CN1784327A - 应用轮胎信息时对行驶动力学的调节进行优化 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对汽车的行驶动力学调节装置(1，5，12)的调节性能进行优化的一种方法和一种装置。可以按如下来改善调节性能：提供有关轮胎性能—例如轮胎类型、轮胎品种、轮胎压力、轮胎温度、轮胎状态或轮胎年龄的信息，并将该轮胎信息传递给一个行驶动力学调节装置的一个机构(12)，并由该机构在进行调节时加以考虑。

Description

应用轮胎信息时对行驶动力学的调节进行优化

本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的、用于对行驶动力学调节装置的调节性能进行优化的方法，还涉及按照权利要求8前序部分所述的一种相应的装置。

所谓行驶动力学调节装置以下是指所有作用于汽车运行的装置，例如ABS(防抱死系统)、ASR(防侧滑调节装置)、ESP(电子稳定性程序)、或MSR(发动机牵引扭矩调节装置)，这些装置提高了汽车在极限状况下的可控制性。尤其是稳定性系统ESP阻止了汽车的离心甩出。

在所述的行驶动力学调节装置中通常作用于一个轮子的车轮滑移形成了调节参数。车轮滑移的调节应使汽车表现出一种最佳的、匹配于司机愿望(制动、加速、转弯行使等等)以及路面的行驶特性，而不会失去控制。在一个轮子上所出现的车轮滑移基本上取决于路面状况，尤其取决于套装上的轮胎。摩损了的轮胎在相同的轮子垂直力时具有比一个新轮胎更大的滑移。同样对于在夏天和冬天的轮胎来说所述滑移可能很不相同。

在已知的行驶动力学调节装置中为了计算名义参数—例如名义滑移或名义偏转力矩，使用了根据平均的轮胎情况所设计的算法。因此所述算法的工作对于事实上所套装上的轮胎来说大多并不是最佳的。其结果是在极限状态时、尤其是在轮胎性能有很大变化时—例如当轮胎摩损很大或者爆裂时，行驶动力学调节装置的调节性能不足。在这些情况下已知的行驶动力学调节装置就达到其极限了。

因此本发明的任务是使一种行驶动力学调节装置在这样的极限状况下进行优化。

该项任务按照本发明通过在权利要求1以及权利要求8中所述的特征来解决。本发明的其它方案见从属权利要求。

本发明的基本构思在于：提供一种有关轮胎性能的信息(这也包括了一种由此导出的参数)，例如轮胎压力、轮胎品种(夏天-/冬天轮胎，备用轮胎)或者轮胎类型(车型号)，并将其传输给行驶动力学调节装置的一个机构，该机构在进行调节时就考虑所述轮胎信息。

所述轮胎信息最好被传输给一个机构、最好是一个控制仪，在该控制仪里存入了调节算法用来进行所述行驶动力学调节。所述调节算法具有至少一个取决于轮胎的参数。所述参数则可以根据轮胎信息进行选择，并因此使行驶动力学调节装置匹配于当前的轮胎状态。

所述行驶动力学调节装置主要包括有一个控制仪、一个用于求出各种不同状态参数的当前实际值的传感器装置和至少一个作为调节装置执行构件的执行器。所述调节功能作为控制仪里的软件来实现，并且例如用来计算名义滑移或名义偏转力矩。该算法的取决于轮胎的参数可以在了解轮胎信息时相应地进行适配。

为了传递轮胎信息，最好设有一种布置在轮胎里的发射装置。该轮胎信息也可以有选择地由汽车外部、例如借助于一种服务计算机来供给。

在行驶动力学调节装置中要考虑的轮胎特性最好是由轮胎类型(型式)、轮胎品种(夏天-/冬天轮胎、备用轮胎)、轮胎压力、轮胎温度、轮胎状态和轮胎年龄等组成的性能组中的至少一种性能。轮胎类型或轮胎年龄(制造日期)例如可以存储在轮胎上的一个存储装置里，并将其无接触地传输给行驶动力学调节装置的一个机构。轮胎压力、轮胎温度和轮胎状态可以借助于一种适合的传感器装置进行测量，并同样也尤其是无接触地传输给行驶动力学调节装置。了解了一种或多种轮胎特性就可以使行驶动力学调节装置最佳地匹配于当前的轮胎类型或轮胎状态。

