CN112182477B - 轮胎侧向力辨识方法及装置 - Google Patents

轮胎侧向力辨识方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112182477B
CN112182477B CN202010881298.7A CN202010881298A CN112182477B CN 112182477 B CN112182477 B CN 112182477B CN 202010881298 A CN202010881298 A CN 202010881298A CN 112182477 B CN112182477 B CN 112182477B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tire
lateral force
lateral
acceleration
lateral acceleration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010881298.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112182477A (zh
Inventor
梁冠群
危银涛
杜永昌
邬明宇
童汝亭
吕靖成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN202010881298.7A priority Critical patent/CN112182477B/zh
Publication of CN112182477A publication Critical patent/CN112182477A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112182477B publication Critical patent/CN112182477B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L17/00—Devices or apparatus for measuring tyre pressure or the pressure in other inflated bodies
    • G01L17/005—Devices or apparatus for measuring tyre pressure or the pressure in other inflated bodies using a sensor contacting the exterior surface, e.g. for measuring deformation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/20—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring wheel side-thrust
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00—Testing of vehicles
    • G01M17/007—Wheeled or endless-tracked vehicles
    • G01M17/02—Tyres
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Tires In General (AREA)

Abstract

本发明实施例提供一种轮胎侧向力辨识方法及装置，该方法包括：采集轮胎行驶过程中的侧向加速度；将所述侧向加速度和轮胎的垂直载荷，输入至预设的轮胎侧向力辨识模型，得到轮胎的侧向力；其中，所述轮胎侧向力辨识模型，是以轮胎侧向加速度和轮胎垂直载荷为自变量，以轮胎侧向力为应变量，基于多组试验数据，进行拟合得到。该方法仅需要轮胎内侧加速度和胎压信号就能进行侧向力的辨识，无需复杂的传感器和设备，且在不同的车速与胎压下均能进行有效辨识。

Description

轮胎侧向力辨识方法及装置
技术领域
本发明涉及车辆工程技术领域，尤其涉及一种轮胎侧向力辨识方法及装置。
背景技术
