CN109131344B - 用于实时确定轮胎法向力的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种装置包括多个轮胎，可操作地连接到所述多个轮胎的悬架系统，可操作地连接到所述悬架系统并被配置为提供悬架数据(S)的至少一个悬架传感器，以及控制器，其可操作地连接到所述至少一个悬架传感器并且具有用于执行用于至少部分基于悬架数据(S)确定多个轮胎中一个或多个轮胎的各自轮胎法向力(Fzi(t)，i＝1...n)(各自轮胎法向力可操作以调节轮式装置的操作)的方法的处理器。由处理器执行指令使得控制器基于多个预定义参数来确定变换矩阵(Ts)。控制器被配置为通过以下等式获得各自轮胎法向力(Fzi(t)，i＝1...n)：
Figure DDA0001685559200000011

Description

用于实时确定轮胎法向力的系统和方法
技术领域
本发明总体上涉及车辆系统和操作。更具体地说，本发明涉及用于确定一个或多个车辆轮胎与车辆在其上行驶的表面之间的轮胎法向力的系统和方法。此外，本发明涉及确定车辆中的轮胎法向力，而不使用或借助于任何轮胎传感器。
背景技术
轮胎法向力在具有轮胎的车辆的动力学中起重要作用。例如，在操纵过程中施加于车辆的各种力通过其轮胎传递。因此，为了改善车辆控制系统的性能，需要在任何时刻，在道路状况变化(例如，天气、道路材料等) 的情况下，了解轮胎在轮胎与道路之间传递力的能力。考虑到车辆制造业对自动车辆控制系统越来越感兴趣，为了保持安全，需要理解环境偏离理想的可能性变化，这一点尤其如此。因此，需要对当前道路状况的轮胎法向力进行估计和/或肯定确定以能够更好地了解环境条件，并且能够使车辆的性能针对变化的道路或其它行驶表面条件进行更好地优化。
因此，期望提供改进的系统和方法以实时确定车辆轮胎与车辆在其上行驶的表面之间的轮胎法向力。另外，希望在进行这种确定中避免使用任何轮胎或车轮传感器。此外，结合附图和本介绍部分，从随后的具体实施方式和所附权利要求中，本发明的其它期望特征和特性将变得显而易见。
发明内容
在一个实施例中，一种装置包括多个轮胎，可操作地连接到所述多个轮胎的悬架系统，至少一个悬架传感器，所述至少一个悬架传感器可操作地连接到所述悬架系统并且被配置为提供悬架数据(S)，至少一个惯性测量单元(IMU)，其被配置为检测并提供如下定义的加速度矩阵(u)： u＝[ax ay aψ]T，以及控制器，所述控制器可操作地连接到所述至少一个悬架传感器且具有处理器和有形的非暂时性存储器，其上记录有用于执行用于至少部分基于所述悬架数据(S)确定所述多个轮胎中的一个或多个轮胎的各自轮胎法向力(Fzi(t),i＝1...n)的方法的指令，所述各自轮胎法向力可操作以调整轮式装置的操作。由处理器执行指令使得控制器基于多个预定义参数来确定变换矩阵(Ts)。悬架数据(S)包括多个轮胎中每一个轮胎的各自实时悬架力(Si(t),i＝1...n)。控制器被配置为通过将悬架数据(S)与变换矩阵(Ts)和考虑悬架顺应性影响的悬架顺应性矩阵(τs) 的和相乘，并加上表征水平动力学通过簧下惯性力的影响的水平动力学矩阵(Tu)与IMU加速度矩阵(u)(检测到的加速度的矩阵列)的乘积以使
Figure BDA0001685559180000021
来获得各自轮胎法向力(Fzi(t),i＝1...n)。多个轮胎包括两个横向间隔的轮胎，使得两个横向间隔的轮胎都在前轴和后轴中的一个上。多个预定参数包括：从装置的前轴到装置的重心的第一距离(a)，从装置的后轴到装置的重心的第二距离(b)，两个横向间隔的轮胎的各自第一与第二中心线之间的轨道宽度(2d)，装置的横摇惯性矩(Ixx)，装置的俯仰惯性矩(Iyy)，装置的簧上质量(M)，以及多个轮胎中每一个的各自质量(mi)。第一轮胎具有第一质量(m1)并且变换矩阵(Ts)包括具有至少部分基于第一质量(m1)、第一距离(a)、第二距离(b)、轨道宽度(2d)、横摇惯性矩(Ixx)、俯仰惯性矩(Iyy)和簧上质量(M)的第一、第二、第三和第四系数(T11，T12，T13，T14)的第一行。
