CN110325416B - 最大附着系数的确定 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在地面(105)上滚动的轮胎(100)。本发明还涉及一种用于提供轮胎(100)与轮胎(100)所滚动的地面(105)之间的最大的附着系数的方法(600)，该方法包括以下步骤：获取轮胎(100)相对于地面(105)的瞬时的滑移率；获取瞬时附着系数；由滑移率和瞬时附着系数形成元组(410、510)；基于元组(410、510)从多个预先确定的特征变化曲线(205、305)中选出一个特征变化曲线(205、305)，其中，这些特征变化曲线(205、305)分别描述了轮胎(100)的附着特性或者相应的特征变化曲线斜率；基于所选出的特征变化曲线(205、305)确定最大附着系数；并且提供最大附着系数。

Description

最大附着系数的确定
技术领域
本发明涉及对最大附着系数的确定，该最大附着系数指明了轮胎和地面之间最大可传递的力。
背景技术
机动车在地面上行驶。地面在此是指轮胎所接触的表面。在此，地面可能会被中间介质所覆盖，例如冰面、湿薄层、滑润层或者诸如此类。如果在其中一个车轮与地面之间有纵向力起作用，尤其是加速力或制动力，那么车轮的圆周速度就可能与机动车的运动速度不同，并且形成纵向滑移率。如果有横向力作用于车轮，例如当车辆行驶通过弯道时，则车轮的转动平面就与它的运动方向不重合，并且存在侧偏角。横向力可以在两个方向上起作用，并且侧偏角可以出现在转向的或非转向的车轮上。为了简化起见，在下文分别用“λ”以符号表示纵向滑移率和侧偏角。
能在车轮与地面之间传递的最大的力一般而言与λ值和最大可能的附着系数μ最大有关。如果车轮与地面之间所要传递的力超过最大所能传递的力，则车轮面临滑转或偏滑，并且最终结果是面临对机动车失去控制的危险。
DE 10 2012 217 772 A1涉及一种用于确定车辆轮胎与车道表面之间的最大附着系数的技术方案。
发明内容
轮胎在地面上滚动。用于提供轮胎与地面之间的最大附着系数的方法包括以下步骤：获取轮胎相对于地面的瞬时的滑移率；获取瞬时的附着系数；由滑移率和瞬时的附着系数形成元组、或者由滑移率和瞬时的附着系数变化的相应斜率形成元组；基于相应元组从多个预先确定的特征变化曲线中选出一个特征变化曲线，其中，这些特征变化曲线分别描述了轮胎在特定的地面上的附着特性或者附着特性的变化；基于所选出的特征变化曲线确定最大的附着系数；并且提供最大的附着系数。
以这种方式能够分别快速且可靠地确定最大附着系数。所确定的最大附着系数可以用于控制安装了该车轮的机动车。由此可以改善机动车的行驶安全性。特征变化曲线例如可以作为表格或综合特性曲线存在或者以参量的形式存在，从而可以要么最小化处理耗费要么最小化存储器容量。
在该方法的第一实施方式中，所预先确定的特征变化曲线包括分别针对可能的轮胎/地面配对规定了滑移率与附着系数(也称为附着常数项)之间的关联性的附着特征变化曲线。在此，所选出的附着特征变化曲线包括尽可能接近元组的点。已知的附着特征变化曲线越多，就能够越准确地执行确定。如果错误地选出了相邻的附着特征变化曲线，就可能降低所提供的结果的质量，但是通常仍然能够提供可用的值。只有当所选出的附着特征变化曲线偏离正确的附着特征变化曲线过远时，所提供的值才是不可用的。
在另外的实施方式中，确定附着特征变化曲线在位置λ上的斜率，并且总结出新的具有滑移率λ和斜率m的元组。在此，所预先确定的特征变化曲线包括分别规定了附着特征变化曲线的斜率的斜率特征变化曲线。选出尽可能接近由滑移率λ和斜率m组成的元组的斜率特征变化曲线。不一定非要了解所属的附着特征变化曲线，而是仅仅基于斜率特征变化曲线就能确定最大的附着系数。
