑当前的实际轮胎刚度和当前的实际轮胎刚度的变化的影响。
在一些实施方式中,除了估算出的轮胎刚度外或作为估算出的轮胎刚度的替选,反馈第二摩擦相关值。
图3为方法的另一实施方式的流程图。方法30以获取第一滑动斜率(步骤32)开始,该第一滑动斜率为滑动相关值。基于该滑动斜率计算摩擦值(步骤34)。估算轮胎刚度(步骤36),其中该估算使用获取的滑动斜率和第二摩擦相关值作为基础。
一旦获取新的(第二)滑动斜率值(步骤38),方法30至少基于新的滑动斜率继续进行更新计算出的摩擦和/或轮胎刚度估算值(步骤39)。换句话说,之前估算出的轮胎刚度以反馈方式被用作该计算的输入。
图4为根据一实施方式的方法的流程图。所描绘的实施方式基本上与图2的实施方式相似。此外,图4的实施方式包括计算表示摩擦相关值的不确定性的摩擦不确定性测量值。
如果滑动相关值为滑动斜率,则滑动相关值的协方差可以由用于估算滑动斜率的卡尔曼(Kalman)滤波器提供。不确定性测量值和其时间演化允许估算何时自适应轮胎模型已达到一定的期望的可靠性水平。此外,在轮胎模型已充分地适应(意味着反馈被迭代足够多的次数)之前不能依赖估算出的摩擦势能σμ。因此,在反馈环路中发生任何模型适应之前,具有高值。当模型已经适应时,取决于反馈迭代的质量和数量,具有低值或零值。只有一旦已达到一定的水平或可靠性之后,所确定的摩擦才可以转交给其它系统(例如ABS系统)用于进一步处理。此外,不确定性也可以为温度T的函数,该温度例如环境温度、轮胎空腔温度和内衬温度中的至少一者。例如,在水的冰点附近,轮胎刚度可以高度地依赖于温度。对于不同类型的轮胎(夏季的轮胎、冬季的轮胎、全季节轮胎、超高性能轮胎等),温度依赖性可以变化。
图5为根据一实施方式的方法的流程图。所描绘的实施例基本上与图2的实施方式相似。然而,与图2的实施方式相比,估算轮胎刚度和计算摩擦相关值的顺序相反。第一,基于获取的滑动相关值和摩擦相关值估算轮胎刚度(步骤52)。第二,基于估算出的轮胎刚度和获取的滑动相关值计算第二摩擦相关值(步骤54)。第二摩擦相关值的反馈(步骤56)与图2的情况类似。反馈的第二轮胎刚度相关值可以被当作估算第三轮胎刚度的基础。
图6描绘了根据本发明的方法的实施方式的流程图。所描绘的实施方式基本上与图2的实施方式相似。
此外,图6的实施方式包括在第一轮胎刚度C1的估算(步骤64)中考虑刚度校正因子ΔC。
在前馈中估算刚度校正因子ΔC。特别地,刚度校准因子可以有助于考虑环境或轮胎条件,例如轮胎的压力、轮胎的温度、环境温度、轴高、悬架压力或悬架高度。
出于说明的目的,回想起轮胎刚度是尤其是例如环境温度的函数。随着环境温度降低并且接近水的冰点,轮胎刚度增大。考虑到该事实,在轮胎刚度估算的过程中,取决于温差(例如相对于参考温度的温差),可以增加刚度校正因子。类似地,作为另外的示例,轮胎刚度也是压力和垂直负载的函数,压力和垂直负载也将改变纵向的刚度。
估算出的刚度校正因子可以是乘法因子或加法因子。
图7描绘了根据一些实施方式的装置的框图。装置70包括处理单元72。处理单元72被配置为基于第一滑动相关值和第一轮胎刚度相关值计算第一摩擦相关值;基于第一滑动相关值、计算出的第一摩擦相关值、和第二摩擦相关值估算第二轮胎刚度相关值;以及反馈估算出的第二轮胎刚度相关值作为计算第三摩擦相关值的基础。
由车辆传感器74提供滑动相关值。在一些实施方式中,装置70可以包括车辆传感器74。
在一些实施方式中,该装置还可以包括连接接口(未示出),该连接接口适于与车辆外部的实体进行通信,例如进行车辆与车辆的通信或车辆与基础设施的通信。
Claims (15)
1.一种确定车辆的车轮的摩擦势能和轮胎刚度中的至少一者的方法,所述车辆包括用于提供滑动相关值(k1,k2)的至少一个车辆传感器,所述方法包括以下步骤:
