CN110626326B - 用于确定车辆中轮胎-道路摩擦的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于基于车队的轮胎‑道路摩擦特性来估算车辆的轮胎特性的方法。该方法包括：在多个指定位置处确定(100)属于车队的多个车辆的轮胎‑道路摩擦；确定(102)车队在每个指定位置处的基准轮胎‑道路摩擦；在车辆(200)中，确定(104)在作为指定位置之一的第一位置(202)处的当前轮胎‑道路摩擦；确定(106)当前轮胎‑道路摩擦与用于第一位置的车队的基准轮胎‑道路摩擦之间的差异；基于所确定的差异估算(108)车辆的轮胎特性。还提供了一种被配置为执行所述方法的系统。

Description

用于确定车辆中轮胎-道路摩擦的方法和系统
发明领域
本发明涉及一种用于确定车辆的轮胎-道路摩擦的方法和系统。此外，本发明涉及一种用于确定车辆轮胎的摩擦性能的方法。
背景技术
随着汽车技术的发展，当今汽车的主动安全性正在变得越来越先进。例如，大多数新车辆配备有公知的ABS制动系统形式的主动安全装置，其使得车辆驾驶员能够进行更可控的制动动作。
在车辆的驾驶情况下，道路与轮胎之间的摩擦非常重要，因为它确定了可以从车辆传递到地面的力的大小。因此，当必须采取例如涉及车辆制动和转向的决定时，摩擦是主动安全系统的重要参数。这对于手动驾驶车辆和自动车辆都是相关的。
此外，对于半自动或全自动车辆，还有附加的系统依赖于准确和可靠的摩擦估算值来正确操作。这种系统例如可包括曲线处理系统。
然而，在轮胎-道路摩擦测量中，所产生的轮胎-道路摩擦显然是轮胎和道路特性的结果，并且低摩擦可能是由于道路的低摩擦系数或磨损轮胎的摩擦减少的结果。
因此，需要用于确定车辆中轮胎-道路摩擦的进一步改进的方法和系统。
发明内容
鉴于现有技术的上述和其他缺点，本发明的一个目的是提供一种使用轮胎-道路摩擦测量值来确定车辆中轮胎特性的方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于基于车队的轮胎-道路摩擦特性来估算车辆轮胎特性的方法。该方法包括：确定在多个指定位置处多个车辆的轮胎-道路摩擦；确定所述多个指定位置中每一个位置处车队的基准轮胎-道路摩擦为在相应指定位置处确定的摩擦值的加权平均值；在车辆中，确定在是所述多个指定位置之一的第一位置处的当前轮胎-道路摩擦；确定所述当前轮胎-道路摩擦与所述第一位置的车队基准轮胎-道路摩擦之间的差异；以及基于所确定的差异来估算所述车辆的轮胎特性。
可以假设车队包括足够相似的车辆，以使车队内的车辆轮胎-道路摩擦确定相类似。车队管理系统也可能知道车队中每辆车的轮胎类型，并确定特定轮胎类型的基准摩擦，以便针对相同的轮胎类型进行当前轮胎-道路摩擦与基准摩擦之间的比较。
在车辆中的典型轮胎-道路摩擦确定中，估算和报告的是可观察到的摩擦，这意味着它是在摩擦测量的特定位置处轮胎与道路表面的结合摩擦。然后，车队中的其他汽车可以使用所确定的摩擦。通常，一个潜在的假设是可观察到的摩擦被视为道路的摩擦。该假设基于这样的假设：道路的属性变化远大于轮胎，例如假设所有汽车都有相同的轮胎。因此，一般问题是摩擦估算值不区分道路和轮胎。因此，具有异常轮胎的汽车将向车队管理系统报告错误的摩擦，例如，一辆带有坏轮胎的汽车通常会报告低摩擦，这可能会导致向车队其他汽车发出错误的低摩擦警告。高频率的错误警告会降低系统的可信度，从而增加发生事故的风险。此外，当单个汽车估算低摩擦时，不知道是轮胎坏了还是道路滑溜。因此，当低摩擦时，不能警告驾驶员轮胎是坏的。如果车辆的轮胎坏了，需要通知驾驶员应当更换轮胎，否则会增加事故风险。
因此，本发明基于以下认识：通过将当前的轮胎-道路摩擦与车队的基准摩擦进行比较，能够实现与道路特性无关的轮胎单独的摩擦估算，从而提供对车辆轮胎质量的估算。
