CN116133912A - 用于确定道路摩擦特性的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于确定商用车辆(10)的道路摩擦特性的设备(100)。所述商用车辆(10)包括第一车轴(11)、第二车轴(12)、用于改变所述第二车轴(12)或所述第一车轴(11)上的负载(Fn)的负载分配机构(14)以及用于确定所述第一车轴(11)或所述第二车轴(12)上的至少一个车轮(17、18)的滑动值的滑动传感器(16)。所述设备(100)具有评估单元(110)，所述评估单元配置为能够：控制所述负载分配机构(14)以改变所述第二车轴(12)或所述第一车轴(11)上的负载(Fn)；响应于负载(Fn)的变化，确定滑动值的变化；以及根据所述滑动值的变化评估道路摩擦特性。

Description

用于确定道路摩擦特性的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定商用车辆道路摩擦特性的设备和方法，特别是涉及一种通过改变车轴负载来评估道路摩擦特性的方法。
背景技术
出于安全考虑，需要对各种驾驶情况下的道路摩擦特性进行评估。特别是，自动驾驶的车辆需要可靠地确定道路摩擦特性，例如，在此基础上自动控制制动和/或转向驱动。同样地，车辆底盘控制系统也需要依靠正确的道路摩擦特性来正常运行。对确定道路摩擦特性的系统有一个特别的要求，即不需要在车辆上安装额外的传感器，而是依靠已有的传感器设备。
然而，在正常的驾驶情况下，很难确定道路摩擦特性，因为加速和/或制动远远没有达到极限。通常情况下，只有在危急情况下，即车轮和路面之间的附着力即将丧失时，道路摩擦特性才能被可靠地确定。然而，在正常的驾驶情况下，摩擦力的利用只占安全驾驶车辆可用摩擦力的一小部分。
US 6,508,102中公开了一种确定道路摩擦特性的传统方法，其中道路摩擦特性的评估是基于车辆中的传统传感器。另一种传统方法在US6,418,369中示出，其中道路摩擦特性是在车辆的稳定状态下评估的，其中驱动力和相应的制动力是同时施加的。然而，这种方法有很多风险。例如，当前车轴被制动而后车轴被驱动时，存在着车辆失控的风险。因此，在确定道路摩擦特性方面仍然需要改进，特别是在正常的驾驶情况下，不使车辆处于危险状态。
发明内容
根据权利要求1的设备和根据权利要求12的方法至少克服了前面描述的传统系统的一些问题。从属权利要求指的是独立权利要求的主题的进一步的有利实现。
本发明涉及一种用于确定商用车辆的道路摩擦特性的设备。该商用车辆包括第一车轴、第二车轴、用于改变第一车轴和/或第二车轴上负载的负载分配机构以及用于确定第一车轴和/或第二车轴上至少一个车轮的滑动值的滑动传感器。该设备包括评估单元，该评估单元其配置为：
-控制负载分配机构以改变第一车轴和/或第二车轴的负载；
-响应于负载的变化，确定滑动值的变化；以及
-根据滑动值的变化评估道路摩擦特性。
负载分配机构可以包括或以利用附加的升降空气弹簧的升降机构的形式实现。但它也可以通过基于普通空气弹簧(例如用于车辆中的空气悬架系统)的压力变化的卸载或负载分配来实现，并且不需要有附加的用于提升、即用于将相应的车轮从地面分离的空气弹簧。这样的系统可以用在牵引车和/或拖车单元上。
此外，第一和第二车轴可以是车轴组的一部分，可以是前车轴或后车轴(只要车辆有两个以上的车轴)。应该强调的是，车辆可以是牵引车或拖车或其组合，其中多个车轴甚至可以存在于拉杆拖车的前车轴组。道路摩擦特性可以是摩擦系数或摩擦力，两者成正比。如果相应车轮上的质量负载是已知的，这两个量在物理上是等价的。道路摩擦特性也可以是任何取决于摩擦系数的导出量。如果确定了附着摩擦力的极限(最大)，这些量优选地可以被确定。因此，可选地，评估单元还配置为改变第一和/或第二车轴上的负载，直到发生临界状态，该临界状态的特征是第二车轴上至少一个车轮上的附着摩擦和滑动摩擦之间的过渡。
