CN109415041A - 用于车辆的车轮控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆(100)的车轮控制器(108)，其包括：车轮滑移计算模块(212)，该车轮滑移计算模块被布置成计算车轮(102)的表面与其路面之间的车轮滑移的纵向车轮滑移值；车轮力估计模块(214)，该车轮力估计模块被布置成估计车轮(102)的表面与路面之间的车轮力的纵向车轮力值；轮胎模型生成器(216)，该轮胎模型生成器被布置成接收来自车轮滑移计算模块(212)的纵向车轮滑移值和来自车轮力估计模块(214)的纵向车轮力值，所述轮胎模型生成器(216)被构造成通过使用至少三个纵向车轮力值和三个对应的纵向车轮滑移值来生成表示计算出的纵向车轮滑移与估计出的纵向车轮力之间的关系的模型(300、400)；以及车辆车轮能力模块(218)，该车辆车轮能力模块被布置成与轮胎模型生成器(216)通信，所述车轮能力模块(218)被构造成通过针对计算出的车轮滑移值从所述轮胎模型生成器的模型(300、400)获取纵向车轮力值来确定车轮(102)的表面与其路面之间的绝对最大车轮摩擦力水平。

Description

用于车辆的车轮控制器
技术领域
本发明涉及用于车辆的车轮控制器。本发明还涉及通过车轮控制器控制车辆车轮的方法。本发明适用于车辆，特别是通常称为卡车的低载、中载和重载车辆。虽然将主要关于卡车描述本发明，但是本发明也可适用于其它类型的车辆，例如公共汽车、工程机械、轿车等。
背景技术
在车辆领域中，特别是通常称为卡车的低载、中载和重载车辆，已知使用电子制动系统或电子推进系统。在后一种情况下，电子推进系统可以是单独的推进系统，该单独的推进系统布置成连接到车辆的相应的推进车轮。这些系统通常由车辆的集中控制系统控制，使得从集中控制系统向相应的制动/推进系统提供与例如期望制动扭矩和/或期望推进力有关的控制信号。该集中控制系统布置成接收并评估在设定车轮的期望制动扭矩和/或期望电推进力时使用的参数值。
然而，当涉及确定相应的车轮制动器和/或电力推进系统的扭矩水平和/或推进力水平时，现有技术具有改进的空间。因此期望能够更精确地确定车轮制动器和/或电力推进系统的能力，即车轮制动器能够吸收多少扭矩和/或电力推进系统能够提供多少推进力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种至少部分地克服现有技术的缺陷的车轮控制器。通过根据权利要求1所述的车轮控制器实现这一目的。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于车辆的车轮控制器，其包括：车轮滑移计算模块，该车轮滑移计算模块被布置成计算车轮的表面与其路面之间的车轮滑移的纵向车轮滑移值；车轮力估计模块，该车轮力估计模块被布置成估计车轮的表面与路面之间的车轮力的纵向车轮力值；轮胎模型生成器，该轮胎模型生成器被布置成接收来自车轮滑移计算模块的纵向车轮滑移值和来自车轮力估计模块的纵向车轮力值；轮胎模型生成器，该轮胎模型生成器被构造成通过使用至少三个纵向车轮力值和三个对应的纵向车轮滑移值来生成表示计算出的纵向车轮滑移与估计出的纵向车轮力之间的关系的模型；以及车辆车轮能力模块，该车辆车轮能力模块被布置成与轮胎模型生成器通信，车辆车轮能力模块被构造成：通过针对计算出的车轮滑移值从轮胎模型生成器的模型获取纵向车轮力值来确定车轮的表面与其路面之间的绝对最大车轮摩擦力水平。
措辞“纵向车轮滑移”应被理解为意思是车辆的车轮与其地面之间的相对纵向运动，即“打滑”的量。纵向车轮滑移能够被确定为车轮的表面速度与轮轴和路面之间的速度之间的关系。车轮滑移计算模块可以从例如车轮速度传感器接收车轮速度值，从而能够计算车辆的车轮的纵向车轮滑移。
此外，“纵向车轮力”应被理解为表示车轮的表面与其路面之间的摩擦力(在纵向方向上)。这种摩擦力可以是估计出的摩擦力，其例如是基于估计模型(例如，接收与例如制动扭矩、制动压力、车轮速度等有关的输入的状态观察器)而估计的。
通过所接收到与车轮滑移相关的值以及车轮的表面与其路面之间的估计出的摩擦力，能够确定这些车轮特定变量之间的关系。虽然上述说明表明使用了至少三个车轮滑移值和三个对应的车轮摩擦力值，但是可能期望使用另外的测量/估计值来进一步提高表示所述关系的模型的精确性。
本发明的优点在于能够确定车轮的能力。因此，当车轮控制器用于车轮制动器时，如下面将进一步描述的，本发明能够确定车轮制动器的当前能力，即车轮制动器能够承受多少制动扭矩。当涉及电力推进系统时，本发明能够确定电力推进系统的能力，即电力推进系统/发动机能够提供多少推进扭矩。因此，对于车轮制动器和电力推进系统两者，通过针对当前检测/计算出的车轮滑移值确定车轮表面和路面之间的最大车轮摩擦力来确定车轮能力。