近年来，随着多种传感器的应用，智能轮胎系统引起了广泛的关注，包括光学传感器、激光传感器、电容传感器、应变传感器、磁传感器和加速度传感器。从传感器获得的信号可以转换为表征轮胎、车辆和道路的关键参数，包括轮胎力、轮胎振动及噪音、滑水和轮胎路面摩擦系数。这些参数可用于促进轮胎设计和改善车辆控制性能。
在智能轮胎系统中使用的传感器中，微机电系统(MEMS)加速度传感器由于具有体积小，价格便宜和能耗低等优点而被广泛使用。在许多研究中，已经发现加速度传感器型智能轮胎可以提供轮胎力的准确估算。
当前的大多数估计算法仅适用于简单的工作条件，而无法适应与复杂条件。侧向力是安全、高性能的车辆底盘系统和转向系统的重要变量。准确的估算和监控侧向力可用于增强车辆操纵和控制的性能。能够为车辆动力学控制如ESP和TCS系统以及自动驾驶提供实时的侧向力信息。轮胎行驶时工作条件复杂，目前亟需一种在轮胎行驶过程中，能实时准确实现侧向力辨识的方法。
发明内容
本发明实施例提供一种轮胎侧向力辨识方法及装置，用以弥补技术空白。
本发明实施例提供一种轮胎侧向力辨识方法，包括：采集轮胎行驶过程中的侧向加速度；将所述侧向加速度和轮胎的垂直载荷，输入至预设的轮胎侧向力辨识模型，得到轮胎的侧向力；其中，所述轮胎侧向力辨识模型，是以轮胎侧向加速度和轮胎垂直载荷为自变量，以轮胎侧向力为应变量，基于多组试验数据，进行拟合得到。
根据本发明一个实施例的轮胎侧向力辨识方法，所述采集轮胎行驶过程中的侧向加速度之前，还包括：在轮胎的不同侧偏角、不同垂直载荷条件下，测量相应的侧向力和侧向加速度，得到多组试验数据；以轮胎侧向加速度和轮胎垂直载荷为自变量，以轮胎侧向力为应变量，基于所述多组试验数据进行拟合，得到所述轮胎侧向力辨识模型。
根据本发明一个实施例的轮胎侧向力辨识方法，基于所述多组试验数据进行拟合之前，还包括：对于所述多组试验数据，将侧向加速度测量值减去伪侧偏加速度，将侧向力测量值减去伪侧偏力，得到消除伪侧偏后的多组试验数据；相应地，基于所述多组试验数据进行拟合，具体为：基于消除伪侧偏后的多组试验数据，进行拟合；其中，所述伪侧偏加速度和伪侧偏力，分别为轮胎侧偏角为零时测得的侧向加速度和侧向力。
根据本发明一个实施例的轮胎侧向力辨识方法，所述测量相应的侧向力和侧向加速度，得到多组试验数据，包括；获取多组数据时，同时采集同一位置的径向加速度，确定径向加速度序列中，梯度绝对值最大的两个时刻；将所述两个时刻之间的侧向加速度平均值，作为所述多组试验数据中的侧向加速度。
根据本发明一个实施例的轮胎侧向力辨识方法，所述轮胎侧向力辨识模型包括：
Figure BDA0002654206950000021
其中，中k1～k3为待拟合的参数，
Figure BDA0002654206950000031
为侧向加速度，Fz为垂直载荷，Fy,e为轮胎侧向力。
本发明实施例还提供一种轮胎侧向力辨识装置，包括：采集模块，用于采集轮胎行驶过程中的侧向加速度；处理模块，用于将所述侧向加速度和轮胎的垂直载荷，输入至预设的轮胎侧向力辨识模型，得到轮胎的侧向力；其中，所述轮胎侧向力辨识模型，是以轮胎侧向加速度和轮胎垂直载荷为自变量，以轮胎侧向力为应变量，基于多组试验数据，进行拟合得到。
根据本发明一个实施例的轮胎侧向力辨识装置，轮胎侧向力辨识模型包括：
Figure BDA0002654206950000032
其中，中k1～k3为待拟合的参数，
Figure BDA0002654206950000033
为侧向加速度，Fz为垂直载荷，Fy,e为轮胎侧向力。
本发明实施例还提供一种轮胎侧向力辨识系统，包括：上位机和下位机；所述下位机固定在轮胎内壁的周向圆柱面母线的中点，所述上位机与所述下位机无线连接；所述下位机用于获取轮胎侧向加速度，并将侧向加速度信息发送到上位机，所述上位机包括上述任一种所述轮胎侧向力辨识装置。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述轮胎侧向力辨识方法的步骤。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述轮胎侧向力辨识方法的步骤。
本发明实施例提供的轮胎侧向力辨识方法及装置，仅需要轮胎内侧加速度和胎压信号就能进行侧向力的辨识，无需复杂的传感器和设备，且在不同的车速与胎压下均能进行有效辨识。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的轮胎侧向力辨识方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的轮胎侧向力辨识系统的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的垂直载荷对轮胎侧向力的影响示意图；