按照本发明的一种优先实施方案，借助于一种适合的传感器装置对轮胎压力进行监测，并在低于规定的轮胎压力时使取决于轮胎的参数(或者整个参数组)匹配于所述状态。因此就可以识别出“轮胎爆裂”、并且尤其在制动过程中对于行驶动力学调节装置中的这种状态加以考虑。

当应用具有应急性能(Notlaufeigenschaft)的轮胎时(以下称为应急轮胎(Notlaufreifen))最好这样实现调节算法，使它至少可以采用两种分立的状态，这取决于：所述应急轮胎中的一个是处于正常运行(正常的轮胎压力)中还是处于应急运行(Notlaufbetrieb)(轮胎爆裂)。应急轮胎(英文为“runflat tire”)的结构设计应使它即使在压力完全损失时还能以降低的速度继续行驶一段有限距离，并且尤其不会从轮辋而滑脱。在已知的轮胎类型里汽车的重量在应急运行时由一个支承环支承住，该支承环位于轮胎里。另一种轮胎类型具有加强的侧壁，这种侧壁在压力损失时不会完全折弯并且尤其不会被破坏。

通过对轮胎压力的传感器式的监测可以识别出分立的轮胎状况(正常状态或应急运行)并相应地选出用于调节算法的分立的参数组。对于四轮汽车来说，行驶动力学调节装置可以采用多种、最好是五种分立的状态，例如象：

-所有轮胎正常，

-左前轮胎应急运行，

-右前轮胎应急运行，

-左后轮胎应急运行，

-右前轮胎应急运行。

不同厂家或不同类型的应急轮胎一般在应急运行时具有不同的运行性能，并且由轮胎可承受的横向力也不同。因此调节算法最好至少要匹配于轮胎类型和轮胎状态(正常运行或应急运行)。

以下根据附图示例地详细说明本发明。附图所示为

图1：按照背景技术的用于浮动角调节和偏转速度调节的一种行驶动力学调节系统(ESP)的简图；

图2：用于确定名义滑移与静摩擦系数之间关系的图；

图3：用于确定轮胎自由滚动速度的图；

图4：作用于一个轮胎上的侧向力与制动力以及轮胎侧偏角之间关系图；

图5：偏转速度与汽车速度和转向角之间的关系图。

图1表示了用于实施一种浮动角调节和偏转速度调节的一种行驶动力学调节装置(ESP)的整个调节系统。该整个系统包含有汽车14作为调节距离的装置、传感器1-5用于测定调节装置输入参数、调节构件6、7用于影响制动力和驱动力、以及一个等级构造的调节器10、11，该调节器由一个上置的行驶动力学调节器10和一个下置的滑移调节器11组成。为了调节浮动角或者偏转速度，上置调节器10为滑移调节器11规定了名义滑移λ_NO形式的名义值。在观察器9中求出经调节的状态参数(浮动角β)。观察器9、行驶动力学调节器10和滑移调节器11是一个控制仪12的组成部分。

为了测定名义特性，对于描述司机愿望的信号、即对于转向轮角度传感器3的信号(转向愿望)、预压传感器的信号(减速愿望)和发动机管理7的信号(驱动力矩愿望)进行分析处理。除此之外在名义特性的计算中考虑了静摩擦系数和汽车速度，该汽车速度由轮子转速传感器1的、横向加速度传感器5的、偏转速度传感器4的和预压传感器2的信号来估算。根据调节偏差来计算偏转力矩，此力矩是必须的，用于使实际状态参数适应于名义状态参数。

为了产生这种偏转力矩，在行驶动力学调节器10里求出各个轮子所必需的名义滑移。这种滑移通过下置的制动-和驱动滑移调节器11和调节构件“制动液压装置”6和“马达管理装置”7来调节。

为了能够在行驶动力学调节时考虑到轮胎状态，调节系统1-2包括有一个布置在轮子里的轮胎传感器装置13，该传感器装置测量轮胎性能、例如轮胎压力或摩损状态，并将一个对应值传送给控制仪。所述行驶动力学调节装置可以以不同的方式来考虑所得到的轮胎信息：