此外，由于车轮控制器被布置成确定车辆的相应车轮的绝对最大车轮摩擦力水平，所以能够提高整体车辆稳定性，因为各种车轮的动力学特征可能不同。在确定相应车轮的能力时可以考虑这一点。此外，通过表示计算出的纵向车轮滑移与估计出的纵向车轮力之间的关系的模型，能够获得其它轮胎参数，例如车轮的滑移刚度。因此，能够提供车辆的最新模型，用于预测车辆性能以及优化不同车轮和对应的致动器之间的需求分配。
根据示例实施例，该车轮控制器还可包括控制单元，该控制单元被布置成从轮胎模型生成器和/或车辆车轮能力模块接收信号，其中该控制单元被布置成与车辆的车辆运动管理控制器通信，以向其传送信号。
由此，车轮控制器能够与车辆的其它车辆控制器通信。因此，车轮控制器例如能够向车辆的集中运动管理系统提供信息，该信息可涉及车轮能力等。车轮控制器可以向集中运动管理系统提供轮胎参数(例如滑移刚度)，该集中运动管理系统可以将这些参数与整车的计算机模型结合使用。由此，提供了车辆将如何响应于例如制动、推进和转向请求的、改善的预测。当分配不同致动器的需求时，这又可以由集中运动管理系统使用。能够提供给集中运动管理系统的另一参数是与车轮制动器或车轮推进装置(如下面将进一步描述的)被估计为过热之前的时长(time period)有关的参数。有此，集中运动管理系统能够预测车辆的性能将如何随时间降低，当在致动器上分配需求时也可以使用该信息。
根据示例实施例，表示计算出的纵向车轮滑移与估计出的纵向车轮力之间的关系的模型可包括在车轮表面与路面之间零滑移时测量的纵向车轮滑移刚度、绝对最大车轮摩擦力水平以及对应于最大车轮滑移水平的车轮摩擦力水平。
该模型是有利的，因为它表示了车轮和路面之间存在的摩擦条件、以及车轮本身的机械特性。因此，如果摩擦条件改变，则最大车轮摩擦力水平和最大滑移时的车轮摩擦力水平改变，而在零滑移时测量的纵向车轮滑动刚度取决于车轮的机械特性。因此，优点在于提供了一种模型，其适合于当前的摩擦条件以及车轮模型/特性，即，提供了一种用于确定车轮能力的最新模型。
根据示例实施例，车轮控制器可以是分散式车轮控制器，该分散式车轮控制器被布置成连接到车辆的一个车轮。
使用分散式车轮控制器是有利的，因为该分散式车轮控制器与车辆的相应车轮直接通信。因此，车轮控制器直接控制车辆的相应车轮。提供与相应车轮直接通信的车轮控制器有许多优点。总体优点在于所有的计算任务和估计都由分散式车轮控制器执行，这使得能够更快地进行计算和估计。与中央全局系统的计算采样时间相比，分散计算可以减少至少10％的计算采样时间。因此，能够相对有利地并且以低延迟时间执行与分散式车轮控制器相关联地布置的特定车轮的纵向车轮滑移的计算和纵向车轮力的估计，因为，例如传感器信号将可直接用于分散式车轮控制器。这关于车轮制动器尤其有利，因为它能够通过例如减少停车距离来改善制动器的制动性能。
此外，通过使用分散式车轮控制器，将改善相应的计算出/估计出的参数的精确性。例如，通过分散式车轮控制器测量纵向车轮速度是有益的，因为它在计算相应车轮的纵向车轮滑移时将提供改善的精确性。例如在行驶期间左/右转向时可能存在这种情况，因为车轮然后具有彼此不同的纵向车轮速度。而且，由于分散式车轮控制器与车辆的相应车轮直接连通，因此提供了对例如相应的车轮制动器和/或车轮推进系统的直接控制。
此外，当分散式车轮控制器是下文所述的分散式车轮制动器控制器时，分散式车轮制动器控制器能够报告特定车轮制动器的当前可用的车轮制动能力。因此，能够提供对所有车轮制动器的改善的协调控制。这是有利的，因为它能够提供改善的低速机动性、车辆的改善的稳定性控制和侧倾稳定性控制、改善的牵引力控制、主动差速控制等。
又进一步，制动系统的模块化得到改善，因为通过简单地将另一个分散式车轮控制器添加到所关注的车轮等，能够将制动系统的模块化容易地扩展到更多(或更少)车轴。分散式控制器也独立于它所连接到的车轮的具体部件(specifics)，因此也能够连接到例如台车或拖车车轮等。
根据示例实施例，车轮控制器可以是车轮制动器控制器，并且车辆车轮能力模块可以是车轮制动能力模块，该车轮制动能力模块被布置成确定车轮制动器的能力。
由此，并且如上所述，车轮制动器控制器能够确定车轮制动器能够维持多少制动扭矩。此外，在确定车轮制动器的能力时，在相应的车轮制动器处局部地提供车轮制动器控制器使得能够进行相对快速的计算/估计，因为局部/分散式车轮制动器控制器布置在它有意控制的车轮制动器附近。
根据示例实施例，车轮控制器可以是车轮推进控制器，并且车轮能力模块可以是车轮推进能力模块，该车轮推进能力模块被布置成确定车轮推进装置的能力。
因此，例如一种车轮推进装置(例如连接到车辆的相应车轮的电动机)能够由局部/分散式车轮推进控制器控制。因此，局部/分散式车轮推进控制器能够确定例如电动推进系统/发动机能够为电动推进系统/发动机所连接到的车轮提供多少扭矩。
根据示例实施例，车轮控制器还可包括车轮速度传感器，该车轮速度传感器被布置成测量车轮的速度。