在一些变型中，至少一个悬架传感器包括应变计。第一、第二、第三和第四系数(T11，T12，T13，T14)被定义为：
T11＝1+m1*(d2/Ixx+a2/Iyy+1/M)；
T12＝m1*[-(d2/Ixx)+a2/Iyy+1/M]；
T13＝m1*[-(a*b/Iyy)+1/M+(d2/Ixx)]；
T14＝m1*[-(a*b/Iyy)+1/M-(d2/Ixx)]。
第二轮胎具有第二质量(m2)并且变换矩阵(Ts)包括具有至少部分基于第二质量(m2)、第一距离(a)、第二距离(b)、轨道宽度(2d)、横摇惯性矩(Ixx)、俯仰惯性矩(Iyy)和簧上质量(M)的第五、第六、第七和第八系数(T21，T22，T23，T24)的第二行。第五、第六、第七和第八系数(T21，T22，T23，T24)被定义为：
T21＝m2*[-(d2/Ixx)+a/Iyy+1/M]；
T22＝1+m2*(d2/Ixx+a2/Iyy+1/M)；
T23＝m2*[-(a*b/Iyy)+1/M-(d2/Ixx)]；
T24＝m2*[-(a*b/Iyy)+1/M+(d2/Ixx)]。
多个轮胎包括具有第三质量(m3)的第三轮胎并且变换矩阵(Ts)包括具有至少部分基于第三质量(m3)、第一距离(a)、第二距离(b)、轨道宽度(2d)、横摇惯性矩(Ixx)、俯仰惯性矩(Iyy)和簧上质量(M) 的第九、第十、第十一和第十二系数(T31，T32，T33，T34)的第三行。第九、第十、第十一和第十二系数(T31，T32，T33，T34)被定义为：
T31＝m3*[-(a*b/Iyy)+1/M+d2/Ixx]；
T32＝m3*[-(a*b/Iyy)+1/M-d2/Ixx]；
T33＝1+m3*(b2/Iyy+1/M+d2/Ixx)；
T34＝m3*(b2/Iyy+1/M-d2/Ixx)。
多个轮胎包括具有第四质量(m4)的第四轮胎并且变换矩阵(T)包括具有至少部分基于第四质量(m4)、第一距离(a)、第二距离(b)、轨道宽度(2d)、横摇惯性矩(Ixx)、俯仰惯性矩(Iyy)和簧上质量(M)的第十三、第十四、第十五和第十六系数(T41，T42，T43，T44)的第四行。第十三、第十四、第十五和第十六系数(T41，T42，T43，T44)被定义为：
T41＝m4[-(a*b/Iyy)+1/M-d2/Ixx]；
T42＝m4*[-(a*b/Iyy)+1/M+d2/Ixx]；
T43＝m4*(b2/Iyy+1/M-d2/Ixx)；和
T44＝1+m4*(b2/Iyy+1/M+d2/Ixx)。
悬架顺应性矩阵(τs)根据以下等式获得：
τS＝p2Mu(Cp+K)-1
其中p是拉普拉斯变换的典型参数，
Μu＝diag[mf,mf,mr,mr]，以及
C和K分别是对角线减震器粘度和弹簧刚度矩阵。
水平动力学矩阵(Tu)根据以下等式获得：
Figure BDA0001685559180000041
其中
Figure BDA0001685559180000042
Μs＝diag[Ms,Iy,Ix]，以及
Figure BDA0001685559180000043
其中he＝h+(mu/M)zu是重心的有效高度，zu＝-2(hfmf+hrmr)/mu是簧下质量重心的垂直坐标，以及Jxz＝2mfa(h-hf)+2mrb(h-hr)是由前后簧下质量重心相对于簧上质量重心的垂直位移产生的交叉惯性矩参数。
附图说明
在下文中将结合以下附图来描述本发明，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是具有多个轮胎的车辆的示意性局部平面图；
图2是图1的车辆的示意性局部侧视图；
图3是用于确定图1的多个轮胎的轮胎法向力(Fz)的方法的流程图；以及
图4是用于确定可用于图3的方法的变换矩阵(T)的方法的流程图。
具体实施方式