图4是本发明实施例提供的轮胎在侧偏角为零时侧向加速度不为零的伪侧偏行为示意图；
图5是本发明实施例提供的径向加速度标记的接地区域以及侧向加速度示意图；
图6是本发明实施例提供的估算侧向力与实际侧向力的对比图；
图7是本发明实施例提供的辨识误差随垂向载荷和胎压的变化示意图；
图8是本发明实施例提供的轮胎侧向力辨识装置的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-图9描述本发明实施例的轮胎侧向力辨识方法及装置。图1是本发明实施例提供的轮胎侧向力辨识方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供一种轮胎侧向力辨识方法，包括：
步骤101、采集轮胎行驶过程中的侧向加速度。
可通过MEMS加速度传感器采集侧向加速度，能够轻松装入轮胎而不会改变轮胎性能。此外，MEMS加速度传感器是一种高度可靠且坚固的仪器，能够承受由加速度传感器遇到并离开地面引起的脉冲。可搭建一个测量系统实现，图2是本发明实施例提供的轮胎侧向力辨识系统的结构示意图，包括上位机和下位机，架构如图2所示。
下位机包括：在同一电路板上集成的微处理器、双轴加速度传感器，以及无线通讯和无线充电模块。其中双轴加速度传感器用于采集轮胎旋转时的径向加速度与侧向加速度，下位机处理器采集信号并通过无线通讯发送给上位机，无线充电模块用于轮胎外部的提供能量的无线充电。将下位机用橡胶工装密封后安装在轮胎内壁的周向圆柱面母线的中点，双轴加速度传感器其中一轴指向轮心的径向，另一轴指向车轮轴向即车辆侧向。
上位机包括：处理器、存储器与显示器，上位机可安装在车身上靠近轮胎的位置。其中，上位机处理器用于接收下位机通过无线通讯发送的加速度信号，并通过其中的轮胎侧向力辨识模型计算当前侧向力，存储器用于存储各信号、数据和模型，显示器用于在车内显示当前轮胎侧向力等信息。
作为一种可选实施例，采集轮胎行驶过程中的侧向加速度，具体为，采集轮胎行驶过程中胎冠内侧的侧向加速度。该实施例中，可以测得轮胎与地面接触区域的侧向加速度。
在上述实施例的基础上，进一步地，轮胎侧向力辨识模型，是以胎冠内侧的轮胎侧向加速度和轮胎垂直载荷为自变量，以轮胎侧向力为应变量，基于多组试验数据，进行拟合得到。
步骤102、将所述侧向加速度和轮胎的垂直载荷，输入至预设的轮胎侧向力辨识模型，得到轮胎的侧向力。
在实际使用中，垂直载荷可以通过地磅测量得到，且可以认为是个常量，或通过相关智能轮胎系统进行辨识。
侧向加速度和侧向力之间的关系还受垂直载荷影响，图3是本发明实施例提供的垂直载荷对轮胎侧向力的影响示意图，如图3所示。
轮胎侧向力辨识模型，是以轮胎侧向加速度和轮胎垂直载荷为自变量，以轮胎侧向力为应变量，基于多组试验数据，进行拟合得到的。
在具体应用之前，可在轮胎平板实验台上安装智能轮胎进行台架实验，如通过MTS-Flat Trac实验台完成。改变并采集轮胎侧偏角、侧向力、垂向载荷和胎压，同时采集并记录侧向加速度。
实验目的在于获取在不同工况(载荷、胎压)下轮胎匀速滚动时，胎内衬中央位置处传感器测量的径向及侧向加速度。利用侧向加速度辨识侧向力，从而搭建轮胎侧向力与侧向加速度与垂直载荷的函数关系。
由于加速度传感器安装在轮胎的内衬中，所以实际上测量了轮胎带束层的运动学参数。因此，轮胎带束的侧向变形与测得的侧向加速度密切相关，可以使用梁模型进行近似。通过梁模型的推导得出，对于相同尺寸和滚动速度的轮胎，侧向加速度与侧向力成比例。
将拟合后的轮胎侧向力辨识模型导入上位机的存储模块，在具体侧向力辨识之前，存储器中已存储有预设的轮胎侧向力辨识模型。将采集到的侧向加速度和轮胎的垂直载荷，输入至预设的轮胎侧向力辨识模型，便可得到对应的轮胎侧向力。
本发明实施例的轮胎侧向力辨识方法，仅需要轮胎内侧加速度和胎压信号就能进行侧向力的辨识，无需复杂的传感器和设备，且在不同的车速与胎压下均能进行有效辨识。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，采集轮胎行驶过程中的侧向加速度之前，还包括：在轮胎的不同侧偏角、不同垂直载荷条件下，测量相应的侧向力和侧向加速度，得到多组试验数据；以轮胎侧向加速度和轮胎垂直载荷为自变量，以轮胎侧向力为应变量，基于所述多组试验数据进行拟合，得到所述轮胎侧向力辨识模型。