滑动可由制动和/或加速引起，即可由作用于相应车轴上的一个或多个车轮的正扭矩(例如驱动扭矩)或负扭矩(例如制动扭矩)引起。滑动或其变化可以通过检测车轮的旋转速度(或其变化)并与车辆的速度相比较来确定。此外，滑动取决于道路摩擦特性，因此可以从检测到的滑动值中确定道路摩擦特性。相应的依赖关系可以存储在评估单元或车辆的其它地方，可以通过校准过程或仿真或其它一些方法获得。
可选地，评估单元还配置为执行以下一项或多项：检测或引起第二车轴上的制动动作；控制负载分配机构在制动致动期间提升第二车轴；确定响应于制动动作的滑动值的变化。制动的检测可以包括接收相应的制动信号，而引起制动可以包括发出相应的触发制动动作的制动信号。
滑动传感器可以配置为确定第一车轴上至少一个车轮的第一滑动值。然后，可选地，评估单元还配置为执行以下一项或多项：检测或引起被施加到第一车轴的驱动扭矩；控制负载分配机构在加速期间提升第二车轴；确定响应于施加的驱动扭矩的滑动值的变化。
滑动传感器可配置为确定第二车轴上至少一个车轮的第二滑动值。然后，可选地，评估单元还配置为执行以下一项或多项：在驱动扭矩被施加到第一车轴的同时，检测或引起第二车轴上的制动动作；控制负载分配机构在制动动作和施加驱动扭矩期间提升第二车轴；根据响应于制动动作和施加驱动扭矩的第一滑动值和第二滑动值的变化来评估道路摩擦特性。在本实施例中，车辆的速度可能不会改变。车辆可以保持在稳定的状态。
滑动传感器可以配置为确定第一车轴上至少一个车轮的第一滑动值和第二车轴上至少一个车轮的第二滑动值。然后，可选地，评估单元还配置为执行以下一项或多项：响应于负载的变化，确定第一滑动值的第一变化和第二滑动值的第二变化；根据第一变化和第二变化评估道路摩擦特性。
该商用车辆还可包括激活装置，以启动道路摩擦特性的确定。然后，可选地，评估单元还配置为从激活装置接收用于确定道路摩擦特性的信号，并基于此确定道路摩擦特性。激活装置可以由驾驶员手动激活，或者由车辆的控制单元(例如控制自动驾驶操作)触发。
可选地，评估单元还配置为在危急情况下(例如危急驾驶情况)阻止对道路摩擦特性的评估。该危急情况可以包括以下中的至少一个：超过预定阈值的制动事件、沿曲线行驶、附近存在车辆或人、在城镇或村庄中行驶等。
该商用车辆可以包括一个或多个环境传感器以用于确定环境条件，特别是温度、雨、雪、风等。然后，可选地，评估单元还配置为(仅)当所确定的环境条件表明出现危急情况(例如冰冻和/或潮湿的道路)和/或在预定的时间间隔之后自动评估道路摩擦特性，和/或发出关于自动评估道路摩擦特性的警告信号。警告信号也可以提前发出，以使驾驶员能够阻止道路摩擦特性的自动评估。
商用车辆可以包括用于第一车轴上的车轮的第一滑动传感器和用于第二车轴上的车轮的第二滑动传感器。然后，可选地，评估单元还配置为执行以下一项或多项：确定第一车轴上的车轮和第二车轴上的车轮的滑动值的变化(对其而言，负载可能不同)；根据为第一车轴上的车轮和第二车轴上的车轮确定的滑动值的至少一个差异(或变化)来评估道路摩擦特性。
本发明还涉及一种车辆、特别是商用车辆，其包括第一车轴、第二车轴、用于改变第二车轴上的负载的负载分配机构、用于确定第一车轴上或第二车轴上的至少一个车轮的滑动值的滑动传感器以及用于确定前面定义的道路摩擦特性的设备。
本实施例还涉及一种用于确定商用车辆的道路摩擦特性的方法。该商用车辆又包括第一车轴、第二车轴、用于改变第二车轴上的负载的负载分配机构以及用于确定第一车轴或第二车轴上的至少一个车轮的滑动值的滑动传感器。该方法包括：
-控制负载分配机构以改变第一和/或第二车轴的负载；
-响应于负载的变化，确定滑动值的变化；以及
-根据滑动值的变化评估道路摩擦特性。
这种方法也可以用软件或计算机程序产品来实现，而且步骤的顺序对达到预期效果可能并不重要。本发明的实施例特别是可以通过软件或电子控制单元中的软件模块来实现。因此，实施例还涉及到一种计算机程序，该计算机程序具有在该计算机程序在处理器上执行时用于执行该方法的程序代码。
附图说明
下面将仅以举例的方式并结合附图来描述系统和/或方法的一些示例，其中，
图1示出了具有根据本发明的一个实施例的设备的车辆；以及
图2示出了根据本发明的一个实施例的确定道路摩擦特性的方法的示意性流程图。
具体实施方式