以下具体实施方式在本质上仅仅是示例性的，并非旨在限制本发明或所公开的轮胎法向力确定系统和方法的应用和用途。此外，不打算受到在前面的介绍部分或以下具体实施方式中提到的任何理论的束缚。
图1是具有多个轮胎14的装置10的示意性局部平面图。装置10可以是车辆12。然而，应当理解，装置10可以是机器人、农具、体育相关的器材或任何其它类型的设备。在所示的实施例中，多个轮胎14分别包括第一、第二、第三和第四轮胎16L，16R，18L，18R。
图2是装置10的示意性局部侧视图，示出了第一和第三轮胎16L、18L。参照图2，装置10包括可操作地连接到多个轮胎14的悬架系统20。悬架系统20可包括弹簧22，减震器或阻尼器24和可操作地连接到主体26的各种其它部件(未示出)。悬架系统20包括至少一个悬架传感器28(参见图2中的传感器28A，B和C)。参照图2，控制器30可操作地连接到悬架传感器28和装置10的各种其它部件。
参照图2，控制器30具有处理器32和有形的非暂时性存储器34，其上记录有用于执行用于至少部分基于由悬架传感器28获得的悬架数据(S) 确定多个轮胎14中的一个或多个轮胎的各自实时轮胎法向力(Fzi(t), i＝1...4)的方法100(下面将参照图1-3进行描述)的指令。悬架数据(S) 包括在具有4个轮胎的装置10上的多个轮胎14中每一个轮胎的各自实时悬架力(Si(t),i＝1...4)。
轮胎法向力是在垂直方向z上作用于每个轮胎(或车轮，可互换使用) 的净力。参照图2，示出了用于第一和第三轮胎16L、18L的各自重心40、 42。多个轮胎14中每一个轮胎具有作用于其上的轮胎法向力(Fz)和悬架力(Si)。参照图2，第一轮胎16L受到由箭头44所示的轮胎法向力(F1) 和由箭头46所示的悬架力(S1)作用。参照图2，第三轮胎18L受到由箭头48所示的轮胎法向力(F3)和由箭头50所示的悬架力(S3)作用。
图3的方法100可用于需要轮胎法向力(Fz)估计的任何装置10中。使用方法100，可以确定轮胎法向力而不需要轮胎模型信息、道路信息、车轮或轮胎传感器。因此，通过使用悬架传感器28实时确定轮胎法向力而无需使用轮胎或车轮传感器，由处理器32执行指令改善了装置10的功能。
参照图2，悬架传感器28可以安装在各种位置，如传感器28A，28B 和28C所示。悬架传感器28的安装变化可以取决于装置10的设计，并且仅影响从测量信号到悬架力的转变，参见等式(1)。但是，变换矩阵(T) 的数学结构保持不变。参照图2，悬架传感器28可以包括可操作地连接到控制器30的应变计52(例如薄膜应变计)。应变计52被配置为随着安装表面处的应变元件的变化而改变其电阻。应变变化是由可通过使用控制器框30中的线性弹性定律通过应变识别的悬架力引起的。如本领域技术人员所理解的，应变计52的这种电阻变化可使用惠斯通电桥54来测量。应变可以被定义为整个悬架部分20或弹簧的任何局部部分，减震器或悬架支架的任何部件的相对位移。控制器30通过其“应变向力”转换关系说明应变定义和类型传感器安装的类型；参见以下等式(1)。应变计52可以检测由弹簧和减震器一起产生的合力(如传感器28C所示)。应该理解，装置10可以采用本领域技术人员已知的任何类型的悬架传感器28。
该装置还可以包括惯性测量单元(IMU)。IMU被配置为测量加速度，由以下矩阵表示：u＝[ax ay aψ]T。可将来自IMU的数据提供给控制器30。
控制器30可以是装置10的其它控制模块的整合部分或者可操作地连接到装置10的其它控制模块的的单独模块。装置10可以采取许多不同的形式并且包括多个和/或替代的部件和设施。虽然在图中示出了示例性装置 10，但图中示出的部件并非旨在限制。事实上，可以使用额外的或替代的部件和/或实施。