当前轮胎-道路摩擦与基准摩擦之间的差异可被看作是对轮胎质量的直接估算，其中当前轮胎-道路摩擦低于基准摩擦表明该轮胎比车队中的平均轮胎差。
在指定位置处的基准轮胎-道路摩擦被确定为在指定位置处的多个确定的轮胎-道路摩擦的加权平均值。因此，能够选择性地使基准摩擦值更可靠，因为所选择的摩擦值、时间或位置可以被赋予更低或更高的权重。
根据本发明的一个实施例，该方法还可以包括：如果当前轮胎-道路摩擦低于基准摩擦超过预定量，则向驾驶员提供控制轮胎的指示。该指示可设置为视觉或听觉指示，或者设置为其组合。该指示还可以基于差异的大小而变化，其中警报的强度可以随着差异的增加而成比例地增加。
根据本发明的一个实施例，该方法可以进一步包括确定：在向驾驶员提供控制轮胎的指示之前预定时间段内至少预定数量的摩擦确定是当前轮胎-道路摩擦低于基准摩擦超过预定量。因此，为了确定轮胎需要被控制，单次测量是不够的。指示低轮胎摩擦的偏差测量结果可能是由于几个不同的原因，例如基于不可预见的道路特性如一片冰、雨、湿叶或任何其他迅速影响道路状况的情形。由此，实现了对轮胎性能的更可靠估算。
根据本发明的一个实施例，该方法可以进一步包括，如果当前轮胎-道路摩擦低于基准摩擦超过预定量，则向车辆控制系统提供轮胎-道路摩擦的信息从而根据当前的轮胎-道路摩擦来修改车辆行为。因此，即使差异不超过预定量，也可以警告车辆控制系统减小的摩擦。这允许车辆控制系统基于轮胎的可疑磨损来修改车辆的行为。例如，这可以具有如下效果：与轮胎呈现正常摩擦的情况相比，降低通过弯曲道路的车速。
根据本发明的一个实施例，确定车辆的轮胎-道路摩擦还包括确定所确定的轮胎-道路摩擦的置信度值，并且其中用于确定基准摩擦的权重基于用于每个确定的轮胎-道路摩擦的置信度值。置信度值应被视为确定所确定的摩擦值对应于真实摩擦值的确定程度。因此，高置信度值表示能够依赖摩擦值来精确地反映真实摩擦，而低置信度值意味着所确定的摩擦可能偏离实际摩擦。
根据本发明的一个实施例，置信度值可以基于向车辆中的摩擦估算器功能(friction estimator function)提供的输入信号的质量。车辆中的摩擦估算最通常是基于从车载传感器接收的信号在车辆的控制单元中进行。传感器信号表示确定轮胎-道路摩擦所需的一个或多个物理参数，并且信号的质量可能变化。例如，可能是来自某些传感器类型的传感器信号在某些条件下不太可靠的情况，导致在这种条件下测量的摩擦值的置信度更低。可能影响置信值的其他因素可以是信号的噪声特性和/或信号的模数转换的质量，因为可以假设确定摩擦的控制单元是数字电路。
根据本发明的一个实施例，确定置信度值包括评估在确定轮胎-道路摩擦时是否考虑温度和/或天气条件。如果已知执行轮胎-道路摩擦确定的车辆考虑温度和/或天气条件，则可以假设摩擦值更可靠，从而与不考虑环境条件相比具有更高的置信度。可能影响摩擦测量的置信度的附加因素可包括：如果车辆在摩擦测量期间制动或加速，哪种方法用于确定摩擦，以及若如此车辆制动/加速的量。通常，当使用要求车辆制动或加速的方法执行时，轮胎-道路摩擦的确定更可靠，从而提高摩擦值的置信度。
根据本发明的一个实施例，指定位置覆盖预定区域，并且其中假设道路状况在预定区域内是相同的。因此，可以假设一个基准轮胎-道路摩擦值对于整个区域有效，并且在确定基准轮胎-道路摩擦时可以将整个区域视为一个位置。
根据本发明的一个实施例，该方法可以进一步包括：如果针对该区域的一部分确定的平均轮胎-道路摩擦与用于整个区域的平均轮胎-道路摩擦的差异超过预定量，则修改指定位置的区域。因此，通过修改定义指定位置的区域、可能通过创建由原始区域的子区域定义的新指定位置，能够解决道路状况的局部变化。但是，差异必须超过某个阈值，以避免区域变得不合理地小。还可能要求观察到的差异在修改原始区域之前持续一段时间和/或持续一定数量所报告的当前轮胎-道路摩擦。
根据本发明的一个实施例，该方法可以进一步包括通过基于地理位置和摩擦值对轮胎-道路摩擦值进行聚类来定义指定位置以得出地区，从而通过呈现相同轮胎-道路摩擦的区域限定每个指定位置。由此，能够通过聚类方法自动生成所关注区域中的多个指定位置。所述的聚类可以在初始训练阶段期间执行，或者可以在所述方法用于车队时连续执行。
根据本发明的一个实施例，该方法可以进一步包括通过丢弃在预定时间点之前获得的更早轮胎-道路摩擦确定值来更新基准轮胎-道路摩擦，从而考虑到变化的路况。因此，当丢弃更早的数值时，基于最近的道路状况保持更新基准摩擦。还可能通过随着摩擦测量进程增加而减小的权重来衡量轮胎-道路摩擦的确定，从而逐渐减小更早摩擦值在确定基准摩擦中的影响。这可以应对例如由于例如天气变化所致的道路状况变化。
根据本发明的一个实施例，确定基准轮胎-道路摩擦可以包括排除确定的低于预定阈值的轮胎-道路摩擦。因此，由于基准值的目的是为“正常”而没有过度磨损或损坏的轮胎提供轮胎-道路摩擦的测量，因此降低了来自低摩擦轮胎的影响。通过排除确定的低于预定阈值的轮胎-道路摩擦值，还能从给定位置的基准值中排除道路状况的瞬时和临时变化。
根据本发明的一个实施例，确定一个位置处一个车辆的轮胎-道路摩擦包括单独地确定车辆的四个轮胎中每个轮胎的轮胎-道路摩擦。因此，例如可能估算轮胎中的一个是否过度磨损并且磨损比其他轮胎更快。然而，同样可能仅对车辆的两个轮胎(优选对磨损最快的轮胎)进行轮胎-道路摩擦估算。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于基于车队的轮胎-道路摩擦特性来确定车辆轮胎特性的系统。该系统包括与形成车队的多个车辆中的每个车辆通信的远程服务器，每个车辆包括轮胎-道路摩擦确定控制单元，该轮胎-道路摩擦确定控制单元被配置为当车辆处于多个指定位置之一时确定当前的轮胎-道路摩擦，远程服务器被配置为从多个车辆接收所确定的轮胎-道路摩擦并且在每个指定位置处确定车队的基准轮胎-道路摩擦；以及车辆，其被配置为确定当前轮胎-道路摩擦与用于第一位置的车队的基准轮胎-道路摩擦之间的差异；并根据差异估算车辆的轮胎性能。
本发明第二方面的效果和特征很大程度上类似于上面结合本发明第一方面所述的那些。
当研究所附权利要求和以下描述时，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员认识到，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创建除了下面描述的实施例之外的实施例。
附图说明
现在将参考示出本发明的示例实施例的附图更详细地描述本发明的这些和其他方面，其中：
图1是概述根据本发明一个实施例的方法的一般步骤的流程图；
图2示意性地示出了根据本发明一个实施例的方法；并且
图3示意性地示出了根据本发明一个实施例的系统。
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当前优选实施例。然而，本发明可以许多不同的形式实施，并且不应当被解释为限于这里阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底和完整性，并且向技术人员充分传达本发明的范围。相同的附图标记始终表示相同的元件。
图1是概述根据本发明一个实施例的方法的一般步骤的流程图，并且将进一步参考图2描述该方法，图2示意性地示出了根据本发明一个实施例的系统的部分。
所描述的方法适用于车队，其中车队的所有车辆是具有类似轮胎的相似类型。例如可由车辆制造商、运输公司或任何其他实体(其中可以假设车队中车辆的特性是众所周知的)使用该方法。
在第一步骤中，在多个指定位置处确定100属于车队的多个车辆的轮胎-路面摩擦。这可以在其中具有已知轮胎特性的所选车辆被驾驶通过所关注位置范围的训练期间执行该步骤。还可能在车辆的正常操作期间执行所述步骤。为了确定可靠的基准摩擦，可能要求在一段时间内确定一定量摩擦值的最小数量的车辆确信处于基准摩擦内。
还应注意，这里的位置指的是能够假设道路摩擦对于整个区域是相同的区域。因此，如果两个相邻道路的不同特性引起不同的摩擦，则相邻道路可能属于不同的位置。然而，该方法同样适用于指定位置涉及特定道路特征(例如道路交叉口、桥梁等)的实施方式。
从车辆向中央服务器204提供所确定的轮胎-道路摩擦，中央服务器204可以是分布式云服务器或中央服务器，其中确定102每个指定位置处的车队的基准轮胎-道路摩擦。因此，基准轮胎-道路摩擦将从统计角度反映“真实”的摩擦，即车队的加权轮胎属性被用作基准。
接下来，在车辆200中，在第一位置202处确定104当前的轮胎-道路摩擦，该第一位置202是指定位置中的任一个。车辆200可以从远程服务器204请求用于指定位置202的基准摩擦值，或者车辆例如在接近或进入指定位置时可能已经接收基准摩擦值。
一旦确定了当前的轮胎-道路摩擦，就确定106当前轮胎-道路摩擦与用于第一位置的车队的基准轮胎-道路摩擦之间的差异。最后，基于该差异估算108车辆的轮胎特性。如果由车辆确定的当前摩擦值高于基准摩擦值超过预定阈值，则假设轮胎处于比车队的平均轮胎更好的状态并且不采取进一步的动作。然而，如果当前摩擦值低于基准摩擦值超过预定阈值，则可以警告驾驶员需要检查轮胎。因此，估算的轮胎特性可以包括轮胎是否高于或低于车队中平均轮胎的指示。估算的轮胎特性还可以更具体地提供轮胎磨损量的测量值。更精确地确定轮胎性能需要知道这种轮胎特性例如磨损与轮胎-道路摩擦相对于基准摩擦的偏差之间的关系。在使用该方法期间可以从车队收集这样的信息，以便于更具体地估算轮胎特性。
在该方法的一个实施例中，独立地确定两个或更多个轮胎的摩擦，在这种情况下，可以警告驾驶员关于需要控制哪个特定轮胎的指示。确定的显著低于基准摩擦的当前摩擦还可以触发车辆中的其他动作，例如控制车辆以降低曲线速度从而应对减少的轮胎抓地力。
此外，还向远程服务器提供当前车辆与道路的摩擦值连同获取摩擦值所需的时间和车辆地理坐标，从而能够用最新的摩擦值更新基准摩擦值。还可以将摩擦差异报告给远程服务器204，或者可以基于来自车辆所报告的摩擦在远程服务器中确定摩擦差异。因此，远程服务器还能够监控车辆的轮胎特性。
有限时间段内用于指定位置的基准摩擦μref可以确定为
Figure BDA0002091379770000071
其中n是观察次数，即确定的用于指定位置的轮胎-道路摩擦值的数量，并且wi是摩擦值μi的相应权重。权重又可被确定为每个确定的轮胎-道路摩擦值的置信度的函数w＝f(confidence)，其中函数f应当单调递增，即更高的置信度应当总是导致更高的权重，并且权重应当不是负值。置信度值是来自摩擦估算器的摩擦估算值的质量测量值。置信度可以用0到1之间的数字表示，其中0表示没有置信度，1表示完全置信度。因此可以将置信度视为摩擦估算值等于基本事实的可能性。例如可以基于用于确定车辆中摩擦的传感器信号来确定置信值。如果传感器信号的质量低或者向车辆中的摩擦估算器提供信号的传感器具有低置信度，则通常导致所估算摩擦的低置信度。作为示例，当前可用的基于物理的模型通常依赖于若干车内传感器信号作为轮胎-道路摩擦估算值的输入。由于可能测量车内信号的质量(例如就信噪比(SNR)而言)，因此具有低SNR的信号更可能导致所确定摩擦值的低置信度。