图1示出了具有根据实施例的设备100的示例性商用车辆10。商用车辆10包括第一车轴11、第二车轴12、用于改变第二车轴12上的负载Fn的负载分配机构14以及被配置为能够确定第一车轴11和/或第二车轴12上的至少一个车轮17、18的滑动值的滑动传感器16。负载Fn只不过是作用在地面上的力，决定了摩擦力。当路面垂直于重力时，由负载Fn引起的力是进入路面的法向力，摩擦力Ff＝μ*Fn，其中，μ是待确定的摩擦系数，其与滑动相关联。摩擦力取决于许多参数，这些参数与车辆有关、例如与轮胎有关或与路面有关、例如与路面材料或湿度、冰的程度等有关。
设备100配置为能够确定车辆10的道路摩擦力Ff，并包括评估单元110，其可控制负载分配机构14以改变第二车轴12的负载Fn。在此之后，评估单元110可以确定响应于负载Fn的变化的滑动值的变化。最后，评估单元110可以根据滑动值的变化来评估道路摩擦力Ff。
可以理解的是，车辆10可以包括两个以上的车轴11、12，在这种情况下，其中至少一个车轴可以是可升降的，以便以可控方式改变负载Fn。同样地，可升降的车轴也可以属于拖车，而不是拖车的牵引车。这些车轴也可以在实施例中用于确定道路摩擦特性。因此，本发明不应限制在特定的车轴或特定的车辆上，而是可以应用在任何车辆上，无论它是牵引车、拖车、单一车辆、车辆组合等。
因此，本发明适用于具有两个以上车轴的任何车辆或车辆组合，其中至少一个车轴可以被提升，使得不仅在该车轴12上，而且在必须吸收从被提升的车轴12上释放的负载的另一个车轴11上导致动态可调的负载Fn。换句话说，本实施例特别适用于车辆10，其中一些车轮17、18上的负载Fn是可以单独控制的，以便其中一个车轴(或相应的车轮)上的负载Fn可以减少或增加。这种负载的增加/减少可以在行驶过程中(在稳定状态下)或在制动或加速之前/期间进行。
道路摩擦力Ff可以被确定，因为如果特定车轴11、12上的负载Fn发生变化，给定的车轮17、18在使用相同或更少的制动扭矩或驱动扭矩时，将有不同的附着力利用。这导致可以测量的滑动的变化，并且实施例使用测量到的滑动的变化来确定道路摩擦力Ff。
根据实施例，评估单元110配置为能够通过负载分配机构14控制负载变化，使得负载被改变的车轴12上的相应车轮18面临意味着从附着摩擦过渡到开始滑动的摩擦的临界状态。这种临界状态可以大大改善摩擦力评估的精度。由于其它车轴11上的车轮17甚至没有接近道路摩擦特性的极限，车辆的运行还是安全的。根据实施例，不会因为道路摩擦特性的确定而导致危险的驾驶情况。
根据其它的实施例，评估单元110配置为在车辆10的稳定状态下同时引起制动扭矩和驱动扭矩的联合应用以激励轮胎17、18。例如，第一车轴11可以是驱动车轴，在第二车轴12上的车轮18被制动时(并且该车轴12被提升到一定程度时)，驱动扭矩可以被施加在第一车轴11上。制动扭矩和驱动扭矩可以被调整，以使得车辆10的速度在该操作期间不发生变化。特别是，如果非驱动的第二车轴12上的负载Fn减少，则可以应用较低的激励扭矩(制动和/或驱动)以达到相同的效果。这也有一个好处，即用于该操作的能量减少。
本实施例特别适用于所谓的6x2卡车，其中三个车轴中只有一个是驱动的(第一车轴11)，另一个可以被提升(第二车轴12)，如图1所示出的。负载分配可以通过空气弹簧来应用。当使用空气弹簧时，空气弹簧中的压力可以在制动前降低，以提升第二车轴12。提升可以是最大的直到驱动车轴11达到最大允许负载Fn。根据实施例，在制动过程中，被提升的车轴12的轮胎将接近附着力极限，这意味着出现了明显的车轮滑动(超过预定的阈值)。根据实施例，评估单元110配置为从高负荷或全负荷驱动车轴11和轻负荷提升车轴12之间的负荷Fn和滑动值的差异中高精度地评估路面附着力。
根据另一个实施例，在同一辆6x2卡车上，负载分配机构14也可以配置为提升驱动车轴11(而不是第二车轴12，或者可以提升两个车轴11、12，尽管不是同时进行)。负载分配机构14可以配置为提升驱动车轴11(或多个驱动车轴中的一个)。这种提升可以进行直到达到最大值、即第二车轴12在正常驾驶操作期间达到允许的最大负载。这可以通过降低空气弹簧的压力来实现。驱动车轴11上的轮胎17将接近附着力极限(附着力和滑动摩擦力之间发生过渡)，再次导致大量的滑动。如前所述，从高负荷或全负荷的第二车轴12和轻负荷的驱动车轴11(这里是升降车轴)的负荷Fn和滑动量的差异，可以很精确地评估出路面附着力。