由此，测量车轮速度并将其转化到特定车轮，即，确定与特定车轮处的速度相对应的车轮速度。然后，在计算特定车轮处的真实车轮滑移时，能够使用特定车轮处的车轮速度。这在拐弯行驶时尤其有利。
因此，车轮速度传感器被布置成测量/检测与车轮控制器相连接的车轮的纵向车轮速度。
根据示例实施例，车轮控制器还可包括制动器温度传感器，该制动器温度传感器被布置成测量车轮制动器的温度。
测量车轮制动器的温度是有利的，因为它在确定车轮制动器的能力时提供另一个参数。通过测量车轮制动器的温度，车轮控制器能够估计由于热制动器等引起的制动衰减量。车轮控制器然后能够确定特定制动器的制动增益，这种制动增益是所施加的制动压力产生的制动扭矩的比率。下面给出向车轮控制器提供制动器温度传感器的其它优点。
根据示例实施例，车轮控制器还可包括制动器磨损传感器，该制动器磨损传感器被布置成测量车轮制动器的当前磨损值。
由此，能够从制动器磨损传感器接收用于确定车轮制动能力的另一参数。
根据示例实施例，车轮控制器还可包括制动压力传感器，该制动压力传感器被布置成测量车轮制动器的当前制动压力。
提供制动压力传感器的优点在于能够确定/测量与施加到车轮制动器的压力量有关的数据。
根据示例实施例，车辆车轮能力模块还可布置成确定车轮制动器过热之前的时长。
由此，车轮控制器具有用于确定车轮制动器何时将过热的智能。因此，从制动器温度传感器接收温度值方面的输入，以确定当前车轮制动器温度。然后，车轮控制器确定车轮制动器在过热之前能够维持这种温度水平多长时间。在确定车轮制动器的能力时，通过确定车轮制动器过热之间的时长，提供了另一参数。
根据示例实施例，车辆车轮能力模块可进一步布置成确定车轮推进装置过热之前的时长。
由此，来自被布置成连接到车轮推进装置的温度传感器的温度值可测量/检测车轮推进装置的温度水平，能够在确定车轮推进装置的能力时使用该温度水平。
根据示例实施例，车辆车轮能力模块还可布置成从制动器磨损传感器接收车轮制动器的当前磨损值，并且在确定车轮制动器的能力时使用当前磨损值。
如上所述，能够从制动器磨损传感器接收用于确定车轮制动能力的另一参数。
根据示例实施例，车轮控制器还可包括车轮制动扭矩控制模块，该车轮制动扭矩控制模块被布置成接收指示制动扭矩需求的信号，并基于所接收到的信号确定制动压力需求。
由此，车轮控制器能够从例如集中式车辆控制系统接收输入，该输入涉及来自车辆操作者的期望制动扭矩。因此，车轮控制器可以确定操作者实现该期望制动扭矩所需的制动压力量。操作者应被理解为包括车辆的物理真实驾驶员以及计算机控制器，因为本发明也适用于自动驾驶车辆，或用于稳定性控制器等。
根据示例实施例，车轮制动扭矩控制模块还可构造成接收指示车轮制动器的制动器温度水平的信号，其中制动器温度水平在确定制动压力需求时用作输入。
优点在于车轮制动扭矩控制模块能够接收车轮制动器的温度水平并确定车轮制动器如何受该温度水平的影响。因而可以基于制动器温度调节制动压力需求，使得能够满足来自操作者的期望制动扭矩。
根据示例实施例，指示车轮制动器的制动器温度水平的信号可以是估计出的制动器温度或从制动器温度传感器接收到的制动器温度值。
对制动器温度的估计可以例如通过使用一个或多个先前制动事件的幅度和持续时间而做出。此外，在估计制动器温度时也可以使用制动器的热特性模型。
根据示例实施例，车轮控制器还可包括车轮滑移控制模块，该车轮滑移控制模块被布置成接收车轮的最大可允许车轮滑移值并控制车轮的车轮滑移不超过最大可允许车轮滑移值。
优点在于车轮将被控制为不会滑移超过可允许值，这将改善车轮性能。对于车辆的不同车轮，最大可允许车轮滑移可以不同，并且车轮滑移值可根据例如道路状况、正在执行的机动类型、该车轮是否连接到转向轮轴或非转向轮轴等而改变。
根据本发明的第二方面，提供了一种通过车轮控制器控制车辆的车轮的方法，该方法包括以下步骤：计算车轮的表面与其路面之间的车轮滑移的车轮滑移值；估计车轮的表面与路面之间的车轮力的纵向车轮力值；通过使用至少三个纵向车轮力值和三个对应的纵向车轮滑移值来生成表示计算出的纵向车轮滑移与估计出的纵向车轮力之间的关系的模型；以及针对计算出的车轮滑移值，通过获取纵向车轮力值来确定车轮的表面与其路面之间的车轮摩擦力水平。
本发明的第二方面的效果和特征很大程度上类似于上文关于本发明的第一方面所述的那些效果和特征。
根据本发明的第三方面，提供了一种包括代码组件的计算机程序，该代码组件用于在所述程序在计算机上运行时执行上述与第二方面有关的步骤。
根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质携载有上文关于本发明的第三方面所述的计算机程序。
根据本发明的第五方面，提供了一种车辆，该车辆包括根据上文关于本发明的第一方面描述的任一实施例的车轮控制器。
本发明的第三、第四和第五方面的效果和特征在很大程度上类似于上文关于本发明的第一方面所述的那些效果和特征。