在试验条件下，改变轮胎的偏向角和垂直载荷，利用仪器分别测量每种情况下的侧向力和侧向加速度。以轮胎侧向加速度和轮胎垂直载荷为自变量，以轮胎侧向力为应变量，进行拟合得到侧向力辨识模型，如进行线性拟合。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，基于所述多组试验数据进行拟合之前，还包括：对于所述多组试验数据，将侧向加速度测量值减去伪侧偏加速度，将侧向力测量值减去伪侧偏力，得到消除伪侧偏后的多组试验数据；相应地，基于所述多组试验数据进行拟合，具体为：基于消除伪侧偏后的多组试验数据，进行拟合；其中，所述伪侧偏加速度和伪侧偏力，分别为轮胎侧偏角为零时测得的侧向加速度和侧向力。
图3中可以看出，实验采集的原始侧向加速度及侧向力曲线并非中心对称，这是由于伪侧偏的影响。轮胎侧偏角为零时，由于伪侧偏现象使得侧向加速度和侧向力不为零，而这一部分随轮胎的结构和花纹块不同而变化，相同款式的轮胎伪侧偏特性基本一致。因此，需要首先去除伪侧偏的影响，之后进行模型的拟合和参数辨识。消除伪侧偏的影响后，纯弹性变形引起的加速度为
Figure BDA0002654206950000071
侧向力为Fy,e。
在零侧偏角下，仍然存在由轮胎帘布层转向引起的侧向加速度，图4是本发明实施例提供的轮胎在侧偏角为零时侧向加速度不为零的伪侧偏行为示意图，如图4所示。这种侧向加速度的原因不同于纯粹的弹性变形，是由轮胎花纹和帘线所引起的伪侧偏。记录侧偏角为零时的平均侧向加速度
Figure BDA0002654206950000072
及侧向力Fply。实际测量到的轮胎侧向力与侧偏角的关系为：
Figure BDA0002654206950000081
其中Fply表示侧偏角为零时的伪侧偏力，
Figure BDA0002654206950000082
表示侧偏角为零时的伪侧偏加速度，f表示侧向加速度与轮胎侧向力之间弹性形变的关系。根据以上分析，可以得出映射f近似为线性关系。
为了消除伪侧偏的影响，可将侧向加速度统一减去伪侧偏加速度，将侧向力统一减去伪侧偏力，只保留由弹性形变引起的侧向加速度
Figure BDA0002654206950000083
与侧向力Fy,e，该映射关系将通过实验拟合得出并应用，通过消除伪侧偏后的多组试验数据进行拟合，能够得到进一步准确的模型，以提高侧向力辨识的准确度。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述测量相应的侧向力和侧向加速度，得到多组试验数据，包括：获取多组数据时，同时采集同一位置的径向加速度；确定径向加速度序列中，梯度绝对值最大的两个时刻；将所述两个时刻之间的侧向加速度平均值，作为所述多组试验数据中的侧向加速度。
在接地区域内，随着侧向加速度剧烈波动，侧向变形更为严重，而非接地区域之间的加速度几乎为零。轮胎接地区域内的加速度可用于估算侧向力。
其中，接地区域中加速度的离散采样点数为N，Ay是接地区域内侧向加速度的总和。在辨识时，使用平均加速度
Figure BDA0002654206950000084
代替Ay，从而避免在辨识算法中应用偏离较大的值。
图5是本发明实施例提供的径向加速度标记的接地区域以及侧向加速度示意图，在轮胎内侧安装的加速度传感器采集到的径向加速度如图5所示。径向加速度在参考离心加速度之上有两个最大峰值，在两个峰值中间，径向加速度几乎为零。径向加速度的波形与轮胎和道路相互作用有关，这是由接地区域周围的复杂弹性橡胶变形引起的，并且由于轮胎旋转而放大。
对采集的径向加速度进行滤波，找到波形中极小值附近加速度梯度绝对值最大的两个点，其中梯度最小的为轮胎开始接地的时刻，梯度最大的为轮胎离地的时刻。由轮胎接地和离地的时刻确定接地时间段，对轮胎接地时间段内的侧向加速度求平均值
Figure BDA0002654206950000091
作为拟合的侧向加速度，从而准确反映出侧向力的真实大小。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述轮胎侧向力辨识模型包括：
Figure BDA0002654206950000092
其中，中k1～k3为待拟合的参数，
Figure BDA0002654206950000093