现在参照图3，显示了存储在图1的控制器30上并且可由其执行的方法100的流程图。方法100不需要以文中所列举的特定顺序应用。此外，应该理解的是，可以添加或消除一些框。参照图3，方法100可以从框102 开始，其中控制器30被编程为经由至少一个悬架传感器28获得悬架数据 (S)。悬架数据(S)可以包括多个轮胎14中每一个轮胎的各自实时悬架力(Si(t),i＝1...4)。悬架传感器28和悬架数据(S)可以利用以下所示为[α,β,γ,δ]的一组校准因子在测试实验室中校准。在下面的等式(1)中， Si表示悬架力并且εi表示来自悬架传感器28的读数。基于悬架传感器28 的类型，等式(1)的相关性可以是线性或非线性的。
Figure BDA0001685559180000071
在图3的框104中，控制器30被编程或配置为基于装置10的多个预定义参数确定变换矩阵(T)。参照图1，预定义参数包括：从装置10的前轴62到装置10的重心64的第一距离60(a)；从装置10的后轴68到装置10的重心64的第二距离66(b)和轨道宽度70(2d)。参照图1，装置 10的轨道宽度70(2d)或并排横向宽度可以被定义为多个轮胎14的两个横向间隔的轮胎16L，16R(或18L，18R)的第一与第二中心线74L，74R (或76L，76R)之间的距离，以使两个横向间隔的轮胎在前轴62(第一和第二轮胎16L，16R)或后轴68(第三和第四轮胎18L，18R)上。
预定义参数进一步包括：横摇惯性矩(Ixx)；俯仰惯性矩(Iyy)；装置 10的簧上质量72(M)(参见图2)；以及多个轮胎14中每一个轮胎的各自质量(mi)。刚体的惯性矩(另外称为角质量或转动惯量)确定围绕旋转轴的期望角加速度所需的扭矩，例如用于俯仰运动的y轴78(θ)(图2 中所示的装置10的前后运动)或者用于横摇运动的x轴80(φ)(图2中所示的装置10的左右运动)。惯性矩取决于主体质量分布和所选择的轴线，较大的矩需要更大的扭矩来改变主体旋转。
预定义参数可以实时变化或者对于每个装置10可以是恒定的。例如，第一距离60(a)，第二距离66(b)和轨道宽度70(2d)可以是装置10 的预定义常数。横摇惯性矩(Ixx)和俯仰惯性矩(Iyy)可以利用给定装置 10的各自初始值来预定义并且在之后实时校准。簧上质量72(M)和轮胎的各自质量(mi)可以通过标称的初始值预定义，然后可以在之后实时校准。一个或多个质量传感器86可以用于校准或缩放簧上质量72(M)和多个轮胎14中每一个轮胎的各自质量(mi)的初始值。
参照图2，在具有悬架系统20的装置10中，簧上质量72(M)是支撑在悬架系统20上的装置10的总质量的一部分。簧上质量72(M)通常包括主体26以及装置10的内部部件(未示出)，例如乘客、货物等。簧上质量72(M)不包括悬挂在悬架系统20下的部件的质量。相反，簧下质量是悬架系统20、轮轴/轴承/轮毂、轮胎和直接连接到悬架系统20而不是由悬架系统20支撑的其它部件的质量。装置10可包括横摇传感器82 和俯仰传感器84。
如上所述，在图3的框104中，控制器30被编程或配置为基于多个预定义参数确定变换矩阵(Ts)。在具有n个轮胎的装置10中，变换矩阵 (Ts)可以包括n行和n列。在所示的实施例中，装置10包括四个轮胎 16L，16R，18L，18R；因此变换矩阵(Ts)是如下式(2)所示的四乘四矩阵：
Figure BDA0001685559180000081
变换矩阵(Ts)包括具有至少部分基于第一轮胎(例如图1中的16L) 的第一质量(m1)、第一距离60(a)、第二距离66(b)、轨道宽度70(2d)、横摇惯性矩(Ixx)、俯仰惯性矩(Iyy)和簧上质量(M)的第一、第二、第三和第四系数(T11，T12，T13，T14)的第一行。应该理解的是，轮胎的顺序可以改变，因此多个轮胎14中的任一个可以被称为“第一轮胎”。参照下面的等式组(3)，第一、第二、第三和第四系数(T11，T12，T13，T14) 可以被定义为：
T11＝1+m1*(d2/Ixx+a2/Iyy+1/M)；
T12＝m1*[-(d2/Ixx)+a2/Iyy+1/M]；
T13＝m1*[-(a*b/Iyy)+1/M+(d2/Ixx)]；