1.确定工作点λ_O

为了计算名义滑移λ_NO，以在图2中所示的μ/滑移曲线作为基础。同时假定，μ/滑移曲线在小滑移值λ时为直线，并在值λ_O时(所谓工作点)具有一个最大值，该λ_O值取决于路面的静摩擦系数，曲线20表示了在静摩擦条件良好时、例如干燥路面时的滑移曲线变化，而曲线21表示在摩擦系数低的、例如浇湿路面时的滑移变化。如已看出的，在干燥路面时(曲线20)在相同滑移时就可以传递多得多的力(较高的μ值)。对于工作点λ_O来说按照第一种趋近算法得出以下关系：

${\mathrm{\λ}}_O\left({\mathrm{\μ}}_{\mathrm{res}}\right)=A_2+A_0*{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{res}}+\frac{A_1}{v_{\mathrm{whlfre}}}---(1)$

其中 ${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{res}}=\frac{\sqrt{{F_L}^2+{F_Q}^2}}{F_N}$

参数A₀、A₁和A₂都是与轮胎有关的参数，它们可以根据轮胎信息进行调节。值v_whlFre是轮胎的自由滚动速度(无滑移的速度)。参数F_L或F_Q表示了作用在轮胎上的纵向力或横向力。F_N是法向力或轮胎垂直力。

按照本发明的第一种实施形式至少将一种轮胎性能一例如轮胎类型、轮胎压力或轮胎状态传送给行驶动力学调节器10，并在那里为参数A₀、A₁和A₂选择相应的值。也可以有选择地将与轮胎有关的参数A₀、A₁和A₂本身或者用于λ_O的一个值例如根据摩擦系数μ_res而传输给调节装置10。

轮胎信息例如可以无接触地从轮胎传递至控制仪10。也可以有选择地例如在更换轮胎时或者在通过一个服务计算机进行服务时使轮胎数据实现更新，这种计算机使与轮胎有关的参数在控制仪12里进行更新。

2.确定自由滚动速度v_whlFre

在公式(1)中所出现的轮胎自由滚动速度v_whlFre同样也是一个与轮胎有关的参数。这个参数尤其通过纵向轮胎刚度C_λ来确定。为了估计轮胎的自由滚动速度v_whlFre，例如在制动过程中使制动压力的调制中断，并使制动压力短期地保持在一个恒定的低值上。这在图3中用图形表示了。

图3表示一种μ/滑移曲线，在其上面部段中通过一个圆圈符号地表示了制动压力的调制，用于将轮子滑移调定到其名义值λ_NO。为了估计出轮胎的自由滚动速度v_whlFre，使压力调制中断并使轮子压力短期内保持在一个恒定的低的值上。在一个静止阶段之后调节所述稳定的滑移值λ_s，它位于μ/滑移曲线的直线部位里。在应用在稳定的滑移值λ_s和轮胎的纵向刚性C_λ之间的线性关系的情况下，可以方便地估计出轮胎的自由滚动速度v_whlFre。此处适用下式：

μ_s＝C_λ*λ_s  或者λ_s＝μ_s/C_λ其中 ${\mathrm{\λ}}_S=1-\frac{v_{\mathrm{Whl},S}}{v_{\mathrm{Whlfre}}}$ 因此

$\frac{v_{\mathrm{Whl},S}}{v_{\mathrm{Whlfre}}}=1-{\mathrm{\μ}}_S/C_{\mathrm{\λ}}=\frac{C_{\mathrm{\λ}}-{\mathrm{\μ}}_S}{C_{\mathrm{\λ}}}$ 因此

$v_{\mathrm{Whlfre}}=v_{\mathrm{Whl},s}*\frac{C_{\mathrm{\λ}}}{C_{\mathrm{\λ}}-{\mathrm{\μ}}_S}=v_{\mathrm{Whl},S}\·\frac{C_{\mathrm{\λ}}}{C_{\mathrm{\λ}}-\frac{F_{L,s}}{F_N}}$

C_λ的值又可以根据所述或者存在的轮胎性能进行选择。也可以有选择地将一个由轮胎性能推导出的值—例如C_λ或v_whlFre的值传输给行驶动力学调节装置，这种值由控制仪12直接进行加工处理。

3.确定轮胎横向力F_Q

用于估计合成的静摩擦系数μ_res而轮胎的必要的侧向力或横向力F_Q同样也取决于当前的轮胎。图4表示了横向力F_Q与制动力F_B和轮胎的倾斜运行角α的关系。如由图可见，包络线23构成一个摩擦椭圆。由摩擦椭圆得出：