-基于第一滑动相关值(k1)和第一轮胎刚度相关值(C1)计算第一摩擦相关值(μ1),
-基于所述第一滑动相关值(k1)、计算出的第一摩擦相关值(μ1)、和第二摩擦相关值(μ2)估算第二轮胎刚度相关值(C2),以及
-反馈估算出的第二轮胎刚度相关值(C2)作为计算第三摩擦相关值(μ3)的基础,
其中,所述第二摩擦相关值包括以下中的至少一者:牵引力、标准化牵引力、施加的车轮扭矩、使用的纵向加速度、使用的横向加速度、使用的纵向加速度和使用的横向加速度的结合、使用的制动压力、在防抱死制动系统制动期间使用的摩擦、当牵引力控制系统被激活时使用的摩擦、提供作为车辆连接上可用的数据的当前摩擦势能;以及
其中,所述滑动相关值包括以下中的至少一者:滑动、牵引力对滑动的曲线的斜率、所述牵引力对滑动的曲线的斜率的倒数,其中,所述滑动为所述车轮的转动速度和所述车辆的纵向速度之间的标准化差值。
2.根据权利要求1所述的方法,还包括:
-在前馈环路/开环中,估算刚度校正因子(ΔC),
其中,所述第一轮胎刚度相关值(C1)也基于所述刚度校正因子(ΔC)。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述刚度校正因子的估算基于以下中的至少一者:
-轮胎的压力,
-轮胎的温度,
-环境温度,
-轴高,
-悬架压力,
-悬架高度。
4.根据权利要求2所述的方法,其中,所述刚度校正因子的估算基于以下中的至少一者:
-通过人机界面手动输入的轮胎类型,
-从ABS制动中估算的摩擦势能,
-从TCS事件中估算的摩擦势能,
-从车辆连接中接收的估算的摩擦势能,
-车轮上的标准化牵引力,
-摩擦相关值,
-施加在车轮上的扭矩,
-纵向加速度,
-横向加速度,
-制动压力,
-偏航速率,
-车轮速度,
-车辆速度,
-转向盘转角,
-车轮转角,
-轮胎压力,
-轮胎温度,
-环境温度,
-轴高,
-悬架压力,
-悬架高度,
-控制标记寄存器。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,还包括:
-计算摩擦不确定性测量值,所述摩擦不确定性测量值指示所述第一摩擦相关值和所述第二摩擦相关值中的至少一者的不确定性。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,还包括:
-计算刚度不确定性测量值,所述刚度不确定性测量值指示所述第一轮胎刚度相关值(C1)和所述第二轮胎刚度相关值(C2)中的至少一者的不确定性。
7.一种确定车辆的车轮的摩擦势能和轮胎刚度中的至少一者的方法,所述车辆包括用于提供滑动相关值(k1,k2)的至少一个车辆传感器,所述方法包括以下步骤:
-基于第一滑动相关值(k1)和第一摩擦相关值(μ1)估算第一轮胎刚度相关值(C1),
-基于所述第一滑动相关值(k1)、估算出的第一轮胎刚度相关值(C1)、和第二轮胎刚度相关值(C2)计算第二摩擦相关值(μ2),以及
-反馈计算出的第二摩擦相关值(μ2)作为计算第三轮胎刚度相关值(C3)的基础,
其中,所述第二摩擦相关值包括以下中的至少一者:牵引力、标准化牵引力、施加的车轮扭矩、使用的纵向加速度、使用的横向加速度、使用的纵向加速度和使用的横向加速度的结合、使用的制动压力、在防抱死制动系统制动期间使用的摩擦、当牵引力控制系统被激活时使用的摩擦、提供作为车辆连接上可用的数据的当前摩擦势能;以及
其中,所述滑动相关值包括以下中的至少一者:滑动、牵引力对滑动的曲线的斜率、所述牵引力对滑动的曲线的斜率的倒数,其中,所述滑动为所述车轮的转动速度和所述车辆的纵向速度之间的标准化差值。
8.根据权利要求7所述的方法,还包括:
-在前馈环路/开环中,估算刚度校正因子(ΔC),