为侧向加速度，Fz为垂直载荷，Fy,e为轮胎侧向力。
轮胎的非线性特性随着滑移角的增加而逐渐占主导地位，因此还应考虑非线性特性。根据试验分析，最终侧向加速度和侧向力之间的关系如上式。
其中，k1表示主要的线性关系，
Figure BDA0002654206950000094
描述轮胎的非线性特性，k3Fz表示垂直载荷的影响。拟合系数需要通过实验数据拟合确定，进行台架实验，要求能够施加不同的轮胎侧偏角及垂直载荷，并改变胎压。
代入消除伪侧偏的实验数据进行拟合，得到k1～k3拟合系数。由此得到了轮胎侧向力与侧向加速度和垂直载荷的关系。
此外，本发明实施例提出一种理论力学模型来说明加速度机理，为智能轮胎侧向力辨识方法提供理论指导。
轮胎与道路之间的相互作用非常复杂，涉及刚体运动和弹性变形的耦合作用。这里采用混合拉格朗日-欧拉(MLE)方法来描述滚动变形轮胎，侧向加速度可以表示为：
ay＝Ω2w″；
侧向加速度与轮胎转速(Ω)的平方和形变的二次梯度(w″)相关。推导的加速度运动学公式是澄清加速度信号机理的重要依据。轮胎形变将智能轮胎加速度与估算轮胎侧向力联系起来，为开发智能轮胎应用算法奠定基础。
下面通过实验对本发明实施例的方法进行说明，实验目的在于获取在不同工况(载荷、胎压、轮速)下轮胎匀速滚动时，胎内衬中央位置处传感器测量的径向及侧向加速度。利用径向加速度辨识轮胎的接地区域，利用接地区域中侧向加速度的均值辨识侧向力，从而搭建轮胎侧向力与侧向加速度与垂直载荷的函数关系。因此实验矩阵需要考虑：
轮胎使用时的气压，包括漏气及高温造成的高压情况；
车辆正常行驶时的轮胎侧偏角范围；
被测轮胎所能承受的垂直载荷范围，需要考虑到过载工况。
根据上述的要求拟定测试矩阵，如表1所示：
表1实验所需变量测试矩阵
Figure BDA0002654206950000101
参数调整顺序依次为：气压——垂直载荷——侧偏角，测试工况一共为156组。最终的测试流程如下所示(FOR表示循环)：
Figure BDA0002654206950000111
轮胎侧向力实验是通过MTS-Flat Trac实验台完成的。智能轮胎系统安装在205/55R16尺寸的轮胎上，加速度传感器量程为±200g，单轴模式下的采样频率为2.9kHz，分辨率为100mg·LSB-1。实验中侧偏角从-3°到3°以0.5°为间隔变化。垂直载荷在2876N，3850N和4824N之间变化。轮胎气压分别为1.84bar，2.14bar，2.44bar和2.74bar。
由轮胎压力为2.14bar时的实验点进行拟合，拟合系数和拟合优度结果如表2。可以看出，该模型能够很好的拟合轮胎侧向力与侧向加速度与垂直载荷的关系。
表2.侧向力辨识拟合结果
Figure BDA0002654206950000112
Figure BDA0002654206950000121
利用拟合好的模型，在不同侧偏角和垂直载荷下通过侧向加速度估算轮胎的侧向力。将估算侧向力与2.74bar胎压下测得的实际力进行比较，图6是本发明实施例提供的估算侧向力与实际侧向力的对比图，如图6所示。在不同的侧偏角下，估算的侧向力与实际力侧向力之间的相对误差不超过8％。
将拟合的模型与所有12种实验情况进行比较以进行验证。每个平均相对预测误差是在一系列侧向加速度下使用相对误差的绝对值计算得出的，图7是本发明实施例提供的辨识误差随垂向载荷和胎压的变化示意图，如图7所示。由于MTS测试台过载，1.84bar下的垂直载荷相对高于其他载荷。但是，它同样能够证明所提出的模型的准确性。可以看出，相对误差随着垂直载荷的降低而降低，并且随着轮胎压力的升高而降低。结果证明，即使在同一套拟合系数的情况下，侧向力估计方法在不同的垂直载荷和轮胎压力的情况下也具有很高鲁棒性。
下面对本发明实施例提供的轮胎侧向力辨识装置进行描述，下文描述的轮胎侧向力辨识装置与上文描述的轮胎侧向力辨识方法可相互对应参照。
图8是本发明实施例提供的轮胎侧向力辨识装置的结构示意图，如图8所示，该轮胎侧向力辨识装置包括：采集模块801和处理模块802。其中，采集模块801用于采集轮胎行驶过程中的侧向加速度；处理模块802用于将所述侧向加速度和轮胎的垂直载荷，输入至预设的轮胎侧向力辨识模型，得到轮胎的侧向力；其中，所述轮胎侧向力辨识模型，是以轮胎侧向加速度和轮胎垂直载荷为自变量，以轮胎侧向力为应变量，基于多组试验数据，进行拟合得到。
进一步地，所述轮胎侧向力辨识模型包括：