所提供的最大附着系数可以基于参照不同类型的特征变化曲线所确定的最大附着系数的组合地来确定。换句话说，可以并行地遵循上述两种实施方式，并且可以将在此所得到的最大附着系数进行比较、进行关联或组合。由此可以改善确定可靠性或准确性。例如可以确定和提供最大附着系数之间的算术上的平均数或者其他的平均数。
在本发明的另外的实施方式中，如果所确定的两个最大附着系数相互之间的偏差超过了预先确定的标准，就可以拒绝提供最大附着系数。在这种情况下，扫描或处理的误差可能过大，使得无法确定出可用的最大附着系数。可以禁止值的提供，或者例如提供标准值、过去的值或者估量。
在又一另外的实施方式中，如果瞬时的附着系数或者它的数值大于所确定的最大附着系数，则提供该瞬时的附着系数。尤其地，可以提供该瞬时的附着系数的数值。在这种情况下，确定结果可能比观察到的轮胎在地面上的特性要保守一些。因此，该方法可以与当前状况下的未使用的备用相匹配。
尤其是在上述第一实施方式中，在附着系数小或者中等的情况下，该方法表现出好的结果。在这些条件下，附着特征变化曲线相互间仍然可以是能可靠地区分开的。在附着系数高的情况下，真实的附着特征变化曲线只有在λ值较大时才可以是相互间能可靠地区分开的。为了即使在低λ值时也能够识别出高的最大附着系数，可以仅在附着特征变化曲线的斜率在当前的位置上超过预先确定的阈值的情况下，才基于斜率的相应的区域从属关系来选出或给出相应的最大附着系数。
在又一另外的实施方式中，基于多个所确定的最大附着系数形成直方图，并且可以基于该直方图来确定出所确定的最大附着系数的品质。在此，也可以通过如下方式实现对最大附着系数的不连续的确定，即，每次运行该方法时都确定出一个最大的附着系数，但是该最大的附着系数并不直接提供，而是输入到直方图中，从该直方图中可以随时确定最大的附着系数。因此可以将对最大附着系数的确定与提供最大附着系数脱离关系。由此可以将所提供值关于时间进行整平滑。
本发明还涉及一种计算机程序产品，其包括用于当该计算机程序产品在处理装置上实施或者存储在计算机可读的数据载体上时执行上述方法的程序代码介质。
本发明还涉及一种用于提供轮胎与轮胎所滚动的地面之间的最大附着系数的设备，该设备包括：用于获取轮胎的瞬时的滑移率λ的第一端口；用于获取瞬时的附着系数或相应的斜率的第二端口；和处理装置。在此，处理装置被设立成用于由滑移率λ和附着系数μ或者由滑移率λ和斜率m形成元组；基于各自的元组从多个预先确定的特征变化曲线中选出一个特征变化曲线，其中，这些特征变化曲线分别描述了轮胎的附着特性或者这些特征变化曲线的所属的斜率；基于所选出的特征变化曲线确定最大附着系数；并且提供该最大附着系数。
该设备尤其可以被安装在机动车的车上，以便尤其优选地实时确定最大附着系数。可以专门地针对机动车的任意的轮胎来执行确定。处理装置可以包括可编程的微型计算机或微控制器，并且优选被设立成用于完全地或者部分地执行上述方法。为此，该方法可以以计算机程序产品的形式存在。因为该设备和该方法很大程度上的相互对应，所以其中一个主题的优点或特征也可以用在另一个上，并且反之亦然。
附图说明
现在参照附图更详尽地描述本发明，其中：
图1示出地面上的轮胎；
图2示出轮胎的滑移率与其附着系数之间的附着特征变化曲线；
图3示出从图2的附着特征变化曲线中推导出的斜率特征变化曲线；
图4示出图2的截段的放大后的附着特征变化曲线；
图5示出图3的截段的放大后的斜率特征变化曲线；
图6示出用于确定组成对的轮胎和地面的最大附着系数的方法的流程图表；以及
图7示出用于确定最大附着系数的设备的示意图。
具体实施方式