T14＝m1*[-(a*b/Iyy)+1/M-(d2/Ixx)]。 (3)
变换矩阵(Ts)包括具有至少部分基于第二轮胎(例如图1中16R) 的第二质量(m2)、第一距离60(a)、第二距离66(b)、轨道宽度70(2d)、横摇惯性矩(Ixx)、俯仰惯性矩(Iyy)和簧上质量(M)的第五、第六、第七和第八系数(T21，T22，T23，T24)的第二行。参照以下等式组(4)，第五、第六、第七和第八系数(T21，T22，T23，T24)可被定义为：
T21＝m2*[-(d2/Ixx)+a/Iyy+1/M]；
T22＝1+m2*(d2/Ixx+a2/Iyy+1/M)；
T23＝m2*[-(a*b/Iyy)+1/M-(d2/Ixx)]；
T24＝m2*[-(a*b/Iyy)+1/M+(d2/Ixx)]。 (4)
变换矩阵(Ts)包括具有至少部分基于第三轮胎(例如图1中18L) 的第三质量(m3)、第一距离60(a)、第二距离66(b)、轨道宽度70(2d)、横摇惯性矩(Ixx)、俯仰惯性矩(Iyy)和簧上质量(M)的第九、第十、第十一和第十二系数(T31，T32，T33，T34)的第三行。参照以下等式组(5)，第九、第十、第十一和第十二系数(T31，T32，T33，T34)可被定义为：
T31＝m3*[-(a*b/Iyy)+1/M+d2/Ixx]；
T32＝m3*[-(a*b/Iyy)+1/M-d2/Ixx]；
T33＝1+m3*(b2/Iyy+1/M+d2/Ixx)；
T34＝m3*(b2/Iyy+1/M-d2/Ixx)。 (5)
变换矩阵(Ts)包括具有至少部分基于第四轮胎(例如图1中18R) 的第四质量(m4)、第一距离60(a)、第二距离66(b)、轨道宽度70(2d)、横摇惯性矩(Ixx)、俯仰惯性矩(Iyy)和簧上质量(M)的第十三、第十四、第十五和第十六系数(T41，T42，T43，T44)的第四行。参照以下等式组(6)，第十三、第十四、第十五和第十六系数(T41，T42，T43，T44)可被定义为：
T41＝m4[-(a*b/Iyy)+1/M-d2/Ixx]；
T42＝m4*[-(a*b/Iyy)+1/M+d2/Ixx]；
T43＝m4*(b2/Iyy+1/M-d2/Ixx)；以及
T44＝1+m4*(b2/Iyy+1/M+d2/Ixx)。 (6)
在图3的框106中，控制器30被编程或配置为通过将悬架数据(S) 与变换矩阵(Ts)和矩阵(τs)(其考虑悬架顺应性影响)的和相乘，并加上矩阵(Tu)(其表征水平动力学通过簧下惯性力的影响)与(u)(检测到的加速度的矩阵列(u＝[ax ay aψ]T))的乘积，如以下等式(7)中所示，以得到多个轮胎14中每一个轮胎的轮胎法向力(Fz)。
Figure BDA0001685559180000101
如下面将讨论的，各自矩阵上的代字号代表拉普拉斯变换。由处理器执行指令通过允许确定轮胎法向力而不需要安装轮胎传感器或道路信息从而改进装置10的功能。轮胎法向力可以在装置10的动力学中起重要作用，并且可以用作各种控制算法的输入，从而进一步改进装置10的功能。
参照图1和4，控制器30的处理器32和有形的非暂时性存储器34可以包括用于执行用于获得变换矩阵(T)的示例方法200的记录指令。方法200是一个实例，并且可以采用用于获得变换矩阵(T)的其它方法。方法200包括图4中所示的框202，204和206。
在框202中，控制器30被编程或配置成获得描述装置10的车辆垂直，俯仰和横摇运动的第一组等式(8)和描述悬架力(Si＝Si(t),i＝1,...,4)的第二组等式(9)，文中分别称为簧上和簧下质量动力学等式。这里，ksf， csf和ksr以及csr分别是装置10的悬架系统20的前后刚度和粘度系数；Zc描述了簧上质量(M)的垂直运动；以及(zi,i＝1,...,4)是车轮/轮胎中心 14的垂直位移，过点表示时间导数，其它参数与前述相同。