Figure BDA0002654206950000122
其中，中k1～k3为待拟合的参数，
Figure BDA0002654206950000131
为侧向加速度，Fz为垂直载荷，Fy,e为轮胎侧向力。
本发明实施例还提供一种轮胎侧向力辨识系统，包括：上位机和下位机；所述下位机固定在轮胎内壁的周向圆柱面母线的中点，所述上位机与所述下位机无线连接；所述下位机用于获取轮胎侧向加速度，并将侧向加速度信息发送到上位机，所述上位机包括上述轮胎侧向力辨识装置。具体可见方法实施例中的描述，此处不在赘述。
本发明实施例提供的装置实施例是为了实现上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述方法实施例，此处不再赘述。
本发明实施例提供的轮胎侧向力辨识装置，仅需要轮胎内侧加速度和胎压信号就能进行侧向力的辨识，无需复杂的传感器和设备，且在不同的车速与胎压下均能进行有效辨识。
图9是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图9所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)901、通信接口(Communications Interface)902、存储器(memory)903和通信总线904，其中，处理器901，通信接口902，存储器903通过通信总线904完成相互间的通信。处理器901可以调用存储器903中的逻辑指令，以执行轮胎侧向力辨识方法，该方法包括：采集轮胎行驶过程中的侧向加速度；将所述侧向加速度和轮胎的垂直载荷，输入至预设的轮胎侧向力辨识模型，得到轮胎的侧向力；其中，所述轮胎侧向力辨识模型，是以轮胎侧向加速度和轮胎垂直载荷为自变量，以轮胎侧向力为应变量，基于多组试验数据，进行拟合得到。
此外，上述的存储器903中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的轮胎侧向力辨识方法，该方法包括：采集轮胎行驶过程中的侧向加速度；将所述侧向加速度和轮胎的垂直载荷，输入至预设的轮胎侧向力辨识模型，得到轮胎的侧向力；其中，所述轮胎侧向力辨识模型，是以轮胎侧向加速度和轮胎垂直载荷为自变量，以轮胎侧向力为应变量，基于多组试验数据，进行拟合得到。
又一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的轮胎侧向力辨识方法，该方法包括：采集轮胎行驶过程中的侧向加速度；将所述侧向加速度和轮胎的垂直载荷，输入至预设的轮胎侧向力辨识模型，得到轮胎的侧向力；其中，所述轮胎侧向力辨识模型，是以轮胎侧向加速度和轮胎垂直载荷为自变量，以轮胎侧向力为应变量，基于多组试验数据，进行拟合得到。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种轮胎侧向力辨识方法，其特征在于，包括：
采集轮胎行驶过程中的侧向加速度；
将所述侧向加速度和轮胎的垂直载荷，输入至预设的轮胎侧向力辨识模型，得到轮胎的侧向力；
其中，所述轮胎侧向力辨识模型，是以轮胎侧向加速度和轮胎垂直载荷为自变量，以轮胎侧向力为应变量，基于多组试验数据，进行拟合得到；所述轮胎侧向力辨识模型包括：
Figure FDA0003575683170000011
其中， k1～k3为待拟合的参数，
Figure FDA0003575683170000012
为侧向加速度，Fz为垂直载荷，Fy,e为轮胎侧向力。
2.根据权利要求1所述的轮胎侧向力辨识方法，其特征在于，所述采集轮胎行驶过程中的侧向加速度之前，还包括：
在轮胎的不同侧偏角、不同垂直载荷条件下，测量相应的侧向力和侧向加速度，得到多组试验数据；
以轮胎侧向加速度和轮胎垂直载荷为自变量，以轮胎侧向力为应变量，基于所述多组试验数据进行拟合，得到所述轮胎侧向力辨识模型。
3.根据权利要求2所述的轮胎侧向力辨识方法，其特征在于，基于所述多组试验数据进行拟合之前，还包括：
对于所述多组试验数据，将侧向加速度测量值减去伪侧偏加速度，将侧向力测量值减去伪侧偏力，得到消除伪侧偏后的多组试验数据；
相应地，基于所述多组试验数据进行拟合，具体为：
基于消除伪侧偏后的多组试验数据，进行拟合；
其中，所述伪侧偏加速度和伪侧偏力，分别为轮胎侧偏角为零时测得的侧向加速度和侧向力。