图1用侧视图和俯视图示出了地面105上的轮胎100。地面105在这里是轮胎所接触的表面。地面105在此可以被中间介质所覆盖，例如冰面、湿薄层、滑润层或诸如此类。中间介质因此被施加在地面105上并且影响了地面105的表面性质。轮胎100通常由车轮所包括；然而在本说明书中主要是讲轮胎100与地面105之间的摩擦特性，从而为了观察例如机动车的行驶特性，可以将所述轮胎100视为车轮的同义词。
在侧视图中标出了圆周速度110和纵向速度115。纵向速度115在纵向方向120上延伸，该纵向方向垂直于轮胎100的转动轴线，并且通常与地面105平行地延伸。速度110和115之间的差异产生了纵向滑移率125，其可以用s标记。
在俯视图中标出了转动平面130和运动方向135。转动平面130垂直于横向方向140，该横向方向与轮胎100的转动轴线平行地延伸。横向方向140与轮胎100的转动轴线平行地延伸，并且优选地与之重合。在转动平面130与运动方向135之间存在侧偏角145，其可以用α标记。
就轮胎100与地面105之间的附着系数μ而言，在纵向方向120上起作用的力所产生的纵向滑移率125的特性类似于在横向方向140上起作用的力所产生的侧偏角145。因此，对于下文中的阐述来说，将滑移率150作为纵向滑移率125和侧偏角145的上位概念来使用，并用λ标记。
图2示出了具有多个示例性的附着特征变化曲线205的轮胎图表200，这些附着特征变化曲线分别描述了滑移率λ150与瞬时的附着系数μ之间的关联性。
图3示出了具有示例性的斜率特征变化曲线305的斜率图表300，这些斜率特征变化曲线分别表示了相对应的附着特征变化曲线205的斜率m。每条斜率特征变化曲线因此描述了滑移率150与附着系数μ的就滑移率150而言的斜率之间的关联性。
图4示出了另外的轮胎图表400，它是图2的轮胎图表200的截段放大图，该另外的轮胎图表描述了滑移率λ150与瞬时的附着系数μ410之间的关联性。
图5示出了另外的斜率图表500，它是图3的斜率图表300的截段放大图，该另外的轮胎图表描述了滑移率λ150与当前的斜率值m510之间的关联性。
每条附着特征变化曲线205和每条斜率特征变化曲线305分别描述了在预先确定的条件下的轮胎100与地面105之间的附着特性或附着变化。这些条件尤其是涉及到轮胎100的有关轮胎类型、轮胎规格、温度、气压、材料、轮胎花纹或摩擦状态的方面，并且涉及到地面105的有关粗糙度、材料、温度或湿度的方面。轮胎100的属性通常可能变化很慢，但是正在驶过的地面的属性却可能快速变化。如果机动车包括多个轮胎100，则会提供专门的特征变化曲线205、305，或者会基于共同的特征变化曲线205、305来进行对不同轮胎100的确定。
根据本发明，可以形成元组410，该元组包括滑移率150和所属的瞬时的附着系数μ。在第一实施方式中，确定包括尽可能接近元组410的点的附着特征变化曲线205。换句话说，可以确定的是，元组410(表现为λ-μ-平面内的点)与哪条附着特征变化曲线205具有最小的距离。然后从多个预先确定的附着特征变化曲线205中选出该附着特征变化曲线205。然后可以由所选出的附着特征变化曲线205的最大值确定最大附着系数μ最大。
在第二实施方式中，首先确定轮胎100的附着特征变化曲线在一个点中的斜率。为此可能必须通过另外的点来定义轮胎100在一个点的区域内的附着特征变化曲线，这些另外的点可以基于附加获取滑移率λ和所配属的瞬时的附着系数μ。如果确定了附着特征变化曲线205在该点的区域内的斜率m，就可以形成另外的元组510，该另外的元组由滑移率λ和轮胎100的附着特征变化曲线205的斜率m汇总而成。然后从斜率特征变化曲线305中可以选出那条尽可能好地匹配于该另外的元组510的斜率特征变化曲线。尤其地，可以选出与该元组510的距离最小的那条斜率特征变化曲线305。然后，基于所选出的斜率特征变化曲线305可以配属最大附着系数μ最大。