当研究所附权利要求书和以下说明时，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员应明白，在不脱离本发明的范围的情况下，可以组合本发明的不同特征，以产生除了下文描述的实施例之外的实施例。
附图说明
通过对本发明的示例性实施例的以下说明性和非限制性的详细说明，将更好地理解本发明的上述以及其它目的、特征和优点。
图1是根据本发明的示例性实施例的适合于设有车轮控制器的卡车形式的车辆的侧视图；
图2示出了根据本发明的示例性实施例的车轮制动器控制器；
图3是示出了表示计算出的纵向车轮滑移与车轮制动器控制器的估计出的纵向车轮力之间的关系的模型的示例性实施例的曲线图；
图4是示出了表示计算出的纵向车轮滑移与车轮推进控制器的估计出的纵向车轮力之间的关系的模型的示例性实施例的曲线图；
图5描绘了用于控制车轮制动器的流程图的示例性实施例；并且
图6是用于控制车辆的车轮的流程图的示例性实施例。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实现，并且不应该被解释为限于本文提出的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底性和完整性。在整个说明书中，相同的附图标记指示相同的元件。
特别参考图1，其中示出了卡车形式的车辆100。该车辆包括多个车轮102，其中每个车轮102都包括各自的车轮制动器104。在图1所描绘的实施例中，每个车轮102都设有车轮制动器104。然而，应易于理解，例如可以将一对车轮102布置成没有这种车轮制动器104。而且，在本发明的范围内，车轮制动器104可以是鼓式制动器装置或盘式制动器装置等。
此外，车辆100包括车轮推进装置106，该车轮推进装置106布置成推进车辆100的车轮104。在图1所示的实施例中，仅最后面的车轮104设有车轮推进装置106。然而，可以是每个车轮102或选定数量的车轮102设有车轮推进装置106。车轮推进装置106可优选是电动机/电机。
此外，每个车轮制动器104都连接到相应的分散式车轮制动器控制器108，该分散式车轮制动器控制器108布置成控制车轮制动器104的操作。同样，车轮推进装置106连接到分散式车轮推进控制器110，该分散式车轮推进控制器110布置成控制车轮推进装置106的操作。然而，应易于理解，车辆可采用组合的分散式车轮制动器和推进控制器。由此，能够为车轮制动器104以及车轮推进装置106二者生成下文所述的轮胎模型生成器216，即，组合的分散式车轮制动器和推进控制器能够在制动期间和推进期间生成模型，这可以生成表示计算出的纵向车轮滑移与估计出的纵向车轮力值之间的关系的更精确模型300、400。每个车轮制动器控制器108和车轮推进控制器110都经由数据总线通信装置114等连接到车辆100的车辆运动管理控制器112。由此，数据能够在车辆运动管理控制器112和车轮制动器控制器108以及车轮推进控制器110之间传输，这将在下面进一步描述。
现在参考图2，其示出了车轮控制器108(在示例实施例中，车轮控制器是用于车辆100的车轮102之一的分散式车轮制动器控制器108)及分散式车轮制动器控制器108的与车辆运动管理控制器112的连接的示例实施例。如图所示，车轮制动器控制器108形成车辆运动支持管理装置202的一部分，该车辆运动支持管理装置202例如包括转向控制系统204、发动机控制系统206、变速器控制系统208、辅助制动器控制系统210等。然而，将不再进一步描述车辆运动支持管理装置202的附加系统。
如图2所示，分散式车轮制动器控制器108包括车轮滑移计算模块212、车轮力估计模块214、轮胎模型生成器216和车辆车轮能力模块218。在示例实施例中，车辆车轮能力模块218是车辆车轮制动能力模块。如果车轮控制器是车轮推进控制器，则车辆车轮能力模块218是车轮推进能力模块，该车轮推进能力模块被布置成确定车轮推进装置106的能力。分散式车轮制动器控制器108还包括车轮制动扭矩控制模块220、车轮滑移控制模块222、车轮制动压力控制模块224和制动扭矩需求模块226。
此外，分散式车轮制动器控制器108包括多个传感器，用于检测与车辆100的车轮制动器104相关的各种参数。具体地，分散式车轮制动器控制器108包括车轮速度传感器228、制动器温度传感器230、制动器磨损传感器232和制动压力传感器234。也能够为分散式车轮制动器控制器108提供其它合适的传感器。
