CN112644229B - 一种间接式的轮胎磨损监测方法及esp系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种间接式车轮磨损监测方法，包括如下步骤：S1车辆制动时，基于轮胎型号及车辆当前工况来确定当前的纵向力权重系数C_x和侧向力权重系数C_y，工况由所在路面类型、当前车速及转角共同表征；S2、基于车辆当前的滑移率s、纵向力F_x、侧向力F_y及轮胎侧偏角α，计算当前的轮胎磨损表征量Q；S3、若当前轮胎磨损表征量Q超出对应的轮胎磨损表征量设定范围时，计数一次，在设定时长内，若计数值达到计数阈值，则发出换胎提醒。采用间接的方法监测轮胎磨损情况，不需要另外增加任何的传感器，用车辆上现有的传感器，通过纯数学理论计算的软件解决方式。相比目前采用的轮胎内置传感器的方法节约了成本。

Description

一种间接式的轮胎磨损监测方法及ESP系统

技术领域

本发明属于轮胎磨损监测技术领域，更具体地，本发明涉及一种间接式的轮胎磨损监测方法及ESP系统。

背景技术

目前用于实时监测轮胎磨损主要还是采取直接式监测方法，通过在轮胎内部加装响应的传感器来进行监测，当轮胎磨损达到一定程度时，会自动报警通知驾驶员更换轮胎。例如，柔性聚酰亚胺基板和超柔性环氧树脂制成的柔性贴片式应变传感器，使用光刻法制造的橡胶基应变传感器，该传感器不会干扰轮胎变形，并且可以使用传感器电容变化来精确地监测轮胎的行为。

目前已经得知的轮胎磨损方法大多需要在车上加装相应设备，存在成本高的问题。

发明内容

本发明提供一种间接式的轮胎磨损监测方法，旨在改善上述问题。

本发明是这样实现的，一种间接式车轮磨损监测方法，所述方法具体包括如下步骤：

S1车辆制动时，基于轮胎型号及车辆当前工况来确定当前的纵向力权重系数C_x和侧向力权重系数C_y，工况由所在路面类型、当前车速及转角共同表征；

S2、基于车辆当前的滑移率s、纵向力F_x、侧向力F_y及轮胎侧偏角α，计算当前的轮胎磨损表征量Q；

S3，若当前轮胎磨损表征量Q超出对应的轮胎磨损表征量设定范围时，计数一次，在设定制动次数内，若计数值达到计数阈值，则发出换胎提醒。

进一步的，纵向力权重系数C_x和侧向力权重系数C_y的确定方法具体如下：

S21、采集各型号正常轮胎在不同工况下的横向力及纵向力，正常轮胎是指未磨损轮胎；

S22、基于横向力及纵向力的占比来确定各型号正常轮胎在各工况下的纵向力权重系数C_x和侧向力权重系数C_y，即构建纵向力和侧向力的权重系数C_x、C_y标准库；

S23、基于轮胎型号及当前工况在纵向力和侧向力的权重系数C_x、C_y标准库中查找当前工况下的纵向力权重系数C_x和侧向力权重系数C_y。

进一步的，轮胎磨损表征量设定范围的确定方法具体包括如下步骤：

S31、获取不同型号正常轮胎在不同工况下的标准轮胎磨损表征量；

S32、将标准轮胎磨损表征量作为该型号轮胎在对应工况下的轮胎磨损表征量阈值；

S33、基于允许的误差范围来确定该轮胎在当前工况下的轮胎磨损表征量设定范围。

进一步的，当前轮胎磨损表征量Q的计算公式具体如下：

轮胎磨损表征量：Q＝C_xD_x+C_yD_y；

纵向修正因子:

侧向修正因子：

其中，C_x+C_y＝1，C_x、C_y分别为纵向力权重系数、侧向力权重系数，s为滑移率，F_x为纵向力，F_y为侧向力，α为轮胎侧偏角，l为实际距离。

本发明是这样实现的，一种ESP系统，所述ESP系统上存储有实现如上所述间接式车轮磨损监测方法的计算机程序。

本发明采用间接的方法监测轮胎磨损情况，不需要另外增加任何的传感器，用车辆上现有的传感器，通过纯数学理论计算的软件解决方式。相比目前采用的轮胎内置传感器的方法节约了成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的间接式车轮磨损监测方法流程图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