在上述第一种实施方式的变型方案中，尤其如上述关于第二实施方式所表述的那样，也可以相对所选出的附着特征变化曲线205确定所配属的斜率特征变化曲线305，然后基于该斜率特征变化曲线可以确定最大附着系数μ最大。
图6示出了用于提供轮胎100与轮胎100所滚动的地面105之间的最大附着系数μ最大的方法600的流程图表。以下对方法的阐述尤其涉及到图1至5中所示的示例性的示图。方法600优选地被设立成用于在机动车的车上执行，以便在现有的条件下在当前确定最大附着系数μ最大。为此，优选地周期性地执行方法600，并且进一步优选地实时执行，也就是以保证λ和μ的确定时间点与提供最大附着系数μ最大之间的最大延迟的方式执行。所提供的最大附着系数μ最大尤其可以被机动车的车上的控制装置使用，以便经改善地执行对机动车的纵向或横向控制。
在方法600的步骤605中，获取在当前行驶情况下的滑移率λ和瞬时的附着系数μ。优选由这两个值形成元组410。
获取可以包括经由尤其是通向机动车的车上的控制器的端口来提取值。该值可以直接包括瞬时的附着系数μ或者滑移率λ，或者包括一个或多个可以从中导出必要参考的值。
瞬时的附着系数例如可以作为直接测得的轮胎切向力与直接测得的轮胎法向力构成的商来确定。出于其他的原因，在机动车上可以已经设有对这些力的测量装置。
在其他的变型方案中，也可以基于模型来确定瞬时起作用的附着系数。该模型尤其可以包括计算模型，该计算模型例如基于机动车的偏转比率、所述轮胎100的或其他轮胎100的轮胎转数或者基于加速度来工作。所提及的参量例如可以在传统机动车上借助现有的传感器机构来采集或确定，从而能够简单并准确地确定瞬时起作用的附着系数。
在又一另外的变型方案中，确定瞬时作用于轮胎上的纵向力并且将瞬时的附着系数作为纵向力和法向力的商来确定。参照横向力来进行相应的确定也是可能的。在另外的变型方案中，确定瞬时作用于轮胎上的横向力，并且将瞬时的附着系数作为横向力和法向力的商来确定。
在方法600的第一实施方式中，于是在第一步骤610中确定元组410，并且在第二步骤615中从多个预先确定的附着特征变化曲线205中选出尽可能良好地匹配于元组410的附着特征变化曲线205，正如上文中尤其是结合图4详尽说明的那样。最大的附着系数μ最大于是可以参照所选出的附着特征变化曲线205来确定，更确切地说尤其是由附着特征变化曲线205的最大值来确定。
在方法的第二实施方式中，紧接着步骤605之后地在步骤620中，确定在当前滑移率150的情况下的附着特征变化曲线205的斜率。这可以通过计算瞬时的附着系数差和所属的滑移差150构成的差商来实现(参照上文，尤其是参照图5)。然后在步骤625中，可以由滑移率150和斜率m形成元组150。然后在步骤630中，可以从多个预先确定的斜率特征变化曲线305中选出在当前滑移率150的情况下最良好地匹配于所确定的斜率m的斜率特征变化曲线305，也就是与元组510的距离最小的斜率特征变化曲线。然后，可以基于所选出的斜率特征变化曲线305来配属最大附着系数μ最大。
借助步骤610至615，可以确定第一个最大附着系数μ最大，而借助步骤620至630确定第二个最大附着系数μ最大。如果确定出一个以上的最大附着系数μ最大，则可以将所确定的最大附着系数相互关联起来，以便改善或确定出确定准确性并且/或者提高确定可靠性。
在步骤635中例如可以确定的是，所确定的最大附着系数相互间差异是否超过预先确定的标准。如果是这种情况，则可以推断出测量噪声提高、确定不可靠性或者测量或处理误差。于是就可以取消进一步处理且尤其是可以取消对所确定的最大附着系数μ最大的提供。