Figure BDA0001685559180000111
Figure BDA0001685559180000112
在框204中，控制器30被编程或配置成获得第一和第二组等式的拉普拉斯变换(从“z”空间转换到“p”空间)，分别如以下等式(10)和(11) 所示。这里，每个代字号变量表示作为p函数的各自拉普拉斯图像。
Figure BDA0001685559180000113
Figure BDA0001685559180000114
在图4的框206中，变换矩阵(T)可以通过使用上面的等式(7)，(10) 和(11)以及下面的等式(12)来获得。变换矩阵(T)可以使用装置10 的悬架力(Si＝Si(t),i＝1,...,4)和轮胎法向力(Fzi(t),i＝1...4)的已知值来校准。
Figure BDA0001685559180000121
(Ts)的确定已在上面得到解决。关于悬架顺应性矩阵(τs)，该矩阵根据等式(13)获得：
τS＝p2Mu(Cp+K)-1 (13)
其中p是拉普拉斯变换的典型参数，
Μu＝diag[mf,mf,mr,mr]，以及
C和K分别是对角线减震器粘度和弹簧刚度矩阵。
关于水平动力学矩阵(Tu)，该矩阵根据等式(14)获得：
Figure BDA0001685559180000122
其中
Figure BDA0001685559180000123
Μs＝diag[Ms,Iy,Ix]，以及
Figure BDA0001685559180000124
其中he＝h+(mu/M)zu是重心的有效高度，zu＝-2(hfmf+hrmr)/mu是簧下质量重心的垂直坐标，以及Jxz＝2mfa(h-hf)+2mrb(h-hr)是由前后簧下质量重心相对于簧上质量重心的垂直位移产生的“交叉”惯性矩参数。
如上所述，图1的控制器30包括使用用于存储和执行计算机可执行指令的操作系统或处理器32和存储器34的计算装置。计算机可执行指令可以由使用各种编程语言和/或技术创建的计算机程序编译或解释，所述编程语言和/或技术包括但不限于，单独或组合的JavaTM、C、C++、Visual Basic、Java Script、Perl等。通常，处理器52(例如，微处理器)例如从存储器、计算机可读介质等接收指令，并且执行这些指令，从而执行一个或多个处理，包括文中所述处理中的一个或多个。这样的指令和其它数据可以使用各种计算机可读介质来存储和传输。
计算机可读介质(也称为处理器可读介质)包括参与提供可由计算机 (例如，由计算机的处理器)读取的数据(例如，指令)的任何非暂时性 (例如，有形)介质。该介质可以采取许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质可以包括例如光盘或磁盘以及其它持久性存储器。易失性介质可以包括例如动态随机访问存储器(DRAM)，其可以构成主存储器。所述指令可以通过一个或多个传输介质传输，所述传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括包含耦合到计算机的处理器的系统总线的导线。某些形式的计算机可读介质包括例如软盘、柔性磁盘、硬盘、磁带、任何其它磁介质、CD-ROM、DVD、任何其它光介质、穿孔卡、纸带、任何具有孔图案的其它物理介质、RAM、PROM、EPROM、 FLASH-EEPROM、任何其它存储器芯片或盒或计算机可读取的任何其它介质。
文中描述的查找表、数据库、数据储存库或其它数据存储可以包括用于存储、访问和检索各种数据的各种机制，包括层次数据库、文件系统中的一组文件、专用格式的应用数据库、关系数据库管理系统(RDBMS) 等。每个这样的数据存储可以包括在采用计算机操作系统(例如上面提到的那些中的一个)的计算装置中，并且可以经由网络以各种方式中的任一种或多种访问。文件系统可以从计算机操作系统访问，并且可以包括以各种格式存储的文件。除了用于创建、存储、编辑和执行存储过程的语言(例如上面提到的PL/SQL语言)之外，RDBMS还可以采用结构化查询语言 (SQL)。
虽然在前面的具体实施方式中已经给出了至少一个示例性轮胎法向力确定实施例，但应该理解的是，存在大量的变型。还应该理解的是，示例性轮胎法向力确定实施例或示例性轮胎法向力确定实施例仅是实例，并不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。而是，前面的具体实施方式将为本领域技术人员提供用于实施本发明的示例性轮胎法向力确定实施例的便利的路线图。可以理解的是，可以对示例性轮胎法向力确定实施例中描述的元件的功能和布置做出各种改变，而不脱离如所附权利要求中阐述的本发明的范围。

Claims (10)

1.一种轮式装置，包括：
多个轮胎；
可操作地连接到所述多个轮胎的悬架系统；
至少一个悬架传感器，其可操作地连接到所述悬架系统并且被配置为提供悬架数据(S)；
至少一个惯性测量单元(IMU)，其被配置为检测并提供被定义为以下的加速度矩阵
(u)：u＝[ax ay aψ]T，以及
控制器，其可操作地连接到所述至少一个悬架传感器并且具有处理器和有形的非暂时性存储器，在其上记录有用于执行用于至少部分基于所述悬架数据(S)确定所述多个轮胎中一个或多个轮胎的各自轮胎法向力(Fzi(t),i＝1...n)的方法的指令，所述各自轮胎法向力可操作以调节所述轮式装置的操作；
其中由所述处理器执行所述指令使得所述控制器基于多个预定义参数来确定变换矩阵(Ts)；
其中所述悬架数据(S)包括所述多个轮胎中每一个轮胎的各自实时悬架力(Si(t),i＝1...n)；
其中所述控制器被配置为通过将所述悬架数据(S)与变换矩阵(Ts)和考虑悬架顺应性影响的悬架顺应性矩阵(τs)的和相乘，并加上表征水平动力学通过簧下惯性力的影响的水平动力学矩阵(Tu)与IMU检测到的加速度矩阵(u)的乘积以使
Figure FDA0003114956140000011
来获得所述各自轮胎法向力(Fzi(t),i＝1...n)；
其中所述多个轮胎包括两个横向间隔的轮胎，使得所述两个横向间隔的轮胎在前轴和后轴中的一个上；
其中所述多个预定义参数包括：
从所述轮式装置的所述前轴到所述轮式装置的重心的第一距离(a)；
从所述轮式装置的所述后轴到所述轮式装置的所述重心的第二距离(b)；
在所述两个横向间隔的轮胎的各自第一与第二中心线之间的轨道宽度(2d)；
所述轮式装置的横摇惯性矩(Ixx)；
所述轮式装置的俯仰惯性矩(Iyy)；
所述轮式装置的簧上质量(M)；以及
所述多个轮胎中每一个的各自质量(mi)；
其中第一轮胎具有第一质量(m1)并且所述变换矩阵(Ts)包括具有至少部分基于第一质量(m1)、第一距离(a)、第二距离(b)、轨道宽度(2d)、横摇惯性矩(Ixx)，俯仰惯性矩(Iyy)和簧上质量(M)的第一、第二、第三和第四系数(T11，T12，T13，T14)的第一行。
2.如权利要求1所述的轮式装置，其中：
第二轮胎具有第二质量(m2)；以及
所述变换矩阵(Ts)包括具有至少部分基于第二质量(m2)、第一距离(a)、第二距离(b)、轨道宽度(2d)、横摇惯性矩(Ixx)、俯仰惯性矩(Iyy)和簧上质量(M)的第五、第六、第七和第八系数(T21，T22，T23，T24)的第二行。
3.如权利要求1所述的轮式装置，其中：
所述多个轮胎包括具有第三质量(m3)的第三轮胎；以及
所述变换矩阵(Ts)包括具有至少部分基于第三质量(m3)、第一距离(a)、第二距离(b)、轨道宽度(2d)、横摇惯性矩(Ixx)、俯仰惯性矩(Iyy)和簧上质量(M)的第九、第十、第十一和第十二系数(T31，T32，T33，T34)的第三行。
4.如权利要求1所述的轮式装置，其中：
所述多个轮胎包括具有第四质量(m4)的第四轮胎；以及
所述变换矩阵(Ts)包括具有至少部分基于第四质量(m4)、第一距离(a)、第二距离(b)、轨道宽度(2d)、横摇惯性矩(Ixx)、俯仰惯性矩(Iyy)和簧上质量(M)的第十三、第十四、第十五和第十六系数(T41，T42，T43，T44)的第四行。
5.如权利要求1所述的轮式装置，其中所述悬架顺应性矩阵(τs)根据以下等式获得：
τS＝p2Mu(Cp+K)-1
其中p是拉普拉斯变换的典型参数，
Μu＝diag[mf,mf,mr,mr]，以及
C和K分别是对角线减震器粘度和弹簧刚度矩阵。
6.如权利要求1所述的轮式装置，其中所述水平动力学矩阵(Tu)根据以下等式获得：
Figure FDA0003114956140000021
其中
Figure FDA0003114956140000022
Μs＝diag[Ms,Iy,Ix]，以及
Figure FDA0003114956140000023
其中he＝h+(mu/M)zu是重心的有效高度，zu＝-2(hfmf+hrmr)/mu是簧下质量重心的垂直坐标，以及Jxz＝2mfa(h-hf)+2mrb(h-hr)是由前后簧下质量重心相对于簧上质量重心的垂直位移产生的交叉惯性矩参数。
7.一种用于确定具有多个轮胎、控制器和具有至少一个悬架传感器和至少一个惯性测量单元(IMU)的悬架系统的轮式装置中的轮胎法向力(Fzi(t),i＝1...n)的方法，所述方法包括：
经由所述至少一个悬架传感器获得悬架数据(S)；
经由所述至少一个IMU获得加速度矩阵(u)；
经由所述控制器基于多个预定义参数获得变换矩阵(Ts)；
使用所述控制器，通过将所述悬架数据(S)与变换矩阵(Ts)和考虑悬架顺应性影响的悬架顺应性矩阵(τs)的和相乘，并加上表征水平动力学通过簧下惯性力的影响的水平动力学矩阵(Tu)与IMU检测到的加速度矩阵(u)的乘积以使
Figure FDA0003114956140000031
来获得所述各自轮胎法向力(Fzi(t),i＝1...n)；
其中所述多个轮胎包括两个横向间隔的轮胎，使得所述两个横向间隔的轮胎在前轴和后轴中的一个上；
其中所述多个预定义参数包括：
从所述轮式装置的所述前轴到所述轮式装置的重心的第一距离(a)；
从所述轮式装置的后轴到所述轮式装置的所述重心的第二距离(b)；
在所述两个横向间隔的轮胎的各自第一与第二中心线之间的轨道宽度(2d)；
所述轮式装置的横摇惯性矩(Ixx)；
所述轮式装置的俯仰惯性矩(Iyy)；
所述轮式装置的簧上质量(M)；以及
所述多个轮胎中每一个的各自质量(mi)；
其中第一轮胎具有第一质量(m1)；以及
其中所述变换矩阵(Ts)包括具有至少部分基于第一质量(m1)、第一距离(a)、第二距离(b)、轨道宽度(2d)、横摇惯性矩(Ixx)、俯仰惯性矩(Iyy)和簧上质量(M)的第一、第二、第三和第四系数(T11，T12，T13，T14)的第一行。
8.如权利要求7所述的方法，其中：
第二轮胎具有第二质量(m2)；以及
所述变换矩阵(Ts)包括具有至少部分基于第二质量(m2)、第一距离(a)、第二距离(b)、轨道宽度(2d)、横摇惯性矩(Ixx)、俯仰惯性矩(Iyy)和簧上质量(M)的第五、第六、第七和第八系数(T21，T22，T23，T24)的第二行。
9.如权利要求7所述的方法，其中：
所述多个轮胎包括具有第三质量(m3)的第三轮胎；以及
所述变换矩阵(Ts)包括具有至少部分基于第三质量(m3)、第一距离(a)、第二距离(b)、轨道宽度(2d)、横摇惯性矩(Ixx)、俯仰惯性矩(Iyy)和簧上质量(M)的第九、第十、第十一和第十二系数(T31，T32，T33，T34)的第三行。
10.如权利要求7所述的方法，其中：
所述多个轮胎包括具有第四质量(m4)的第四轮胎；以及
所述变换矩阵(Ts)包括具有至少部分基于第四质量(m4)、第一距离(a)、第二距离(b)、轨道宽度(2d)、横摇惯性矩(Ixx)、俯仰惯性矩(Iyy)和簧上质量(M)的第十三、第十四、第十五和第十六系数(T41，T42，T43，T44)的第四行。
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