本发明采取间接式监测轮胎磨损，不需要加装任何的设备，只需要采集轮胎当前的相关参数，通过纯软件来实现轮胎磨损监测，该轮胎磨损监测程序可以集成于ESP系统，实现轮胎磨损的成本低监测。

图1为本发明实施例提供的间接式车轮磨损监测方法流程图，该方法具体包括如下步骤：

轮胎随着滑移率的增加，纵向力和侧向力在一开始为线性关系(稳定状态)，当达到一定程度后进入非线性区域(非稳定状态)。可以看出，对于磨损后的低附着系数轮胎，更容易进入非线性失稳状态。

对于轮胎磨损，轮胎磨损模型的修正公式如下：

纵向修正因子:

侧向修正因子：

其中，C₀为疲劳磨损，G为垂直载荷，G₀为额定载荷，n为垂直载荷指数，b_x为纵向力相对磨损系数，b_y为侧向力相对磨损系数，l₀为标准距离，l为实际距离，s为滑移率，F_x为纵向力，F_y为侧向力，α为轮胎侧偏角，A为不同路面类型下的修正影响因子，为经验参数。

其中，C₀、n、b_x、b_y反映了轮胎的结构、材料、充气压力以及胎面花纹、轮胎刚度等因素的影响，及与轮胎本身有关的系数；A反映了道路的影响。

由上式可知，轮胎磨损量除了与轮胎本身和道路有关的系数外，其余的都与轮胎的力学参数有关，及车辆运动过程中轮胎所受的纵向力F_x、侧向力F_y、滑移率s和轮胎侧偏角α。

为了表述上述理论，建立了轮胎磨损表征量Q：

Q＝C_xD_x+C_yD_y＝C_x(F_x,s)+C_y(F_y,α)

C_x+C_y＝1

其中，C_x、C_y为轮胎摩擦的纵向力和侧向力的分配系数，对于同一车辆来说，这两个参数C_x、C_y与车速，地面附着系数、转角有关。可以通过大量实验获得不同型号轮胎在稳定状态下的不同路况μ、车速v和转角δ下的对应值T＝[(C_x,C_y),(v,δ,μ)]，用于实际车辆检测时确定纵向修正因子D_x、侧向修正因子D_y的分配值。

在轮胎磨损表征量Q中可以看出，在同一工况下，与轮胎磨损直接相关的变量为：滑移率s、纵向力F_x、侧向力F_y及轮胎侧偏角α。因此建立一个在良好轮胎在不同工况下的评判标准B＝[Q,T]，通过车辆对应工况下轮胎的实时检测，若实际的轮胎磨损表征量Q在连续N(待定)次超过对应的轮胎磨损表征量的设定范围，这提示驾驶员需要更换轮胎。具体工作流程如下：

步骤1：构建各型号轮胎的纵向力权重系数C_x和侧向力的权重系数C_y标准库；

由于轮胎在运动过程中同时存在纵向力F_x和侧向力F_y，针对相同型号的轮胎而言，在不同的路面、转角和车速下轮胎的纵向力和侧向力占比不一样。即轮胎磨损表征量Q中纵向修正因子D_x和侧向修正因子D_y的侧重比不一样，因此建立不同路面μ_i、转角δ和车速v下的标准系统尤为重要。

分为7中路面：沥青或混凝土(干)μ₁、沥青或混凝土(湿)μ₂、砾石μ₃、土路(干)μ₄、土路(湿)μ₅、雪路(压紧)μ₆、冰路面μ₇。

针对同一种轮胎型号，采集不同路面μ_i下，不同速度v_j和不同转角δ_k下的纵向力权重系数C_x和侧向力的权重系数C_y，基于相同工况下的横向力及纵向力的占比来确定对应工况下的纵向力权重系数C_x和侧向力的权重系数C_y，其中C_y＝1-C_x；依据上述方法获取各型号轮胎的在不同路面μ_i下，不同速度v_j和不同转角δ_k下的纵向力权重系数C_x和侧向力的权重系数C_y，即完成了纵向力和侧向力的权重系数C_x、C_y标准库的构建，