在步骤640中，也可以将所确定的最大附着系数μ最大相互组合。例如可以总是继续使用其中一个或另一个所确定的最大附着系数μ最大。也可以例如使用所确定的最大附着系数μ最大的平均量、例如算术上的平均量。
在最后的步骤645中，提供所确定的最大附着系数μ最大。
在另外的实施方式中，还可以将所确定的最大附着系数μ最大、也就是第一、第二或者组合式确定的最大附着系数μ最大进行进一步的处理。例如可以设立最大附着系数μ最大的过去值的直方图。在此，可以考虑到的是预先确定的过去的时间段的值或者所有成为已知的值。在此，将这些所确定的值划分到预先确定的区域中，并且确定出落在各个区域内的值的数量。可以将数量最多的区域提供用于最大概率的最大附着系数μ最大的假设。通过与其他区域的数量进行比较，可以确定出相对概率作为可靠性标准。
在另外的实施方式中，并不是在每次执行方法600时都提供经确定的最大附着系数μ最大，而是提供基于直方图的作为最大概率发生最大附着系数μ最大。由此可以将最大附着系数μ最大的最大概率的值的输出区间与执行方法600的循环区间脱离关系或者说相对该循环区间息止。
图7示出了用于确定安装在机动车705上的任意轮胎100的最大附着系数μ最大的示例性的设备700的示意图。设备700包括处理装置710，该处理装置包括可编程的微型计算机，并且尤其可以被设立成用于完全地或者部分地执行上述方法600。此外，设备700还包括用于提取第一值的第一端口715、用于提取第二值的第二端口720并且优选包括用于提供已确定的最大附着系数μ最大的第三端口725。端口715、720和725中的几个也可以重合，或者彼此整合地实施。
在优选的实施方式中，针对端口715的值包括λ值150，而针对端口720的值包括瞬时的附着系数μ。在其他实施方式中，提取出其他的值，如上所述，从这些其他的值可以确定λ值150或者瞬时的附着系数μ。
附图标记列表
100 轮胎
105 地面
110 圆周速度
115 纵向速度
120 纵向方向
125 纵向滑移率
130 转动平面
135 运动方向
140 横向方向
145 侧偏角
150 λ值(纵向滑移率或侧偏角)
200 轮胎图表
205 附着特征变化曲线
300 斜率图表
305 斜率特征变化曲线
400 轮胎图表(200的截段放大图)
410 元组(λi、μi)
500 斜率图表(300的截段放大图)
510 元组(λi、mi)
600 方法
605 确定λ和μ
610 确定有效的元组410
615 从附着特征变化曲线配属关系中确定最大的μ
620 确定斜率m
625 确定有效的元组510
630 从斜率特征变化曲线配属关系中确定最大的μ
635 差<阈值？
640 确认或组合式确定最大的μ
645 提供最大的μ
700 设备
705 机动车
710 处理装置
715 第一端口
720 第二端口
725 第三端口

Claims (15)

1.用于提供轮胎(100)与所述轮胎(100)所滚动的地面(105)之间的最大附着系数的方法(600)，其中，所述方法(600)包括以下步骤：获取(605)所述轮胎(100)相对于所述地面(105)的瞬时的滑移率；获取(605)瞬时的附着系数；由所述滑移率和所述瞬时的附着系数形成(610)元组；基于所述元组从多个预先确定的特征变化曲线中选出(615)一个特征变化曲线，其中，这些特征变化曲线分别描述了轮胎(100)的附着特性；提供(645)最大附着系数。
2.根据权利要求1所述的方法(600)，其中，所述预先确定的特征变化曲线包括附着特征变化曲线，所述附着特征变化曲线分别规定了滑移率与附着系数之间的关联性；并且其中，选出包括尽可能接近所述元组的点的附着特征变化曲线。