$F_Q=c*\mathrm{\α}*\frac{\sqrt{{F_L}^2+{F_Q}^2}}{\sqrt{{\mathrm{\λ}}^2+c^2\·{\mathrm{\α}}^2}}$ 其中c＝C_α/C_λλ不等于零时则

$F_Q=\frac{C_{\mathrm{\α}}}{C_{\mathrm{\λ}}}\·\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\λ}}{F}_L$

其中C_α为轮胎的横向刚性。

为了确定横向力F_Q或合成的静摩擦系数μ_res又可以直接考虑轮胎信息，例如象轮胎类型、轮胎状态或轮胎制造日期，或者将一个由此导出的值—例如轮胎的横向刚度C_α传送给控制仪10。

4.确定名义偏转速度

名义偏转速度dψ_NO/dt一般按照所谓“接合模型”来计算。适用下式：

${\mathrm{d\ψ}}_{\mathrm{NO}}/\mathrm{dt}=\frac{v_x}{l\·(1+\frac{{v_x}^2}{{v_{\mathrm{ch}}}^2})}*{\mathrm{\δ}}_w$

其中δ_w是前轮上的平均转向角，v_x是汽车的纵向速度，l是车轮状态，v_ch是汽车的特征速度。特征速度v_ch的值又取决于一种轮胎性能，就是轮胎的纵向刚度。对此：

$1/{v_{\mathrm{ch}}}^2=\frac{m}{I^2}*\left(\frac{l_r\·C_{\mathrm{\αr}}-l_f\·C_{\mathrm{\αf}}}{C_{\mathrm{\αf}}\·C_{\mathrm{\αr}}}\right)$

此处参数C_αf和C_αr表示了在前后轴上汽车的总的横向刚性。参数m表示汽车质量，I_f和I_r表示前轴或后轴离开汽车重心的距离，I表示前后轴之间的距离。

图5表示偏转速度dψ/dt与汽车速度v_x按照所述接合模型与不同的转向轮转角δ_w的关系。其中所包含的轮胎的横向刚性随轮胎类型(冬天-/夏天轮胎、备用轮胎等等)和轮胎状态(磨损、压力、温度等)而变化。为了考虑当前的轮胎，或者将一种由其可以确定的C_α的值的轮胎信息、或者一种由此推导出的值—例如横向轮胎刚性C_α本身传输给行驶动力学调节的控制装置10。

6.考虑在ABS-制动过程时至μ-分裂的轮胎信息。

在一种行驶动力学调节装置(ESP)中将一个至μ-分裂的ABS-制动过程(在汽车的左侧处磨擦系数与在汽车的右侧是不同的)作为一种特殊情况来实施。为使汽车得以控制，将具有高静摩擦系数一侧的制动力只是缓慢地提高到超过具有低静摩擦系数一侧的制动力，其中只是允许在作用于汽车左侧的制动力矩和作用于汽车右侧的制动力矩之间有一个规定的最大差值。因此司机就有足够的时间来克服所出现的偏转力矩而反向转向并使汽车稳定。为了优化行驶动力学调节装置的调节性能，也在一种这样的行驶情况下(制动至μ-分裂)将一种轮胎性能或者一种由此导出的值传送给控制仪12。尤其在一种在高μ-侧的轮胎爆裂时，由于缺乏轮胎压力它具有比完好的轮胎更高的滚动阻力，因此可以使调节性能相应地匹配于行驶动力学调节装置。为此例如可以以较小的梯度在具有高摩擦系数侧建立起制动压力、和/或使在具有高摩擦系数侧和具有低摩擦系数侧之间的最大压力差限制于一个较低的值。

7.调节器参数的调节

行驶动力学调节装置的滑移调节器11通常包括有一个用于调节名义滑移λ_NO的PID滑移调节器。若μ/滑移曲线(见图2)有一个很优势的最大值，那就可以例如提高PID调节器的放大(P-，I-，和/或D-部分的放大)，反之亦然。μ/滑移曲线的特性例如可以通过摩损或者通过低的轮胎压力而改变。轮胎性能的改变可以通过相应地改变调节器的放大而加以考虑。