其中,所述第一轮胎刚度相关值(C1)也基于所述刚度校正因子(ΔC)。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,所述刚度校正因子的估算基于以下中的至少一者:
-轮胎的压力,
-轮胎的温度,
-环境温度,
-轴高,
-悬架压力,
-悬架高度。
10.根据权利要求8所述的方法,其中,所述刚度校正因子的估算基于以下中的至少一者:
-通过人机界面手动输入的轮胎类型,
-从ABS制动中估算的摩擦势能,
-从TCS事件中估算的摩擦势能,
-从车辆连接中接收的估算的摩擦势能,
-车轮上的标准化牵引力,
-摩擦相关值,
-施加在车轮上的扭矩,
-纵向加速度,
-横向加速度,
-制动压力,
-偏航速率,
-车轮速度,
-车辆速度,
-转向盘转角,
-车轮转角,
-轮胎压力,
-轮胎温度,
-环境温度,
-轴高,
-悬架压力,
-悬架高度,
-控制标记寄存器。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法,还包括:
-计算摩擦不确定性测量值,所述摩擦不确定性测量值指示所述第一摩擦相关值和所述第二摩擦相关值中的至少一者的不确定性。
12.根据权利要求7至10中任一项所述的方法,还包括:
-计算刚度不确定性测量值,所述刚度不确定性测量值指示所述第一轮胎刚度相关值(C1)和所述第二轮胎刚度相关值(C2)中的至少一者的不确定性。
13.一种存储程序代码的计算机存储介质,所述程序代码被配置为当在计算设备中执行时,执行权利要求1至12中的一项权利要求的步骤。
14.一种确定车辆的车轮的摩擦势能和轮胎刚度中的至少一者的装置,所述装置包括处理单元,所述处理单元被配置为:
-基于第一滑动相关值(k1)和第一轮胎刚度相关值(C1)计算第一摩擦相关值(μ1),
-基于所述第一滑动相关值(k1)、计算出的第一摩擦相关值(μ1)、和第二摩擦相关值(μ2)估算第二轮胎刚度相关值(C2),以及
-反馈估算出的第二轮胎刚度相关值(C2)作为计算第三摩擦相关值(μ3)的基础,
其中,所述第二摩擦相关值包括以下中的至少一者:牵引力、标准化牵引力、施加的车轮扭矩、使用的纵向加速度、使用的横向加速度、使用的纵向加速度和使用的横向加速度的结合、使用的制动压力、在防抱死制动系统制动期间使用的摩擦、当牵引力控制系统被激活时使用的摩擦、提供作为车辆连接上可用的数据的当前摩擦势能;以及
其中,所述滑动相关值包括以下中的至少一者:滑动、牵引力对滑动的曲线的斜率、所述牵引力对滑动的曲线的斜率的倒数,其中,所述滑动为所述车轮的转动速度和所述车辆的纵向速度之间的标准化差值。
15.一种确定车辆的车轮的摩擦势能和轮胎刚度中的至少一者的装置,所述装置包括处理单元,所述处理单元被配置为:
-基于第一滑动相关值(k1)和第一摩擦相关值(μ1)估算第一轮胎刚度相关值(C1),
-基于所述第一滑动相关值(k1)、估算出的第一轮胎刚度相关值(C1)、和第二轮胎刚度相关值(C2)计算第二摩擦相关值(μ2),以及
-反馈计算出的第二摩擦相关值(μ2)作为计算第三轮胎刚度相关值(C3)的基础,
其中,所述第二摩擦相关值包括以下中的至少一者:牵引力、标准化牵引力、施加的车轮扭矩、使用的纵向加速度、使用的横向加速度、使用的纵向加速度和使用的横向加速度的结合、使用的制动压力、在防抱死制动系统制动期间使用的摩擦、当牵引力控制系统被激活时使用的摩擦、提供作为车辆连接上可用的数据的当前摩擦势能;以及
其中,所述滑动相关值包括以下中的至少一者:滑动、牵引力对滑动的曲线的斜率、所述牵引力对滑动的曲线的斜率的倒数,其中,所述滑动为所述车轮的转动速度和所述车辆的纵向速度之间的标准化差值。
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