3.根据权利要求2所述的方法(600)，其中，所提供的最大附着系数基于参照不同类型的特征变化曲线所确定的最大附着系数的组合来确定(640)。
4.根据权利要求2或3所述的方法(600)，其中，仅在参照不同的特征变化曲线所确定的最大附着系数之间的差异不超过预先确定的标准的情况下，才提供(645)最大附着系数。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(600)，其中，如果瞬时的附着系数大于所确定的最大附着系数，则提供(645)瞬时的附着系数。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(600)，其中，基于多个所确定的最大附着系数形成(640)直方图；并且基于所述直方图来确定(640)所确定的最大附着系数的品质。
7.用于提供在轮胎(100)与所述轮胎(100)所滚动的地面(105)之间的最大附着系数的方法(600)，其中，所述方法(600)包括以下步骤：获取(605)所述轮胎(100)相对于所述地面(105)的瞬时的滑移率；获取(605)瞬时的附着系数；确定(620)斜率m；由所述滑移率和所述斜率形成(625)元组；基于所述元组从多个预先确定的特征变化曲线中选出(630)一个特征变化曲线，其中，这些特征变化曲线分别描述了轮胎(100)的特征变化曲线的斜率；提供(645)最大附着系数。
8.根据权利要求7所述的方法(600)，其中，所述预先确定的特征变化曲线包括斜率特征变化曲线，所述斜率特征变化曲线分别规定了附着特征变化曲线的斜率；并且其中，选出尽可能接近由滑移率(150)和斜率m组成的元组的斜率特征变化曲线。
9.根据权利要求8所述的方法(600)，其中，所提供的最大附着系数基于参照不同类型的特征变化曲线所确定的最大附着系数的组合来确定(640)。
10.根据权利要求8或9所述的方法(600)，其中，仅在参照不同的特征变化曲线所确定的最大附着系数之间的差异不超过预先确定的标准的情况下，才提供(645)最大附着系数。
11.根据权利要求7至9中任一项所述的方法(600)，其中，如果瞬时的附着系数大于所确定的最大附着系数，则提供(645)瞬时的附着系数。
12.根据权利要求7至9中任一项所述的方法(600)，其中，仅在斜率m超过预先确定的阈值的情况下，才提供(645)最大附着系数。
13.根据权利要求7至9中任一项所述的方法(600)，其中，基于多个所确定的最大附着系数形成(640)直方图；并且基于所述直方图来确定(640)所确定的最大附着系数的品质。
14.计算机程序产品，所述计算机程序产品具有用于当所述计算机程序产品在处理装置(710)上实施或者存储在计算机可读的数据载体上时执行根据权利要求1至13中任一项所述的方法(600)的程序代码介质。
15.用于提供轮胎(100)与所述轮胎(100)所滚动的地面(105)之间的最大附着系数的设备(700)，其中，所述设备包括：用于获取所述轮胎(100)的瞬时的滑移率的第一端口(715)；用于获取瞬时的附着系数的第二端口(720)；处理装置(710)，所述处理装置设立用于由所述滑移率和所述瞬时的附着系数形成元组；基于所述元组从多个预先确定的特征变化曲线中选出一个特征变化曲线，其中，这些特征变化曲线分别描述了轮胎(100)的附着特性或者描述了相应的特征变化曲线斜率；基于所选出的特征变化曲线配属最大附着系数；并且提供所述最大附着系数。
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