尽管能够提升驱动车轴可能并不常见，但在特殊车辆(例如全轮驱动)上，驱动车轴也可能是可以提升的。在这种情况下，通常被提升的驱动车轴可以与传动系统隔离或与其它车轴锁定，从而不会出现轮速差。然而，可能会使用普通的空气弹簧来改变多个驱动车轴之间的负载分配。因此，根据实施例，在驱动车轴上的压力可以减少和/或增加到其它车轴上，导致驱动车轴的负载卸载，以达到测量的目的。
图2示出了一种用于确定商用车辆10的道路摩擦力Ff的方法的流程图。该方法包括以下步骤：
-控制S110负载分配机构14，以改变第一车轴11和/或第二车轴12的负载Fn；
-确定S120响应于负载Fn的变化的滑动值的变化；以及
-根据滑动值的变化评估S130道路摩擦力Ff。
可以理解的是，根据其它的实施例，之前描述的任何功能与设备可以作为另外的可选方法步骤来实现。此外，只要能达到预期的结果，方法步骤的顺序可以是任意的。
此外，这种方法也可以是一种计算机实现的方法。本领域的技术人员会很容易认识到，上述各种方法的步骤可以由编程的计算机来执行。本实施例还旨在涵盖程序存储设备、例如数字数据存储介质，它是机器或计算机可读的，并编码机器可执行或计算机可执行的指令程序，其中指令在计算机或处理器上执行时，执行上述方法的部分或全部行为。
描述和附图只是说明了本公开的原则。因此，可以理解的是，本领域的技术人员将能够设计出各种布置，虽然在此没有明确描述或示出，但体现了本公开的原则因此包括在其范围内。此外，虽然每个实施例可以作为一个单独的示例独立存在，但需要注意的是，在其它实施例中，所定义的特征可以不同的方式组合，即一个实施例中描述的特定特征也可以在其它实施例中实现。除非说明不打算进行特定的组合，否则这种组合都在本文的披露范围内。
附图标记列表
10商用车辆
11、12车轴或车轴组(至少两个)
14负载分配机构
16滑动传感器
17、18车轮
100用于确定道路摩擦特性的设备
110评估单元
Ff道路摩擦力
Fn负载

Claims (13)

1.一种用于确定商用车辆(10)的道路摩擦特性的设备(100)，所述商用车辆(10)包括第一车轴(11)、第二车轴(12)、用于改变所述第二车轴(12)或所述第一车轴(11)上的负载(Fn)的负载分配机构(14)以及用于确定所述第一车轴(11)或所述第二车轴(12)上的至少一个车轮(17、18)的滑动值的滑动传感器(16)，其特征在于，所述设备(100)具有评估单元(110)，所述评估单元配置为能够：
-控制所述负载分配机构(14)以改变所述第二车轴(12)或所述第一车轴(11)上的负载(Fn)；
-响应于负载(Fn)的变化，确定滑动值的变化；以及
-根据所述滑动值的变化评估道路摩擦特性。
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其特征在于，所述评估单元(110)还配置为能够：
检测或引起所述第二车轴(12)上的制动动作；
控制所述负载分配机构(14)在所述制动动作期间提升所述第二车轴(12)；以及
确定响应于所述制动动作的滑动值的变化。
3.根据权利要求1或2所述的设备(100)，其中，所述滑动传感器(16)配置为能够确定所述第一车轴(11)上的至少一个车轮(17)的第一滑动值，其特征在于，所述评估单元(110)还配置为能够：
检测或引起被施加到所述第一车轴(11)的驱动扭矩；
控制所述负载分配机构(14)在加速期间提升所述第二车轴(12)或所述第一车轴(11)；
确定响应于施加驱动扭矩的滑动值的变化。
4.根据权利要求3所述的设备(100)，其中，所述滑动传感器(16)配置为能够确定所述第二车轴(12)上的至少一个车轮(18)的第二滑动值，其特征在于，所述评估单元(110)还配置为能够：
在对所述第一车轴(11)施加驱动扭矩的同时，检测或引起所述第二车轴(12)上的制动动作；