分散式车轮制动器控制器108还布置成从车辆运动管理控制器112接收输入参数值236，该输入参数值236例如可以涉及来自车辆操作者的期望制动扭矩需求238、最大可允许车轮滑移限值240和车辆100的特定车轮处的纵向速度242。分散式车轮制动器控制器108还布置成提供车轮制动器输出参数值244，该车轮制动器输出参数值244可以例如涉及提供给车轮制动器的实际车轮制动扭矩246、扭矩能力信号248、纵向车轮速度信号250、与车轮制动器104过热之前的时长的估计有关的信号252、与车轮制动器102的制动衬块磨损254的估计有关的信号，以及与车轮102的表面与路面之间的摩擦力的所确定/估计出的参数值256相关的信号。实际车轮制动扭矩246对应于在车轮的表面与路面之间产生的实际瞬时制动力乘以车轮的半径。因此，实际车轮制动扭矩不一定与所施加的制动扭矩相同。通过产生与如上所述地计算的实际制动扭矩246有关的信号，能够提供确定实际制动扭矩时的进一步精确性。而且，分散式车轮制动器控制器108还布置成输出控制信号258，用于控制相应的车轮制动器致动器(未示出)。
现在，将更详细地描述分散式车轮制动器控制器108的各种模块。
车轮滑移计算模块212布置成计算车轮102的表面与路面之间的车轮滑移的纵向车轮滑移值。车轮滑移计算模块212还布置成将计算出的车轮滑移值提供给分散式车轮制动器控制器108的其它部件/模块。通过等式1中给出的公式来计算制动事件的车轮滑移，而通过等式1'中给出的公式来计算推进事件的车轮滑移：
其中：
vx为车辆的特定车轮处的纵向速度，该输入是从上述车辆运动管理控制器112接收的；
ω为由上述车轮速度传感器228测量到的车轮的转速；并且
R为车轮的滚动半径。
车轮滑移控制模块222布置成接收车轮102的最大可允许车轮滑移限值240，该值是从车辆运动管理控制器112接收的。之后，车轮滑移控制模块222计算/确定所需的制动压力或制动扭矩，以使车轮102达到对应于最大可允许车轮滑移限值240的纵向滑移值。在下面的等式2中给出了用于确定所需制动扭矩的计算的非限制性示例：
其中：
τsc是用于使车轮滑移达到最大可允许车轮滑移值λlim的所需制动扭矩；
Fx是作用在车轮的表面与路面之间的纵向摩擦力；
J是车轮的转动惯量；
是车辆的加速度，该值是从车辆运动管理控制器112接收的；并且
k、δ、ф是可调节变量或控制器增益，它们用于确定车轮滑移控制模块222应该多积极地跟踪滑移需求。
制动扭矩需求模块226布置成接收由车轮滑移控制模块222计算的所需制动扭矩τsc以及从车辆运动管理控制器112接收到的来自车辆100的操作者的期望制动扭矩需求238。然后，制动扭矩需求模块226通过使用所需制动扭矩τsc和来自操作者的期望制动扭矩需求238中的最小值来确定制动扭矩需求。因此，如果来自操作者的期望制动扭矩需求238超过所需制动扭矩τsc，则制动扭矩需求模块226选择/使用是这些值中的最小值的所需制动扭矩τsc。因此，防止了车辆滑移超过车辆滑移限值。
转到车轮制动扭矩控制模块220，该模块被布置成基于所接收到的指示制动扭矩需求的信号来确定制动压力需求。车轮制动扭矩控制模块220接收指示车轮制动器104的当前制动器温度水平的信号。这种温度水平能够是估计出的制动器温度或从制动器温度传感器230接收到的制动器温度值。然后，车轮制动扭矩控制模块220能够确定车轮制动器104如何受温度水平的影响，即由于车轮制动器温度水平而存在多少“制动衰减”。因而，如下文的等式3所述，能够通过车轮制动扭矩控制模块220计算制动增益，其中该制动增益是所产生的制动扭矩与所施加的制动压力的比率，该制动增益受车轮制动器104的温度水平的影响。
通过确定制动增益，车轮制动扭矩控制模块220能够调节由于车轮制动器104的温度水平引起的降低，以便施加期望的所产生的制动扭矩。车轮制动扭矩控制模块220的其它输入可以是例如所使用的特定类型的制动器室、所使用的特定类型的制动器致动器等。由此，从车轮制动扭矩控制模块220向车轮制动压力控制模块224提供制动压力需求信号，以控制相应车轮制动器致动器(未示出)。
车轮力估计模块214布置成估计车轮102的表面与路面之间的车轮力的纵向车轮力值。在估计纵向车轮力值时，能够使用下面的等式4：
其中：
是车轮的旋转加速度；
τB是施加至车轮的制动扭矩；并且
τP是车轮控制器为车轮推进控制器时被施加至车轮的推进扭矩。
转到轮胎模型生成器216，该轮胎模型生成器216布置成从车轮滑移计算模块212接收纵向车轮滑移值并且从车轮力估计模块214接收纵向车轮力值。由此，轮胎模型生成器216被构造成通过使用至少三个纵向车轮力值和三个对应的纵向车轮滑移值来产生表示计算出的纵向车轮滑移与估计出的纵向车轮力之间的关系的模型300、400。由此，生成表示特定时间点的车轮104特性的曲线。详细地，该曲线描述了车轮102的表面与其路面之间的摩擦状况、以及车轮102自身的机械特性。在下面参考图3和图4进一步详细描述表示计算出的纵向车轮滑移与估计出的纵向车轮力之间的关系的模型300、400。
最后，转到车辆车轮能力模块218，该示例实施例中的车辆车轮能力模块218将被表示为车轮制动能力模块218。车轮制动能力模块218布置成向车辆运动管理控制器112提供信号248，该信号248指示车轮制动器104的当前能力，即车轮制动器104能够维持多少制动扭矩。因此，车辆运动管理控制器112接收信息，使得其能够被更新以理解每个车轮制动器104可用的制动性能。