8.用于调节汽车偏转力矩的轮子的选择

如果轮胎性能—例如轮胎压力改变很大，以致于使相应的值超出规定的极限的话，那么例如也可以改变那些进行调节用来施加偏转力矩的轮子的选择。在一种自由滚动的汽车转弯行使时，例如一般不允许在前面的曲线内侧的轮子上有制动滑移作用。然而如果汽车强烈地出现驾驶操作失灵，因为前面的曲线外部的轮子的轮胎压力太小，那么也可以允许在前面的曲线内部的轮子上有一种滑移调节。因此原则上可以根据轮胎信息任意选择所要调节的轮子。

9.在应用应急轮胎时调节算法的适配

当应用具有应急性能的轮胎时这样来实现调节算法，以致于它可以具有至少两种分立的状态，这取决于：所述应急轮胎中的一个是处于正常运行(正常轮胎压力)还是处于应急运行(轮胎爆裂)。应急轮胎(英语“runflat tire”)的结构设计应使它即使压力全损失时也还能以减小的速度继续行驶一段有限的路程。为了保证这种情况，众所周知设有一个固定在轮辋上的支承环，在该环上固定轮胎的骨架。当压力损失时该支承环承受载荷。另一种类型的应急轮胎例如具有加强的侧壁，它们在压力损失时并不被破坏，因此轮胎并不从轮辋滑脱下来。

通过监测轮胎压力可以识别出轮胎状态(正常状态或应急状态)，并相应地选择一个分立的参数组用于调节算法。行驶动力学调节器例如可以具有五种分立的状态：

-所有轮胎正常，

-左前轮胎处于应急运行，

-右前轮胎处于应急运行，

-左后轮胎处于应急运行，

-右前轮胎处于应急运行。

每种状态与各种不同参数(例如轮胎刚度、滚动速度、轮胎力等)的一种分立的调节相符合，正如它们在前面1至8点中举例叙述过的那样。所述调节算法因此可以匹配于各自的轮胎状态。

Claims (13)

1.用于优化一个汽车行驶动力学调节装置的调节性能的方法，其特征在于以下步骤：

-提供轮胎信息，

-将该轮胎信息传输给所述行驶动力学调节装置的一个机构(12)，和

-根据轮胎信息进行行驶动力学调节。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，根据轮胎信息选择行驶动力学调节装置的一种调节算法的至少一个参数。

3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述轮胎信息是由轮胎类型、轮胎品种、轮胎压力、轮胎温度、轮胎状态和轮胎年龄等组成的性能组中的至少一种性能。

4.按权利要求1，2或3所述的方法，其特征在于，借助于一种轮胎传感装置(13)来测量轮胎性能，并将相应的轮胎信息传送给所述机构(12)。

5.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在行驶动力学调节的范围内实施一种算法用于计算名义滑移(λ_NO)，其中根据轮胎信息选出至少一个参数。

6.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在行驶动力学调节的范围内实施一种算法用于计算名义偏转力矩或名义偏转速度，其中根据轮胎信息选出至少一个参数。

7.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，由一个传感装置(13)来监测轮胎压力，并在低于规定的轮胎压力时改变行驶动力学调节装置的算法的至少一个参数。

8.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，行驶动力学调节装置的调节算法在应用应急轮胎时具有多种分立状态中的一种状态，这取决于：应急轮胎中的一个是处于正常运行还是处于应急运行。

9.用于进行具有优化的调节性能的行驶动力学调节的装置，其特征在于一种用于提供和传输一种轮胎信息至行驶动力学调节的一个机构(12)的机构(13)，在调节时它考虑到了轮胎信息。

10.按权利要求9所述的装置，其特征在于，机构(12)具有一种调节算法，该算法利用至少一个取决于轮胎信息的参数。

11.按权利要求9或10所述的装置，其特征在于，设有一种传感装置(13)用来求出由轮胎类型、轮胎品种、轮胎压力、轮胎温度、轮胎状态和轮胎年龄等组成的性能组中的至少一种轮胎性能，这种传感装置提供相应的轮胎信息。

12.按权利要求11所述的装置，其特征在于，将所述传感装置(13)设置于轮胎里。

13.按权利要求8至12中之一的、用于进行行驶动力学调节的装置，其特征在于，当应用应急轮胎时这样来实现行驶动力学调节装置的调节算法，使得该算法可以设定多个分立的状态，这取决于所述应急轮胎中的一个是处于正常运行还是处于应急运行。

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