控制所述负载分配机构(14)在制动动作和施加驱动扭矩期间提升所述第二车轴(12)；以及
根据响应于制动动作和施加驱动扭矩的第一滑动值和第二滑动值的变化评估道路摩擦特性。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其特征在于，
所述评估单元(110)还配置为能够改变所述第二车轴(12)上的负载(Fn)，直到由所述第二车轴(12)上的至少一个车轮(18)上的附着摩擦和滑动摩擦之间的过渡来表征的临界状态。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，所述滑动传感器(16)配置为能够确定所述第一车轴(11)上的至少一个车轮(17)的第一滑动值和所述第二车轴(12)上的至少一个车轮(18)的第二滑动值，其特征在于，所述评估单元(110)还配置为能够：
响应于负载(Fn)的变化，确定所述第一滑动值的第一变化和所述第二滑动值的第二变化；以及
根据所述第一变化和所述第二变化评估道路摩擦特性。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，所述商用车辆(10)包括用于所述第一车轴(11)上的车轮的第一滑动传感器和用于所述第二车轴(12)上的车轮的第二滑动传感器，其特征在于，所述评估单元(110)还配置为能够：
确定所述第一车轴(11)上的车轮和所述第二车轴(12)上的车轮的滑动值的变化；以及
根据为所述第一车轴(11)上的车轮和所述第二车轴(12)上的车轮确定的滑动值的至少一个差异来评估道路摩擦特性。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，所述商用车辆(10)还包括启动确定道路摩擦特性的激活装置，其特征在于，
所述评估单元(110)还配置为能够从所述激活装置接收确定道路摩擦特性的信号并基于所述信号来确定道路摩擦特性。
9.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其特征在于，
所述评估单元(110)还配置为能够在危急情况下阻止道路摩擦特性的评估，所述危急情况包括以下至少一项：
超过预定阈值的制动事件；
沿曲线的行驶；
商用车辆附近有车辆或人员存在；
行驶通过城镇或村庄。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，所述商用车辆(10)包括用于确定环境条件、特别是温度、雨、雪、风的环境传感器，其特征在于，所述评估单元(110)还配置为能够：
当确定的环境条件表明出现危急情况时或在预定的时间间隔后自动评估道路摩擦特性；以及
发出关于道路摩擦特性的自动评估的警告信号。
11.一种商用车辆(10)，包括第一车轴(11)、第二车轴(12)、用于改变所述第二车轴(12)上的负载(Fn)的负载分配机构(14)以及用于确定所述第一车轴(11)或所述第二车轴(12)上的至少一个车轮(17、18)的滑动值的滑动传感器(16)，其特征在于，
所述商用车辆具有根据前述权利要求中任一项所述的用于确定道路摩擦特性的设备(100)。
12.一种用于确定商用车辆(10)的道路摩擦特性的方法，所述商用车辆(10)包括第一车轴(11)、第二车轴(12)、用于改变所述第一车轴(11)或所述第二车轴(12)上的负载(Fn)的负载分配机构(14)以及用于确定所述第一车轴(11)或所述第二车轴(12)上至少一个车轮(17、18)的滑动值的滑动传感器(16)，所述方法的特征在于具有以下步骤：
-控制(S110)所述负载分配机构(14)以改变所述第二车轴(12)的负载(Fn)；
-确定(S120)响应于负载(Fn)的变化的滑动值的变化；以及
-根据所述滑动值的变化评估(S130)道路摩擦特性。
13.一种计算机程序产品，其上存储有用于在所述计算机程序在计算机或处理器上执行时执行权利要求12所述的方法的程序代码。
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