步骤2：在使用前还需要对轮胎磨损表征量的设定范围进行标定，其标定方法具体如下：

获取各型号正常轮胎在不同路面μ_i，不同速度v_j和不同转角δ_k下的标准轮胎磨损表征量，标准轮胎磨损表征量的计算过程也是先获取该轮胎型号在对应工况下的纵向力权重系数C_x和侧向力的权重系数C_y，基于当前的滑移率s、纵向力F_x、侧向力F_y及轮胎侧偏角α来计算该型号轮胎在对应工况下的标准轮胎磨损表征量；将标准轮胎磨损表征量作为该型号轮胎在对应工况下的轮胎磨损表征量阈值；基于允许的误差范围来确定该轮胎在当前工况下的轮胎磨损表征量设定范围。此处的正常轮胎还是未磨损的轮胎或者是轻微磨损不受影响的轮胎。

步骤3：实车使用过程中，车辆制动时，基于轮胎型号、当前所在路面的路面类型，当前的车速及转角确定当前的纵向力和侧向力的分配系数C_x、C_y及对应的轮胎磨损表征量的设定范围。

步骤4：通过上述的轮胎磨损表征量Q可以看出，在权重系数C_x、C_y确定的情况下，Q的值主要取决于滑移率s、纵向力F_x、侧向力F_y及轮胎侧偏角α，在车辆启动后，实时监测上述四个参数，在车辆制动时，再基于步骤S2读取的纵向力和侧向力的分配系数C_x、C_y来计算当前的轮胎磨损表征量Q；

这四个参数均可以通过车上现有传感器信号，结合相应的理论直接由软件进行计算得出。例如，滑移率s可以通过ESP系统本身可以计算获得，纵向力F_x和侧向力F_y可以通过轮胎的“魔术公式”计算获得，轮胎侧偏角为车辆的标定参数。

步骤5：将当前的轮胎磨损表征量Q与对应的轮胎磨损表征量的设定范围进行比较，若超出该轮胎磨损表征量的设定范围则计数一次，若在设定制动次数内的计数值超出计数阈值，则发出换胎提醒。

在本发明实施例中，由于在ESP中的轮速传感器，传感器的探头和齿圈的距离不一致，因此，即使在相同的车速，相同的轮胎和胎压下，传感器输出的信号频率也不一样，从而无法比较各个轮胎转速之间的差别。因此，有必要设计一个信号标准试验，建立每个轮胎在正常胎压下，轮速和轮胎转速之间的关系，为计算轮胎滑移率做准备。该标准的精度要求过高，试验简单，试验次数也少，故使用完全试验设计方法，车速以5km/h为步长，从5km/h变化到120km/h，每次试验重复6次。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种间接式车轮磨损监测方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：

S1车辆制动时，基于轮胎型号及车辆当前工况来确定当前的纵向力权重系数C_x和侧向力权重系数C_y，当前工况由当前所在路面类型、当前车速及转角共同表征；

S2、基于车辆当前的滑移率s、纵向力F_x、侧向力F_y及轮胎侧偏角α，计算当前的轮胎磨损表征量Q；

S3、若当前轮胎磨损表征量Q超出对应的轮胎磨损表征量设定范围时，计数一次，在设定制动次数内，若计数值达到计数阈值，则发出换胎提醒；

纵向力权重系数C_x和侧向力权重系数C_y的确定方法具体如下：

S21、采集各型号正常轮胎在不同工况下的横向力及纵向力，正常轮胎是指未磨损轮胎；

S22、基于横向力及纵向力的占比来确定各型号正常轮胎在不同工况下的纵向力权重系数C_x和侧向力权重系数C_y，即构建纵向力和侧向力的权重系数C_x、C_y标准库；

S23、基于轮胎型号及当前工况在纵向力和侧向力的权重系数C_x、C_y标准库中查找当前工况下的纵向力权重系数C_x和侧向力权重系数C_y；

轮胎磨损表征量设定范围的确定方法具体包括如下步骤：

S31、获取不同型号正常轮胎在不同工况下的标准轮胎磨损表征量；

S32、将标准轮胎磨损表征量作为该型号轮胎在对应工况下的轮胎磨损表征量阈值；

S33、基于允许的误差范围来确定该轮胎在当前工况下的轮胎磨损表征量设定范围；

当前轮胎磨损表征量Q的计算公式具体如下：

轮胎磨损表征量：Q＝C_xD_x+C_yD_y；

纵向修正因子:

侧向修正因子：

其中，C_x+C_y＝1，C_x、C_y分别为纵向力权重系数、侧向力权重系数，s为滑移率，F_x为纵向力，F_y为侧向力，α为轮胎侧偏角，l为实际距离。

2.一种ESP系统，其特征至于，所述ESP系统上存储有实现如权利要求1所述间接式车轮磨损监测方法的计算机程序。

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