车轮制动能力模块218接收由车轮制动器温度传感器230估计出或测量出的温度值、以及从上述轮胎模型生成器216接收到的车轮-道路摩擦特性两者。由此，能够进行车轮制动器104的最大和最小制动扭矩能力的相对瞬时确定。例如，如果道路状况由于例如在干沥青上行驶而与车轮102和道路之间的相对高的车轮摩擦条件相关联，则制动扭矩能力主要由制动器致动器及其提供制动扭矩的能力、以及由于车轮制动器104的温度水平而可能已经发生的上述制动衰减来控制。另一方面，如果道路状况由于例如结冰等而与车轮和道路之间的相对低的车轮摩擦条件相关联，则制动扭矩能力主要受车轮102的表面与路面之间的可获得的摩擦力限制。
此外，车轮制动能力模块218还布置成产生关于车轮制动器104被确定为过热之前的时长的估计，并且将对应的信号252发送到车辆运动管理控制器112。估计出的车轮制动器104过热之前的时长例如基于制动器致动器内的热传递，该热传递又可以基于所施加的制动扭矩和/或来自车轮制动温度传感器120的直接测量。
车轮制动能力模块218还布置成接收来自制动器磨损传感器232的信号，以确定车轮制动衬块的当前磨损，这将进一步改善车轮制动器104的目前/当前制动扭矩能力的确定。车轮制动能力模块218能够将各种信号传输到车辆运动管理控制器112或分散式车轮制动器控制器108的控制单元201。
现在参考图3，其示出了表示计算出的纵向车轮滑移与估计出的纵向车轮力值之间的关系的上述模型300的示例实施例。竖直轴302表示车轮102的表面与路面之间的摩擦力，而水平轴304表示车轮102的纵向车轮滑移。
如图3所示，其中指示了多个点306，这些点对应于由车轮滑移计算模型212计算的不同的计算出的车轮滑移值和由车轮力估计模块214估计的与计算出的纵向车轮滑移值对应的估计出的纵向车轮力值。因此，每个点306都对应于一个纵向车轮滑移和一个纵向车轮力值。能够通过多个点306(应该至少为三个)来生成模型300。该模型300包括纵向车轮滑移刚度308，该纵向车轮滑移刚度308是在车轮表面和路面之间的零滑移时测量的。该纵向车轮滑移刚度308通常涉及车轮102的特性。此外，该模型300还包括最大车轮摩擦力水平310和对应于最大车轮滑移水平的车轮摩擦力水平312。最大车轮摩擦力水平310和对应于最大车轮滑移水平的车轮摩擦力水平312是动态水平，其例如基于道路状况而变化。因此，如果车轮102的表面与路面之间的摩擦力增大或减小，则最大车轮摩擦力水平310和对应于最大车轮滑移水平的车轮摩擦力水平312也增加/减小。
此外，当定义表示最大车轮摩擦力水平310的曲线部分的形状时，可以应用形状因子作为附加参数。该形状因子可布置成定义曲线的峰值的详细程度、以及哪个车轮滑移值对应于最大可用力。此外，当建立模型300时，可以使用最小二乘法将该曲线拟合到不同的点306。当然，使用的点306越多，所提供的模型300就越精确。一旦有了表示计算出的纵向车轮滑移与估计出的纵向车轮力值之间的关系的模型300，就能够针对任何计算出的车轮滑移值获取车轮力值。
将与车轮102的表面和路面之间的摩擦力的所确定/估计出的参数值256相关的信号提供给车辆运动管理控制器112，以提供车辆的每个车轮制动器104的整体视图。
现在参考图4，其中示出了上述模型400的示例实施例，该模型400表示计算出的纵向车轮滑移与车轮推进控制器的估计出的纵向车轮力值之间的关系。
在图3中，车轮102的表面与路面之间的摩擦力以及纵向车轮滑移由正值表示。对于图4中所示的模型400，车轮102的表面与路面之间的摩擦力以及纵向车轮滑移由负值表示。因此，该模型400包括负纵向车轮滑移刚度408、最小车轮摩擦力水平410和对应于车轮102的最小车轮滑移水平的车轮摩擦力水平412。
虽然以正值示出了涉及制动的图3并且以负值示出了涉及推进的图4，但应易于理解，符号可以以相反的方式布置，即，推进为正号，制动为负号。因此，图3和图4主要用于示出制动和推进概念之间的差异。
为了描述如何通过分散式车轮制动器控制器108控制车轮制动器的示例实施例，参考图5。图5是示出了控制车辆100的各个车轮102的车轮制动器104的顺序步骤的示例实施例的流程图。
首先，在T1处，车辆运动管理控制器112确定用于将车辆速度降低到期望水平的所需减速水平，并确定实现期望的减速速率所需的对应的制动扭矩需求。车辆运动管理控制器112向分散式车轮制动器控制器108提供期望的制动扭矩需求238和最大可允许车轮滑移限值240。在T2处，分散式车轮制动器控制器108执行用于车轮制动器104的初始制动应用程序，该初始制动应用程序对应于所接收到的制动扭矩需求238。执行该操作直至达到车轮102的最大可允许车轮滑移限值240，即直到由车轮滑移计算模块212计算出的车轮102的车轮滑移达到由车辆运动管理控制器112确定的最大可允许车轮滑移限值240。当达到最大可允许车轮滑移限值240时，车轮滑移控制模块222控制车轮制动器104的制动压力，使得车轮滑移不超过最大可允许车轮滑移限值240。因此，滑移控制模块222将跟踪滑移限值，直到操作者降低扭矩请求为止。然后，分散式车轮制动器控制器108将表示车轮制动器104的当前能力的信号248发送到车辆运动管理控制器112。车轮制动器104的能力由上述车轮制动能力模块218估计/确定。而且，将与车轮102的表面和路面之间的摩擦力的所确定/估计出的参数值256相关的信号提供给车辆运动管理控制器112。
在T3处，车辆运动管理控制器112使用与车轮制动器104的能力248有关的更新后的信息以及车轮102的表面与路面之间的摩擦力的更新后的参数值256。由此，车辆运动管理控制器112能够更新其自身的车辆内部计算机模型并且优化制动器致动器(未示出)的分配，在该示例实施例中，这可能导致较低的制动扭矩需求238。因此，将更新的制动扭矩需求(小于或等于车轮制动器的能力的大小)传送到分散式车轮制动器控制器108。
因此，分散式车轮制动器控制器108从车辆运动管理控制器112接收更新后的制动扭矩需求。由此，T4处的分散式车轮制动器控制器108将制动扭矩调节为新的需求值238、计算更新后的车轮滑移值并确定车轮制动器104的更新后的能力。然后，分散式车轮制动器控制器108将所确定的车轮制动器104的更新后的能力以及对车轮制动器即将过热之前的时长的确定发送到车辆运动管理控制器112。然后，车辆运动管理控制器112在T5处确定车辆100的各种车轮制动器的制动扭矩需求等。例如，如果车轮制动器被确定过热之前的时长相对较短，则车辆运动管理控制器112可将制动压力需求重新分配给其它车轮制动器104，即，可以控制其它分散式车轮制动器控制器以提高它们的制动扭矩。
现在参考图6，图6是用于控制车辆100的车轮102的流程图的示例实施例。首先，车轮滑移计算模块212计算(S1)车轮102的表面与其路面之间的车轮滑移的车轮滑动值。优选地，如上文关于图2所述地执行该计算。此外，车轮力估计模块214估计(S2)车轮102的表面与其路面之间的车轮力的纵向车轮力值。通过至少三个计算出的车轮滑移值和三个对应的估计出的纵向车轮力值来生成(S3)表示车轮滑移与纵向力之间的关系的模型。最后，通过针对计算出的车轮滑移值从该模型获取纵向车轮力值，能够确定(S4)车轮102的表面与其路面之间的车轮摩擦力水平。
应理解，本发明不限于上文所述和附图中所示的实施例；相反，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内做出许多改变和变型。尽管上述说明主要涉及车轮制动器控制器，但是本发明同样适用于车轮推进控制器。

Claims (21)

1.一种用于车辆(100)的车轮控制器(108)，包括：
-车轮滑移计算模块(212)，所述车轮滑移计算模块(212)布置成计算车轮(102)的表面与其路面之间的车轮滑移的纵向车轮滑移值；
-车轮力估计模块(214)，所述车轮力估计模块(214)布置成估计所述车轮(102)的表面与路面之间的车轮力的纵向车轮力值；
-轮胎模型生成器(216)，所述轮胎模型生成器(216)布置成接收来自所述车轮滑移计算模块(212)的纵向车轮滑移值和来自所述车轮力估计模块(214)的纵向车轮力值；所述轮胎模型生成器(216)被构造成通过使用至少三个纵向车轮力值和三个对应的纵向车轮滑移值来生成表示计算出的纵向车轮滑移与估计出的纵向车轮力之间的关系的模型(300、400)；以及
-车辆车轮能力模块(218)，所述车辆车轮能力模块(218)布置成与所述轮胎模型生成器(216)通信，所述车辆车轮能力模块(218)被构造成通过针对计算出的车轮滑移值从所述轮胎模型生成器的所述模型(300、400)获取纵向车轮力值来确定所述车轮(102)的表面与其路面之间的绝对最大车轮摩擦力水平。
2.根据权利要求1所述的车轮控制器(108)，还包括控制单元(201)，所述控制单元(201)布置成从所述轮胎模型生成器(216)和/或所述车辆车轮能力模块(218)接收信号，其中，所述控制单元(201)布置成与所述车辆(100)的车辆运动管理控制器(112)通信，以向所述车辆运动管理控制器传送所述信号。
3.根据权利要求1或2所述的车轮控制器(108)，其中，表示计算出的纵向车轮滑移与估计出的纵向车轮力之间的关系的所述模型(300、400)包括在车轮表面与路面之间零滑移时测量的纵向车轮滑移刚度(308、408)、绝对最大车轮摩擦力水平(310、410)、以及对应于最大车轮滑移水平的车轮摩擦力水平(312、412)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮控制器(108)，其中，所述车轮控制器是分散式车轮控制器，所述分散式车轮控制器被布置成连接到所述车辆(100)的一个车轮(102)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮控制器(108)，其中，所述车轮控制器是车轮制动器控制器(108)，并且所述车辆车轮能力模块(218)是被布置成确定车轮制动器(104)的能力的车轮制动能力模块(218)。
6.根据权利要求1-4中的任一项所述的车轮控制器(108)，其中，所述车轮控制器是车轮推进控制器，并且所述车轮能力模块(218)是被布置成确定车轮推进装置的能力的车轮推进能力模块。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮控制器(108)，还包括车轮速度传感器(228)，所述车轮速度传感器(228)布置成测量所述车轮(102)的速度。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮控制器(108)，还可包括制动器温度传感器(230)，所述制动器温度传感器(230)布置成测量车轮制动器(104)的温度。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮控制器(108)，还包括制动器磨损传感器(232)，所述制动器磨损传感器(232)布置成测量车轮制动器(104)的当前磨损值。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮控制器(108)，还包括制动压力传感器(234)，所述制动压力传感器(234)布置成测量车轮制动器(104)的当前制动压力。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮控制器(108)，其中，所述车辆车轮能力模块(218)被进一步布置成确定所述车轮制动器过热之前的时长。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮控制器(108)，其中，所述车辆车轮能力模块(218)被进一步布置成确定所述车轮推进装置过热之前的时长。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮控制器(108)，其中，所述车辆车轮能力模块(218)被进一步布置成从所述制动器磨损传感器(232)接收车轮制动器(104)的当前磨损值，并且在确定所述车轮制动器(104)的能力时使用所述当前磨损值。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮控制器(108)，还包括车轮制动扭矩控制模块(220)，所述车轮制动扭矩控制模块(220)布置成接收指示制动扭矩需求的信号，并基于接收到的所述信号确定制动压力需求。
15.根据权利要求14所述的车轮控制器(108)，其中，所述车轮制动扭矩控制模块(220)进一步被构造成接收指示车轮制动器(104)的制动器温度水平的信号，其中所述制动器温度水平在确定所述制动压力需求时被用作输入。
16.根据权利要求15所述的车轮控制器(108)，其中，指示所述车轮制动器的制动器温度水平的所述信号是估计出的制动器温度或从制动器温度传感器(230)接收的制动器温度值。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮控制器(108)，还包括车轮滑移控制模块(222)，所述车轮滑移控制模块(222)布置成接收所述车轮(102)的最大可允许车轮滑移值，并控制所述车轮(102)的车轮滑移不超过所述最大可允许车轮滑移值。
18.一种通过车轮控制器(108)控制车辆的车轮(102)的方法，所述方法包括以下步骤：
-计算(S1)所述车轮的表面与其路面之间的车轮滑移的车轮滑移值；
-估计(S2)所述车轮的表面与所述路面之间的车轮力的纵向车轮力值；
-通过使用至少三个纵向车轮力值和三个对应的纵向车轮滑移值来生成(S3)表示计算出的纵向车轮滑移与估计出的纵向车轮力之间的关系的模型(300、400)；以及
-通过针对计算出的车轮滑移值从所述模型(300、400)获取纵向车轮力值来确定(S4)所述车轮的表面与其路面之间的车轮摩擦力水平。
19.一种计算机程序，所述计算机程序包括代码组件，所述代码组件用于当所述程序在计算机上运行时执行根据权利要求18所述的步骤。
20.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质携载有根据权利要求19所述的计算机程序。
21.一种车辆，所述车辆包括根据权利要求1-17中的任一项所述的车轮控制器。
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