4.根据权利要求2所述的轮胎侧向力辨识方法，其特征在于，所述测量相应的侧向力和侧向加速度，得到多组试验数据，包括；
获取多组数据时，同时采集同一位置的径向加速度，确定径向加速度序列中，梯度绝对值最大的两个时刻；
将所述两个时刻之间的侧向加速度平均值，作为所述多组试验数据中的侧向加速度。
5.一种轮胎侧向力辨识装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集轮胎行驶过程中的侧向加速度；
处理模块，用于将所述侧向加速度和轮胎的垂直载荷，输入至预设的轮胎侧向力辨识模型，得到轮胎的侧向力；
其中，所述轮胎侧向力辨识模型，是以轮胎侧向加速度和轮胎垂直载荷为自变量，以轮胎侧向力为应变量，基于多组试验数据，进行拟合得到；
所述轮胎侧向力辨识模型包括：
Figure FDA0003575683170000021
其中， k1～k3为待拟合的参数，
Figure FDA0003575683170000022
为侧向加速度，Fz为垂直载荷，Fy,e为轮胎侧向力。
6.一种轮胎侧向力辨识系统，其特征在于，包括：上位机和下位机；所述下位机固定在轮胎内壁的周向圆柱面母线的中点，所述上位机与所述下位机无线连接；
所述下位机用于获取轮胎垂向及侧向加速度，并将垂向及侧向加速度信息发送到上位机，所述上位机包括权利要求5所述的轮胎侧向力辨识装置。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4任一项所述轮胎侧向力辨识方法的步骤。
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述轮胎侧向力辨识方法的步骤。
CN202010881298.7A 2020-08-27 2020-08-27 轮胎侧向力辨识方法及装置 Active CN112182477B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010881298.7A CN112182477B (zh) 2020-08-27 2020-08-27 轮胎侧向力辨识方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010881298.7A CN112182477B (zh) 2020-08-27 2020-08-27 轮胎侧向力辨识方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112182477A CN112182477A (zh) 2021-01-05
CN112182477B true CN112182477B (zh) 2022-06-03

Family

ID=73923989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010881298.7A Active CN112182477B (zh) 2020-08-27 2020-08-27 轮胎侧向力辨识方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112182477B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112784483B (zh) * 2021-01-18 2022-12-23 吉林大学 轮胎性能裕度的辨识模型建模、使用方法及相关设备
CN113515807B (zh) * 2021-04-21 2024-01-30 灵耘智能科技(上海)有限公司 车轮垂向力检测方法、装置、电子设备及存储介质
CN115266152B (zh) * 2022-06-28 2023-11-24 合肥工业大学 基于深度学习的汽车轮胎侧向力检测方法和系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6904351B1 (en) * 2004-03-17 2005-06-07 Delphi Technologies, Inc. Operating a vehicle control system
CN102880048A (zh) * 2012-10-12 2013-01-16 江苏大学 一种轮胎侧向力线性化控制的方法
CN109591821A (zh) * 2018-12-07 2019-04-09 清华大学 轮胎受力计算方法、装置和车载计算机设备