确定或影响置信度值的因素的另一个示例是物理模型是否用于描述摩擦。这样的模型可以被配置为处理不同的实例，其中某些实例比其他实例更不确定。不确定的实例是指当模型的有效性较低时因此当估算的摩擦不确定时导致更低的置信度值的情形。例如，轮胎的物理特性更容易建模为低滑动即高摩擦，意味着当存在高滑动时，存在更高的不确定性。当车辆呈现高加速度时通常会发生高滑移，而低摩擦会进一步增加滑动，从而呈现不确定的情况。因此，如果已知车辆在高滑动状态下运行，则能够预期高的不确定性，因此应当将置信度设定得低。置信度可能较低的其他情况包括极端环境温度，因为轮胎特性非常依赖于温度，并且温度依赖性难以建模并且因此通常被忽略。可能难以应对的第三个示例是轮胎压力的过度变化。
图3是根据本发明一个实施例的基于车队的轮胎-道路摩擦特性确定车辆的轮胎特性的系统300。该系统包括远程服务器204，其与形成车队的多个车辆中的每个车辆通信。每个车辆包括被配置为当车辆处于多个指定位置中的一个时确定当前轮胎-道路的摩擦的轮胎-道路摩擦确定控制单元302。远程服务器包括摩擦估算器304，摩擦估算器304被配置为从多个车辆接收所确定的轮胎-道路摩擦并且确定在每个指定位置处车队的基准轮胎-道路摩擦。
该系统还包括车辆200，车辆200包括摩擦确定控制单元302，该摩擦确定控制单元302被配置为确定当前轮胎-道路摩擦与用于第一位置的车队的基准轮胎-道路摩擦之间的差异；并基于该差异估算车辆的轮胎性能。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。控制单元还可以或替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑装置或数字信号处理器。在控制单元包括可编程装置例如上述微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器的情况下，处理器还可包括控制可编程装置操作的计算机可执行代码。
摩擦确定控制单元302还包括低通滤波器306，其抑制所确定摩擦的快速变化。车辆还包括“检查轮胎”警告系统和耦合于车辆200的HMI(人机界面)的“低摩擦”警告系统310，以向驾驶员提供警告。此外，车辆200包括车辆控制器312，其将摩擦估算值作为输入，用于基于所确定的摩擦来潜在地调节各种车辆系统的行为。
应当注意，所描述的方法同样适用于自动驾驶和全自动或半自动车辆，其中轮胎特性的正确估算对于能够以安全的方式控制车辆是重要的。
尽管已经参考本发明的具体示例性实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言，许多不同的改变、修改等将变得显而易见。而且，应当注意，该方法和系统的部分可以各种方式省略、互换或设置，该方法和系统仍然能够执行本发明的功能。
另外，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现对所公开实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在彼此不同的从属权利要求中陈述某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。

Claims (14)

1.一种基于车队的轮胎-道路摩擦性能估算车辆的轮胎性能的方法，该方法包括：
确定在多个指定位置处属于车队的多个车辆的轮胎-道路摩擦；
确定每个所确定的轮胎-道路摩擦的置信度值；
确定所述多个指定位置中每一个位置处车队的基准轮胎-道路摩擦为在相应指定位置处确定的摩擦值的加权平均值，其中所述摩擦值的加权平均值是基于每个所确定的轮胎-道路摩擦的置信度值；
在车辆中，确定在是所述多个指定位置之一的第一位置处的当前轮胎-道路摩擦；
确定所述当前轮胎-道路摩擦与所述第一位置的车队基准轮胎-道路摩擦之间的差异；以及
基于所确定的差异来估算所述车辆的轮胎特性。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：如果所述当前轮胎-道路摩擦低于所述基准轮胎-道路摩擦超过预定量，则向驾驶员提供控制轮胎的指示。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括确定：在向驾驶员提供控制轮胎的指示之前的预定时间段内，至少预定数量的摩擦确定是所述当前轮胎-道路摩擦低于所述基准轮胎-道路摩擦超过预定量。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：如果所述当前轮胎-道路摩擦低于所述基准轮胎-道路摩擦超过预定量，则向车辆控制系统提供轮胎-道路摩擦信息从而基于所述当前轮胎-道路摩擦修改车辆行为。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述置信度值是基于向车辆中的摩擦估算器功能提供的输入信号的质量。
6.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述置信度值包括评估在确定所述轮胎-道路摩擦时是否考虑温度和/或天气条件。
7.根据权利要求1所述的方法，其中指定位置覆盖预定区域，并且其中假设在所述预定区域内的道路状况是相同的。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：如果对所述指定位置的一部分区域确定的平均轮胎-道路摩擦与对所述指定位置的整个区域的平均轮胎-道路摩擦的差异超过预定量，则修改指定位置的区域。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括通过基于地理位置和摩擦值对轮胎-道路摩擦值进行聚类来定义指定位置以导出地区，从而通过呈现相同轮胎-道路摩擦的区域来定义每个指定位置。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括通过丢弃在预定时间点之前获取的更早的轮胎-道路摩擦确定值来更新所述基准轮胎-道路摩擦，从而考虑到变化的路况。
11.根据权利要求1所述的方法，其中确定基准轮胎-道路摩擦包括排除所确定的低于预定阈值的轮胎-道路摩擦。
12.根据权利要求1所述的方法，其中确定一个位置处一个车辆的轮胎-道路摩擦包括单独地确定所述车辆的四个轮胎中的每个轮胎的轮胎-道路摩擦。
13.一种用于基于车队的轮胎-道路摩擦特性确定车辆的轮胎特性的系统，所述系统包括：
远程服务器，其与形成车队的多个车辆中的每个车辆通信，每个车辆包括被配置为当所述车辆处于多个指定位置之一时确定当前的轮胎-道路摩擦的轮胎-道路摩擦确定控制单元，远程服务器被配置为从所述多个车辆接收所确定的轮胎-道路摩擦并且将每个指定位置处所述车队的基准轮胎-道路摩擦确定为在相应指定位置处确定的摩擦值的加权平均值，其中所述加权平均值是基于每个所确定的当前轮胎-道路摩擦的置信度值；以及
车辆，所述车辆被配置为确定当前轮胎-道路摩擦与用于第一位置所述车队的基准轮胎-道路摩擦之间的差异；并根据所述差异估算所述车辆的轮胎性能。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述远程服务器还被配置为通过基于地理位置和摩擦值对轮胎-道路摩擦值进行聚类来定义指定位置以导出地区，从而通过呈现相同的轮胎-道路摩擦的区域定义每个指定位置。
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