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6904351B1 (en) * 2004-03-17 2005-06-07 Delphi Technologies, Inc. Operating a vehicle control system
CN102880048A (zh) * 2012-10-12 2013-01-16 江苏大学 一种轮胎侧向力线性化控制的方法
CN109591821A (zh) * 2018-12-07 2019-04-09 清华大学 轮胎受力计算方法、装置和车载计算机设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN112182477A (zh) 2021-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112182477B (zh) 轮胎侧向力辨识方法及装置
EP2837510B1 (en) Torsional mode tire wear state estimation system and method
EP2777956B1 (en) Tire suspension fusion system for estimation of tire deflection and tire load and method of estimating a tire load
EP2813378B1 (en) Tire wear state estimation system and method
EP2705963B1 (en) Tire sidewall load estimation system and method
EP3023761B1 (en) Tire cornering stiffness estimation system and method
EP2740640B1 (en) Tire slip angle estimation system and method
JP5111505B2 (ja) タイヤ摩耗推定方法
CN101108578B (zh) 轮胎气压下降报警方法和设备
CN104334375B (zh) 轮胎不均匀磨损检测方法和轮胎不均匀磨损检测设备
Gustafsson et al. Virtual sensors of tire pressure and road friction
US8279056B2 (en) Apparatus, method and computer for detecting decrease in tire air pressure by calculating a gain corresponding to an arbitrary frequency
CN105437880A (zh) 一种胎压监测系统与方法
EP3501924B1 (en) Wheel load estimation device
CN108146161B (zh) 车轮不平衡检测系统及方法
CN111976396B (zh) 一种轮胎实时载荷辨识装置及方法
EP3159189A1 (en) Indirect tire wear state estimation system and method of tire state estimation through wheel speed signal feature extraction
JP2002160511A (ja) タイヤ空気圧推定装置
CN113553543A (zh) 轮胎纵向力的估测方法、装置、电子设备和存储介质
US20240060814A1 (en) Wheel load estimation device, method, and program
JP5530800B2 (ja) タイヤ空気圧低下検出装置、方法およびプログラム、ならびにタイヤ空気圧低下輪特定装置、方法およびプログラム
Williams et al. Real time tyre model parameter identification
CN112373248A (zh) 轮胎磨损检测方法、轮胎磨损检测装置及车辆

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant